CN86107577A - 制造印刷电路板用半固化片和金属复合基体材料的方法及其设备 - Google Patents

Abstract

制造印刷电路板用的金属复合基体材料的方法，包括将连续带状多层材料和一层或多层金属箔进行热压。纤维带用包含催速剂的热固性树脂进行浸渍，例如环氧树脂，包含吡啶或咪唑化合物。

Description

本发明是一种如权利要求1前序部分所述的制造印刷电路板用半固化片和金属复合基体材料的方法以及实施该方法所使用的设备。

制造印刷电路板用金属叠层基体材料的公知方法是，将切割好的带材涂上热固性树脂，然后和金属箔一起在层压机中加压制成。用这种方法制成的基体叠层制品质量波动大，不仅每块叠片内部的质量不均匀，而且各块叠片之间的质量也不一致。在一台十一层层压机上进行的压制过程，包括加热和冷却，需要持续超过两小时。

在英国专利说明书GB-A-2108427中介绍了下述一种方法，在一台具有两个加热板的层压机中，将一条洒满树脂粉末的织物带和一条铜箔送入层压机，在压制过程中，带材处于静止状态，压制完成的产品被间歇地送出。用这种方法制造的电路板的质量也不稳定，如果用户要求电路板的质量要均匀一致，则会出现大量的废品。因此用公知的树脂难以达到经济的生产速度。

使用连续操作式双带层压机，例如生产装饰用层压板的已知机器，迄今为止也没有取得成功，因为用了适于印刷电路板基材的树脂后，就不能达到经济可行的生产速度。

由上述文献中所公开的制造印刷电路板基板的方法需用很长的压制时间，有些甚至超过两小时。压制时间过长的原因是，在传统的多层层压机中用普通的热固性树脂生产电路板时，必须避免在加压时，快速加热或者快速冷却，以便使外层和内层之间，以及每一层内部的质量差别保持在最小。产生这种质量差别的部分原因是滑移渗出，当加压下的加热或者冷却速度过快时，这种滑移渗出会造成板材的边缘部分和中间部分之间出现厚度差。另外，通常还采用高质量的原料作为电路板的最外层，以求获得更好的表面质量。由于使用的原料具有不同的厚度，因此会导致层状结构出现一定的不均匀性。在加工过程中，需要昂贵的库存以及相应的检查控制。

本发明的任务是消除已有技术中的缺陷，并提出一种制造印刷电路板用半固化基片和金属复合基板的方法和实施该方法的手段。该方法应当经济，成本低廉，技术简单，便于操作，能显著节约加工时间，并能保证获得完全一致的层间结构。上述要求不但不会给该方法的产品质量带来不利影响，而且相反能改善印刷电路板基板的性能。其它附加的和次要的任务体现在下文所述的优点之中。

本发明的任务已通过权利要求1的特征部分中的特征得到解决。采用如下方案可以获得良好的结果，即用含有能催速环氧化物-固化剂-催化剂的树脂体系的浸渍剂对带材加以浸渍，促进剂最好是吡啶衍生物和/或取代或未被取代的咪唑。

浸渍树脂体系中含有苯酚-固化剂-催化剂体系的，也能得到良好的效果。

按照本发明所述的方法，可以通过添加具有催化促进作用的树脂体系，使浸渍设备的生产能力超过采用普通树脂生产印刷电路板基体材料时的约20%。特别有利的是，本发明可以实现连续的生产。为此可以将经过本发明所述催速的树脂体系浸渍的带材，放在双带层压机中进行连续式或者间歇式加工。由于催速树脂反应迅速，因此可以在加压情况下进行快速加热和快速冷却并同时限制外渗和滑移渗出的产生。成品边缘与中间部分之间的厚度公差也明显减小，从而提高了生产的可靠性，减少了废品率，并且也缩小了所生产的印刷电路板基体材料的公差范围。当然，本方法也不排除在单层或者多层层压机上加工的可能性，这样可以显著减少滑移的出现。

在环氧树脂-硬化剂-催化剂体系中，可以用下列吡啶化合物作为促进剂：

2-苯甲酰吡啶

3-苯甲酰吡啶

4-苯甲酰吡啶

2-苄基吡啶

3-苄基吡啶

4-苄基吡啶

2-苄胺基吡啶

4-二甲胺基吡啶

2-甲氧基吡啶

4-叔丁基吡啶

3-氰化吡啶

2-羟基吡啶

6-氨基-2-吡啶

2-氨基吡啶

3-乙基吡啶

3-乙基-4-甲基吡啶

2-苯基吡啶

2，6-二氨基吡啶

3-甲基吡啶

2-（氨基甲基）-吡啶

2-氨基-4-甲基吡啶

2，4-二甲基吡啶

第二组效果良好的促进剂是一些已经公知的取代的咪唑化合物以及咪唑本身，见下表：

N-甲基咪唑

2-甲基咪唑

2-苯基咪唑

4-苯基咪唑

4-甲基咪唑

2-甲基苯并咪唑

5，6-二甲基苯并咪唑

1-甲基-2-苯基苯并咪唑

1，2-二甲基咪唑

4，5-二苯基咪唑

2-乙基-4-甲基咪唑

羰基二咪唑

咪唑

2-+-基咪唑

1-氰乙基-2-苯基咪唑

2-苯基苯并咪唑

将上述吡啶或者咪唑促进剂与通常作为普通树脂硬化剂使用的氰二胺或者苄基二甲胺结合在一起，可以获得非常好的结果。

采用本发明所述的具有促进作用的树脂-硬化剂-催化剂体系，可以将硬化时间降低到约2分钟。由于实际上消除了产生滑移流的可能性，所以产品可以获得极为均匀的高质量。

能起促进作用的树脂-硬化剂-催化剂体系中含有占固态树脂重量百分比0.2至0.8的促进剂或者促进剂混合物。压制过程可以在真空下进行。最好让本方法的产品进行最终热处理是有利的。

本方法大多按如下方式进行，即为了制成多层印刷电路板基体叠片将每一层浸渍了具有促进作用的树脂体系的带材从各自的卷材上展开，并与至少一层从另一卷材上展开的待复合金属箔合在一起，必要时此过程可同时进行，然后将这样构成的带材按时控间歇循环工序进行压制，优先送入双带式层压机中进行热压制。也可以在进行压制工序前将带材按成品长度切割，然后与金属箔合在一起通过压制区，金属箔也可以根据需要切割成同样长度。经常采用的方法是，在已压制好的印刷电路板基板各区段之间留出未经压制的区段，或者至少在已压制好区段之间留出金属箔连接段。或在切割之前或切割之后，将带材按其相对位置通过夹板、铆钉、定位钉或类似物把边缘固定好，然后按时控间歇循环工序送入层压机。如果要制造双层或者多层单面或双面复盖了金属箔的印刷电路板基板，则应当同时在带材或者分段材之间放入分隔金属箔层再送入层压机进行热压。在压制工序完成后，籍助于分隔箔将这样得到的叠片再相互分离。

上述方法最好按下列方式进行，在第一个操作阶段将带材和待复合的金属箔带送入一个热压区内;在第二个操作阶段又将这些材料送入冷却区内进行加压冷却;在第三个操作阶段，将印刷电路板基板的边缘部分切除并根据所要求长度截断。另外也可以在第一个操作阶段将带材和金属箔送入压制区，首先进行高频加热，然后进行冷却接着在第二个操作阶段将基体叠片层的边缘切除，并且在需要的情况下裁开。

在合并或切割带材与金属箔带时，要保证空气洁净或在真空中进行。此外，经验还证明，对待复合的金属箔进行预热也是有利的。

本发明所述的方法尤其适于在双带式层压机上完成。采用这种层压机可以实现连续生产，至少实现部分连续生产。与一台具有加热和冷却作用的单层层压机相比，双带式层压机在结构上的优点是，将一台作为加热区的普通单层层压机与另一台作为冷却区的普通单层层压机结合在一起，放在公知的双带式层压机的一对钢带之间，钢带则可以在短时间的压力载荷下间歇地运动。

在这种改进了的双带式层压机中，压制压力可以达到80巴即使超过这压力也无需特殊化费。此外，可以准确地撑握压力一致性和温度一致性。一般说来，该层压机的压力甚至可以达到100巴。

无论加热和冷却是否在同一区域内进行，在压制区的前面通常都要设置一对冷却式进料导向鼓。双带式层压机在其进料端应设有带材和金属箔带的存放，展开和导向机构。通常还在加热区的前面和后面装有绝热体，以便减少由于辐射导致的大量热损失，金属箔带的进料导向鼓可以制成加热式的，并装上隔热板，用这种方法来减少或控制作用在带材上的辐射热。

在层压机的出料端通常要设置一对出料导向鼓。导向鼓的后面可设置边缘切割机，并可根据需要设置一台裁板机。

目前，市场上出售的一种印刷电路板的厚度为1.5mm，另一种的厚度为1.6mm，它们的厚度公差按照标准应为±0.13mm。用本发明所述方法制造的印刷电路板的公差范围在1.52mm和1.55mm之间，边缘是1.52mm，中间则是1.55mm。由于按本方法制造的基体叠片都在两种公知产品的公差范围之内，所以人们只采用这一种产品就可以满足需要了。制造这种单一产品的优点可以简化库存是明显的。

目前生产1.5mm厚的印刷电路板需要四层而每层约230g/m²的玻璃纤维织物和三层而每层约200g/m²的玻璃纤维织物;生产1.6mm厚的印刷电路板则需要六层约200g/m²的玻璃纤维织物和两层约230g/m²的玻璃纤维织物。在本发明所述的方法中，可以只用一种质量的玻璃纤维织物来生产一种规格的产品，例如用8层约200g/m²的玻璃纤维织物。这样就可以不用价格较贵的230g/m²规格的玻璃纤维织物，显然是有利的。

另外，通过上述处理还可以获得完全均匀的层结构，因为只使用了一种规格的玻璃纤维织物。

由于实施本发明所述的方法与公知快速树脂体系所能达到的固化速率相比，能极大地加速树脂的硬化过程，所以能在单层层压机上经济地生产印刷电路板;用这种机器与多层层压机相比，可以生产出质量更高的产品，因为前者可以避免外层产品和内层产品之间产生厚度差别。

即使在一台多层层压机上采用本发明所述的方法，把经过具有促进作用的树脂浸渍的带材在真空下可以获得高致密度而不含气孔，也可以改善产品的几何值。产品这种效果的原因在于联合作用，既一方面由通过使用了具有促进作用的树脂体系消除了滑移渗出现象，另一方面采用了真空压制。通过这些措施可以缩小产品公差，这正是电子学所要求的，从而在生产技术上展现出了有利的前景。

下面根据附图中表示出的实例，即一种适于实施发明所述的方法的设备，对本发明作进一步的说明。

图1中所示的设备是一台双带式层压机1，它具有一台热压机2和一台冷压机3。本发明的双带式层压机1的工作方式为使顺流进料的方式按时控间歇循环工序进行。加热区2和冷却区3的尺寸相同。在一种应优先选用的实例中，加热区和冷却区各长3米，宽1.3米。这台双带式层压机在其加压区2之前，有一对进料反带导向鼓，这对鼓能够被冷却。在冷压机3的后边相应地装有一对出料导向鼓。

在双带式层压机的前面设有用于半固化片，即浸渍了树脂体系的玻璃纤维织物的双轴式心轴开卷器，还装有一台用于金属箔的双轴式心轴开卷器，在本实例中所采用的金属箔是铜箔。在带材或金属箔的心轴开卷器之间设置有导向辊。

在双带式层压机的后面，有一台边缘切割机和一台与其相连的裁板机。

下面对本发明所述的双带式层压机作一个简要说明。从心轴开卷器上将浸渍有本发明所述的具有促进作用的树脂体系的四条半固化片带材展开，合并在一起，然后按时控间歇循环工序送入热压区;与此同时，从金属箔心轴开卷器的两个心轴上展开的铜箔，也被送入热压区。在第一道工序中，带材与金属箔被压制在一起。此时的压力可达100巴。

如果要生产单面复合基板，可以用耐热分隔箔代替铜箔放在相应的开卷器心轴上。作为分隔箔，例如可以采用经过硅化处理的铝箔或者复有聚四氟乙烯的铝箔。分隔箔自双带式层压机中引出后，便可从成品基体叠片上分离，并被重复利用。

在压制过程结束后，还要在全部压力载荷下持续很短的一段时间，然后按时控间歇循环工序将压好的一段送入冷却区，已结合在一起的基体叠片在压力作用下被冷却。冷却过程结束后，基板被继续输送到后面的边缘切割机和裁板机中，从而获得所需要的外形尺寸。

成品薄板之间由未经压制的，即无用的部分连接在一起，该部分应作为废料切除。加热区内的温度大约为190℃。在后面的冷却区内，基板带被冷却到大约100℃。在冷却区和边缘切割机之间，可以再设一个最终热处理区，以加强基板的形状稳定而不变形。

虽然本发明所述的方法是以六层基板为例说明的，但用该方法也可以生产具有其它层数的产品。

使用了分隔箔后，当然还可以同时生产出若干片基板来。

如上所述的操作条件首先是与所使用的具有促进作用的树脂体系有关，因此可以作相应的变化。

用本发明所述的方法及设备，不但可以制造铜箔电路板，而且也可以采用其它金属箔，特别是本方法和设备适于采用复合箔例如超高质量印刷电路板（所谓腐蚀/剥离电路板所用的铜/铝箔。

在上述方法中，由于存在未压制部分而产生的材料损失，会造成一定的经济损失。为了避免出现废料，在一个特殊的实例中，可以将半固化片带材切割成最终产品的长度，然后按适当的间隔与金属箔带一起送入层压机。在另一个特殊的实例中，在进入层压机之前也将金属箔切割成相等的长度。采用这种方式时，应时刻注意不要产生粉尘，或采用其它适当措施例如抽真空等方法将半固化片带材或者金属箔带表面上的粉尘除掉。另一种比较有利的做法是，将带材在其相对位置上加以机械固定，例如可以用定位钉、夹子或者铆钉固定在以后可以切除的边缘部位上。通过这种方式可以实现近似连续的生产，并且还可以避免材料损失。

将铜箔加以预热对本方法的实施非常有利。由于贴在外部的铜箔能受到比玻璃纤维织物芯更多的热量，所以多少能强制产生部分预热的效果。在一种特殊的，如附图2所示的双带式层压机实例中，进料鼓之间的距离比较大，这一对鼓本身是被加热的，从而可以对贴着进料鼓输入的金属箔进行加热。紧接在一对进料反带导向鼓的后面是钢带的支撑辊。为了避免进料反带导向鼓把通过其附近的半固化片带材加热，还要装上一对隔热板。隔热板可以由被冷却的金属板制成。冷却可由铜制蛇形冷却管完成，冷却管内冷却剂流动的速度应当是可以调节的，以便能作到准确的温度控制。还可以用强制环流的冷却槽来代替冷却蛇管。隔热板应当能在水平方向上移动，以便使半固化片带材在这种特殊实例中必要时能按照其在空间安排的状态受到保护，不致于受到被加热的进料鼓所发射热的作用。

在另外一种特殊的实例中，可以将已经集中在一起的半固化片带材在其下一道工序的整个进料长度上进行少许予加热，从而使树脂在一进入加热区内便更快地开始固化。

本发明所述的层压机还可以用于制造其它类型的金属复合印刷电路基板，例如可以用纸代替玻璃纤维织物，用一种相应的具有促进作用的苯基树脂体系代替本发明所介绍的具有促进作用的环氧基树脂体系。将比较便宜的原料与近似连续的或者快节拍的层压机结合在一起，可以使生产变得更为有利可图。

下面对照实例对本发明进行说明：

实例1

将重量为200g/m²的叠片制造印刷电路板，即复铜玻璃纤维环氧树脂层压板用的普通成品玻璃纤维织物浸入树脂溶液中，树脂溶液由100份聚合的、部分溴化了的联苯二酚-A-缩水甘油醚（其中含有1-15%，优先为5-12%的环氧酚醛清漆），3.2份二氰联氨，0.28份3-甲基吡啶和80份甲基乙二醇组成。将经过浸渍的半固化片在165℃的温度下干燥，干燥后的半固化片中的树脂含量为42%，树脂的渗出量为10%。将温度升高到195℃，把7片这样的半固化片在此温度和55巴的压力下，与复合在其间的35μm厚的铜箔一起压制成1.5mm厚的层压板，压制是在本发明所述的设备中进行的。检验结果表明，层压板的尺寸稳定性明显地优于具有同样性质的市售普通层压板。

所获得的层压板的厚度公差为±3/100mm。而相比之下目前市售的硬质层压板的标准公差为±13/100mm。

实例2

将实例1中所用的玻璃纤维织物放入树脂溶液中浸渍，树脂溶液由100份聚合的，部分溴化了的联苯二酚-A-缩水甘油醚（其中含有1-15%，优先为5-12%的环氧酚醛清漆），3.4份二氰联氨，0.33份4-二甲基氨基吡啶和80份甲基乙二醇组成。将经过浸渍的半固化片在170℃的温度下干燥，干燥后的半固化片中的树脂含量为44%，树脂的渗出量为8%，将温度升高到200℃，把若干层半固化片在该温度和50巴的压力下，与复合在两面的35μm厚的铜箔一起压制成1.5mm厚的层压板，压制是在本发明所述的设备中进行。检验结果表明，层压板的形状稳定性也明显优于具有同样性质的市售普通层压板的标准值。

实例3

树脂混合物由100份聚合的，部分溴化了的含有1-15%、优选为5-12%的环氧酚醛清漆的双酚A缩水甘油醚，其中环氧当量为350～520、3.0份二氰联氨，0.40份2-氨基-4-甲基吡啶和80份甲基乙二醇组成。将与实例1中的用途一样的重量为100g/m²的玻璃纤维织物在该树脂混合物中浸渍，并在165℃的温度下干燥，干燥后的半固化片中的树脂含量为44%，树脂渗出量为10%。将温度升高到190℃，把两层这样的半固化片在该温度和50巴的压力下，与复合在一面的35μm厚的铜箔一起並使用一层分隔箔压制成0.2mm厚的层压板，检验结果与实例2一样好。

实例4至13

实例4至13配方和相应的工艺条件见表1。

实例14

将重量为110g/m²的棉纸浸渍在33克苯酚树脂溶液中。树脂溶液内含有40%的含水低分子量苯酚预浸渍树脂，5.2%的四溴化双酚A，4.8%的聚烷撑乙二醇二缩水甘油酯和50%的溶剂。

将浸渍后的纸在120℃至170℃的温度下干燥，干燥后的纸片中，树脂含量为23%，含挥发组分小于2%，是在160℃的温度下测量5分钟。

然后将予浸渍过的纸再进行一次浸渍，用190g树脂，组分含有42.6%的一种二聚酸的改性二缩水甘油酯，13.5%的四溴化双酚A，2.9%的三氧化二锑，1.8%的双氰胺，0.7%的2-苯基咪唑和38.5%的甲基乙二醇。

经两次浸渍后，在110℃至180℃的温度下干燥，干燥后的纸树脂渗出量为7%。

将温度升高到210℃，把6层这种半固化片在该温度和45巴的压力下与复合在两面的35μm厚的铜箔一起压制成1.6mm厚的层压板，压制是在双带式层压机上进行的。

对该层压板的检验证明，与目前大量使用的FR2型层压板相比，这种层压板在冲孔和空白的可修正性方面有着出人意料的，超过平均的水平，同时还具有比FR2层压板远远更高的耐浸焊稳定度。

Claims (21)

1、制造金属复合印刷电路板基板的方法，将浸渍有热固性树脂的带材与待复合的金属箔置于一台层压设备中进行热压，其特征是，采用含有能起催化促进作用的树脂体系的浸渍剂对带材加以浸渍，再将浸渍过的带材与一层或者若干层待复合的金属箔压制成一体。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的树脂体系的浸渍剂中含有能促进作用的环氧化物-硬化剂-催化剂体系。

3、根据权利要求1或2所述的方法，其特征是，所述的能起促进作用的树脂体系的浸渍剂中含有苯酚-硬化剂-催化剂体系。

4、根据权利要求1至3之中任何一项或者若干项所述的方法，其特征是，所述的树脂体系含有选自下列各组中的一种或者若干种作为促进剂的化合物：取代的吡啶化合物，咪唑和/或取代的咪唑。

5、根据权利要求1至4之中任何一项或者若干项所述的方法，其特征是，也可采用二氰二胺和/或苄基二甲胺。

6、根据权利要求1至5之中任何一项或者若干项所述的方法，其特征是，所述的能起促进作用的树脂-硬化剂-催化剂体系中含有占固态树脂重量百分比0.2至0.8的促进剂或者促进剂混合物。

7、根据以上权利要求之中任何一项或者若干项所述的方法，其特征是，压制操作在真空中进行。

8、根据权利要求1至7之中任何一项或者若干项所述的方法，其特征是，为了制成多层印刷电路板基板，将每一层浸渍了具有促进作用的树脂体系的带材从各自的卷材上展开，并与至少一层从另一卷材上展开的待复合金属箔合在一起，必要时此过程可同时进行，然后将复合带材按照时控间歇循环工序进行压制，优先在双带式层压机中进行热压制。

9、根据权利要求1至8之中任何一项或者若干项所述的方法，其特征是，在进行压制工序前，将带材按成品长度切割好然后与金属箔合在一起通过压制区，金属箔也可以根据需要切割成同样长度。

10、根据权利要求1至9之中任何一项或者若干项所述的方法，其特征是，在已压制好的印刷电路板基板各区段之间，应留出未经压制的区段，或者留出金属箔连接段。

11、根据权利要求1至10之中任何一项或者若干项所述的方法，其特征是，在切割之前或切割过程中，将带材按其相对位置用夹子、铆钉或定位钉等把边缘区域固定好然后按时控间歇循环工序送入层压机。

12、根据权利要求1至11之中任何一项或者若干项所述的方法，其特征是，在第一个操作阶段将带材和待复合的金属箔带送入一个热压区内，在第二个操作阶段又将这些材料送入冷却区内进行加压冷却，第三个操作阶段则将印刷电路板基板的边缘切除并且在需要的情况下按照成品长度裁开。

13、根据权利要求1至12之中任何一项或者若干项所述的方法，其特征是，在第一个操作阶段将带材和金属箔送入压制区，首先进行高频加热，然后再冷却;在第二个操作阶段将印刷电路板基板的边缘切除并且在需要的情况下裁开。

14、根据以上权利要求之中任何一项或者若干项所述的方法，其特征是，待复合的金属箔在复合前要进行预热。

15、实施根据权利要求1至14之中任何一项或者若干项所述方法的设备，其特征是，采用带有时控间歇循环工序的顺流送料机构的双带式层压机，其压制部分分成加热区和与其相连的冷却区，在加热区前面可以根据需要安装一对冷却式进料反带导向鼓，在冷却区后面安装一对出料导向鼓。

16、实施根据权利要求1至15之中任何一项或者若干项所述方法的设备，其特征是，采用带有时控间歇循环工序的顺流送料机构的双带式层压机，其压制区中的第一段由电容式高频加热，紧接其后的是冷却段，在压制区前面可以根据需要安装一对冷却式进料反带导向鼓，并在其后面安装一对出料导向鼓。

17、根据权利要求15或16之中任何一项所述的设备，其特征是，双带式层压机在其进料端应设有带材和金属箔带的存放、展平和导向机构。

18、根据权利要求15或16之中任何一项所述的设备，其特征是，在加热区的前面和后面装有绝热装置，以便减少由于辐射的热损失，或至少限制热辐射。

19、根据权利要求15或16之中任何一项所述的设备，其特征是，装有可加热的金属箔带进料反带导向鼓，并装有隔热板，以保护带材不受热辐射的影响。

20、根据权利要求15或16之中任何一项所述的设备，其特征是，在引出导向鼓后面装有边缘切割机，并根据需要设置一台裁板机。

21、按照上述权利要求1至20之中任何一项所制造的印刷电路板的基体材料。

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