增强弹性缓冲材料在CCL层压制程中的应用

周久红　温振雄　杨 鑫　翟俊威（广东生益科技股份有限公司，广东 东莞 523808）

增强弹性缓冲材料在CCL层压制程中的应用

周久红温振雄杨 鑫翟俊威
（广东生益科技股份有限公司，广东 东莞 523808）

随着PCB朝薄型化和线路精密化发展，基板要求越来越薄，同时基板可靠性要求越来越高，牛皮纸等传统缓冲材料已经无法完全满足其层压制程中对压力缓冲性的要求，文章主要研究在CCL层压制程中搭配使用增强弹性缓冲材料，以降低薄芯层压板缺陷率。

薄芯层压板；增强弹性缓冲材料；热塑性薄膜；纤维增强硅胶

1　前言

覆铜板（CCL）的生产通常采用传统的平面热压成型工艺，制程中将铜箔与配好的半固化片叠合成一张板料，每张板料之间用镜面不锈钢板隔离，每十几张到二十几张板料和间隔的镜面钢板组合成一个BOOK，一个BOOK上下的最外钢板用牛皮纸等缓冲材料加以缓冲，整个BOOK放置在一张承托板上，推入平面热压机中进行加热加压，最终将板料固化成型。这其中缓冲材料是必不可少的，而且至关重要，缓冲材料不仅要有适宜的导热性，而且要有良好的压力缓冲性。目前覆铜板（CCL）热压用缓冲材料通常采用牛皮纸（未漂白的木桨纸），它起的作用一是缓冲层压压力，二是缓冲温度，使温度和压力更均匀地传递到预压板料的表面，保证板料整个幅面受热受压均匀。实际生产过程验证和文献资料［1］显示：缓冲材料的好坏对压板CCL厚度精度、板材基材内部质量（板边白边白角、基材织纹显露、基材空洞、基材板面色差不均）等质量有着直接影响。

2　CCL层压制程对缓冲材料新的要求

随着PCB朝薄型化和线路精密化发展，线路板基板要求越来越薄，同时基板可靠性要求也越来越高，牛皮纸等传统缓冲材料已经无法完全满足其层压制程中对温度和压力缓冲性的要求［2］。同时出于材料成本、考虑，覆铜板企业相继报道在CCL层压制程中引入垫毡或垫板代替牛皮纸作为热压用缓冲材料，如:ICHIKAWA公司的全芳香型聚酰胺耐热垫毡［3］，ACE BOARD垫板［4］，Yamauchi垫板，垫毡或垫板具有优异的耐热性和其它物理及化学方面的性能，因而赋予此种材料优异的耐久性和可重复使用特性，可以取代牛皮纸作为CCL热压时的缓冲材料。

而实际使用发现垫毡或垫板作为CCL热压用缓冲材料目前表现不足之处在于使用初期通常满足使用要求，但随着使用次数增加，对压力和温度缓冲性降低，则压板出现质量问题的机会逐渐增大，可能出现压板板材厚度精度降低，无法满足公差要求，压板板材基材内部缺陷几率（板边白边白角、基材织纹显露、基材空洞、基材板面色差不均）增加。且垫毡或垫板在使用中比较难掌握极限次数，由于其缓冲性的变化是一渐变的过程，外观上无法判断是否已失效［3］。同时为了增加垫板重复使用次数，便于搬运，垫板通常为纤维、橡胶、树脂等材料层叠体片状结构，实际使用中显示，其对压力的缓冲性依旧有限，有时甚至不及牛皮纸组合搭配，垫板对层压过程中对层压工装平整性要求更高，随着使用次数增加，缓冲性不足问题更加突出。基于如上现状，CCL行业中牛皮纸依旧作为主要缓冲材料在覆铜板热层压制程中广泛应用。

3　增强缓冲性在CCL薄板制程中应用对比研究

为了达到增强缓冲材料对压力和温度缓冲性，以完全满足目前层压CCL薄芯板制程中对温度和压力缓冲性的更高要求，目前途径有两个，一是调整缓冲材料搭配，二是更换或添加缓冲材质。

在调整缓冲材料搭配方面，本文主要研究通过调整牛皮纸搭配，评估层压CCL薄板过程板料传温速率变化以及对层压压力敏感的薄芯板基材局部白斑缺陷影响，另外在更换或添加缓冲材质方面，本文主要研究了在现行牛皮纸等通用缓冲材料中，通过添加低模量、高耐热、高回弹性的增强缓冲材料，如：热塑性薄膜、纤维增强硅胶片，以满足层压CCL薄板对温度和压力缓冲性更高要求，从而降低CCL薄板因压力引起白斑缺陷几率和程度。

3.1调整缓冲材料搭配

在实际调整缓冲材料搭配（如牛皮纸搭配）过程中我们发现，单纯只是通过增加牛皮纸搭配数量，很难同时兼顾满足压力缓冲和温度缓冲的双重要求，例如试验我们发现，在层压薄芯板过程中，通过调整牛皮纸搭配，将牛皮纸搭配从18张极限调整至36张，对层压压力敏感的薄芯板基材局部白斑缺陷程度有所缓解，但对板料料温曲线影响较大，升温速率和最高固化温度远远无法满足层压产品要求，具体见下图1。

图1　不同牛皮纸搭配层压CCL薄板料温曲线

3.2添加热塑性薄膜

热塑性薄膜作为热塑性材料，在加热和加压时会变软以至流动，特别是无定形热塑薄膜，当其受热温度高于其玻璃化温度（Tg）时，其表现为高弹态，通过添加可有效增加牛皮纸等缓冲材料对压力缓冲性。相关资料［2］特开平6-126855号公报中有报道显示：为了改善层压板的板厚精度和防止白纹产生，在缓冲材料中添加使用加热加压时流动性的膜。

试验中，我们选用了与牛皮纸在热导率相近的耐热性薄膜A，其具体数据见下表1，通过对比评估相同条件下层压同一款结构的CCL薄板表面板抽样检测基材局部白斑缺陷比例和程度差异。

表1　选用的薄膜A厚度和热导率

结果与讨论：

试验中，我们通过在叠合的牛皮纸缓冲材料中额外添加一张35 μm薄膜以提高缓冲材料对压力缓冲性，板料中热电偶曲线对比显示：添加一张热塑性薄膜，对板料温度传导基本不影响，但对压板缺陷验证显示：添加一张薄薄的热塑性薄膜对原有牛皮纸搭配因热压压力缓冲不足导致的层压CCL薄板面板局部白斑问题改善效果明显，具体验证结果如下表2。

图2　添加前后面板抽样白斑缺陷比例

图3　添加前后面板抽样白斑缺陷严重程度分布

在此试验基础上，同时对比了研究显示：同一款热塑性薄膜，薄膜的储能模量（DMA测试）越低，弹性越好， 对层压薄芯板白斑缺陷改善更加明显。因此，同比下如下图4、图5，厂家b的热塑性薄膜储能模量相比厂家a低，相对弹性更好，对层压薄芯板局部白斑缺陷改善更加有效。

图4　 薄膜（厂家a ）DMA测试曲线

图5　薄膜（厂家b） DMA测试曲线

3.3添加纤维增强硅橡胶

为了达到更好的试验效果，验证了牛皮纸缓冲材料中额外添加纤维增强硅橡胶材料，硅橡胶具有稳定的硅氧化学结构，除具有橡胶材料良好的弹性外，硅橡胶还具有优异的耐热性、耐化学腐蚀、能在-60℃（或更低的温度）至+250 ℃（或更高的温度）下长期使用，目前广泛用于各个领域，由于硅橡胶优良的耐热性、高弹性特点，相关资料［2］特开平9-29773号公报中有报道显示日本同行为了防止基材白纹的产生，选用储能模量在1～7Mpa的橡胶作为缓冲材料能够有效预防这个问题。

结果与讨论：

试验中通过在叠合的牛皮纸缓冲材料中额外添加一张0.5 mm ～ 1.0 mm纤维增强硅橡胶片以提高缓冲材料对压力缓冲性，为了防止硅胶片粘附牛皮纸，我们在硅胶片上下表面采用铜箔阻隔，试验结果显示：添加一张0.5 mm ～ 1.0 mm纤维增强硅橡胶片后，对板料传温速率也基本不影响，具体见如图6。

由于硅胶片的弹性更佳，相比热塑性薄膜，对层压CCL薄板面板白斑问题改善更加彻底，具体见表3。

表 2 添加前后表面板白斑缺陷概率和程度

3.4注意事项

试验验证显示：如上二种通过在原有缓冲材料搭配基础上添加热塑性薄膜、纤维增强硅橡胶材料的方法，均可在不改变缓冲材料热传导情况下，提升现有缓冲材料对压力缓冲性，从而降低CCL薄芯板因压力引起的基材局部白斑缺陷几率和程度，且各有优劣，具体对比和注意事项如下表4。

图6　添加纤维增强硅橡胶片与未添加层压CCL薄板料温曲线

表3　添加硅胶片、薄膜和未添加层压CCL薄板抽样表面板局部白斑缺陷比例对比

表4　添加热塑性薄膜、纤维增强硅橡胶的方法优劣和注意事项

4　研究结论

本文研究结果显示，在现行CCL通用缓冲材料牛皮纸中，通过添加低模量、高耐热、高回弹性的增强缓冲材料的方法，如：热塑性薄膜、纤维增强硅橡胶材料，足以满足层压CCL薄芯板对温度和压力缓冲性更高要求，从而降低或消除CCL薄板因压力引起板材基材局部白斑缺陷产生，同时该方法可克服单纯通过增加牛皮纸搭配，难于同时兼顾满足压力缓冲和温度缓冲双重要求的问题。

［1］曾光龙. FR-4覆铜板常见缺陷与解决方法.印制电路信息， 2012（12）:19-26.

［2］CN 101842210 A.

［3］杨忠华. 垫毡在覆铜板生产中的应用. 印制电路信息， 2002（4）:24-27.

［4］刘熙. 新型材质缓冲材料在覆铜板生产中的应用.印制电路信息， 2009，S1:96-98.

周久红，从事覆铜板工艺技术研究工作。

Application on the enhanced-elastic buffer material in the process of CCL lamination

ZHOU Jiu-hong WEN Zhen-xiong YANG Xin ZHAI Jun-wei

With the development of PCB towards thinning and line-precision， substrate is required thinner and thinner， the reliability of substrate is requested higher， craft paper and other traditional buffer materials have been unable to meet the requirement for pressure buffer in the process of lamination， this paper mainly studies collocation in using enhanced-elastic buffer material in the process of CCL lamination， in order to reduce the defect rate of thin core laminate.

Thin Core Laminate； Enhanced-Elastic Buffer Material； Thermoplastic Film； Fiber Reinforced Silica Gel

TN41

A

1009-0096（2015）08-0045-04