PCB覆铜箔层压板分类及其制造方法

中信华

    覆铜箔层压板是加工制作PCB的基板，是材料使用量最大、最重要的种类，覆箔板的制造过程是把玻璃纤维布、玻璃纤维毡、纸等增强材料浸渍环氧树脂、酚醛树脂等粘合剂，在适当温度下烘干至一阶段，得到预浸渍材料(简称浸胶料)，然后将它们按工艺要求和铜箔叠层，在层压机上经加热加压得到所需要的覆铜箔层压板。


    覆铜箔层压板在PCB板中除了用作支撑各种元器件外，并能实现它们之间的电气连接或电绝缘。


    一、覆铜箔层压板分类


    覆铜箔层压板由铜箔、增强材料、粘合剂三部分组成。板材通常按增强材料类别和粘合剂类别或板材特性分类。


    1、按增强材料分类


    覆铜箔层压板最常用的增强材料为无碱(碱金属氧化物含量不超过0.5%)玻璃纤维制品(如玻璃布、玻璃毡)或纸(如木浆纸、漂白木浆纸、棉绒纸)等。因此，覆铜箔层压板可分为玻璃布基和纸基两大类。


    2、按粘合剂类型分类


    覆箔板所用粘合剂主要有酚醛、环氧、聚酯、聚酰亚胺、聚四氟乙烯树脂等，因此，覆箔板也相应分成酚醛型、环氧型、聚酯型、聚酰亚胺型、聚四氟乙烯型覆箔板。


    3、按基材特性及用途分类


    根据基材在火焰中及离开火源以后的燃烧程度可分为通用型和自熄型;根据基材弯曲程度可分为刚性和挠性覆箔板;根据基材的工作温度和工作环境条件可分为耐热型、抗辐射型、高频用覆箔板等。此外，还有在特殊场合使用的覆箔板，例如预制内层覆箔板、金属基覆箔板以及根据箔材种类可分为铜箔、镍箔、银箔、铝箔、康铜箔、铍铜箔覆箔板。


    4、常用覆箔板型号


    按GB4721-1984规定，覆铜箔层压板一般由五个英文字母组合表示：第一个字母C表示覆的铜箔，第二、三两个字母表示基材选用的粘合剂树脂。例如：PE表示酚醛;EP表示环氧;uP表示不饱和聚酯;SI表示有机硅;TF表示聚四氟乙烯I表示聚酰亚胺。第四、五个字母表示基材选用的增强材料。例如：CP表示纤维素纤维纸;GC表示无碱玻璃纤维布;GM表示无碱玻璃纤维毡。


    如覆箔板的基材内芯以纤维纸、纤维素为增强材料，两面贴附无碱玻璃布者，可在CP之后加G。


    型号中横线右面的两位数字，表示同一类型而不同性能的产品编号。例如覆铜箔酚醛纸层压板编号为O1～20，覆铜箔环氧纸层压板编号为21～30;覆铜箔环氧玻璃布层压板编号为31～40。


    如在产品编号后加有字母F的，则表示该覆箔板是自熄性的。


    二、覆铜箔层压板制造方法


    覆铜箔层压板的制造主要有树脂溶液配制、增强材料浸胶和压制成型三个步骤。


    1、制造覆铜箔层压板的主要原材料


    制造覆铜板的主要原材料为树脂、纸、玻璃布、铜箔。


    (1)树脂


    覆铜箔层压板用的树脂有酚醛、环氧、聚酯、聚酰亚胺等。其中以酚醛树脂和环氧树脂用量最大。


    酚醛树脂是酚类和醛类在酸性介质或碱性介质中缩聚而成的一类树脂。其中，以苯酚和甲醛在碱性介质中缩聚的树脂是纸基覆箔板的主要原材料。在纸基覆箔板制造中，为了得到各种性能优良的板材，往往需要对酚醛树脂进行各种改性，并严格控制树脂的游离酚和挥发物含量，以保证板材在热冲击下不分层、不起泡。


    环氧树脂是玻璃布基覆箔板的主要原材料，它具有优异的粘结性能和电气、物理性能。比较常用的有E-20型、E-44型、E-51型及自熄性E-20、E-25型。为了提高覆箔板基材的透明度，以便在印制板生产中检查图形缺陷，要求环氧树脂应有较浅色泽。


    (2)浸渍纸


    常用的浸渍纸有棉绒纸、木浆纸和漂白木浆纸。棉绒纸是用纤维较短的棉纤维制成，其特点是树脂的浸透性较好，制得板材的冲裁性和电性能也较好。木浆纸主要由木纤维制成，一般较棉绒纸价格低，而机械强度较高，使用漂白木浆纸可提高板材外观。


    为了提高板材性能，浸渍纸的厚度偏差、标重、断裂强度和吸水性等指标需要得到保证。


    (3)无碱玻璃布


    无碱玻璃布是玻璃布基覆箔板的增强材料，对于特殊的高频用途，可使用石英玻璃布。


    对无碱玻璃布的含碱量(以Na20表示)，IEC标准规定不超过1%，JIS标准R3413-1978规定不超过0.8%，前苏联TOCT5937-68标准规定不大于0.5%，我国建工部标准JC-170-80规定不大于0.5%。


    为了适应通用型、薄型及多层印制板的需要，国外覆箔板用的玻璃布型号已系列化。其厚度范围为0.025～0.234mm。专门需要的玻璃布又都用偶联进行后处理。为了提高环氧玻璃布基覆箔板的机械加工性能及降低板材成本，近年来又发展了无纺玻璃纤维(亦称玻璃毡)。


    (4)铜箔


    覆箔板的箔材可用铜、镍、铝等多种金属箔。但从金属箔的导电率、可焊性、延伸率、对基材的粘附能力及价格等因素出发，除特种用途外，以铜箔最为合适。


    铜箔可分压延铜箔和电解铜箔，压延铜箔主要用在挠性印制电路及其他一些特殊用途上。在覆箔板生产上，大量应用的是电解铜箔。对铜的纯度，IEC-249-34和我国标准都规定不得低于99.8%。


    当前，国内印制板用铜箔厚度多为35um，50um的铜箔作为过渡产品，在高精度的孔金属化双面或多层板制造中，希望采用比35um更薄的铜箔，如18um、9um和5um。有些多层板内层覆箔板采用较厚的铜箔，如70um。


    为了提高铜箔对基材的粘合强度，通常使用氧化铜箔(即经氧化处理，使铜箔表面生成一层氧化铜或氧化亚铜，由于极性作用，提高了铜箔和基材的粘合强度)或粗化铜箔(采用电化学方法使铜箔表面生成一层粗化层，增加了铜箔表面积，因粗化层对基材的抛锚效应而提高了铜箔和基材的粘合强度)。为了避免因铜氧化物粉末脱落而移到基材上去，铜箔表面的处理方法也不断改进。例如，TW型铜箔是在铜箔粗化面上镀一薄层锌，这时铜箔表面呈灰色;TC型铜箔是在铜箔粗化面上镀上一薄层铜锌合金，这时铜箔表面呈金黄色。经过特殊处理，铜箔的抗热变色性、抗氧化性及在印制板制造中的耐氰化物能力都相应提高。


    铜箔的表面应光洁，不得有明显的皱折、氧化斑、划痕、麻点、凹坑和玷污。305g/m2及以上铜箔的孔隙率要求在300ram×300mm面积内渗透点不超过8个;在0.5m2面积上铜箔的孔隙总面积不超过直径为0.125mm的圆面积。305g/m2以下铜箔的孔隙率和孔尺寸由供需双方商定。铜箔的单位面积重量及厚度应符合表2.1规定。


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    铜箔在投入使用前，必要时取样作压制试验。压制试验可显示出它的抗剥强度和一般表面质量。


    2、覆铜箔层压板制造工艺


    覆铜箔层压板生产工艺流程如下：


    树脂合成与胶液配制-增强材料浸胶与烘干-浸胶料剪切与检验-浸胶料与铜箔叠层-热压成型-裁剪-检验包装。


    树脂溶液的合成与配制都是在反应釜中进行的。纸基覆箔板用的酚醛树脂大多是由覆箔板厂合成。


    玻璃布基覆箔板的生产是将原料厂提供的环氧树脂与固化剂混合溶解于丙酮或二甲基甲酰胺、乙二醇甲醚中，经过搅拌使其成为均匀的树脂溶液。树脂溶液经熟化8～24h后就可用于浸胶。


    浸胶是在浸胶机上进行的。浸胶机分卧式和立式两种。卧式浸胶主要用于浸渍纸，立式浸胶机主要用于浸渍强度较高的玻璃布。浸渍树脂液的纸或玻璃布主，经过挤胶辊进入烘道烘干后，剪切成一定的尺寸，经检验合格后备用。


    根据产品设计要求，把铜箔和经过浸胶烘干的纸或玻璃布配成叠层，放进有脱模薄膜或有脱模剂的两块不锈钢板中间，叠层连同钢板一起放到液压机中进行压制。


    合格的覆箔板应进行包装。每两张双面覆箔板间应垫一层低含硫量隔离纸，然后装进聚乙烯塑料袋内或包上防潮纸。


    覆箔板在运输和储存过程中，应离地平放并防止雨淋、高温日光照射及机械损伤。覆箔板库房温度不超过35℃，相对湿度不大于75%，无腐蚀性气体存在。覆箔板的储存期由出库日期算起为5年，超过期限按技术要求检验，合格者仍可使用。

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