CN110996568A - 一种解决pcb主板中内层空旷区压合空洞的制作方法 - Google Patents
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Abstract
现有技术中心，由于PCB主板由不同层次外层板和内层板压合而成，内层不同层次同一区域均为无铜空旷区设计，容易导致压合的时候形成压合空洞。本发明提供了一种PCB主板的制作方法，可以克服内层空旷区压合空洞，防止钻孔、电镀后的PCB主板出现空洞区渗镀进铜导致电测试短路报废的情况。
Description
技术领域
本发明涉及一种PCB（印制电路板）的生产工艺，尤其涉及一种解决PCB主板中内层空旷区压合空洞的制作方法。
背景技术
随着现代电子产品的快速发展，部分PCB多层板产品设计较为特殊，尤其是主机板，内层不同层次同一区域均为无铜空旷区设计，这给PCB厂压合制程较大困难，空旷区位置压合过程中需要周边的半固化片树脂胶熔化流入进行填充。
目前该类产品半固化片都是使用1080规格，但含胶量的选择不当的话，空旷区位置压合后容易出现填胶不足、压合空洞，经过钻孔、电镀后空洞区渗镀进铜导致电测试短路报废。
图1为未压合前状态，未压合前由于内层的无铜空旷区会形成空洞，1为内层芯板，2为内层铜，3为未压合的半固化片，4为无铜区空洞。
图2为传统工艺压合后状态，1为内层芯板，2为内层铜，301为压合后的半固化片，401为压合后无铜区空洞。
同时在现有技术中，半固化片的储存吸潮问题难以解决，而吸潮问题将导致储存期变短，后续压合的质量无法得到保证。而且现有技术中，PCB多层板在压合的过程中容易因应力造成开裂、翘曲变形等质量问题，因开裂、翘曲变形而形成不合格品。
本发明提供了一种PCB主板的制作方法，可以克服内层空旷区压合空洞，防止钻孔、电镀后的PCB主板出现空洞区渗镀进铜导致电测试短路报废的情况。同时有助于提高半固化片的防吸潮能力，使半固化片的储存性能提高；并且有助于解决压合过程应力的释放，使PCB的结合力、形变量得到有效的控制。
发明内容
本发明提供了一种PCB主板的制作方法，可以克服内层空旷区压合空洞，防止钻孔、电镀后的PCB主板出现空洞区渗镀进铜导致电测试短路报废的情况。此方法对半固化片具有技术要求，其树脂含量应大于67%（质量分数）。辅以压合工艺参数的配合，能有效的提高无铜空旷区的填胶量，有效减少内层空旷区压合空洞的发生，提高产品的稳定性。同时也能提高半固化片的防吸潮能力，使半固化片的储存性能提高；并且有助于解决压合过程应力的释放，使PCB的结合力、形变量得到有效的控制。
本发明提供的PCB主板的制作方法，选用1080树脂含胶量大于67%的半固化片，确保树脂胶量足够来填充空旷区。
进一步的，固定时，加热至180℃使PCB内层板和半固化片粘连固定；层压时，温度以2.2-2.6℃/min的升温速率升至200℃，以0.8MPa的压力进行压合5-10min，提高内层空旷区的填胶量。
进一步的，在各板预叠之前，用聚氨酯树脂胶水在内层表面进行点胶工艺并涂布，然后叠放固定好，等待压合。
上述方法所做的PCB板具有很强的密封性和防水性，能解决PCB板压合空洞的技术问题。
另有一种解决PCB主板中内层空旷区压合空洞的制作方法，所用半固化片经改性制得，改性方法如下：
（1）选用平均粒径为400-600nm的填料粒子，加入其质量倍数为4-6倍的丙酮，搅拌均匀后，加入填料粒子质量1/10-1/5的丙烯酸，室温下反应2-4h后，蒸干溶剂备用；
（2）将10-20份上述改性填料粒子加入70-80份氰酸酯树脂中，然后加入5-10份脂肪族丙烯酸酯、0.01份固化促进剂、以及30-50份丙酮溶剂，搅拌均匀后，40℃下离心脱泡20-40min，此树脂液在去除溶剂的情况下应保持树脂含胶量大于67%；
（3）将玻纤布浸入第（2）步所得的树脂液，取出后先在110℃下烘20min脱除溶剂，然后在160℃下烘3-5min制成半固化片。
上述半固化片在压合阶段经历了如下2个步骤：
（1）固定时，加热至180℃使PCB内层板和半固化片粘连固定；层压时，温度以2.2-2.6℃/min的升温速率升至200℃，以0.8MPa的压力进行压合5-10min，提高内层空旷区的填胶量；
（2）后固化段：将第（1）步完成的压合板放入150℃烘箱，保持4h，使脂肪族丙烯酸酯固化完全。
上述填料粒子包括氧化硅、氧化铝、氮化硅的一种或多种，优选的，填料粒子为氧化硅：氧化铝：氮化硅质量比为2:1:1的混合填料。
上述脂肪族丙烯酸酯包括丙烯酸丁酯、丙烯酸戊酯、丙烯酸己酯的一种或多种，优选的，脂肪族丙烯酸酯为丙烯酸丁酯：丙烯酸戊酯：丙烯酸己酯质量比为2:2:1的混合物。
上述固化促进剂包括2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-苯基咪唑中的一种或多种，优选的，固化促进剂为2-甲基咪唑：2-乙基-4-甲基咪唑：2-苯基咪唑质量比为1:1:2的混合物。
本发明提供的PCB主板的制作方法，其具有如下的优点：
1.本发明通过选用树脂含量大于67%的1080半固化片压合，增加压合填充空旷区的树脂胶量；再适当加快压合温升速率（温升速率达到2.2-2.6℃/min）和加大压合压力(加大20%的压力)，使压合过程中熔化的树脂胶流动更充分、更大压力挤压树脂胶能更多的流向空旷区，更有利于填充空旷区；
2.通过生产设计方式和生产制作方式的改变，提高了1080规格的半固化片压合填充空旷区的加工制作能力，避免压合空洞造成短路报废；
3.通过点胶的方式，提升了空洞的填充效率，提高了密封性能和防水性能；
4.通过改性填料粒子，因为拥有丙烯酸接枝链，使填料粒子拥有更强的锚固效果，提高了结合力，同时，由于接枝的存在，能通过链分子的伸缩而缓解固化时产生的应力，防止填料粒子各个方向的应力不均匀；
5.利用脂肪族丙烯酸酯的强斥水性，可以提高半固化片的憎水性，使半固化片难以吸水，提高半固化片的储存期和质量稳定性；而且降低了体系的表面张力，使其更容易浸润基板，达到排除空气的效果；
6. 脂肪族丙烯酸酯的固化速度较慢，在压合的第（1）步后，依然有少部分脂肪族丙烯酸酯呈游离态，成为固化层的塑化剂，利用后固化段的工艺，有利于固化层的应力释放。
附图说明
图1 未压合前状态图。
图2 传统工艺压合后状态图。
具体实施方式
使用一批同批次、同尺寸、同设计的PCB内层板，使用相同的工艺进行棕化处理，然后在各实施例和对比例中应用并测试。
实施例1
取用20块PCB内层板，分成10组，每组2块。先用聚氨酯树脂胶水在内层表面进行点胶工艺并涂布，然后在2块PCB内层板之间放入含胶量68%（质量分数）的1080半固化片，加热至180℃使2块PCB内层板和半固化片粘连固定。然后进入压合机，温度以2.6℃/min的升温速率升至200℃，以0.8MPa的压力进行压合5min。取出后自然冷却，备用。
实施例2
取用20块PCB内层板，分成10组，每组2块。先用聚氨酯树脂胶水在内层表面进行点胶工艺并涂布，然后在2块PCB内层板之间放入含胶量74%（质量分数）的1080半固化片，加热至180℃使2块PCB内层板和半固化片粘连固定。然后进入压合机，温度以2.4℃/min的升温速率升至200℃，以0.8MPa的压力进行压合8min。取出后自然冷却，备用。
实施例3
取用20块PCB内层板，分成10组，每组2块。先用聚氨酯树脂胶水在内层表面进行点胶工艺并涂布，然后在2块PCB内层板之间放入含胶量80%（质量分数）的1080半固化片，加热至180℃使2块PCB内层板和半固化片粘连固定。然后进入压合机，温度以2.2℃/min的升温速率升至200℃，以0.8MPa的压力进行压合10min。取出后自然冷却，备用。
实施例4
所用半固化片经改性制得，改性方法如下：
（1）选用平均粒径为400nm的氧化硅填料粒子，加入其质量倍数为6倍的丙酮，搅拌均匀后，加入填料粒子质量1/5的丙烯酸，室温下反应2h后，蒸干溶剂备用；
（2）将10份上述改性填料粒子加入70份氰酸酯树脂中，然后加入10份丙烯酸丁酯、0.01份2-甲基咪唑、以及50份丙酮溶剂，搅拌均匀后，40℃下离心脱泡40min，此树脂液在去除溶剂的情况下应保持树脂含胶量大于67%；
（3）将玻纤布浸入第（2）步所得的树脂液，取出后先在110℃下烘20min脱除溶剂，然后在160℃下烘3min制成半固化片。
上述半固化片在压合阶段经历了如下2个步骤：
（1）固定时，加热至180℃使PCB内层板和半固化片粘连固定；层压时，温度以2.2℃/min的升温速率升至200℃，以0.8MPa的压力进行压合10min，提高内层空旷区的填胶量；
（2）后固化段：将第（1）步完成的压合板放入150℃烘箱，保持4h，使脂肪族丙烯酸酯固化完全。
实施例5
所用半固化片经改性制得，改性方法如下：
（1）选用平均粒径为500nm的氧化铝填料粒子，加入其质量倍数为5倍的丙酮，搅拌均匀后，加入填料粒子质量1/8的丙烯酸，室温下反应3h后，蒸干溶剂备用；
（2）将15份上述改性填料粒子加入75份氰酸酯树脂中，然后加入8份丙烯酸戊酯、0.01份2-乙基-4-甲基咪唑、以及40份丙酮溶剂，搅拌均匀后，40℃下离心脱泡30min，此树脂液在去除溶剂的情况下应保持树脂含胶量大于67%；
（3）将玻纤布浸入第（2）步所得的树脂液，取出后先在110℃下烘20min脱除溶剂，然后在160℃下烘4min制成半固化片。
上述半固化片在压合阶段经历了如下2个步骤：
（1）固定时，加热至180℃使PCB内层板和半固化片粘连固定；层压时，温度以2.4℃/min的升温速率升至200℃，以0.8MPa的压力进行压合8min，提高内层空旷区的填胶量；
（2）后固化段：将第（1）步完成的压合板放入150℃烘箱，保持4h，使脂肪族丙烯酸酯固化完全。
实施例6
所用半固化片经改性制得，改性方法如下：
（1）选用平均粒径为600nm的氮化硅填料粒子，加入其质量倍数为4倍的丙酮，搅拌均匀后，加入填料粒子质量1/10的丙烯酸，室温下反应4h后，蒸干溶剂备用；
（2）将20份上述改性填料粒子加入80份氰酸酯树脂中，然后加入5份丙烯酸己酯、0.01份2-苯基咪唑、以及30份丙酮溶剂，搅拌均匀后，40℃下离心脱泡20min，此树脂液在去除溶剂的情况下应保持树脂含胶量大于67%；
（3）将玻纤布浸入第（2）步所得的树脂液，取出后先在110℃下烘20min脱除溶剂，然后在160℃下烘5min制成半固化片。
上述半固化片在压合阶段经历了如下2个步骤：
（1）固定时，加热至180℃使PCB内层板和半固化片粘连固定；层压时，温度以2.6℃/min的升温速率升至200℃，以0.8MPa的压力进行压合5min，提高内层空旷区的填胶量；
（2）后固化段：将第（1）步完成的压合板放入150℃烘箱，保持4h，使脂肪族丙烯酸酯固化完全。
实施例7
所用填料粒子为400nm的氧化硅：氧化铝：氮化硅质量比为2：1：1的混合填料，其余同实施例4。
实施例8
所添加的脂肪族丙烯酸酯为丙烯酸丁酯：丙烯酸戊酯：丙烯酸己酯质量比为2:2:1的混合物，其余同实施例5。
实施例9
所添加固化促进剂为2-甲基咪唑：2-乙基-4-甲基咪唑：2-苯基咪唑质量比为1:1:2的混合物，其余同实施例6。
对比例1
取用20块PCB内层板，分成10组，每组2块。先用聚氨酯树脂胶水在内层表面进行点胶工艺并涂布，然后在2块PCB内层板之间放入含胶量68%（质量分数）的1080半固化片，加热至180℃使2块PCB内层板和半固化片粘连固定。然后进入压合机，温度以1.5℃/min的升温速率升至200℃，以普通压合工艺的0.6MPa的压力进行压合3min。取出后自然冷却，备用。
对比例2
取用20块PCB内层板，分成10组，每组2块。先用聚氨酯树脂胶水在内层表面进行点胶工艺并涂布，然后在2块PCB内层板之间放入含胶量68%（质量分数）的1080半固化片，加热至180℃使2块PCB内层板和半固化片粘连固定。然后进入压合机，温度以3.2℃/min的升温速率升至200℃，以普通压合工艺1.0MPa的压力进行压合15min。取出后自然冷却，备用。
对比例3
选用含胶量67%（质量分数）的1080半固化片，其余压合工艺同实施例2。
对比例4
压合前不用聚氨酯树脂胶水在内层表面进行点胶并涂布，其余压合工艺同实施例2。
对比例5
不用丙烯酸改性半固化片所用氧化铝填料粒子，其余工艺同实施例5。
对比例6
改性氧化铝填料粒子后，半固化片树脂体系不使用丙烯酸戊酯，其余工艺同实施例5。
对比例7
半固化片改性方法如下：
（1）选用平均粒径为1μm的氧化铝填料粒子，加入其质量倍数为3倍的丙酮，搅拌均匀后，加入填料粒子质量1/20的丙烯酸，室温下反应1h后，蒸干溶剂备用；
（2）将21份上述改性填料粒子加入68份氰酸酯树脂中，然后加入3份丙烯酸丙酯、0.01份2-苯基咪唑、以及20份丙酮溶剂，搅拌均匀后，40℃下离心脱泡10min，此树脂液在去除溶剂的情况下应保持树脂含胶量大于67%；
（3）将玻纤布浸入第（2）步所得的树脂液，取出后先在110℃下烘20min脱除溶剂，然后在160℃下烘2min制成半固化片。
上述半固化片在压合阶段经历了如下2个步骤：
（1）固定时，加热至180℃使PCB内层板和半固化片粘连固定；层压时，温度以2.8℃/min的升温速率升至200℃，以0.8MPa的压力进行压合12min；
（2）后固化段：将第（1）步完成的压合板放入120℃烘箱，保持2h。
检测方法：
1.将上述实施例和对比例所做的压合板放入60℃的热水中，保持温度并浸泡48h。取出后烘干，观察是否有开裂情况，并检查电学性能。测试结果如下：
2.各称取10g左右实施例1-7和对比例1-6的半固化片，原始质量为m1，在40℃、相对湿度90%的环境下暴露60min，称重为m2，计算吸湿性为：
吸湿性=（m2/ m1-1）*100%
3. 按照IPC-TM-650 2.4.8方法中的“热应力后”实验条件，测试金属盖层的剥离强度；
4.测试X轴和Y轴的变形率，然后计算平均形变率；
5.根据《IPC-TM-650》2.4.22B对PCB翘曲度计算如下：
翘曲度计算方法=翘曲高度/曲边长度*100%。
总结：从上述结果中可以看出，采用不同树脂含量的半固化片对最终的密封性能、防水性能有重大的影响，从测试结果来看，实施例1-3的粘合性能和去空气空洞的效果都优于对比例1-4，说明大于67%的树脂含量是半固化片的重要指标。而且压合工艺的温度压力等参数和预先点胶工艺也对最终的密封性能、防水性能有影响。
实施例4-6的测试性能更佳，对比于对比例5-7可知，对填料粒子的改性和利用脂肪族丙烯酸酯有助于改善粘合强度，并且释放了内部应力，使得制得的PCB的尺寸稳定性更高。压合阶段第（1）步残留有部分脂肪族丙烯酸酯，在固化层中起到塑化剂的作用，释放了内部应力。而后固化段能将残留的脂肪族丙烯酸酯固化交联，同时继续释放内部应力，有助于改善形变翘曲等性能。同时脂肪族丙烯酸酯具有强斥水性，可以提高半固化片的憎水性，提高半固化片的储存期和质量稳定性，而且表面张力低，使其更容易浸润基板，达到排除空气的效果，固化时更容易“浸润咬合”，提高结合强度。改性填料粒子则能够缓解固化时产生的应力，防止填料粒子各个方向的应力不均匀。
最后说明的是，以上实施例和对比例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述实施例和对比例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (9)
1.一种解决PCB主板中内层空旷区压合空洞的制作方法，其特征在于：
选用1080树脂含胶量大于67%的半固化片，确保树脂胶量足够来填充空旷区。
2.一种如权利要求1所述解决PCB主板中内层空旷区压合空洞的制作方法，其特征在于：
固定时，加热至180℃使PCB内层板和半固化片粘连固定；层压时，温度以2.2-2.6℃/min的升温速率升至200℃，以0.8MPa的压力进行压合5-10min，提高内层空旷区的填胶量。
3.一种如权利要求1或2所述解决PCB主板中内层空旷区压合空洞的制作方法，其特征在于：在各板预叠之前，用聚氨酯树脂胶水在内层表面进行点胶工艺并涂布，然后叠放固定好，等待压合。
4.一种用权利要求3所述制作方法制备的PCB主板，其特征在于：能在60℃热水中浸泡48h而不开裂渗水。
5.一种解决PCB主板中内层空旷区压合空洞的制作方法，其特征在于：所用半固化片经改性制得，改性方法如下：
（1）选用平均粒径为400-600nm的填料粒子，加入其质量倍数为4-6倍的丙酮，搅拌均匀后，加入填料粒子质量1/10-1/5的丙烯酸，室温下反应2-4h后，蒸干溶剂备用；
（2）将10-20份上述改性填料粒子加入70-80份氰酸酯树脂中，然后加入5-10份脂肪族丙烯酸酯、0.01份固化促进剂、以及30-50份丙酮溶剂，搅拌均匀后，40℃下离心脱泡20-40min，此树脂液在去除溶剂的情况下应保持树脂含胶量大于67%；
（3）将玻纤布浸入第（2）步所得的树脂液，取出后先在110℃下烘20min脱除溶剂，然后在160℃下烘3-5min制成半固化片。
6.使用如权利要求5所述的一种解决PCB主板中内层空旷区压合空洞的制作方法，其特征在于：所述半固化片在压合阶段经历了如下2个步骤：
（1）固定时，加热至180℃使PCB内层板和半固化片粘连固定；层压时，温度以2.2-2.6℃/min的升温速率升至200℃，以0.8MPa的压力进行压合5-10min，提高内层空旷区的填胶量；
（2）后固化段：将第（1）步完成的压合板放入150℃烘箱，保持4h，使脂肪族丙烯酸酯固化完全。
7.如权利要求5-6所述的一种解决PCB主板中内层空旷区压合空洞的制作方法，其特征在于：所述填料粒子包括氧化硅、氧化铝、氮化硅的一种或多种。
8.如权利要求5-6所述的一种解决PCB主板中内层空旷区压合空洞的制作方法，其特征在于：所述脂肪族丙烯酸酯包括丙烯酸丁酯、丙烯酸戊酯、丙烯酸己酯的一种或多种。
9.如权利要求5-6所述的一种解决PCB主板中内层空旷区压合空洞的制作方法，其特征在于：所述固化促进剂包括2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-苯基咪唑中的一种或多种。
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