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PCB层压铜箔起皱产生机理与改善

PCB层压铜箔起皱产生机理与改善
摘要:本文对PCB层压过程当中极易出现的铜箔起皱缺陷进行了理论上的分析,并根据其不同的机理,提出了改善措施,对层压工序降低此缺陷具有指导意义。
关键字:PCB层压,铜箔起皱
 
Abstract: Copper crinkle is occure in PCB laminate process, this paper analysis the causation of copper crinkle,and bring forward some method of reduce the defect.It is useful for improve PCB surface quality and product reliability.
key word: PCB laminate,copper crinkle
 
 
一、前言
层压加工作为PCB加工过程的重要一环,关系到板件的阻抗,线条的完整性,树脂的固化程度并影响到后续钻孔去钻污等加工,对板件可靠性起到非常重要的作用。
为了保证加工出合格的产品,如何选择合适的压力和温度配合,如何根据板件的特性来控制层压参数,是公司一项关系到产品生命周期和公司核心竞争力的主要指标。
在层压过程中PP由玻璃态-粘流态-高弹态的转变过程中,由于压力的分布均匀性受到图形设计、压机钢板的平整性、温度不均匀性影响,树脂在融化状态的流动处于无规则状态,充分利用层压中树脂在压力场中的充分流动性来提高压合质量,尤其对于缺胶、外层铜箔起皱等缺陷的解决,是本文重点探讨的问题。
 本文重点从机理上探讨了层压铜箔起皱产生的原因,并对铜箔起皱提出了一系列的解决方案,能较大程度的缓解铜箔起皱产生的几率,提高了产品的一次合格率。
 
、铜箔起皱的表状
铜箔起皱从表面看,层压后的铜箔表面会有条状的沟状条纹,深度大约0.5mm,长度均比较大,肉眼可见,一般长度5mm以上(见图1),蚀刻表面铜箔后会看到固化后的内层PP的有沟状,在有铜区域外层图形贴膜时由于压力辊不能贴合,造成显影后蚀刻液进入造成缺口开路的缺陷,对于非线路处和无铜区域阻焊油墨覆盖后会看到此处由于聚集油墨较多,颜色比较深,影响产品外观。
外层铜箔起皱出现后,需要使用外层底片进行核对,是否出现在边框区还是客户图形区,对于出现在客户图形区,则需报废处理。
      
图1  铜箔起皱图片                   图2  铜箔起皱机理
 
 
、铜箔起皱机理分析
铜箔起皱的产生分析其原因,主要有下列几种因素交互影响,最终形成产品缺陷。
1)  外层PP含胶量不足
铜箔起皱均出现在表面位置,且内层无铜空白区较大的地方,此处极易出现缺胶、起皱等缺陷,从图2可以看出,在层压升温过程中,由于树脂处于粘流状态,在压力的作用下和液体流动的本身特性,会朝着压力较小和较低的地方流动。若PP的胶含量较少,则树脂的填充能力受到影响,少量的树脂难以充分填充到大量的空白区,而空白区的空气由于热胀冷缩在层压过程中已经排出,冷却后必然会出现部分真空状态,造成表面的铜箔下陷出现铜箔起皱。
2)  层压压力不均匀
在层压填胶过程中,由于整个压机内的板件基本为比较软的状态,上下两个压力板的作用力在传递过程中,叠板中间压力的散失较大,造成叠板中间层次压力场的不均匀。
同时内层图形的分布线不均匀,钢板的厚度不均匀等,造成压力场的不均匀和树脂流动的不均匀,造成部分区域出现缺胶以及铜箔起皱等现象。
3)  钢板膨胀系数与铜箔膨胀系数相差较大。
钢材的热膨胀系数为10ppm左右,而铜箔的热膨胀系数为18ppm左右,在层压过程中由于膨胀系数的不同,钢板对铜箔的伸长有一定的阻碍作用,造成层压中出现铜箔不能自由伸缩导致的起皱。
4)  树脂流动的粘力
树脂在熔融状态填充空白区的过程中,最低黏度仍高达3000-4000pa.s(见图3),树脂在向空白区流动过程中,带动粗糙的毛面铜箔朝中间流动,造成空白区两边的铜箔经拉动,最终集中在空白区中间起皱。
图3  层压加工中升温速率和黏度关系图
 
 
四、铜箔起皱的应对措施
   综合前述的铜箔褶皱原因分析,可以采取更改设计,并结合物料的特性,调整温度和压力的配合调整层压参数,来减少或抑制铜箔的起皱现象。
 
原因
应对措施
外层PP含胶量不足
1.       更改外层配置,换用胶含量较大的 PP配方。
2.       对空白区铺铜处理,减少空白区面积,降低填充所需胶量。
层压压力不均匀
1.       采用降低叠层方式,减少压力传递过程中的损失。
2.       采用厚度均匀一致的钢板进行加工。
3.       采用增加每块板间钢板的方式,增加每个叠层的刚性
膨胀系数不一致
1.       采用与铜箔热膨胀系数较一致的钢板进行加工。
2.       可采用在铜箔和钢板间增加缓冲物,如铝片,不仅可以对铜箔的收缩变形起到缓冲作用,还可充分利用铝箔较软的特性,提高空白区的压力,进而提高填充性能。
树脂流动的粘力影响
采取较快的升温速率,黏度较低容易流动,并在材料温度90度之前,粘度开始下降前上高压压合,保证树脂的充分流动和填充能力。
 
五、实验结果
根据分析的结论进行相关实验,根据公司的实际情况和客户要求,选择我司某档案号,该档案号空白区大小为8.3*300mm,最外层PP为2116*1,不能满足空白区的填胶要求,起皱率一直较高,加工中采取了下列措施并取得了较好的效果。
 
 
 
 
 
起因
措施
结果
备注
外层PP含胶量不足
对空白区进行填铜处理,将空白区宽度由原来的8.6mm降低到3.2mm,弥补外层PP胶含量的不足。
空白区和叠层均是主要影响,贡献率70%,交互影响不显著(图4图5)
外层配置由于客户阻抗要求,不能采用胶含量较大的PP或增加PP的方式加工。
层压压力不均匀
叠层由8层降低为5层,每层之间加垫一张钢板,并挑选厚度比较一致(+/-0.05mm)的进行加工,改善层压过程中的压力均匀性。
膨胀系数不一致
/
/
由于在钢板间增加铝片加工后,在压力的作用下,铝片会留下内层图形的形状,只能使用一次,加工中成本过高,故加工当中没有采用。钢板采用与铜箔热膨胀系数为10-11ppm的SUS630镜面钢板加工,此钢板的硬度≥45(HRC)。
树脂流动的粘力影响
将上高压的时间往前推4min,保证在黏度开始下降之前上高压。
/
正常加工时的参数为表2,本次实验参数见参数表1。
结论
1.试生产:使用上述措施之前,加工板件40块,起皱数量为18件,起皱率为45%;采取措施之后,加工数量25件,起皱1件,缺陷率为4%,得到了明显的下降。
2.:批量生产:考虑到生产产能影响,将实验中叠板层数由5层增加到6层,加工结果为:原来的9-11月份加工670块块,起皱242块块,起皱率率为36%,更改加工方法后降低为12月共加工280件,起皱50件,起皱率为17.8%,从事实上论证了机理的有效性和处理方法的可行性。
 
温度(℃)
温升时间(min)
压力(PSI)
加温跳段时间(min)
 
温度(℃)
温升时间(min)
压力(PSI)
加温跳段时间(min)
165
6
71
6
 
165
6
71
6
165
6
157
6
 
165
10
157
10
165
9
329
9
 
165
5
329
5
185
12
329
12
 
185
12
329
12
185
77
329
77
 
185
77
329
77
185
6
157
6
 
185
6
157
6
 
表1                                          表2              


 
图4:叠板层数空白区大小都是是主要
的因素,对铜箔起皱有显著影响。                    图5:交互影响不明显
 
 
 
 
六、结论
本文对的铜箔起皱的机理进行了深入分析,并提出了切实可行的改善方法,并能够从实际结果来论证其基本原理,能够到其余板件进行推广,较大幅度的提高了产品合格率,是一种解决铜箔起皱的比较全面的解决方案。
 
 
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日期:2013/1/25 13:45:27    浏览:4299 【返回】

 

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