CEM-3覆铜板工艺流程

plokij

1.CEM-3覆铜板原材料
(1)环氧树脂
环氧树脂具有优异的电气性能、粘合力、耐热性和耐药品性，在NEMA标准和IPC 标准都明确规定CEM-3 是以环氧树脂为主体树脂的覆铜板， UL 标准有关CEM3的红外光谱图也显示它的环氧树脂组分。用于CEM-3 的环氧树脂，环氧当量185-500 g/mol 较合适，环氧当量愈大，分子量愈大，固化后的交联密度就愈小，板材的Tg 偏低。目前CEM-3 大量使用具有阻燃功能的低澳化双酣A 型环氧树脂，环氧当量400 - 450 g/mol 、溴含量18% -20% ，同时，为了提高板材的耐热性、耐潮湿性、耐化学药品性和尺寸稳定性，常添加适量的诺伏拉克型环氧树脂或多官能环氧树脂，以提高固化交联密度，双酚A型环氧树脂与诺伏拉克型环氧树脂或多官能环氧树脂的配比，一般为(60 - 90) : (40 - 10 ) (质量份) ，后者用量太高，会缩短粘结片的贮存期、降低剥离强度和机械加工性。通过添加环氧当量700 -1 200 g/mol 以上的环氧树脂，可增大架桥点间的分子量，提高板材在加工过程中承受机械和热冲击的能力，但是必须注意树脂的环氧当量太高，分子量太大，树脂粘度较高，会造成胶液对玻纤布的浸渍性变差。
(2) 固化剂和促进剂
CEM-3 常用的固化剂有双氟股和线性酚醛树脂(诺伏拉克) ;固化促进剂一般用咪唑类化合物，如2- 甲基咪唑、2- 乙基-4- 甲基咪唑、2-苯基咪唑等，也可用基二甲胶作促进剂。近年来，为了提高板材的耐热性、耐潮湿性、耐离子迁移性和耐白斑性，比较倾向于采用线性酚醛树脂作为环氧树脂的固化剂，包括酚醛诺伏拉克、双酣A 型诺伏拉克等，其中双酚A 型诺伏拉克具有优秀的耐变色性。线性酚醛树脂的软化点为80~120
c 较合适，软化点低于80 C，分子量较小，虽然可以提高胶液的浸渍性、板材层间粘合力，但是板材玻璃化转变温度较低;软化点高于120 C ，分子量较大，可提高板材的耐热性、耐潮湿性和马，但是会导致胶液浸渍性变差、板材层间粘合力下降。林、酚醛树脂与环氧树脂的比例一般是酷程基当量和环氧当量之比为(0.9- 1.1) :1 较合适，小于0.9 则板材层间粘合力低，超过1. 1 ，则板材Tg 降低。以酚醛树脂作固化剂的板材，其剥离强度比用双氧胶作固化剂的板材的剥离强度低些，这是酚醛树脂作固化剂的一个特点。
+ Y! @3 n# l. k" Y, Q8 R: u
(3)无机填料
* s2 a5 I9 A* P. p6 q& [2 q3 B无机填料是CEM-3 的重要组分之一，作为填充剂，它直接影响板材的尺寸稳定性、通孔可靠性、耐潮湿性和机械加工性等。最初的CEM-3 不含有无机填料，玻纤纸的含胶量大，使到板材有机物(环氧树脂固化物)含量高达60% ，导致板材热膨胀数和吸水率偏大，然而早期CEM-3 主要用于单面印制线路板，不需考虑通孔可靠性，耐潮湿性即使差一点，问题也不大;随着CEM-3 应用范围的扩大，特别是在双面印制线路板上的应用，这些问题就暴露出来。后来，通过在芯料用胶液中加入无机填料，大大提高CEM-3的无机物比例，使板材中有机物含量和无机物含量的比例下降为40: 60 (质量份) ，接近FR-4 水平，显著地降低板材的热膨胀系数和吸水率，图8-3-3 、图8-3-4 显示了CEM-3 的树脂含量(即有机物含量，通过无机填料用量来调整)与板材热膨胀系数、吸水率的关系。CEM-3 常用的元机填料有氢氧化铝、滑石粉、碳酸钙、硅微粉、高岭土等，它们对CEM-3 性能的影响见表8-3-2 。目前CEM-3 大量使用的无机填料是氢氧化铝，氢氧化铝含有3 个结晶水，在200 - 500 C条件下，不同程度释放出水，在释放水时，需吸收大量的热量，所以氢氧化铝也是一种理想的"洁净"阻燃剂，氢氧化铝的粒径越小，阻燃效果越好;但是，氢氧化铝会影响板材的耐热性、耐浸焊性， PCB 加工热风整平、元件焊接的温度都接近氢氧化铝的分解温度，如果时间较长，高温下氢氧化铝受热分解，板材会分层起泡;近年有厂家研究对氢氧化铝进行热处理，脱去部分在200 多度开始分解的结晶水，可大大提高氢氧化铝的热分解温度，这种含有1. 8-2.9 个结晶水的氢氧化铝已开始供应市场。
% Z8 x1 o; ^2 F: I6 }5 \一般来说，选用的无机填料的粒径在1-10μm 较合适，最大粒径不大于40μm。填料粒径太小，则在胶液中分散困难，易成团结块，填料在玻纤纸中分布不匀，这时必须提高溶剂用量，并借助高速率、高剪切力的分散设备来达到均匀分散的目的;若填料粒径太大，则在1昆胶及上胶过程中填料易沉降，上胶时对玻纤纸的浸渍性变差，由于玻纤纸的过滤作用，填料在玻纤纸中也会分布不均匀。至于无机填料用量，以无机填料用量与树脂用量之比常在(80-150): 100(质量份)为宜，超过150% ，肢液粘度增大，填料分散性、浸渍性变差，板材耐热性等性能会下降，并且会超出UL 规定的CEM-3 灰分要求(0.8 mm 板的灰分范围42.7% -68.3% , 1. 6 mm 板的灰分范围29.7% - 44.9%) ;但是如果无机填料用量过少，则对降低CEM-3 的热膨胀系数贡献不大，使到板材的尺寸稳定性和通孔可靠性变差。
  L2 Q7 m; P4 f* l, vCEM-3 的绝缘层外观透明度与元机填料的折光率有关，如果元机填料的折光率等于树脂的折光率，板材就显示出透明状，例如，氢氧化铝的折光率为1.57 ，与环氧树脂的折光率1. 55 差不多，所以用氢氧化铝作填料的CEM-3 ，板材绝缘层呈现出透明状，基本上与FR-4 的外观相同;如果元机填料的折光率大于树脂的折光率，板材就显示出不透明状，因此，开发要求高遮光性的LED 显示用CEM-3 可以根据这个原理，在胶液中加入高折光率的元机填料(颜料)。
另外，对元机填料进行表面处理，可以降低胶液粘度，减少溶剂用量，并提高元机填料与树脂的结合力，消除界面影响，从而提高板材性能。无机填料常用的表面处理剂有硅烷偶联剂、铁酸酯偶联剂等，可以在与环氧树脂混合前对无机填料进行表面处理，也可以在混胶时将填料、偶联剂和环氧树脂一起混合(又叫迁移法) ，相比之下前一种处理方法的效果较好。
  I1 U4 l& U$ B, x- o
- |3 s: y' r+ n* [% Q) j(4) 溶剂
4 b0 j9 C0 N# I) O9 {CEM-3 用溶剂有二甲基甲酰胺、丙酮、丁酮、乙二醇单甲醚、丙二醇单甲醚等，除了二甲基甲醚胶具有强极性、专门用于溶解双氰胶外，其他溶剂极性较低，主要用作胶液稀释剂，改善无机填料的分散性和胶液浸渍性。选择溶剂必须注意与上胶机烘箱温度相匹配，溶剂沸点不能太低，否则会造成挥发太快，影响上胶质量;还须注意选择的溶剂不能参与体系反应，如以线性酣醒作固化剂的体系就不能使用二甲基甲酷胶作溶剂，因为它对
0 C) P) t' q6 s反应起促进作用，会缩短肢液凝胶化时间。
" j- ^8 Y) s3 `* n  G2 s" H
. {9 V; X# {: s(5) 增强材料
3 b  p* `/ }8 T8 o/ a% x9 S4 k" TCEM-3 采用电子级玻璃纤维布和电子级玻璃纤维纸两种增强材料。面料的增强材料一般用7628 玻璃纤维布，对一些特殊用途的CEM-3 也采用2116 玻纤布，但会增加产品成本。玻纤布和玻纤纸必须经过硅烷偶联剂表面处理，以提高耐潮湿性、耐热性、电气绝缘性。玻纤纸的强度较低和内应力很小，其对板材翘曲影响较小，而玻纤布存在编织张力及内应力残留、经纬纱偏斜等不稳定因素，对CEM-3 翘曲影响较大，因此，必须注意玻纤布的经、纬纱的编织密度、纬斜等，同时，生产CEM-3 时须注意面料要同机同布。芯料的增强材料采用玻璃纤维纸(简称玻纤纸，又称玻璃纤维无纺布、玻璃纤维毡、玻璃纸等) ，它由短切玻纤、粘合剂，用湿式短网抄纸机按抄纸方法制成，其特性见表8-3-3 。CEM-3 用玻纤纸一般以综合性能好的环氧树脂或丙烯酸树脂为粘合剂;用聚乙烯醇作粘合剂的玻纤纸，虽然价格便宜，但是耐热性、耐水性差，已被淘汰出CEM-3 用玻纤纸之列。

(6) 铜箔
CEM-3 采用的铜箔，要求是表面经特殊处理的电解铜箔(又称处理箔) ，以18μm 、35μm 铜箔为主。铜箔的表面处理包括铜箔毛面粗化处理、镀耐热层(镀锌、镀铜或镀锌铜合金)和热稳定化处理等，经过表面处理后的铜箔可以有效改善铜箔毛面与环氧树脂的结合，从而提高板材的剥离强度、耐热性和耐化学性。由于CEM-3 的面料是环氧玻纤布基粘结片，环氧树脂是一种强力胶粘剂，所以CEM-3 不需用涂胶铜箔。


1 c2 W1 }3 }" z: F7 i5 f/ f2 F) Z2. CEM-3覆铜板制造工艺
; x* W9 K, H4 w  P/ ~; F( ~CEM-3 的制造工艺大体上分混胶、上胶、层压三道工序。
(1)混胶
根据胶液配方计算好各组分用量，按一定投料顺序，将环氧树脂、固化剂、固化促进剂、溶剂混制成面料用胶液，将环氧树脂、固化剂、固化促进剂、无机填料、溶剂混制成芯料用胶液。为了使元机填料能均匀分散在胶液中，可先用溶剂润湿、分散元机填料后再加树脂，也可采用高速、高剪切分散设备来达到均匀分散的目的。

(2) 上胶
$ }" M) H& o1 }! I! a/ ^分别用玻纤布和玻纤纸浸渍上述胶液，通过上胶机除去溶剂、半固化后，制成面料和芯料。CEM-3 用面料一般采用立式上胶机上肢，芯料既可采用立式上胶机也可以采用卧式上胶机。由于芯料厚度较厚，采用远红外线加热方式比采用热风加热方式要好得多，前者可以使芯料表里的树脂半固化度均匀一致，而热风加热方式会使芯料表层溶剂先挥发出来，在芯料表面形成树脂固化封闭层，影响里面挥发分的排除，表里树脂半固化程度不一致。
& g4 A7 B4 m2 T
- G: f/ _- R4 O. F) _' H. J(3)层压
配好料以后，双面板则两面都覆盖铜锚，单面板则一面覆盖铜箔，另一面覆盖耐热性好的离型膜，如聚氟乙烯(PVF) 薄膜，然后将配好的料坯夹在两张镜面不锈钢板中间，放进层压机中，按设定的层压程序加热加压，制成CEM-3 。由于芯料本身的多微孔特点，若采用普通层压机，难以将芯料内气泡完全排出，会导致高温高压下树脂氧化，使板材产生黄斑气泡或空洞现象，进而影响板材的性能，因此，为了生产高品质的CEM-3 ，建议采用真空层压机，以消除板材内黄斑气泡，减少板材残余应力和降低翘曲，全面提高板材性能。