CN102933027B - 一种改善覆铜板及pcb翘曲或扭曲变形的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通过增强覆铜板的刚性，改善覆铜板及PCB翘曲的方法，主要通过两种方式实现：由多层增强材料代替单层增强材料，以增加增强材料在覆铜板中的空间支撑面积；提高增强材料在覆铜板中的重量分数，以提高覆铜板的刚性。本发明所述方法能有效改善覆铜板及印刷电路板的翘曲，并且操作简单，成本低，有利于大规模工业应用。

Description

一种改善覆铜板及PCB翘曲或扭曲变形的方法

技术领域

本发明涉及电子材料技术领域，具体地，本发明涉及改善覆铜板及PCB翘曲的方法。

背景技术

覆铜板（CCL）是将增强材料浸树脂，一面或两面覆铜箔，经过热压而成的一种复合材料。它用于制作印制电路板（PCB）。印制电路板已成为大多数电子产品达到电路互联的不可缺少的主要组成部件。

覆铜板及PCB在生产过程中，容易产生因高温，化学药水及机械加工等工序的加工应力，如果该应力释放不均就容易使材料产生形变，导致翘曲问题。目前主要是通过烘板或重力整平等补救措施来改善此问题，无法从材料本身避免翘曲问题的发生。例如：将发生翘曲的印刷电路板放入整平机中，在一定温度和接触压下执行一个热压程式消除印刷电路板内部的部分应力来减小印刷电路板的翘曲，但由于印刷电路板的结构没有变化，所以处理过的印刷电路板很容易再次出现翘曲。经过整平机处理后，一般每批次产品的合格率为65~69%，较低的合格率势必造成加工周期的延长，原料的浪费以及生产成本的提高。

此外，所属领域技术人员试图通过其它一些方法防止或改善覆铜板及PCB的翘曲。

CN101849284A通过设置第一表面改性材料在基板的第一表面上，所述第一表面改性材料有第一图案，该第一图案包括一个或多个厚度以控制所述基板的翘曲。

CN1612669A公开了一种印刷电路板，其包括至少一塑料基板以及至少一布线层，形成于该至少一塑料基板上。该至少一布线层上具有一第一布线区及一第二布线区，该第一布线区的布线密度高于该第二布线区的布线密度。该第二布线区上具有一假性线路布局，用来避免该印刷电路板于加热时发生翘曲的现象。

CN101686607A公开了一种可抑制翘曲的四层电路板，由四层线路层及半固化板、内层组成，第一线路层及第二线路层面积求和的结果与第二线路层及第四线路层面积求和的结果之间的比值再与第一半固化板及第二半固化板厚度的比值之间的关系为函数f(x)。该发明设计了第一半固化板和第二半固化板的不同厚度，有效平衡了因各材料膨胀系数的差异，减小了印刷电路板的翘曲。

CN101902875A通过用至少1层的树脂基材层（B）的纤维束的经线或纬线的材质与其它纤维束的材质的不同而产生的具有树脂基材层的各向异性的热膨胀量差来抵消各布线层间的布线层（C）的残铜率不同和布线的不均等性而产生的具有各布线层间的各向异性的热膨胀量差，可缓解回流焊接中的基板的鞍翘曲。

以上几种方法都能一定程度上改善印刷电路板的翘曲，但是，他们的工艺都比较复杂，成本较高，不利于大规模工业应用。

发明内容

通过多项研究，发现提高材料刚性可以有效增强材料的抗形变能力，因此着手从提高材料刚性的角度改善翘曲问题。

本发明从覆铜板的结构入手，在整体板材厚度不变的情况下，通过增强覆铜板的刚性，起到提升覆铜板的抗形变能力，从覆铜板本身的性能改善解决翘曲不良，从而控制印刷电路板的翘曲。

宏观上，覆铜板是由增强材料（例如玻璃布）、树脂及铜箔组成，玻璃布属于刚性材料，是覆铜板的骨架，在不改变覆铜板本身厚度的要求的情况下，如果可以增加其在覆铜板中的支撑作用，那么覆铜板的刚性就会随着增强。要增大玻璃布在覆铜板的支撑作用，优选但非限制性地，通过以下技术方案实现.

本发明的目的之一是提供一种覆铜板，其特征在于，所述覆铜板含有多层增强材料和/或提高增强材料在覆铜板中的重量分数。

（一）含有多层增强材料

所述含有多层增强材料，即所述增强刚性为由多层增强材料代替单层增强材料，以增加增强材料在覆铜板中的空间支撑面积。即，由多层更薄的增强材料代替单层较厚的增强材料。例如对于0.2mm厚度的覆铜板配本结构：1张7628可以用2张2116代替，如图1所示。

所述覆铜板的厚度可小幅（例如±10%以内、±5%以内、±2%以内等）增加或减小，优选覆铜板的厚度变化不超过±5%，优选不超过±2%，特别优选覆铜板厚度不变；优选地，在所述覆铜板中所述增强材料的重量分数变化为不超过±10%，进一步优选变化不超过±5%，特别优选，在所述覆铜板中所述增强材料的重量分数不变。

优选地，所述多层为2层以上，例如2层、3层、4层、5层、10层、15层等，进一步优选为2~5层，特别优选为2~3层。由于在增加增强材料层数的同时需保证增强材料在覆铜板中的重量分数在一定范围内，因此，多张增强材料替换单张增强材料，势必要降低增强材料的厚度。当增强材料层数过多时，单张增强材料过薄，会导致单张增强材料的增强效果过小，在这种情况下，即使是多张增强材料叠加，也可能反而降低覆铜板的刚性，因此所述增强材料的层数并非越多越好，需选用合适的层数的增强材料。在本发明的具体实施方式中的实验结果，对此有所体现。

优选地，所述覆铜板为厚度在0.4mm以下的薄板，特别优选厚度为0.2mm以下；在薄板中，由多层增强材料代替单层增强材料，可以显著增加增强材料在覆铜板中的空间支撑面积，从而提高增强材料的增强性能，提高增强覆铜板的刚性，以改善覆铜板及印刷电路板的翘曲。

所述多层增强材料可以相同也可以不同，例如：可以全是玻璃布，也可以是玻璃布和合成纤维的组合，还可以是芳酰胺纤维增强材料和玻璃布的组合等。

（二）提高增强材料在覆铜板中的重量分数

提高增强材料在覆铜板中的重量分数，可以提高覆铜板的刚性。例如0.2mm厚度的覆铜板配本结构：1×7628（203g）（厚度约0.173mm）可以用1×7629（222g）（厚度约0.185mm）代替，如图2所示。

优选地，覆铜板的厚度变化不超过±5%，优选不超过±2%，特别优选覆铜板厚度不变；优选地，在所述覆铜板中所述增强材料的重量分数变化为不超过±10%，进一步优选变化不超过±5%。

本发明的目的之一还在于提供一种改善覆铜板及PCB翘曲的方法，所述方法为通过增强覆铜板的刚性，改善覆铜板及PCB翘曲。

所述增强刚性包括以下两种方法的一种或两种的组合：

（一）改善增强材料分布

由多层增强材料代替单层增强材料，以增加增强材料在覆铜板中的空间支撑面积。所述覆铜板的厚度和/或增强材料在覆铜板中的重量分数可小幅（例如±10%以内、±5%以内、±2%以内等）增加或减小，优选覆铜板的厚度变化不超过±5%，优选不超过±2%，特别优选覆铜板厚度不变；优选地，在所述覆铜板中所述增强材料的重量分数变化为不超过±10%，进一步优选变化不超过±5%，特别优选，在所述覆铜板中所述增强材料的重量分数不变。即，由多层更薄的增强材料代替单层较厚的增强材料。例如对于0.2mm厚度的覆铜板配本结构：1张7628可以用2张2116代替，如图1所示。

增强材料的层数可由所属领域技术人员综合考虑覆铜板的电气性、耐热性、厚度及翘曲情况后根据实际情况确定。

优选地，所述多层为2层以上，例如2层、3层、4层、5层、10层、15层等，优选2~5层，特别优选2~3层。由于在增加增强材料层数的同时需保证增强材料在覆铜板中的重量分数在一定范围内，因此，多张增强材料替换单张增强材料，势必要降低增强材料的厚度。当增强材料层数过多时，单张增强材料过薄，会导致单张增强材料的增强效果过小，在这种情况下，即使是多张增强材料叠加，也可能反而降低覆铜板的刚性，因此所述增强材料的层数并非越多越好，需选用合适的层数的增强材料。在本发明的具体实施方式中的实验结果，对此有所体现。

优选地，所述覆铜板为厚度在0.4mm以下的薄板，特别优选厚度为0.2mm以下；在薄板中，由多层增强材料代替单层增强材料，可以显著增加增强材料在覆铜板中的空间支撑面积，从而提高增强材料的增强性能，提高增强覆铜板的刚性，以改善覆铜板及印刷电路板的翘曲。

所述多层增强材料可以相同也可以不同，例如：可以全是玻璃布，也可以是玻璃布和合成纤维的组合，还可以是芳酰胺纤维增强材料和玻璃布的组合等。

（二）提高增强材料在覆铜板中的重量分数

提高增强材料在覆铜板中的重量分数，增加增强材料在覆铜板中的空间支撑面积，以提高覆铜板的刚性，从而从覆铜板这个源头改善翘曲问题。所述覆铜板的厚度和/或增强材料在覆铜板中的重量分数可小幅（例如±10%以内、±5%以内、±2%以内等）增加或减小，优选地，覆铜板的厚度变化不超过±5%，优选不超过±2%，特别优选覆铜板厚度不变；优选地，在所述覆铜板中所述增强材料的重量分数变化为不超过±10%，进一步优选变化不超过±5%。例如0.2mm厚度的覆铜板配本结构：1×7628（203g）（厚度约0.173mm）可以用1×7629（222g）（厚度约0.185mm）代替，如图2所示。

所述提高增强材料在覆铜板中的重量分数是指，在保持覆铜板中的增强材料的重量分数提高不超过10%的同时，采用尽可能高的重量分数的所述增强材料，既保证覆铜板的电气性能，又能改善翘曲情况。增强材料在覆铜板中的重量分数的提高幅度可由所属领域技术人员综合考虑覆铜板的电气性、厚度及翘曲情况后根据实际情况确定。

优选地，所述增强材料为玻璃布、合成纤维、无纺布、复合基板中的1种或至少2种的组合，特别优选为玻璃布。

通过其它方法提高增强覆铜板的刚性，以改善覆铜板及印刷电路板的翘曲。例如采用刚性改善的增强材料等等。

本发明所述刚性指材料在经受外力或其它作用时抵抗破坏的能力。

本发明所述7628、7629、2116、1080、1500、106为玻璃布型号，都可通过市售获得。

本发明所述覆铜板厚度和覆铜板中的增强材料的重量分数的变化值是相对于行业内同类覆铜板而言。

本发明所述方法能有效改善覆铜板及印刷电路板的翘曲，并且对覆铜板的电气性能、耐热性影响较小，操作简单，成本低，有利于大规模工业应用。

附图说明

图1是用2张2116（2×104g）玻璃布代替1张7628（210g）玻璃布的0.2mm厚度的覆铜板配本结构示意图；

图2是用1张7629（222g）玻璃布代替1张7628（203g）玻璃布的0.2mm厚度的覆铜板配本结构示意图；

图3是实施例1中S1141拉伸强度随RC%及配本的变化示意图；

图4是实施例1中S1000拉伸强度随RC%及配本的变化示意图；

图5是实施例1中S1000-2拉伸强度随RC%及配本的变化示意图；

图6是实施例1中S1155拉伸强度随RC%及配本的变化示意图；

图7是实施例1中相同厚度（0.2mm）板材拉伸强度随配料结构的变化示意图；

图8是实施例1中相同厚度（0.2mm）板材拉伸强度随配料结构的变化示意图；

图9是实施例1中S1141弯曲强度随配本的变化示意图；

图10是实施例1中S1000弯曲强度随配本的变化示意图；

图11是实施例1中S1000-2弯曲强度随配本的变化示意图；

图12是实施例1中S1155弯曲强度随配本的变化示意图；

图13是实施例1中板材弯曲强度随配本的变化示意图；

图14是实施例1中板材弯曲强度随配本的变化示意图；

图15是实施例2中不同张数玻璃布结构的板材S1141的刚性示意图；

图16是实施例2中不同张数玻璃布结构的板材S1000的刚性示意图；

图17是实施例2中不同张数玻璃布结构的板材S1000-2的刚性示意图；

图18是实施例2中不同张数玻璃布结构的板材S1155的刚性示意图；

图19是实施例3中板材储能模量随配本的变化示意图；

图20是实施例3中板材储能模量随配本的变化示意图；

图21是实施例4中S1141弯曲强度随温度变化示意图；

图22是实施例4中S1000弯曲强度随温度变化示意图；

图23是实施例4中S1000-2弯曲强度随温度变化示意图；

图24是实施例4中S1155弯曲强度随温度变化示意图；

图25是玻璃布张数和RC对覆铜板刚性的影响示意图。

附图标记如下：

1—0.2mm覆铜板；2—1×7628（210g）玻璃布；

3—2×2116（2×104g）玻璃布；4—1×7628（203g）玻璃布；

5—1×7629（222g）玻璃布。

在附图中，玻璃布为不规则弯曲状，旨在定性表示增强材料在覆铜板中可能近乎平整但不完全平整的状态。

具体实施方式

为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

采用本发明所述方法制作覆铜板，并与正常配本制作的弯曲强度及抗变形能力情况进行了对比测试。

测试方法：

1、以弯曲强度来表征板材的刚性。由于测试方法的限制，薄板无法进行弯曲强度测试，因此将试验样品分为薄板（≤0.4mm）和厚板（≥0.8mm）两大类进行相关测试对比考察：

薄板（≤0.4mm）：拉伸强度测试；（拉伸强度与弯曲强度是对应的指标，针对薄板测试）；

厚板（≥0.8mm）：进行弯曲强度测试；

2、储能模量：分别测试低温和高温情况下板材的储能模量，表征的是材料变形后回弹的指标，整体反应了板材的刚性情况。

实施例1：相同厚度不同配料结构的板材的弯曲强度及抗变形能力情况覆铜板的结构构成如表1~表4所示。

表1

表2

表3

表4

对表1~表4的实验数据的分析结果见图3~图14所示。

1、拉伸强度

从拉伸强度数据分析结果来看，对于相同厚度的板材，S1141/S1000/S1000-2/S1155的拉伸强度都没有纯粹的随着RC和配料结构单一变化，是相互影响的过程，主要有如下两个规律：

（1）总体上，随着玻璃布占板材重量分数的减少，板材的拉伸强度也减小；

（2）对于RC含量几乎接近，即玻璃布重量分数几乎相等的1×7628和2×2116结构，玻璃布张数多的板材拉伸强度大，即2×2116>1×7628。

2、弯曲强度

从弯曲强度数据分析结果来看，对于相同厚度的板材，S1141/S1000/S1000-2/S1155的弯曲强度与拉伸强度一样，都没有纯粹的随着RC和配料结构单一变化，是相互影响的过程，主要有如下两个规律：

（1）总体上，随着玻璃布重量分数的减少，板材的弯曲强度也减小；

（2）但对于RC含量几乎接近，即玻璃布重量分数几乎相等的5×7628，10×2116及6×1500结构的板材而言，玻璃布张数多的板材弯曲强度大，即，弯曲强度：10×2116>6×1500>5×7628。

实施例2：含有不同张数玻璃布的板材的刚性比较

覆铜板的结构构成如表5~表6所示。

为了进一步证明RC几乎一致时，多张玻璃布板材的刚性是否真的比玻璃布张数少的板材的刚性好，进行测试，结果如表5~表6所示。

表5

表6

对表5~表6的实验数据的分析结果见图15~图18所示。

数据显示，在玻璃布重量分数几乎相等的情况下，多张玻璃布结构的板材刚性优于单张结构板材。

实施例3：不同配料结构板材的储能模量

覆铜板的结构构成如表7~表8所示。

表7

表8

对表7~表8的实验数据的分析结果见图19~图20所示。

储能模量的数据分析结果显示，对于相同厚度的板材，S1141/S1000/S1000-2/S1155储能模量的变化规律与拉伸强度及弯曲强度一致，即不单纯的随玻璃布结构及RC而变化，是两者相互作用：

（1）总体上，随着玻璃布占板材的重量分数的减少，其储能模量减小；

（2）但对于玻璃布重量分数相当的相同厚度的板材而言，多张玻璃布结构的板材储能模量优于单张结构的板材。

实施例4：温度对材料弯曲强度的影响

覆铜板的结构构成如表9~表15所示。

表9

表10

表11

表12

表13

表14

表15

对表9~表15的实验数据的分析结果见图21~图24所示。

以上数据分析结果显示，S1141/S1155/S1000/S1000-2的弯曲强度随着温度的升高而降低，特别是在TG温度前后出现明显拐点，即在TG温度后，板材的弯曲强度出现骤降的现象。

结论

根据以上拉伸强度，弯曲强度及储能模量的分析结果，可以得到如下有关板材刚性的结论：

1、这四种材料的刚性大小：S1155的刚性最差，S1141相对优异，S1000与S1000-2的刚性接近，但是S1000材料稍好些；说明树脂体系对板材刚性存在一定的影响；

2、纵观这四种材料的树脂体系，S1141是“Dicy+不带填料”的产品，而S1000，S1000-2，S1155都是“PN+带填料”的产品，由此可以看出，除了树脂本身对板材刚性的影响外，填料对于板材的刚性也存在比较大的影响，根据我们之前对我司各型号板材弯曲强度的数据，有填料的产品刚性相对会差一些；

3、配料结构（板材树脂含量）对板材刚性的影响：S1141/S1000/S1000-2/S1155的板材刚性都不单纯的随着配料结构或树脂含量的变化而单一变化，是相互影响的过程，主要有以下规律：

（1）总体上，板材的刚性随着玻璃布在板材中所占重量分数的减少而减少，即随着RC的增加而减少；

（2）但是当玻璃布在板材中的重量分数接近时，对于相同厚度的板材，多张玻璃布结构的板材刚性优于单张结构的，例如：

0.2mm：2×2116优于1×7628，但是1×7628又优于3×1080>4×106；

1.0mm：10×2116>6×1500>5×7628，但是5×762又优于8×2116>12×1080；

根据以上规律，我们后续在改善板材翘曲时，应该可以通过提高玻璃布在板材中的重量分数来改善，或在维持玻璃布重量分数一定范围的情况下，通过多张玻璃布代替1张玻璃布的方法来提高板材的刚性；

通过以上考察，玻璃布及RC对板材刚性的影响是否应该存在一个平衡点：

玻璃布比重未达到平衡点时，RC起主导作用，板材刚性随着RC的提高而减小；玻璃布比重达到平衡点后，玻璃布张数起主导作用。

4、温度对板材刚性的影响

S1141/S1155/S1000/S1000-2的弯曲强度都是随着温度的升高而降低，特别是在TG温度前后出现明显拐点，即在TG温度后，板材的弯曲强度出现骤降的现象。

另外，根据IPC-6012B3.4.3、IPC-A-6002.11及IPC-TM650对本发明方法制备的覆铜板批次产品进行测试，合格率为98%以上。

在本发明中，所述RC为树脂含量，其测试方法：国际标准IPC-TM-6502.3.16.1。

Tg为玻璃化转变温度，其测试方法：国际标准IPC-TM-6502.4.25。

所述配本指配料结构。

所述S1141、S1000、S1000-2、S1155是各组分重量分数及结构不同的覆铜板型号。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (22)

1.一种覆铜板，其特征在于，所述覆铜板含有多层增强材料和/或提高增强材料在覆铜板中的重量分数；在所述覆铜板中所述增强材料的重量分数变化为不超过±10％，覆铜板厚度变化不超过±5％。

2.如权利要求1所述的覆铜板，其特征在于，覆铜板厚度变化不超过±2％。

3.如权利要求2所述的覆铜板，其特征在于，覆铜板厚度不变。

4.如权利要求1或2所述的覆铜板，其特征在于，所述多层为2层以上。

5.如权利要求4所述的覆铜板，其特征在于，所述多层为2～5层。

6.如权利要求5所述的覆铜板，其特征在于，所述多层为2～3层。

7.如权利要求1或2所述的覆铜板，其特征在于，所述覆铜板为厚度在0.4mm以下的薄板。

8.如权利要求7所述的覆铜板，其特征在于，所述覆铜板厚度为0.2mm以下。

9.如权利要求1-3任一项所述的覆铜板，其特征在于，所述覆铜板中所述增强材料的重量分数变化不超过±5％。

10.如权利要求1-3任一项所述的覆铜板，其特征在于，覆铜板含有多层增强材料，且覆铜板中增强材料的重量分数不变。

11.如权利要求1-3任一项所述的覆铜板，其特征在于，所述增强材料为玻璃布。

12.一种改善覆铜板及PCB翘曲的方法，其特征在于，通过增强覆铜板的刚性，改善覆铜板及PCB翘曲；其中，所述增强覆铜板的刚性为由多层增强材料代替单层增强材料，增加增强材料在覆铜板中的空间支撑面积，或为提高增强材料在覆铜板中的重量分数；在所述覆铜板中所述增强材料的重量分数变化为不超过±10％，覆铜板厚度变化不超过±5％。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，覆铜板厚度变化不超过±2％。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，覆铜板厚度不变。

15.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述多层为2层以上。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述多层为2～5层。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述多层为2～3层。

18.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述覆铜板为厚度在0.4mm以下的薄板。

19.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述覆铜板厚度为0.2mm以下。

20.如权利要求12所述的方法，其特征在于，在所述覆铜板中所述增强材料的重量分数变化不超过±5％。

21.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述增强覆铜板的刚性为由多层增强材料代替单层增强材料，且增强材料在覆铜板中的重量分数不变。

22.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述增强材料为玻璃布。