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覆铜PCB板的“厚度超差”控制

  覆铜板产品实际厚度如果超过相关标准规定厚度偏差范围称为厚度超差。

  覆铜板国标:GB4723~4725~92印制电路用覆铜箔层压板,由于多年来重新修订,标准中对覆铜板标称厚度,单点偏差要求比较松。随着电子技术的进步,各用户对覆铜板厚度单点偏差要求越来越高,许多CCL厂采用IPC-4101A刚性及多层印制板用基材总规范中的厚度与偏差规范。该规范将基板厚度与偏差分为A/K级(俗称1级)、B/L级(俗称2级)、C/M级(俗称3级)、D级。A、B、C级的厚度为未覆金属箔的层压板的厚度,K、L、M级的厚度为层压板覆金属箔后的厚度,D级用于显微剖切法测量基板最小厚度。

  1、产生原因:

  (1)半固化片树脂含量波动范围过大:在正常流胶情况下,半固化片树脂含量与覆铜板厚度偏差成正比。即半固化片树脂含量波动越大,覆铜板厚度偏差变化范围也越大。并可能超过标准值允许的变化范围。

  (2)热压成型时流胶太多:由于树脂的流失,使覆铜板厚度偏薄并可能低于标准允许范围,并极易造成中间厚四周薄情形。

  (3)基材选用不当:对于某些厚度产品,由于基材标重偏低,热压成型时稍为流胶就会出现产品厚度低于标准规定的厚度范围。如果通过加大树脂含量办法来增加基板厚度,由于半固化片树脂含量越大,热压成型时流胶相应会增多,可能会增大基板白边角或造成基板中间厚四周薄,甚至出现滑板事故。

  (4)当铜箔厚度有变化时,没有及时变换不同树脂含量或不同标重基材半固化片。因为18? 、35? 、70? 铜箔厚度差异已不小,再加上单面覆铜箔与双面覆铜箔及芯板(没覆铜箔的基板)的差异,如没及时变换半固化片种类,也会造成覆铜板厚度超差。

  (5)基材厚度均匀性不好,波动范围过大,导致基板厚度波动也大。

  (6)上胶机计量辊加工精度、安装精度较差,使半固化片树脂含量分布不均匀,影响基板厚度均匀性。

  (7)上胶过程中胶液的固体含量发生变化:对于没有粘度控制装置的上胶机,随着溶剂挥发,胶液固体含量逐渐加大,在固定了计量辊间隙条件下,半固化片树脂含量变大,导致基板偏厚。有些工厂是采用定时往胶罐里补充定量溶剂的办法,这种做法使胶液的固体含量呈时浓时稀状态,一致性不太好;由于胶液的固体含量与胶液的粘度呈线性关系,而胶液的粘度变化又与温度呈线性关系。所以必须在恒定温度下控制胶液的粘度,才能达到有效地控制胶液固体含量的目的。此外,胶槽供胶结构也很关键,半固化片树脂含量不均匀如:中间厚、两侧薄;中间薄、两侧厚或一侧厚一侧薄等状况多数与胶槽及供胶结构有关系。

  也有些工厂在生产过程中视半固化片树脂含量的大小调节计量辊的间隙,这一种做法,由于实际生产中每隔1~2个小时甚至更长时间才检测一次半固化片的技术参数,所以这一做法难以使半固化片的质量达到一致性(包括树脂含量一致性)。

  (8)层压机热压板平行性、平坦性精度不够,造成基板厚度不均。

  (9)热压板压力分布均匀性不够,也会影响基板厚度均匀性。

  (10)热压板温度分布不均匀,温度高的地方半固化片树脂固化进程快;温度低的地方树脂固化进程慢。固化进程不同造成基板流胶不同,也导致基板厚度均匀性不好。

  2、基板超差危害

  (1)基板厚度超差,特别是较常见的中间厚四周薄,或一侧厚、一侧薄等状况,将影响PCB加工进程,加工质量(如当要在PCB板上开V型槽时,基板厚度不均将影响开槽深度、基板对折性等)及电子元器件表面贴装等。

  (2)对于精密印制电路板及有镀金接插头(俗称金手指)的PCB板,厚度超差会造成整机时接插头松紧不一,形成接触不良,影响电子装置性能。

  (3)对于多层印制电路板,厚度超差累积可能造成整块多层板厚度超差而产生废品。

  (4)基板的介电常数与基板厚度相关,在对某些基板作介电常数测试时发现,基板厚度每变动10%,介电常数值变动约0.03。因此基板厚度偏差大,基板介电常数稳定性也就差。

  3、防止措施

  厚度超差既与设备状况有关系,也与生产工艺及原材料有关系。好些中小型CCL厂覆铜板厚度公差都控制得不太好,并且很容易出现产品中间厚,四周薄状况。覆铜板厚度问题也是一个综合性问题,需从设备、工艺技术、基材等多方面进行综合治理。

  (1) 防止半固化片树脂含量波动过大,特别是半固化片任何位置树脂含量波动要小,像基板中间厚四周薄情况与压板时流胶多有关,但更多地与半固化片中间部位树脂含量高于两侧树脂含量。要控制好半固化片树脂含量需作好如下几个方面工作:

  ①上胶机计量辊要有足够高的精度:计量辊的精度分静态精度(即加工精度),通常为0.003~0.005mm,较高级上胶机达0.001mm和动态精度(即安装精度),通常为0.002~0.005mm,此时一定要采用高精度轴承及辊子轴承位高精度加工与精确安装相配合。当代较为高级上胶机尚在计量辊两端装有计量辊间隙动态调节装置,使计量辊在生产过程中其间隙一直保持在0.001mm范围内,充分保证了半固化片树脂分布均匀性。

  ②上胶树脂溶液(俗称胶水)要保持稳定的固体含量,它是在连续生产半固化片树脂含量一致性的重要条件。由于在生产过程中,胶水中的溶剂很容易挥发,造成胶水浓度逐渐增大,在计量辊间隙不变情形下,随着胶水的浓度增大,半固化片的树脂的固体含量也增大。所以,要稳定半固化片的树脂含量,必须先稳定胶水的固体含量。由于胶水的固体含量与胶水的粘度呈对应关系,胶水的固体含量越高,胶水的粘度也越大,通常用控制胶水粘度的方法来控制胶水的固体含量。其作法是在上胶机跟前装一个胶水粘度调节罐,装有一个粘度计和搅拌器,当粘度计检测出胶液粘度超过设定值时,溶剂补给阀门自动打开,补入溶剂,并不停地搅拌使胶水混合均匀。胶水粘度调节罐与浸胶槽及胶水补给罐连成一个系统。上胶槽胶水经由循环泵打至胶水粘度调节罐,调节好粘度的胶水再廻流至上胶槽。胶水补给罐补充上胶过程消耗了的胶水。

  但在实际生产中,仅有这一套粘度调节控制装置还是不够的,因为胶水粘度虽然与胶水中的固体含量成正比,但也与温度成正比。当温度比较高时,同一固体含量的胶水所显示的粘度值会较低。而一年四季温差是相当大的,就连气候暖和的南产地区,一年四季温差也可达三、四十摄氏度,而且在同一天里,早晚的温差变化也会达十几摄氏度。因此,要获得稳定固体含量的胶水,尚需加有一套胶水温度调节系统。通常作法是将上胶槽及各胶罐均做成夹层,备一温水罐,使其温度恒定在某一温度上(通常取40℃),让温水在上胶槽,粘度调节罐,贮胶罐间循环,使其温度恒定在相同温度下,这样就可以保证胶水固体含量稳定。

  当前国内有不少CCL厂的上胶槽,粘度调节罐,贮胶罐没有夹层装置,对于这些已应用在生产上的设备要改加装夹层有一定的难度,但随着高精密印制电路板用覆铜板及超薄型覆铜板市场需求增大及质量要求提升,不解决上述问题已难以生产出高品质,高厚度精度的覆铜板。因而加装粘度控制系统及温水系统是非做不可的。对于原设备上胶系统没有夹层的CCL厂,可以采用如下作法:在上胶槽之前或胶水粘度调节罐之前加装12套热交器,让进入上胶槽及胶水粘度调节罐的胶水的温度恒定在设定的温度范围内,这一作法的优点是既简单、投资也少,效果也很不错。

  ③浸胶槽左、中、右各处胶水固体含量要一致,它是避免基板中间厚四周薄的重要条件。这一点既非常重要,而又最容易被忽略掉。生产实践发现,如果上胶槽进出胶水管路结构及分布不合理,那么半固化片的树脂含量分布的均匀性仍不是很理想,最常见的基板中间厚度偏厚多数与此相关。至于供胶管路结构与分布方式也是五花八门,如有下进式、淋胶式、夹缝式、管孔式等等,究竟采取哪种形式,怎么分布为好,很多高技术层次CCL厂对此讳言莫深,因此各CCL厂只有八仙过海,各显神通,只能依据不同胶槽结构及生产经验进行设计。

  ④计量辊开合机构复位准确性:有些上胶机为了使基材连接头经过计量辊时不会被计量辊挤断,而采取让计量辊在接头经过时暂时分开(自动分开或手动分开),待接头通过后再复位。操作中应考察计量辊复位后计量辊间隙复位精度(要保证计量辊被动辊顶紧机构有足够压力)。计量辊复位精确才能保证连续生产中半固化片的树脂含量的一致性。

  (2) 热压机热压板厚度,平行度、平坦度要有足够高的精度。对于使用时间比较长,热压板已产生明显变形之时,应当修磨。

  (3) 选择合适的基材:

  由于基板厚度与基材标重及基材树脂含量成正比,而不同材质、不同标重的基材又有一个比较佳的树脂含量范围。树脂含量过少,基板表层干涩、电性能、耐化学品性能下降,基板易起花。如树脂含量过大,热压时流胶较多,基板白边角偏大,并易出现基板中间厚四周薄等品质问题,热压成型中易产生滑板事故(不锈钢板移位),在成本方面也不合算。

  由于纸基覆铜板是用于家用电器产品中,极少有高档用途,对产品的厚度偏差要求没有玻纤布基覆铜板那么严格,所以用于纸基覆铜板的基材(绝缘纸)没有形成系列化产品,较常用的是标重为126g/m2(或127g/m2)这一规格产品。有的CCL厂为了调节产品厚度及降低生产成本的需要,而采用标重为130 g/m2、150 g/m2(适于用7张料作1.6mm厚度产品)等产品,这些都得向造纸厂专门定制。

  在玻纤布基覆铜板方面,不少CCL厂习惯于采用7628、2116、1080型玻纤布。对于通用产品用7628布,用调节树脂含量方法来调节产品厚度,当只用7628布调节不过来时,再混入2116或1080型半固化片。这一作法弊端除上面已述及之外,这三种布的单丝结构,布的织造结构差异很大,混用后产品存在较大内应力,影响产品平整度,所以这一作法缺陷较多。

  随着印制电路板制造技术的进一步提高,对覆铜板的厚度偏差要求及平整度要求越来越高。此外,客户订单中经常出现芯板(没有铜箔)及不同厚度铜箔的产品如:芯板、?盎司铜箔、1盎司铜箔、2盎司铜箔甚至3盎司铜箔的单面覆铜板,及 ?盎司铜箔、1盎司铜箔、2盎司铜箔的双面覆铜板等产品。对于这些产品,显然用同一规格型号基材,只靠调节树脂含量作法制造出来的产品厚度偏差是达不到客户要求的。只有选用合适基材,配合树脂含量的调节,才能精确控制好产品厚度以满足客户的要求。由于基材型号选择涉及产品厚度精确控制并与产品平整度,产品成本等相关连,在选用时应认真分析。如最常用的7628布,目前已有三个不同标重产品:203 g/m2、210 g/m2、220 g/m2。对这三个产品有的玻纤布织造厂将其命名为:7628、7629、7630;也有的织造厂将其命名为:7628L、7628M、7628H(如德宏工业股份有限公司)。 在选用时要仔细查看玻纤布织造厂的产品说明,对于其它规格型号玻纤布情况与此类同,选用时除了标重之外,尚需注意该布的经纬密结构及单丝结构,以防止选用不当,影响产品的平整度和加大生产成本。

  (4) 热压成型时严格控制流胶量

  要精密控制覆铜板的厚度,精确控制半固化片树脂含量是第一步,热压成型时严格控制流胶量是第二步。因为流胶多,基板就偏薄,或中间厚四周薄,流胶少,基板就偏厚。要严格控制好流胶量,应依半固化片的技术指标设计合适的层压菜单。如果能使每张板的流胶都控制在数毫米范围内,这时不仅产品的厚度均匀性会很好,白边角也很少因而废边也很小,覆铜板铜箔面受污染程度也很小,对降低生产成本意义就很大。

 

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