在多层印制板制造中的环氧树脂作者???? ??? ??? ?博士?壳牌公司环氧树脂技术顾问?译者?盛名洪提要??在 多层 印制电路板???? ?制作的大多数阶段中,澳化环氧树脂的特性 直接影响加工过程的特性 和半固化 片、层压板的特性在树脂的流动 和半固化片的凝胶时间之间不存在必然的对应 关 系高??的树脂,对半固化 片的某些特性来说是有益的,但对另一些特性并非有益的自动光学检测???? ? 和杭紫外线????特性是由所采用 的树脂 系统的光学特性所决定的·壳牌的光活性树脂 系统 符合???仪器的工业标准,并同时具有杭紫外线特性 和 荧光特性卫活性树脂为有色树脂树脂??的微细差异,对层 压板在?轴方 向的扩展影响并不显著引言???一?半固化片和层压板是多层 印制电路板? ?? ??生 产 的工业化常规用品?它 们都基于嗅化环 氧树脂系统壳牌公司是 澳化环氧树脂的 主要供应商?壳牌滨化环 氧树脂的生 产基 地在 美国,日本,南非和欧 洲这些 产品以? ???和? ? ??? ?的商标著 名 并行销全世界在?? ?的制作 中,半固化片和 层压板 的许多 加工 特性都是 由它所采用的嗅化环氧树脂系统的本性所决定 的。
本文 的目的是揭示 澳化环氧树脂的特性是如何影 响半固化片 和层压板 的加工 特性而更好地了解这些关系将有助于优化加工 过程,改进 产 品质 量 和 一致性,简化问题的解决,并 正确选 择产 品嗅化环 氧树脂特性 嗅化环 氧树脂的许多特性 会直接影 响半固化 片和层压板的加 工 特性和产 品的最终特性树脂的这些 有关特性为?粘度、反应性以及固化后的机械特性,电气特性,化学特性和光学特性它们直接影 响到???制作中的流动和厚度容差性,并影响到?? ?的??特性,化学、机械、高温 和 电气特性双功能的滨北环氧树脂?如? ???????一?一??贻构图如下所示「?七少入?? ’? 、,? ???? 、?? 怪???????巨川????????汽,甲‘? ???????乓?酬呵???甲 ?? ?一?? ? ?气? ???? ??一? ???今??中? 匕滨化环 氧树脂的反应基为环 氧乙烷团在双功能的树脂中,每个分子含 有两个环 氧乙烷团甲基团使树脂具有刚性韧性高抗化学性来 源于芳烃族在分子中不存在 易于水的链,而只有相对强的碳与碳醚 的连接阻燃性是 由树脂 中所含 的嗅决定 的,树脂中的氢团使嗅化环氧树脂对玻璃布和铜箔具有良好的粘 接性。
一??一的温度下,? ???与嗅化环氧树脂反应并形 成一个强壮的交联结构,如下图所示?一代?下一??一?环氧树脂脚一热基催化剂双氰胺?对于高性能的???制造来说,常 常要求层压板 的生产者在 一般双功能的滨化环氧树脂中加人多功能的环氧树脂的改善其特性如?环氧 甲酚酚 醛树脂?????????? ???? ? ?????????? ?及四功能 环氧树脂? ???????,? ??????和?????? ??,比一般双功能团 的 环氧树脂具有更多的功能 团,从而使得 它们在固化网 络结构中有更紧密的交联我们会在本文的后 面再谈一 下它们的重要性杀??、?杀? ??? ?杀二? ? ? 若在系统中加人多功能的环氧树脂,将会形 成更多 的链,则整个体系将有更高 的交联密度它将导致树脂 固化后有较高的玻璃化转 转温度??如下图所示??? ?????? ? ???????????? ?????????减 一广??一一下一一,?卜、??一???多功能树脂十?双氰胺热基催化剂,?,、、???‘???考今?????? ?? ???? ??? ? ?????????? ? 密集的交又链网络双氰胺 ?? ????是一类最常见的用于 印制 电路 板和半固化片生产的嗅化环氧的固化剂。
具有一 些 独特 的 良好特性,从而使它成为一个理想 的选择 的结构如 下?? 凡?一?一人一?三?嗅化环氧树脂的另 一个重 要特 性是它的? ??可见光吸收光谱一般的澳化环氧可以很强地吸 收掉波长在?????左右 的光,而并未达到可 见光的范 围光活性的环 氧树脂如壳牌公司提供的,则 可以很强 地 吸收直到 波长?????的光,这已达到了可见光的范围这一特性 ?我们在后文还要 论 及?对层压板 的抗??性和???特性来说都是非常重要的?? ?奇??? ?????????? ???姗氧?环??刁吸儿?日???这样,在基本的催化剂的参与 下和合适荔襄一??一??滨化环氧树脂在半固化片和层压板 的制作中的形态由于树脂和? ???的反应,树脂演变为较高的分子量 的形态随着这一过程而来 的是粘度增高,凝胶时间降低影响树脂这一演变程度的因素有?转人到系统内的热能量、温度、时间以及配方?即树脂的本性以及催化剂的本性与含量其他次要因素有?所用溶剂与含量,玻璃布等等在压制过程 中,树脂的流动显 然是一个非常重要的特性,这一 特性是由许多因素制约的?层压板 的结构,半 固化片里树脂的含量,玻璃布的牌号以及压制条件?最终温度与升温速率,最终压力 与升压速率。
它 同时也受到半固化片的凝胶时 间 和粘度的制约如果 我 们认为流动是在一个固 定 的层压板结构、固定的压制周期以及固定 的树脂含量? 在半固 化片 中?时,那么流 动便由半 固化片 的凝胶时 间和粘度所决定对一 个恒定的层压板 结构、压制周期和树脂含量? 指在半固化片中?而言,通过测定半固化片 的凝 胶时 间来推算它 的 流动并不 准确,这 是因为树脂和半固化片有时会有完全不同的粘度但是,若对一个已确定 的树脂胶液来说,加 上上述这些恒定条件,那 么在半 固化片的凝胶 时间和 流动之 间就有一个合理的关系,这也就是为什么许多层压板制作商只从一 家树脂供应 商那儿买货,同时也从不改变他们的胶 液配方这也使得 他们能对生产过程 和产 品质量控制得更好的一个原因在???制作的各阶段 中树脂的 相关特性我们以?? ?制作的各个阶段 为例,原材料 为半固化片,薄 的层 压板,以及铜箔,从而可以列 出各个不 同的阶段 为?芯层压板一图像转移一蚀刻一检测 一援盖半固 化片及铜箔一压制一烘烤 一整边一钻孔一去沾污一孔化电镀一图像转移· 一蚀刻一检测一上阻焊剂一焊料涂覆?我们将依次讨论上述这些阶 段,并将探讨前面叙述过的树脂的特性是如何影响各阶段的性能的。
图像转移?阮??? ??这一阶段主要工作是清 洁、准备好芯 板,印刷线路,并上好蚀刻阻剂发生反应的仅仅是铜箔而己因些 在这一阶段对树脂并无特殊的要求蚀刻??? ?? ??蚀刻的目的是将不需要 的铜箔剥离掉,因此树脂的抗化学性能是非常重 要 的所 谓 抗化学性能是指对化学侵蚀的抗性?化学侵蚀表现 为化学链的断裂当然最弱 的链将首先断裂?高??的树脂系统具有较高的链的密度,因而具有较高的抗化学性能因此,在相同的化学蚀刻条件下,较高??的层压板将会受到较 少的损害检测仃???? ????检测 的目的是要找出线路有缺陷的层压板自动光学检测 ???? ? 是一个非常重要 的手段?在这一 阶段,树脂系统的荧光特性是非 常重要的流行的? ? 仪器一般使用氢激光作为光源,波长为?????,蓝 色光它被树脂吸收并激发 出较低能量 的荧光,这 种荧光又被? ? 仪器测 出?为 了使???系统正 常工作,层压板能够吸 收蓝 光,也即层压板必须是有色的,这一点是非 常 重要的壳牌的光活性树脂系统能吸收 波长为?????的氢激光并有效地释放出荧光,它符合 工 业化标准的???仪器的 要求仪器 的 工 作 原理可参考下面 的图示?层压板 吸 收了氢 激光并放射出不 同能量的荧 光。
一 部分反射回来 的氢激光被???过滤器移掉,线路板在检测器下受检荧光的反射仅在那些 没有铜箔阻挡的层压板上发生一??一这 个线路的映像自动地同“样板”比较,从而可以找出线路的 缺陷 ??洲鹦 吸收??一?环氧树脂氢激??? ? ???习?? ?? ?波长????、检测器过滤除去激光?高线雀 政 可见光?射光厂线光光活性层压板孔化 电镀????????这个阶 段 中对树脂系统没有特殊的要求压制????? ??????在 这 个 阶 段 中树脂的 流 动是非常重 要的太多的流动会降低平 整性并导致厚度的差 异太 少的 流动会引起层压板之间 的粘合变差后烘烤??? ????????后烘烤是移掉层压板 的内压力 的一个重要 手段若树脂系统不 匀衡,则后道 的加热将引起翘曲这儿有两个匀衡概念?首 先是化学匀衡若树脂没有完全固化,则后 面的工序特 别 是 与加热有关的 工序将使系统继续固化,从而 引起层压板 变形其次是物理匀衡后烘烤 能加 固聚合物使之形成更稳定 的 晶体结构在 此过程中,并没有形成新的化学 链,因此,没有??的改变后烘烤 能够移掉层压板 的 内压力从而使之更稳定高??的树脂 系统由于存在更多的化学链,因此需要较苛刻 的后烘烤条件,如较高的烘烤温度。
钻孔和整边 ????????????????????这两个工序都涉及 到打 碎化学链较高??的层压板 相对 于较低??的层压板 来说,由于单位面积里含有较多的化学 链,因此钻孔较为困难,钻头磨损亦较快,然而 另 一方面,较高??的层压板钻出的孔径较为 干净孔 壁去沾污??????????它是指把多余的树脂从孔壁 里 用化学 的方法除去,以免引起断路由于这个工序也涉及到 打断化学链,因此高??的树脂系统的层压板在孔内去污时比低??的树脂系统的层压板较为困难?然而,如前已述,较高??的层压板通常来说孔污较少另外,若??过低,则孔壁会损坏,导致清洁剂侵人层压板 而引起另外 的问题涂覆阻焊剂??? ? !∀ #∃% &∋( )&∗+,−./% 用35Onm的U V光 来 固化阻焊剂通常是非常有效 的,它正在成为一种 双层板 的 阻焊剂上涂与固化的流行的方式只有能吸收35 0 nm光的树脂系统能够做到这一点否则,若光线穿透了层压板,阻焊剂会在板 的反面 的错误的地方被固化壳牌的U V光活性树脂系统能在这一 光谱上 有效地 吸 收,从而使它广泛地 用于双层 板的阻焊剂 的固化树脂的这一抗U V性可 用下图来表达:焊料掩膜固化波长:*内李下罐赢 一 }/\. 、卜、 _/FR一4环氧树脂、11一一”3S O波长400450500一_ 2 7一焊料涂覆(SolderCoat):在这个工序中,层压 板要 和很高的温 度接触。
因此层压 板的匀衡问题非常重要,否 则有可能在涂焊时层压板发 生翘曲高Tg的树脂系统的层压板 在涂焊时受到翘曲的影 响较少另一个问题是层压板 在涂焊时会产生Z轴 的膨胀变形这种变形可以计算如下:假定 有三块结构和厚度(1.6m m)都相 同的 层 压板,它们的Tg分别为 130o C, 135o C,180o C.,涂焊 温度为280o C,室温为25℃,所有环 氧树脂的膨胀 系数,几乎相同,在 高于Tg的 时候增长很快.层压板 的膨胀系 数 取决于固化后的树脂与玻璃 布 的体积比,当 温度 低于Tg时,该系数约为30x10一6/℃,当温度高于Tg时,该系数约 为 200x10一“/℃,因此 有: 1.中g为130℃的层压板,有:[1.6+1.6x(130一25)x3 0X10’‘ +(288一13 0)x20 0X10一“〕~1.656mm亦即Z轴(即厚度)从i.6 0m m变为i.656mm2.Tg为13 5℃的层压板,有:〔1.6+1.6x(135一2 5)x3 0X10一“ +(288一135)x200汉 10一“]~1.654mm厚度从1·60mm变为1.654m m 3.Tg为180℃的层压板,有:Cl.6+1.6X(180一2 5)X3 0x10一“ +(288一18 0)x20 0x10一“j~1.642mm厚度。