層壓成型法是采用增強(qiáng)材料,如玻璃纖維布、碳纖維布等經(jīng)浸膠機(jī)浸漬的環(huán)氧樹脂,經(jīng)烘干制成預(yù)浸料———成型材料,然后預(yù)浸料經(jīng)裁切、疊合在一起,在壓力機(jī)中施加一定的溫度、壓力,保持適宜的時間層壓而制成層壓制品的成型工藝。采用這種成型工藝可生產(chǎn)各種層壓板、絕緣板、波形板、印刷電路板等。整個生產(chǎn)流程可簡單表示為如圖3-2所示。
![]() 一、預(yù)浸料的制備
(1)原材料
①樹脂 作預(yù)浸料的樹脂一般采用中等分子量的環(huán)氧樹脂,這種樹脂的特點是強(qiáng)度高、耐化學(xué)腐蝕、尺寸穩(wěn)定性好、吸水率低。
②增強(qiáng)纖維 適合于制作預(yù)浸料的纖維增強(qiáng)材料有:玻璃布、高硅氧石英纖維織物、碳纖維布、芳綸纖維布等。
玻璃布具有優(yōu)良的耐熱性、強(qiáng)度高、良好的耐濕性、尺寸穩(wěn)定性好,價格便宜等特點,是用途最廣的品種之一。
高硅氧石英布是耐高溫、絕緣和耐燒蝕性能好。
碳纖維布 是具有良好的耐腐蝕和燒蝕性能,強(qiáng)度高。
芳綸布 是具有耐熱性能和較高的強(qiáng)度。
③輔助材料
a.固化劑:一般采用酚醛樹脂預(yù)聚物、雙氰胺、甲基四氫苯酐、甲基六氫苯酐、甲基納迪克酸酐、芳香族胺類固化劑。
b.促進(jìn)劑:芐基二甲胺、對苯二酚、2-乙基-4-甲基咪唑等。
c.溶劑:一般采用丙酮、乙醇和甲苯仁甲苯等。
(2)浸膠 用黏度被嚴(yán)格控制的樹脂浸漬連續(xù)纖維織物,熟化,達(dá)到半熔階段加熱,烘干成為預(yù)浸料(此時樹脂達(dá)到B階段)。膠布的質(zhì)量是影響層壓產(chǎn)品的一個重要因素。
①預(yù)浸織布 影響浸膠的主要因素有膠液的黏度和浸漬方法。
浸漬方法一般采用溶膠機(jī),主要有立式和臥式兩種。膠液黏度是直接影響織物的浸漬能力和膠層厚度的,若膠液黏度太大,纖維織物不易滲透;黏度過小,會導(dǎo)致膠布膠含量太低。
浸漬時間一般為15~30s,時間過長則影響生產(chǎn)效率,過短則導(dǎo)致膠布沒浸透和膠含量不夠。
在浸膠過程中,纖維織物所受張力大小和均勻性會影響膠布的含膠量和均勻性。因此在浸膠過程中,應(yīng)嚴(yán)格控制纖維織物所受的張力及其均勻性。
②干燥 纖維織物浸膠后,必須進(jìn)行干燥處理,除去預(yù)浸料中的溶劑、揮發(fā)物,同時使環(huán)氧樹脂預(yù)聚體進(jìn)一步聚合。預(yù)浸料的干燥方法一般采用烘箱烘干,其性能主要是可溶性樹脂含量和物料的流動性。
二、層壓工藝
層壓工藝是層壓成型中的重要工序。層壓工藝是將浸漬膠布,按照壓制厚度要求配選成板坯,置于所經(jīng)拋光的金屬模板之中,放在熱壓機(jī)上,對兩層模板之間進(jìn)行加熱、加壓、固化、冷卻、脫模、后處理等。
(1)膠布裁剪 此過程是將膠布剪成一定尺寸,切剪設(shè)備可用連續(xù)式定長切片機(jī),也可以手工裁剪。
膠布剪切,要求尺寸準(zhǔn)確,將剪切好的膠布疊放整齊,把不同含膠量及流動性的膠布分別堆放,做好記錄儲存?zhèn)溆谩?/DIV>
環(huán)氧樹脂 - mcguy.net -(責(zé)任編輯:admin) (2)膠布配選 膠布配選工序?qū)訅喊宓馁|(zhì)量好壞至關(guān)重要,如配選不當(dāng),會發(fā)生層壓板開裂,表面花麻等弊病。在具體操作中應(yīng)注意如下問題:
①在配選板材的面層,每面應(yīng)放2張表面含膠量高、流動性大的膠布。
②揮發(fā)物含量不能太大,如果揮發(fā)物含量太大,應(yīng)干燥處理后再使用。
③配選的計算
計算公式
式中 W———需要層壓膠布的總質(zhì)量,g;
S———壓制板材的面積,c㎡;
h———層壓制品的厚度,cm;
d———成壓板的密度,kg/c㎡;
α———修正系數(shù)。
α視大小和成品板的厚度而定,h<5mm時,α取0.02~0.03,h>5mm時,α可取0.03~0.08之間。
(3)熱壓工藝 壓制工藝中最關(guān)鍵是工藝參數(shù),其中最重要的工藝參數(shù)是溫度、壓力和時間。
①溫度 壓制溫度在一般壓制工藝的升溫過程中可分為5個階段。
第一階段是以室溫升至物料顯著反應(yīng)階段,即預(yù)熱階段。此時樹脂烴化并排出部分揮發(fā)物,壓力一般為全壓力的1/3~1/2。
第二階段是中間保溫階段。這時樹脂熔化,滲透,反應(yīng)速度較低,保溫時間根據(jù)膠布含膠量、流動性和制品厚度而定。當(dāng)流出樹脂接近膠化并拉長絲時,應(yīng)加壓力并升溫。
第三階段是升溫階段。主要是為了提高樹脂的固化程度;此時樹脂反應(yīng)速度加快。
第四階段是保溫階段。目的是使樹脂充分固化。
最后階段為冷卻階段,達(dá)到樹脂熔點即可停止加熱,然后自然冷卻,并保持需要的最高壓力。冷卻速率對制品表面的平整度有影響,應(yīng)控制冷卻速率,降至50℃以下時可以脫模。
②壓力 層壓壓力的作用是用來a.克服揮發(fā)物的蒸氣壓;b.使黏結(jié)的樹脂流動;c.使膠布層間緊密接觸;d.防止板材冷卻時變形。
成型壓力的大小是根據(jù)樹脂的固化特性確定的。通常環(huán)氧/酚醛層壓板為5.9MPa,環(huán)氧板材為3.9~5.9MPa。
(4)后處理 后處理的目的是使樹脂進(jìn)一步固化直到完全固化,同時部分消除制品的內(nèi)應(yīng)力,提高制品的結(jié)合性能。環(huán)氧板和環(huán)氧/酚醛板的后處理是在130~150℃溫度環(huán)境中保持150min左右。
(5)層壓板常見缺陷及解決辦法 層壓板的質(zhì)量是膠布的層壓工藝各工序操作質(zhì)量的綜合反映,因此,對層壓板出現(xiàn)的質(zhì)量問題應(yīng)進(jìn)行全面分析,從中找出確切原因,然后采取有效措施加以解決,以確保批量生產(chǎn)時層壓板的質(zhì)量。表3-1為層壓板生產(chǎn)常見缺陷,缺陷產(chǎn)生的原因及解決措施。
![]() 三、玻璃布增強(qiáng)環(huán)氧樹脂覆銅箔板
高度信息化的時代已經(jīng)到來,電子元器件已進(jìn)入了高集成度、高可靠性的新階段,對于它們安裝所必需的基板——印刷線路板(PWB)來說繼續(xù)向著高密度、高精度方向發(fā)展。除了在χ、υ軸方向要實現(xiàn)高密度表面安裝之外,還要求在Ζ軸方向能進(jìn)行化學(xué)沉銅、孔化等。除了需求單、雙面布線外,還要求多層、柔性布線,因此要求一系列具有一定高性能的復(fù)合材料。覆銅板是制造印刷電路板最重要的材料,玻璃布增強(qiáng)覆銅板如FR-4、FR-5品種已成為目前應(yīng)用于電子計算機(jī)、通訊設(shè)備、儀器儀表等電子產(chǎn)品中印刷電路板的主流,其中FR-4品種在環(huán)氧樹脂覆銅板產(chǎn)量中占90%左右,美國電氣工程師學(xué)會環(huán)氧樹脂覆銅箔板的主要型號標(biāo)準(zhǔn)及產(chǎn)品特性如表3-2所示。
FR-4的主要原料為溴化環(huán)氧樹脂其技術(shù)指標(biāo)如表3-3。
FR-4覆銅板是目前電子電氣絕緣領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的品種,其環(huán)氧樹脂膠液配方見表3-4。
FR-4型環(huán)氧樹脂覆銅箔板制造工藝有3個步驟。
![]() ![]() (1)粘接銅箔的制造工藝 制造工藝流程如圖3-3所示。
![]() (2)漆布的制造工藝 漆布的制造工藝如圖3-4所示。
浸漬后的玻璃布在于燥機(jī)內(nèi)除了烘去溶劑外,還使清漆半固化達(dá)到B階段。幾種漆布技術(shù)指標(biāo)見表3-5。漆布的樹脂流動性及固化行為見圖3-4所示。
3種流動性不同的漆布按一定的順序重疊后,在其一面或二面覆上附有膠黏劑的銅箔,放人壓機(jī)內(nèi)有兩種方法熱壓,即銷式層壓和堆積層壓如圖3-5所示。3種漆布中樹脂的流動指數(shù)及固化行為如圖3-6所示。
![]() ![]() FR-4覆銅箔板壓制成型條件如圖3-7所示。
陳平等在20世紀(jì)90年代曾撰文對FR-4覆銅箔板的國產(chǎn)化進(jìn)行了早期研究工作。其性能與國外FR-4優(yōu)等品相當(dāng)。FR-4環(huán)氧樹脂覆銅箔板的一般性能如表3-6所示。
![]() 辜信實撰文對于FR-4覆銅板提高耐熱性、紫外線屏蔽性、吸收氬激光功能(AOI)進(jìn)行了探討。提出在清漆配方中用部分酚醛多環(huán)氧樹脂可以提高覆銅板的耐熱性,清漆用量在5%~20%范圍內(nèi)為宜。
現(xiàn)代電子工業(yè)發(fā)展迅速,電子系統(tǒng)要求信號傳播速度越來越快,電子元器件的體積越來越小。傳統(tǒng)的FR-4環(huán)氧玻璃布板已不能滿足現(xiàn)代電子技術(shù)發(fā)展的要求,迫切要研制開發(fā)出具有低介電常數(shù)εr、低介電損耗正切(tgδ)和高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)及其他優(yōu)異性能的印刷電路板材料。以滿足高速高頻傳輸(
![]() ![]() 提高印刷電路板(PWB)性能的途徑主要有兩種:一是選用介電性能優(yōu)異的增強(qiáng)材料。如D、Q——玻纖、石英纖維、@ABCD-纖維等,但是它們都價格昂貴、成本較高;另一種途徑是選用具有低介電常數(shù)、低介電損耗因素、耐高溫的高性能樹脂基體。如聚酰亞胺、聚四氟乙烯、氰酸酯樹脂、聚苯醚樹脂等,但也存在價格昂貴的問題。
![]() 目前,獲得性能優(yōu)異、價格可以接受的PCB基板的研究,主要集中在對環(huán)氧樹脂改性上,利用環(huán)氧樹脂的低價格、良好的工藝性及綜合性能,通過改性得到高性能樹脂基體。根據(jù)實際生產(chǎn)和使用的需要,選用雙酚A二氰酸酯改性環(huán)氧樹脂,意在消除環(huán)氧樹脂固化產(chǎn)物中極性較大的羥基,研究了不同固化促進(jìn)劑及材料不同配比對環(huán)氧基體及固化產(chǎn)物的影響關(guān)系,通過優(yōu)化設(shè)計,最終研制成功了符合FR-4印刷電路板成型工藝條件的改性環(huán)氧樹脂基體。用此樹脂基體試制的低介電常數(shù)、低介電損耗FR-4印刷電路板性能如表3-7所示。
![]() 由表3-7的性能測試結(jié)果可見,本課題組研制的這種PCB用環(huán)氧樹脂基體符合生產(chǎn)工藝要求,在膠黏劑配方中選用MT(acac)。作促進(jìn)劑可以使膠布黏片的貯存適用期達(dá)到2個月以上,且高溫可以快速固化,用此膠布制成的高性能FR-4印刷電路板達(dá)到超過了通用FR-4印刷電路板的性能。這對我國進(jìn)一步開發(fā)高性能FR-4印刷電路板的國產(chǎn)化都具有重要的借鑒和參考意義。 |