CN104191794A - 一种层压板的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种层压板的制备方法，包括如下步骤：(1)在热固性树脂中添加填料，得到树脂组合物，然后用溶剂溶解制成胶液；将上述胶液与增强材料、金属箔直接组合，得到组合模块；所述填料包括带电荷填料和无电荷填料；(2)将上述组合模块热压成形，即可得到层压板；在上述组合模块热压成形过程中，所述组合模块始终处于一电场中。本发明通过在层压板胶液配方中添加带电荷填料，以及在层压过程中采用电场的方法，用于层压板的生产，解决了由于树脂和铜箔热膨胀系数和热传导系数差异太大导致分层爆板的问题；实验证明，采用本发明的方法的制得的层压板的爆板分层不良率为0%，因而解决了分层爆板的问题。

Description

一种层压板的制备方法

技术领域

本发明涉及一种层压板的制备方法，属于电子材料技术领域。

背景技术

随着电气工业的发展，印制电路用的覆铜箔层压板也取得了迅速发展。传统的含有厚铜结构的多层板制造工艺中的问题是：铜箔和树脂的热传导系数的巨大差异使得在受到热冲击之下表层树脂积聚大量热量，而树脂和铜箔的热膨胀系数不一致，导致了铜箔与其相邻层树脂之间因膨胀差异产生极大的拉扯应力，当拉扯应力超过树脂和铜箔的结合力时，就产生了宏观上面的分层爆板。

针对上述问题，为了减少分层爆板，现有技术中主要从以下2个方面进行改进：(1)在基材两侧添加导热系数高的有机介质层以减少树脂和铜箔的导热系数差异；(2)在配方中大比例增加填料(例如：热固性树脂以100份计，填料含量100份以上)。

然而，第一种方法虽然可以略微减少分层爆板发生的概率，但是因为有机介质层和铜箔、树脂的结合力有限，在界面处容易因结合力不足而出现分层；此外，这种方法明显增加了多层板厚度，对于厚度公差要求严格的PCB产品并不适用；同时导热系数高的有机介质层因为采用了高导热的特殊材料，而材料成本很高，不具备经济效益。第二种方法中，因为填料的热膨胀系数较小，增加填料的比例可以减小树脂整体的热膨胀系数，进而减少热膨胀的差异应力而减少分层爆板；但是，由于填料是均匀分布在层压板内，要想表层树脂具有较大的填料分布密度，就必须大大增加填料总的添加比例；而此种做法的后果就是，胶液配方填料密度过大，半固化生产工艺很难达到，即使生产出这种高填料比例的半固化片，后续也面临着层压板填料分布不均的问题；同时，多层线路板会因为板材脆性变大而使得加工适应性很差；但是，在这种方法中，当热固性树脂以100份计，填料含量必须在100份以上，填料加少了则达不到减少分层爆板的效果。

对于印制电路板的生产厂商而言，如何生产能满足多层印制电路板的电气、机械、耐热性等可靠性要求的含有厚铜结构的多层板，又能避免量产过程中因为树脂和铜箔热传导系数和热膨胀系数的差异导致的分层爆板，成为了本领域技术人员一直渴望实现但一直未能很好解决的目标。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种层压板的制备方法。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种层压板的制备方法，包括如下步骤：

(1)在热固性树脂中添加填料，得到树脂组合物，然后用溶剂溶解制成胶液；

将增强材料浸渍在上述胶液中，加热干燥后，得到半固化片；在一张上述半固化片的单面或双面覆上金属箔，或将至少2张半固化片叠加后，在其单面或双面覆上金属箔，得到组合模块；

或者，将上述胶液与金属箔直接组合，得到组合模块；

或者，将上述胶液与增强材料、金属箔直接组合，得到组合模块；

所述树脂组合物中，热固性树脂与填料的质量比为100：1～100；

所述填料包括带电荷填料和无电荷填料，其中，无电荷填料占总填料的0～20％；

所述带电荷填料选自带电荷二氧化硅、带电荷氧化铝、带电荷氢氧化铝、带电荷氮化铝、带电荷氮化硼、带电荷二氧化钛、带电荷钛酸锶、带电荷钛酸钡、带电荷硫酸钡、带电荷滑石粉、带电荷硅酸钙、带电荷碳酸钙、带电荷云母中的一种或几种；

(2)将上述组合模块热压成形，即可得到层压板；

在上述组合模块热压成形过程中，所述组合模块始终处于一电场中；电场强度为100～200N/C。

上文中，所述步骤(1)中的胶液制备以及半固化片制备属于现有技术；其中制备胶液所用的溶剂也是现有技术，所述的溶剂选自丙酮、丁酮、甲苯、甲基异丁酮、N、N-二甲基甲酰胺、N、N-二甲基乙酰胺、乙二醇甲醚、丙二醇甲醚中的一种或几种。

所述步骤(1)包括3个平行的技术方案，其目的都是为了得到组合模块。

所述填料包括带电荷填料和无电荷填料，当无电荷填料的用量为0％时，所述填料就都由带电荷填料组成。

所述带电荷填料可以通过如下方法制备：将正常制备好的填料，使用阴离子或阳离子表面活性剂来进行表面处理。不同电性的离子表面活性剂可以使填料带不同电性的电荷。

树脂组合物中还可以含有阻燃剂、促进剂等。

所述金属箔可以是铜箔，也可以是铝箔，其厚度控制在10～120微米，优选为50～110微米。

所述步骤(2)中，在上述组合模块热压成形过程中，所述组合模块始终处于一电场中。本发明通过在树脂组合物配方中加入带电荷填料(即步骤1)，在层压过程中设置电场(即步骤2)，使带电荷填料会随着电场力的作用而做定向移动，使得贴近铜箔的表层树脂填料分布密度较高，此表层树脂热传导系数也会变高；因此在热冲击之下可以迅速将部分热量通过热传导系数高表层传递给普通导热系数的里层，减少了表层的热膨胀程度；同时因为填料使得表层的热膨胀系数降低，也减小了表层的热膨胀程度，从而减少厚铜面与跟其相邻层树脂之间因膨胀差异导致的应力，也就降低了分层爆板的可能。

优选的，所述热固性树脂与填料的质量比为100：30～60。

上述技术方案中，所述增强材料选自纸、玻璃纸、无纺布、玻纤布、合成纤维有机材料、绝缘光板、无机陶瓷、铝金属和合金中的一种或几种。

上述技术方案中，所述带电荷填料间产生的电压为0.1～5KV。

上述技术方案中，所述热固性树脂选自环氧树脂、酚醛树脂、氰酸酯树脂、聚苯醚树脂、双马来酰亚胺树脂、诺夫拉克树脂、苯并噁嗪树脂中的一种或几种。

上述技术方案中，所述步骤(2)中，在层压板的单面或双面设置电极，电极设于金属箔的外表面，形成所述电场。

上述技术方案中，所述电极产生的电压为1～10KV。优选为10～100V。

上述技术方案中，所述步骤(1)中，半固化片的制造工艺为在100～200℃温度下加热干燥1～10min。

上述技术方案中，所述步骤(2)中，所述层压板的制造工艺是在0.2～2 MPa压力和180～250℃温度下压制2～4小时。

本发明同时请求保护由上述制备方法得到的层压板。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1.本发明设计了一种新的层压板的制备方法，通过在层压板胶液配方中添加带电荷填料，以及在层压过程中采用电场的方法，用于层压板的生产，解决了由于树脂和铜箔热膨胀系数和热传导系数差异太大导致分层爆板的问题；实验证明，采用本发明的方法的制得的层压板的爆板分层不良率为0％，因而解决了分层爆板的问题；

2.本发明的方法因为借用了电场和电荷之间的纵向作用力，增加了半固化片层压过程的流动性，提高了浸润效果，取得的意想不到的技术效果；

3.本发明的方法通过电极控制电场的大小可以进而灵活控制电场对带电荷填料吸引力的大小，因而可以灵活地控制覆铜板内带电荷填料的分布状态；具有更高的可靠性，经济效益良好。

附图说明

图1为本发明实施例中半固化片的结构示意图。

图2为本发明实施例中层压板效果示意图。

图3为本发明实施例中多层印制线路板压合叠构示意图。

其中：1、树脂；2、玻纤布；3、填料；7、半固化片；8、铜箔；9、铜厚芯板。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步描述。

实施例1～2：

制备层压板，如图1～2所示，其包括如下步骤：

第一：制备半固化片，根据表1中的数据制备热固性树脂胶液，然后将玻璃纤维布浸渍在上述胶液中，将浸渍后的玻璃纤维布加热干燥后，即可得到半固化片，参见图1所示，半固化片中具有树脂1、玻纤布2、和填料3；其中加热烘干工艺条件为在100～200℃温度下烘烤1～10min；

第二：取4张上述半固化片叠加后，在其双面覆上70微米铜箔进行层压，热压成形，即可得到所述层压板，其中层压工艺条件为0.2～2MPa压力和180～250℃温度下压制2～4小时。图2为本发明实施例中层压板效果示意图。

所述层压过程中在铜箔的外表面设置电极，形成电场。

实施例3：

制备层压板，其包括步骤：

第一：制备半固化片，根据表1中的数据制备热固性树脂胶液，然后将玻璃纤维布浸渍在上述胶液中，将浸渍后的玻璃纤维布加热干燥后，即可得到半固化片，其中加热烘干工艺条件为在100～200℃温度下烘烤1～10min；

第二：取4张上述半固化片叠加后，在其单面覆上70微米铜箔，另一面附上铝块进行层压，热压成形，即可得到所述层压板，其中层压工艺条件为0.2～2MPa压力和180～250℃温度下压制2～4小时。

所述层压过程中在铜箔的外表面设置电极，形成电场。

实施例4：

制备层压板，根据表1中的数据制备热固性树脂胶液；

在70微米铜箔毛面涂覆胶液，然后附上另一70微米毛面铜箔，热压成形，即可得到所述层压板，其中层压工艺条件为0.2～2MPa压力和180～250℃温度下压制2～4小时。

所述层压过程中在铜箔的外表面设置电极，形成电场。

表1实施例和对比例的组分

注：上述数据为以固体重量计。

使用实施例1～4中制得的层压板制造芯板，按照图3所示叠构方式进行叠构，按照该四层印制电路板的树脂类型所需固化条件层压，对层压后的四层电路板进行热应力、PCT(耐浸焊性)、高温高湿等可靠测试，并进行钻孔等加工性能测试。测试结果如表2所示。图3为本发明实施例中多层印制线路板压合叠构示意图，其中包括半固化片7、铜箔8和铜厚芯板9。

对比例1：

制备层压板：第一：制备半固化片，根据表1中的数据制备热固性树脂胶液，然后将玻璃纤维布浸渍在上述胶液中，将浸渍后的玻璃纤维布加热干燥后，即可得到半固化片，其中加热烘干工艺条件为在100～200℃温度下烘烤1～10min；

第二：取4张上述半固化片叠加后，在其双面覆上70微米铜箔进行层压，热压成形，即可得到所述层压板，其中层压工艺条件为0.2～2MPa压力和180～250℃温度下压制2～4小时。

采用对比例1制得的层压板制造芯板，按照图3所示叠构方式进行叠构，按照该四层印制电路板的树脂类型所需固化条件层压，对层压后的四层电路板进行热应力、PCT(耐浸焊性)、高温高湿等可靠测试，并进行钻孔等加工性能测试。测试结果如表1所示。

对比例2：

制备层压板：第一：制备半固化片，根据表1中的数据制备热固性树脂胶液，然后将玻璃纤维布浸渍在上述胶液中，将浸渍后的玻璃纤维布加热干燥后，即可得到半固化片，其中加热烘干工艺条件为在100～200℃温度下烘烤1～10min；

第二：取4张上述半固化片叠加后，在其双面覆上70微米铜箔进行层压，热压成形，即可得到所述层压板，其中层压工艺条件为0.2～2MPa压力和180～250℃温度下压制2～4小时。

使用对比例2制得的层压板制造芯板，按照图3所示叠构方式进行叠构，按照该四层印制电路板的树脂类型所需固化条件层压，对层压后的四层电路板进行热应力、PCT(耐浸焊性)、高温高湿等可靠测试，并进行钻孔等加工性能测试。测试结果如表1所示。

对比例3：

制备层压板：第一：制备半固化片，根据表1中的数据制备热固性树脂胶液，然后将玻璃纤维布浸渍在上述胶液中，将浸渍后的玻璃纤维布加热干燥后，即可得到半固化片，其中加热烘干工艺条件为在100～200℃温度下烘烤1～10min；

第二：取4张上述半固化片叠加后，在其双面覆上70微米铜箔进行层压，热压成形，即可得到所述层压板，其中层压工艺条件为0.2～2MPa压力和180～250℃温度下压制2～4小时。

使用对比例3制得的层压板制造芯板，按照图3所示叠构方式进行叠构，按照该四层印制电路板的树脂类型所需固化条件层压，对层压后的四层电路板进行热应力、PCT(耐浸焊性)、高温高湿等可靠测试，并进行钻孔等加工性能测试。测试结果如表1所示。

对比例4：

制备层压板，根据表1中的数据制备热固性树脂胶液；

在70微米铜箔毛面涂覆胶液，然后附上另一70微米毛面铜箔，热压成形，即可得到所述层压板，其中层压工艺条件为0.2～2MPa压力和180～250℃温度下压制2～4小时。

使用对比例4(例如：复合型硅油导热脂)的方法制得芯板，按照图3所示叠构方式进行叠构，按照该四层印制电路板的树脂类型所需固化条件层压，对层压后的四层电路板进行热应力、PCT(耐浸焊性)、高温高湿等可靠测试，并进行钻孔等加工性能测试。测试结果如表1所示。

测试方法依据IPC-TM650，具体如下：

热应力：选取(50±1)mm×(50±1)mm大小的3块试样，放置在125±2℃的空气循环式烘箱中保持4～6h，试样从烘箱中取出后应放在干燥器中，使其冷却至室温。在试样表面涂上滑石粉或硅油，将试样浮焊在保持288±2℃的焊锡槽液面上。温度在25.4mm深液面处测量，保持试样与焊锡面直接接触，并且用钳子或等效工具轻轻地向下按压搅动焊锡，观察发生分层气泡现象的时间。

PCT(耐浸焊性)：试样尺寸为100mm×100mm×1.6mm(或者1.5mm)板厚。用标准蚀刻方法去掉全部铜箔，并清洗干净，磨光试样边缘，把试样垂直悬放在试样架上。把水注入高压锅中，大约25mm的深度，盖好盖子但不密封，在不加压下将水加热至沸腾。当观察到气阀有蒸气放出时，打开盖子并把试样架放入，使试样垂直悬放在沸水上方。条件设定为105℃/105KPa，分别处理60min、90min、120min。而后将试样在室温放置，在10min内将试样一端垂直浸入温度为288+2℃的焊锡浴中10s，插入深度50mm，浸入和取出的时间不超过2s，如此反复。按照侵蚀的严重程度给试样评定等级。5表示为试样没有白斑、气泡或表面腐蚀，4表示为有少量的小斑点(0.8mm或更小)，3表示为试样上散布的小白斑，2表示为有小气泡(在2到4个连续的织纹交会点上)，1表示为有大气泡、分层或表面腐蚀。

耐高温高湿性：试样尺寸为100mm×100mm×1.6mm(或者1.5mm)板厚。用标准蚀刻方法去掉全部铜箔，并清洗干净，磨光试样边缘。将试样放置于恒温恒湿箱中(条件为温度85℃，湿度85％)，分别放置24H、36H、48H。而后将试样在室温放置，在10min内将试样一端垂直浸入温度为288+2℃的焊锡浴中10s，插入深度50mm，浸入和取出的时间不超过2s。按照侵蚀的严重程度给试样评定等级。5表示为试样没有白斑、气泡或表面腐蚀，4表示为有少量的小斑点(0.8mm或更小)，3表示为试样上散布的小白斑，2表示为有小气泡(在2到4个连续的织纹交会点上)，1表示为有大气泡、分层或表面腐蚀。

钻孔性：采用全新的钻头，在试样上面钻孔(孔径0.3mm)测试。在钻50个孔之后，磨制切片观察孔壁粗糙度，如此反复。当孔壁粗糙度大于0.1mm时，停止，记录钻头的使用次数。使用全新的钻头，在试样上面钻孔(孔径0.3mm，孔壁间距0.5mm)测试，为正方形排列的25个密集孔。任意选取三个孔，磨制切片观察灯芯长度，并计算出灯芯长度的平均值。

爆板分层不良率：依据内层芯板开料→烘板→磨板→内层图形转移→内层蚀刻→棕化→压板→层间对位检查→钻孔→去钻污→化学沉铜→外层图形转移→电镀铜→外层蚀刻→退铅锡印阻焊油墨→印字符→热风整平→外形加工→检测包装的流程正常生产1000片PCB。记录因为爆板分层现象产生的不良率。

表2实施例和对比例的测试结果

注：孔限指的是钻针寿命

由表2的测试结果可知，实施例1采用加入带电荷填料并增加电场的方法制得的芯板的可靠性较对比例1采用的普通填料制得的芯板得到大大改善，其中，热应力，PCT和高温高湿处理后的可靠性大大增加，满足多层印制电路板的电气、机械、耐热性等可靠性要求，从钻孔测试上可以看出，填料带电荷与否不影响钻孔等加工制程。

实施例2采用加入带电荷填料并增加电场的方法制得的芯板的可靠性较对比例3采用的带电荷填料但是不加电场制得的芯板得到大大改善，其中：热应力，PCT和高温高湿处理后的可靠性大大增加，满足多层印制电路板的电气、机械、耐热性等可靠性要求，从钻孔测试上可以看出，两者差异不大。可以看出在层压过程中增加电场起到了决定性的作用。

实施例3采用加入带电荷填料的方法制得的芯板的可靠性较对比例2采用增加填料比例方法制得的芯板可靠性得到大大改善，其中：热应力分层时间，PCT和高温高湿处理后的可靠性大大增加，满足多层印制电路板的电气、机械、耐热性等可靠性要求，从钻孔测试上可以看出，对比例2因为增加了填料的比例使得基材略微变脆，对钻头的产生了极大的磨损，钻头寿命下降，钻孔效果也不好。

实施例4采用加入带电荷填料方法制得的芯板的可靠性较对比例4采用有机介质层得到了改善。其中：热应力分层时间，PCT和高温高湿处理后的可靠性有所增加，满足多层印制电路板的电气、机械、耐热性等可靠性要求。从结果上看，有机介质层和铜箔，有机介质层和半固化片的结合力存在一定的不足，在热冲击之下，界面处不足以抵抗膨胀差异产生的应力而出现分层爆板，使得可靠性差于实施例，在钻孔等加工工序上表现相当。

综上所述，本发明使用了在层压板胶液配方中添加带电荷填料和在层压过程中在铜箔上增加电极从而产生电场的方法，用于层压板的生产，解决了由于树脂和铜箔热膨胀系数和热传导系数差异太大导致分层爆板的问题，同时因为借用了电场和电荷之间的纵向作用力，增加了半固化片层压过程的流动性，提高了浸润效果。同时，通过电极控制电场的大小可以进而灵活控制电场对带电荷填料吸引力的大小，同时因为电极的大小、正负性可控，可以灵活地控制覆铜板内带电荷填料的分布状态。此外，此种加入带电荷填料和层压过程中在铜箔上增加电极从而产生电场从而控制填料定向移动的方法，与现有的加入高比例填料方法和添加有机介质层的方法相比，具有更高的可靠性，具备更高的经济效益等优点。

Claims (10)

1.一种层压板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1) 在热固性树脂中添加填料，得到树脂组合物，然后用溶剂溶解制成胶液；

将增强材料浸渍在上述胶液中，加热干燥后，得到半固化片；在一张上述半固化片的单面或双面覆上金属箔，或将至少2张半固化片叠加后，在其单面或双面覆上金属箔，得到组合模块；

或者，将上述胶液与金属箔直接组合，得到组合模块；

或者，将上述胶液与增强材料、金属箔直接组合，得到组合模块；

所述树脂组合物中，热固性树脂与填料的质量比为100：1~100；

所述填料包括带电荷填料和无电荷填料，其中，无电荷填料占总填料的0~20%；

所述带电荷填料选自带电荷二氧化硅、带电荷氧化铝、带电荷氢氧化铝、带电荷氮化铝、带电荷氮化硼、带电荷二氧化钛、带电荷钛酸锶、带电荷钛酸钡、带电荷硫酸钡、带电荷滑石粉、带电荷硅酸钙、带电荷碳酸钙、带电荷云母中的一种或几种；

(2) 将上述组合模块热压成形，即可得到层压板；

在上述组合模块热压成形过程中，所述组合模块始终处于一电场中；电场强度为100~200 N/C。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述热固性树脂与填料的质量比为100：30~60。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述增强材料选自纸、玻璃纸、无纺布、玻纤布、合成纤维有机材料、绝缘光板、无机陶瓷、铝金属和合金中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述带电荷填料间产生的电压为0.1~5 KV。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述热固性树脂选自环氧树脂、酚醛树脂、氰酸酯树脂、聚苯醚树脂、双马来酰亚胺树脂、诺夫拉克树脂、苯并噁嗪树脂中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，在层压板的单面或双面设置电极，电极设于金属箔的外表面，形成所述电场。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述电极产生的电压为1~10 KV。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，半固化片的制造工艺为在100~200℃温度下加热干燥1~10min。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述层压板的制造工艺是在0.2~2 MPa压力和180~250℃温度下压制2~4小时。

10.根据权利要求1至9中任意一项所述的制备方法得到的层压板。