环氧玻纤布覆铜板压制成型技术

覆铜板压制成型是在层压机上完成的。粘结片在层压机中受热受压先软化、熔融，高分子物变为粘流态，随着温度逐步升高和时间增加，树脂开始发生固化反应，粘度逐步增大，当到达凝胶点时，粘度迅速增大。双氰胺是一种潜伏性固化剂，在有促进剂存在下70℃开始缓慢和环氧树脂起固化反应，到达120℃以后，反应速度加快。150~155℃反应达高峰。在此过程中，高分子物逐步交联固化，高分子物由粘流态转入粘弹态，当温度到达175℃以后，固化反应基本完成，粘结片与铜箔牢固粘合，产品完全硬化而成覆铜板。因此，覆铜板层压成型必须供热，以促使固化反应进行。同时必须加压，环氧玻纤布覆铜板其固化进程虽然是加成型聚合反应，但由于双氰胺吸潮性及多种因素，固化过程或多或少仍有一些水分、低分子物存在。因此需要加压排除这些水分、低分子物，以保证产品层间牢固粘合，而且没有孔洞、气隙存在。加压尚可增加粘流态下树脂渗入玻纤间隙，有利于提高制品密度、制品表面平滑性及基板与铜箔粘合程度。由于粘结片上的水分、低分子物量很少，所以压力不必像纸基覆铜板那样大。层压升压过程也不必“放气”。当使用层压机压制产品时，高真空状态下低分子物，水气更易逸出，因而可以用比较低的层压成型压力。当固化反应完成以后，又必须将其逐步降温冷却，以取出产品。因此，层压过程有加热、加压、冷却过程，即层压机应具有加热、加压冷却功能。

一、层压机结构
覆铜板生产用层压机均为多开口形式，以提高单机生产能力。较小型的有十来个开口，大型的有高达四十几个开口。层压机热压板面积多数都采用略大于单张产品面积。大型的有可生产两张产品面积，甚至可生产三张产品面积。多数层压机采用液压缸在机架下方的“上顶式”层压方式。压缸有单缸、双缸、四缸、六缸甚至八缸。也有少数压机液压缸在机架上部的“下压式”层压方式，这种形式只用在小型压机。也有一些大型压机液压机构在机架上部，但液压过程是采用“上拉式”，将压机最下层底盘由四根液压柱往上提拉，其压制过程和“上顶式”相同。层压机的框架，小型压机多数用四根立柱作支撑。大型压机则多为框架式结构，特别是真空压机，更需采用框架式结构，才能做成密闭式。“下压式”及“提拉式”层压机优点是设备安装时不需挖地坑来安放液压缸，设备安装比较简单、快捷。对于单缸和多缸液压缸特性比较，采用单缸要达到相同吨位压力，缸体的直径必须做得很大，且精度较高，机械加工难度相应加大采用多缸，要达到相同吨位压力，则缸体直径可以做得比较小，机械加工较容易。采用单液压缸，压力分布均匀性较好调节，采用多液压缸，要使每个缸出力完全相同较难调节。

早期液压机都是非真空式的，因此吨位压力都设计得比较高，以适应层压产品性能要求。随着对覆铜板性能要求逐步提高，出现真空层压技术和真空层压机。
1 真空层压机
覆铜板热压成型压力越大，产品内应力也越大，导致产品翘曲度也较大，热压过程中流胶偏多，也影响产品诸多性能。真空层压法的出现，使产品成型压力大大降低。真空层压法分抽压法及舱压法。
（1）真空抽压法真空抽压法有逐层抽压法和真空袋法，这都是早期做法，现多为真空室抽压法（见图7-14）。

1 逐层抽压法将托板及盖板加大，在叠合后，在托板与盖板之间放入耐热有弹性密封材料（留有抽气口），将其送入压机以后边对其抽真空，同时升温升压进行层压［见图7-14（a）］。

2 真空袋法将每一叠合套上耐热耐压袋（留有抽气口），然后将其推入压机中，对其抽真空同进升温升压进行层压［见图7-14（b）］。采用真空袋法优点是原来工模具都不用改变，操作过程比较简单。

3 真空室抽压法由于上述两种操作都比较烦琐，所以出现了将整台压机四周密闭，留门作进出物料及设备维修用的真空压机。门有上开式、下开式，也有侧开式。这种压机结时，以能否达到工艺要求作为评估参考。砂带除了与不锈钢板运行方向相反的方向高速转动外，还沿着压紧轴方向来回串动，以提高研磨抛光效果。不锈钢板研磨机要配备多种型号砂带，最粗的可以选用到80目，最细的选用600目也足够了。根据实际研磨效果及时对不锈钢镜面板研磨等级要求制定相应的研磨工艺。不锈钢镜面板研磨，应顺原钢板纹路研磨，以保持原钢板晶态，以提高研磨效果，延长使用寿命。

在全自动叠合线中，配置不锈钢板水洗机，对于稳定产品外观质量是有帮助的，有条件的工厂应尽量配置。

4 不锈钢板与托板
不锈钢板是覆铜板生产中必不可少的工装模具，不锈钢板质量与覆铜板质量息息相关。不锈钢板如同一面镜子，它上面有什么样的缺陷，那么压制出的覆铜板也就有相应的缺陷。因此，选用和正确使用维护保养好不锈钢板是覆铜板生产和质量管理中重要的一环。不锈钢板选用有材质、硬度和加工精度要求，因为不锈钢板常见的缺陷，如砂眼、孔隙、锈点与不锈钢板材质与加工方法有关。在不锈钢板使用一段时间后，进行修磨时，质量不好的不锈钢板磨去表面层后就会出现砂眼、孔隙等缺陷。它会影响产品质量和直接造成不锈钢板报废。锈点经常出现在经水洗而长期没有使用的不锈钢板。因此，使用者要改变不锈钢板不会生锈的观念。对于环氧玻纤布基不锈钢板来说，由于对产品外观质量有较高要求，所以希望不锈钢板有较高硬度及较高的表面硬度，以减少不锈钢板表面出现伤痕、凹坑等缺陷的产生。在生产环境净化程度比较高，又采用全自动叠合线操作的条件下，不锈钢板受损伤机会很少。有些覆铜板厂也逐步试用一些硬度稍低的不锈钢板，以减少投资。

不锈钢板加工精度主要为平行度、平坦度及光洁度。不锈钢板的平行度、平坦度至少应与热压板同一等级或略高于热压板，才能保持产品的厚度偏差达到预定技术范围。不锈钢板表面光洁度通常用研磨抛光砂带型号相对应符号表示，如No.4或No.6，表示以400目或600目砂带抛光。如果有进一步要求，则应以粗糙度等级表示。由于达到No.4或No.6时，不锈钢板表面已很光亮，有如镜子一样可以照人，所以覆铜板生产所用不锈钢板也常称为不锈钢镜面板，或直接称为镜面板。不锈钢板厚度要配合生产要求进行合理选用，以产品质量保证为前提，同时也要考虑有利于生产效率的提高。目前，各厂家选用的厚度一般为1.5~2.2mm。

托板在长期生产中容易产生变形而严重影响产品质量。因此，托板质量除了其平行度、平坦度技术指标应与不锈钢板相同之外，还应尽量采用高强度以及较大厚度钢材，以防止其在生产中产生变形。层压机台面越大，则应选用厚度更厚的托板。通常托板厚度以6~10mm为宜。在生产中，必要时，要定期将托板翻转使用。托板应磨去棱角，以免划伤不锈钢板。

三、环氧玻纤布覆铜板压制成型技术
环氧玻纤布覆铜板压制成型技术与产品质量密切相关，比较突出的如产品翘曲度、白边角、光凹、厚度偏差、尺寸稳定性、Tg值等均与层压条件设定情况有关。层压成型技术是覆铜板生产三大技术要素（树脂配方、上胶技术、层压成型技术）中的一个。根据选定树脂配方及粘结片技术指标，设定层压条件，是提高成型产品质量，提高生产率的一个重要措施。

1 非真空层压机覆铜板压制成型技术
非真空层压机没有真空室，压制成型过程可以观察到粘结片流胶及凝胶转化过程，所以比较容易判断最佳加压时间。环氧玻纤布覆铜板压制成型可以采用一次加压，也可以采用分段加压，一次加压与分段加压各有优缺点，应视树脂配方与粘结片技术指标而定。一次加压与分段加压如图7-16所示。

对于非真空非自动控制层压机，产品最初压制成型时，可边升温边逐步升压，观察流胶与凝胶化过程来确定层压条件。通常，都先给一个起始压力（俗称接触压，压力在零点几兆帕至一点几兆帕范围）。然后，依据双氰胺固化历程与温度关系及累积操作经验，初步确定几个升温段和压力段。当粘结片开始软化，熔融树脂开始渗出之时，应逐步跟紧压力，以让铜箔紧密贴合粘结片及赶走粘结片上气体。随时观察粘结片上被挤出胶的凝胶化过程，可以用竹签或铁丝从粘结片上挤出的胶上挑一小块下来，在层压机边上搅动观察试拉丝情况。当接近可拉丝时及时将压力打到工艺设定最高段压力（不可等到拉断丝才上高压，上压太迟基板会出现白
斑与干花）。做胶团拉丝时，应同时做每一叠合最外层产品及最中间产品。最外层产品拉丝早，中间产品拉丝晚。以升温速度来协调，使最外层及中间部位拉丝时间尽量接近。加最高压时间应以最外层板拉丝状况为判定依据。以免加压迟了最外层产品起白斑或产生干花。如果层压产品性能合乎技术指标时，以这一试验进程编制非真空层压条件。

热压条件分升温升压，保温保压，降温三个大部分组成。对于FR-4型覆铜板，保温温度（产品温度）不宜低于170℃，以免产品固化不充分。但保温温度也不宜高于%180℃，以免产品颜色变深，性能下降。保温时间不宜低于60min，保温时间太短同样有固化不充分问题。保温时间太长则有生产率低问题。产品降温到50℃以下，使产品完全冷却定型。降温过程不宜过急，以免产品产生内应力而翘曲变形及影响产品尺寸稳定性。

2 真空层压机覆铜板压制成型技术
真空层压机由于有真空室，层压过程观察不到制品流胶与凝胶化过程。因而层压条件依据双氰胺固化历程与温度关系及累积操作经验设定。同样可以有一次加压及分段加压二种工艺路线。所谓一次加压，是在将叠合放入压机，给予接触压之后，视升温与粘结片凝胶化进程而一次将压力加到最高设定值。而分段加压，是在接触压之后，视升温与粘结片凝胶化进程分多次加压。采用何种工艺路线应视树脂配方、粘结片技术指标而定。不管是一次加压还是分段加压，最关键要使升温段、升温速率与加压时机密切配合，才能达到最佳效果。在设定层压条件时，应结合每一叠合产品张数来设定升温速率与加压最佳时机。产品在层压机中的传温过程有一个梯度，每张产品传热都滞后一定时间（见图7-17）。随着每一叠合产品张数增多，最中间一张产品要到达与最外层一张产品相同温度时间差就越长。如果升温与加压时机掌握不够准确，就会出现最外层产品合适，中间产品流胶太多，或中间产品合适，最外层产品起白斑，出现干花等质量问题及白边角偏大等问题。当真空层压机压制FR-4型覆铜板，每一叠合产品张数少的有10张，多的可达20张。层成型工艺技术与产品质量及生产效率密切相关，真空层压机覆铜板压制成型技术主要工艺路线，工艺参数作了论述，只要循这条路做下去，就能找到适合自己工厂的生产工艺条件。

由于真空层压机能将粘结片中气体及层压过程中产生的水分与低分子物及时排出，使压制产品有较高密度，因而单位成型压力可比非真空压力低一半或一半以上。当真空度达到95%以上时，FR-4型覆铜板单位成型压力在2~3MPa就可使产品达到良好压制效果。

覆铜板压制成型时垫板材料起着热量和压力的缓冲作用，以使叠合中的每张产品都能均匀地受热受压。通常，随着每一叠合产品张数增多，应适当增加垫板材料数量或厚度，以保证最外层产品质量与内层产品质量一致性，减少内层产品白边角及外层产品翘曲度。因此，垫板材料材质，厚度对层压效果有很大影响。当前较常用的为牛皮纸，其标重从80~240g/m2甚至更厚。重要的是牛皮纸的厚度均匀性要好，吸水率要低，以防层压过程中牛皮纸结成块。使用过程中牛皮纸力保干燥，才能提高使用效果。至于每叠垫板纸数量视所使用牛皮纸标重与每一叠合产品张数灵活运用。通常每张牛皮纸可使用2~3次。也有一些覆铜板厂使用一种由耐热毡状物作为垫板材料。此种耐热毡状物含有耐热纤维，石棉或耐热橡胶等成分，具有适当的热传导性，可经多次反复使用。采用这种整块垫板材料，可以简化操作。但，这种整块垫板材料，在使用一段时间后，因受热老化及长期高压作用，其密度会逐渐变大，对热量、压力的缓冲作用逐渐下降。

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