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1、基于基于 PTFE 的的 PCB 的多层层压方法的多层层压方法?SpecialPCB.基于 PTFE 的 PCB 的多层层压方法丁志廉编译摘要介绍了采用不同材料类型的粘结膜,半固化片,所需设备和粘结材料,用于生产低到高层数的 PTFE 多层板的情况关键词聚四氟乙烯粘结材料层压工艺熔融粘接粘接膜复合半固化片MultilayerLaminationMethodsforPTFE.basedPCBsDingZhilianAbstractThisarticledescribesthedifferenttypesofapplications,bondingfilms,equipmentneeds,andb
2、ondingmethodsusedtoproducelow-countandhighcountPTFEmultiplayerboards.KeywordsPTFEbondingmaterialslaminationprocessfusionbondingbondingfilmhybridprepreg随着射频(I)和数字设计的应用领域不断的扩展,具有 PTFE 的微波层压板的要求也迅速增加了.较高的频率和数字传输速率要求材料具有很低的介电损失(耗),均匀的介电常数和严格的厚度尺寸公差.PTFE 层压板材料具有所有这些特性和在很多应用下的优越性能印制板的设计者仍然不断地寻找在这些应用中能够节省重
3、量和空间的方法.为了节省重量和空间等,设计者开始移向更高层数的设计从历史上看,PTFE 多层板的高层数的增加受到了 PCB 工厂对PTFE 高层板的层压能力的限制.制造 PTFE 多层板有四种方法:一是一次层压所有 PTFE 材料的层压板:二是一次层压复(混)合介质材料的层压板;三是顺序层压所有 PTFE 材料的层压板;四是顺序层压复(混)合介质材料的层压板.最典型的 RF 应用的多层板是采用 PCB 的层压技术把 PTFE 层压板(CCL)和粘结膜或熔化粘结在一起而形成的一种三层 RF 板.用这种类型生产的 PTFE板已经有好多年了.但是这种生产方法不能用于中,高批量的生产.最近十年来开发了
4、另外一种类型的板,即复(混)合的 PTFE 的多层板,即高频电路形成在 PTFE 层压板上并粘结到环氧层压板上面,而环氧层压板形成的电路是用来传输较低频率和数字信号的.这种类型的多层板的优点是它节省了空间并采用了大多数 PCB 工厂用的常规环氧树脂半同化片的粘接能力来达到要求的.现在设计者和制造者可以利用 PTFE 层压板和其它类型的层压板结合起来,通过多次层压或者顺序层压等方法来生产具有四层或更多层数的复合多层板的要求.顺序层压方法是相对简单的,并多年用于热固型的环氧树脂基的层压板上.典型的顺序层压方法是采用几层电路粘接在一起,然后钻孔和电镀等.即采用热固化环氧树脂板,进行粘接,钻孔和电镀,
5、这些程序可以多次反复进行直到 PCB 板的完成为止.由于顺序的层压困难,直到现在,PTFE 的多层PrintedCircuitInformation 印制电路信息 2006No.;.;寺中钊;特种印制警;SpecialPCB板的设计仍然受限于低层数上.事实上,困难是在用于与热塑性的 PTFE 层压板相粘接的粘接(结)膜上,因为在粘接膜的熔化点以上的任何的热偏差(另次层压循环时)通常会发生分层.某些设计者采用两步顺序粘接方法,即第一步是采用较高的熔化点的粘接膜来进行层压,然后再(第二步)采用较低的熔化点的粘接膜进行层压.但是,对于三次或更多次的顺序粘接循环时还是有问题的,所以用于顺序层压粘接的最
6、好的方法是采用热固性粘接层或熔化粘接(结).熔化粘接是一种高温 PTFE 树脂体系的层压板材料,层压的温度接近 371(700 下),它超过了大多数层压机的能力范围.但是对于粘结 PTFE 层压板确实足非常有效的.在某些情况下,PTFE 的薄膜切片后用于粘结是有利于充填内部线路的.1 主要设备和辅助材料为了层压多层印制电路板(PCBs)必要的设备(施)包括:层压机,压力缓冲垫(presspadding),隔离板,载板(大家熟知的称为模版或定位模版)等.其它外围方面的设备,例如装/卸载装置,隔离板的清洁线等,在本文中不于论述.1.1 层压机层压机的作用是提供热能和压力,并通过机械作用使材料(内层
7、片,粘接片等)粘(压)合在一起.目前所用的层压机有三种类型:大多数的层乐机是采用通过液压的圆柱而加压到压力平板卜,平板用蒸汽,或热油,或电热元件来加热;第二种层压机是真空压机,它与上述的压机相同的,但层压部分足由真空箱包围起来,从而在层压过程的周期内可以除去空气和挥发物.这两种层压机的改进型是加上转移的冷却压机.它是当粘接(结)的层压多层板被冷却到粘接膜或粘接层的熔化点(温度)以下时而转移到冷却压机以进一步冷却用的.层压板被转移到冷却压机的压力下进一步完成反应.水通过转移冷却压机的平板并使层压板冷却到室温.采用转移冷却压机町具有更高的生产率.第种层压机的类型,实际上是没有压机的,称为高压釜(a
8、utoclave).它是把层压板装入真空箱体内并抽真空后,再利用气体来施压和加热使内层和粘接片粘结在一起的.这种高压釜很少用于 PCB 工业中,但是采用这种高压釜在粘接应用上比起常规压机是有其优点的,其施加的压力和温度是均匀的.主要;.PrintedCircuitlnformation 印制电路信息 2006No.3问题是生产率较低,成本较高.由液压和真空组成的层压机可以采用多种加热的方法.蒸汽加热已经用于目前层压的加工中,采用热油加热要求有一个锅炉来加热油,然后泵送到加热板.热油加热比起电加热具有更好的热均匀性分布,但是加热到晟高温度和冷却到室温的时间要更长.正因为热均匀性分布这个理由,热油
9、层压机能提供更均匀的粘接而被优先考虑与选用.电加热的层压机的维护是很简单的,因为组成压机体系不需要热油压机需要的锅炉,采和管道等.层压机的特性取决于所粘接的多层板的材料与大小.用于粘接环氧树脂系层压板或多层板的压机通常是采用真空的方法和晟大温度限制在 204(400 下)以下.这个温度不够高,因此是不能用于CTFE(chlorotrit1uoroethylene,三氟氯乙烯)和 FEP(fluorinatedethylenepropylene,氟化乙炳烯)粘接膜来进行粘接的,这些粘接膜通常是用来粘接PTFE 层压板的,但远不能达到熔融粘接 PTFE 材料的.为了更好粘接 PTFE,采用热塑性粘
10、接膜或熔融粘接方法,则压机应达到足够高的温度才行.粘接膜的结晶熔化温度是稍低的,而熔融粘接膜的熔融温度是很高的.层压板或多层板的大小进行层压时是由压机的压力能力或大小来确定的,大多数的 PCBT 厂层压的最大层压板的尺寸为 457mm610mm(1824“).CTFE 或 FEP 粘接膜进行粘接时的压力为 7 巴到 14 巴(1 巴=1.02kg/cm)或 100 磅到 200 磅.熔融粘接可以像热同的半固化片那样加压剑 2l巴至 34 巴(300 磅至 500 磅)的压力,对于有埋入导通孔(大多数存在)的层压板来说,更“精心“的工作是采用较低的压力,比如 7 巴(100 磅)的压力.用于 P
11、CB 工厂中的大多数层压机是可以转移或改造成高温的熔融粘接用的,但是转移或改造成用于熔融粘接所需较高的压力是不可能的或不实际的.采取降低 PCB 尺寸是有效增加单位面积上的压力的方法,但是,高的压力会对(压)模板引起压痕而损害,除非采用较大的层压板,它们是可以通过打磨的.多层的粘接也是要求有载板,隔离板和压力缓冲垫的.载(压模)板是厚度为 6.35mm 到 1.27mm(0.25O.50“)的钢板,它是用来多层堆叠并放置于压机内而进行层压的,如图 1 所示.SpecialPCB:表 l 所示.一般来说,热塑性粘接薄膜具有较低的介电损耗(1osstangent)和介电常数.但是,当在它们的结晶熔
12、化点(crystallinemeltpoint)以上反复加热时,可能会导致叠装层分层问题,因此不适用于顺序层压工艺或高温条件下应用而热固性半同化片很熊璺丝翌丝:压机的温度要求cTFE 臌,.一.-嗲麟珏.直接熔融218(425 下)274(525 下)382(720 下)PrintedCircuitInformation 印制电路信息 200aNo.一 5 一特种印制板;.一一;:一;?-?SpecialPCB?-?-?-?-?-?-?-?特性,而采用常规的高损耗的环氧树脂基的半固化片将失去了应用 PTFE 的目的.尽管熔融的薄膜在介电常数方面对于层压板的精确匹配来说不是很有效的,但是它们是以
13、不同程度的“负值“而影响着,因而 PCB板的设计者可以进行不同的的设计.2.3 热固性半固化片热固的半固化片的优点是在固化以后能够适应顺序层压的板的工业生产能力.正如上面所述那样,热固的半固化片的缺点是相对高的的介电损耗理想的半固化片应具有低的介电损耗和满足多次层压而不会分层的能力.用于顺序层压和低介电损耗的 PTFE 基的两种热固的半固化片产品已经开发出来了,W.L.Gore 开发的Speedboard.C 是一种用于与 PTFE 粘接一起的低介电损耗的热固的半固化片材料.SpeedboardC 是在PTFE 展开形成气阱(airpockets)以后由热固的环氧树脂充填的而铺展开的 PTFE
14、 薄膜.SpeedboardC 提供了一种比常规环氧树脂半固化低的介电损耗因子,而其热固的特性又能够满足 PTFE 的多层板的顺序层压工艺的要求.SpeedboardC 比起其它的半固化片和粘接膜要昂贵得多.Taconic 开发出 Tacpreg.产品,它是一种低介电损耗的半固化片而用于 RF 和数字传输应用的领域中像 SpeedboardC 一样,它也是把热固的树脂涂覆于PTFE 的表面上形成的半固化片.而 Tacpreg 是非常有效的,它具有 3.2 的介电常数.把 BT,环氧树脂涂覆于 PTFE 的表面上形成的半固化片能够满足多次,顺序的层压,这种层压的温度和压力在大多数的 PCB工厂中
15、都是能够达到的.Tacpreg 半固化片比起用于粘接 PTFE 多层板的常规粘接片相对是不昂贵的,而比起 SpeedboardC 半固化片是很便宜了.3 各种层压工艺3.1 层压工艺成功的层压工艺来自于合适材料的选择.正如前面所述的那样,几种的粘接膜和半固化片是易于与PTFE 芯片(板)粘接在一起的并且是有效的.对于要达到好的粘接强度来说,内层的制造是要很严格的.具有双面铜箔的内层芯片(板)应是定序(位)的,即使仅有一面要求铜箔的内芯片也必须这样做.其理由是:如果芯片有好的表面结构,则在温度和压力下,粘接膜或半固化片树脂可流入这些结构形成好的机械粘接.这是指采用层压之前内层芯片的铜箔表;.PrintedCircuitInformation 印制电路信息 2006,.了面而制备的表面结构.必须注意的是在 PTFE 的层压板上,由于铜箔进行蚀刻会形成树枝晶状和留下很小的凹槽,如果没有很好地清洁的话,接下来的加工和处理的过程中,如在进行粘接的树脂流动时,PTFE 的这些结构表面会阻碍或干扰粘接,从而导致差的粘接强度和产生分层.当进行清洁时,建议仅采用化学方法进行清洁处理.堆叠体高度和缓冲垫的数量等的层压叠装,起始层压温度和层压机的热输入(加热)能力等都会影响和改变升温速度.但是,对于采用热塑性粘接膜或熔融(化)粘接方法的叠装层压的要求,其加热的升温速率是
