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1、,Prepreg物性與壓合條件探討,宏仁電子技術部,廣州宏仁電子工業公司,内容,1、CCL制程簡介2、玻纖布簡介3、半固化片物性及使用相關注意事項4、壓合基本知識5、建議壓合條件6、熱壓各影響因素探討7、內層板表面狀況與壓合關係探討8、常見壓合異常原因分析及解決對策,CCL制程簡介,玻纖布(一),CCL(Copper Clad Laminate)和PCB(Printed Circuit Board)常用的玻纖布，通常使用平織玻纖布。所謂平織即經紗從一緯紗上面，再從一緯紗下面通過之紡織方式。平織玻纖布其縱橫方向性能一致性好，易排除氣泡，可織成各種厚度和密度等優點。 為使玻纖布與有機樹脂更好地結合
2、，在織布完成後，玻纖布面必須處理Coupling Agent(偶合劑)，其效用為一邊官能基接無機物的玻纖布，另一邊官能基接有機的Epoxy。目前用Aminosilane.NH2-Si-(OCH3)3玻纖布品質對Prepreg的影響：a.玻纖布織造均勻度、緯紗歪斜、張力大小，對基板的板彎、板翹會造成影響b.玻纖布毛羽、破絲，會使Prepreg出現樹脂凸粒，嚴重時會在層壓中造成銅破;玻纖布破絲,會在層壓基板內可能出現Void.,玻纖布(二),目前市場上玻纖布使用在CCL和PCB行業上，等級為E-GRADE即電子級材料。常用的布種有7628、2116、1080等，其為代號，無實質數字意義。詳細組成如
3、下：,*注：G75 G：單纖直徑9m 75：75100YR/LB,基材物性,基材在PCB界亦稱為膠片(Prepreg)，系由玻纖布含浸樹脂，再將樹脂Semi-cure而成固態之膠片，亦稱樹脂在B-STAGE。在溫度和壓力作用下，具有流動性並能迅速地固化和完成粘結過程，並與載體一起構成絕緣層 為了確保多層板的層壓品質，半固化片應有： 1、均勻的樹脂含量 2、較低的揮發份 3、能很好控制的動粘度 4、均勻適宜的樹脂流量 5、符合規定的膠化時間 附相關名詞： 1.樹脂含量(R.C)：樹脂重量/(玻纖布重+樹脂重) 2.樹脂流量(R.F)：樹脂流出量/(玻纖布重+樹脂重) 壓力：15.5KG/CM2
4、溫度：170壓合時間：9min 3.膠化時間：GT 4.揮發份(VC)：含在Prepreg中可揮發的成分。 (烘前重-烘後重)/烘前重 溫度：1632時間：15min,選擇半固化片的原則,1、在層壓時樹脂能填滿印製導線間的空隙2、能在層壓中排除迭片間空氣及揮發物3、能為多層板提供必須的樹脂/玻璃布比率同時要考慮到層壓板尺寸、佈線密度、層數和厚度等實際情況。另外半固化片各項特性並不是各自孤立的，而是相互影響地依存著。如基材膠化時間偏長，其樹脂流量就會偏大，動粘度偏小，層壓中樹脂流失就多；如果揮發物含量高，層壓時樹脂的流失也將增多；同時樹脂含量高，壓合中流膠量也會大。,.基材在壓合前後應注意事項(
5、一)：,1.貯存條件：溫度20，相對濕度50%。2.貯存時間：3個月以內，以先進先出為原則。3.包裝： a.未使用前儘量保持原來包裝。拆封後如果未完全裁完，請回復原來之包裝 b.裁好之Panel Size Prepreg應在良好之空調狀況下盡速使用。如果未用完，須以PE膜包好封好，在第1項條件下貯存並記錄裁切日期，於兩星期內用完。,.基材在壓合前後應注意事項(二)：,裁Panel須注意事項：a.儘量將樹脂屑、玻纖絲剔除，以免影響環境，污染基板，造成其他異常。b.避免基材折傷，造成樹脂脫落及壓力點.c.避免其他雜物(如毛髮等)侵入。5.基材(Prepreg)貯存兩大異常：a.溫度：溫度太高，會造
6、成樹脂Bonding(粘結)，以致壓合後基板有白點、白化等情形。b.水氣：貯存濕度太高使Prepreg吸收Moisture(水汽)，在壓合過程中會導致流膠過大，白邊白角大等異常；嚴重時，可導致基板白化等異常。 1.LAY-UP注意事項：a.LAY-UP時Core和Prepreg對齊差，易導致白邊白角。b.Core和Prepreg經緯方向要一致，否則，易導致基板Twist。,壓合基本知識,壓合是借助於B-Stage粘結片把各層線路薄板粘結成整本的手段，根據擴散理論，這種粘結是通過介面上大分子之間的相互擴散、滲透，進而產生交織來實現，影響因素如下：1、介面接觸時間。其長短直接影響介面上粘結劑大分子
7、的擴散和滲透程度， 足夠的接觸時間是實現牢固粘結的必要條件。2、粘結溫度。提高溫度會產生兩種結果，第一是粘結劑的大分子或鏈段運動加強，有利於擴散、滲透，提高結合力；第二是加快了粘結片由B-階向C-階轉化，不利於擴散和滲透，從而影響結合力3、粘結劑分子(B-階程度)。其分子量較大時其粘結力完全取決於大分子的端基團的擴散和滲透；當分子量繼續加大時，粘結力就取決於中間基團的擴散程度；繼續過渡到C-階，擴散消失，粘結力由介面上分子間引力決定。因此只有採用中等分子量的粘結劑，才能既有很好的擴散能力又有一定的內聚力，從而獲得良好的粘結效果。4、潛伏性或後效性促進劑能保證大分子的擴散，使大分子的深度擴散和滲
8、透有充分的時間，有利於粘結。此外還有分子極性，壓力，分子結構，填充物，存放期，表面處理及溶劑等因素對粘結力有一定的影響。,建議熱壓條件,建议压合条件：2T2P二段温二段压,Temperature,Pressure,2T2P,715,2535,6070,4050,Cooling,Time(min),40050 psi(2528kg/cm2),4010 psi(5kg/cm2),180,140,Kiss Pressure,a二段壓時機：內層板料溫達約5060。b二段溫時機：外層料溫達約115120。c 90130料溫升溫速率1.52.5/min d CURE溫度：內層料溫須達16530min or
9、 16050mine Kiss pressure:4010psi(5gk/cm2).f 2nd pressure:40050psi(2528gk/cm2).,熱壓狀況探討,(1)熱壓狀況：a.升溫速率：90-130時1.52.5/min較佳。b.CURE溫度：16530min or 16050min以上。c.壓力：第一段在料溫達5055之間使用低壓5KG/CM2，第二段壓力可試2030 KG/CM2。d.一般熱壓條件須與基材物性相配合，如遇異常能適當調整壓合條件加以克服，一般使用兩段溫度的概念如下： 第一段溫度 第二段溫度(a)溫度90130 (a)溫度90130+16530(b)樹脂MELT
10、，並趕走氣泡(b)迅速升溫並使樹脂完全CURE(C)局部CURE,升溫速率不同對樹脂粘度的影響：,最高可操作粘度,5/min,Work window 1,Work window 2,2/min,Viscosity,試驗表明，隨著加熱速率的增加，樹脂粘度會變小。其關係如下圖： Temp./time從圖中可以看出，升溫速率越快，樹脂流動度大，樹脂中氣泡越易趕出，且其對玻布剪切力也越小，使基板壓合後板彎板翹減小，但升溫速率過快，會導致板厚不均，白邊白角過大等不良影響。因此料溫升溫速率的快慢，要依實際壓合狀況而定，通常在料溫90130段，以1.52.5/min為宜。,Moisture對樹脂粘度的影響：
11、,試驗表明，對同一種配方生產之同一種Prepreg，經溫度相同，濕度不同環境下放置同樣一段時間後，在同一升溫速率下，樹脂粘度變化如下： Temp./Time 從圖中可以看出，在高濕變環境下放置的Prepreg，在同樣壓合條件下，其粘度較低，會出現白角白邊大、流膠大等現象，嚴重時會出現板面白化、Void等現象。,Normal,High RelativeHumidity,Viscosity,配方對膠化時間和樹脂粘度的影響：,配方的改變(同一料號中各物料比例的改變)，往往也會導致膠化時間的改變，從而導致樹脂在壓合過程中其粘度亦有所不同： 不同配方對膠化時間和樹脂粘度的影響 Temp./Time從圖中
12、可以看出，配方不同，膠化時間亦往往不同。在同樣壓合條件下，膠化時間長，其樹脂粘度也低。因此，對於不同配方的Prepreg，在壓合過程中要視配方的不同，對壓合條件要做不同的調整，以使二者相匹配，從而達到最佳的壓合品質。,內層電路板的表面處理與壓合之關係,為防止多層板受到高溫熱衝擊時分層起泡，多層板的內層粘結面必須進行表面處理，主要包括以下幾種處理方式：1、表面潔淨處理機械或鹼性化學清潔化處理2、化學微蝕或化學粗化目的是獲得較大的比表面，給粘結創造更有利的條件，實驗表明只要微蝕深度達到1.3810-4mm以上，銅表面氧化層與樹脂垂直方向的結合力才趨於穩定狀態。3、化學氧化或黑化對銅表面進行化學氧化
13、或黑化，使其表面生成一 層氧化物(黑色的氧化銅或紅色的氧化亞銅或二者的混合物)以進一步加比表面提高粘結力。,內層印製線路表面與半固化片的粘結強度與氧化層的結構和厚度有關，但並非黑色氧化層愈厚，粘結強度愈高，黑化層厚度與剝離強度之間關係請參閱下圖。,黑色氧化物厚度,黑色氧化層厚度與粘結強度關係,內層薄板吸濕及乾燥處理,一般一塊在溫度為30、相對濕度為6070%環境下存放的印製線路薄板，其表面吸濕量為(38) 10-5g/cm2,這極少量的水會嚴重影響多層板的耐高溫熱衝擊性能，請參閱以下對比表：,壓合疵病原因分析及解決對策(一),壓合疵病原因分析及解決對策(二),壓合疵病原因分析及解決對策(三),
14、壓合疵病原因分析及解決對策(四),壓合疵病原因分析及解決對策(五),Tg的定義及測定:,Tg的定義:,玻璃態與高彈態之間的轉變,稱為玻璃化轉變,對應的轉變溫度,即玻璃化轉變溫度Tg.,取一塊非晶高聚物試樣,對他施加一恒定的力,觀察試樣發生的形變,可以得到如下圖的曲線;,樣品溫度(Sample Temperature),Tg的测量:,Q Series Cell Cooling Devices,The cooler sits on the Ni ring. (Finned air cooler shown),Ni Ring,Faster CoolingLower TemperatureQuicke
15、r Response Better cooling / subambient performanceWider MDSC conditions,DSC: Cell Schematic Diagram,Triac Board,Main CPU Board,Controller,Temperature Difference = Heat Flow,Sample Temperature,Referance Temperature,DSC原理,DSC: Typical DSC Transitions,Tg,Tg,155.93,102.6420.38J/g,Residual Cure,First,Second,100,150,250,250,Thermoset: Comparison of First and Second Heating Runs,
