半固化片浸渍加工的技术进展.ppt

1、2006.7.19,1,2006年7月在广东生益科技股份有限公司的报告,半固化片浸渍加工 技术的新进展,中国电子材料行业协会 经济技术管理部 祝大同,2006.7.19,2,目 录,1. 前言 2. 胶液进、出口位置的改进 3.树脂胶液粘度控制系统的改进 4. 浸渍性得到加强的喷嘴装置 5.真空预浸技术与设备 6. 预浸树脂流动发生器的装置,2006.7.19,3,高密度互连印制电路板制造需要高性能可靠性的覆铜板及半固化片基材。 为满足这一需求，在覆铜板及半固化片生产中，就要在半固化片（prepreg）的加工设备水平上获得提高。 当前，在提高环氧-玻纤布基覆铜板及半固化片加工质量和水平的重点之

2、一，是要克服在浸渍加工中出现的半固化片中含有微小气泡、树脂胶浸透性差、漏浸、胶含量不均匀等问题。这些质量问题的存在，会严重影响此工序以后所制出的覆铜板、多层板的可靠性。,1前言,2006.7.19,4,半固化片浸渍加工一直是生产FR4覆铜板关键工艺技术之一。提高半固化片浸渍加工质量，需要高水平的上胶机设备及功能去保证、去支持、去带动。 查阅2004年-2005年间所发表的有关覆铜板、半固化片制造的日本专利内容，我们可看出： 日本许多大型CCL厂家近年十分注重从提高半固化片加工（上胶）工艺及设备装备技术着手，来解决上述半固化片加工中的质量问题。 近两年发表的此方面内容日本专利，不但表现出数量的增

3、多，还表现出它的创新手段的多样化、创新内容的多角度、创新思维有新突破等的特点。,1前言,2006.7.19,5,对国外专利的研究应抱有“可吸收、可借鉴，不可全信全部内容”的态度。 其研究的重点： 它的创新思路; 所要解决的问题提出的背景； 它是在针对哪些要解决问题去研发的； 在解决此问题上，主要有哪些关键方面的改进； 改进的难点、重要是哪些； 专利中重点创造发明内容的依据、优势又是什么； 它借鉴、运用了哪些新技术、新理论； 产业化的可能性怎样等。,1前言,2006.7.19,6,确保和提高半固化片的浸渍质量，很重要的一点是在浸渍中，在胶槽内的树脂粘度要保持一致。 为了使胶槽内树脂粘度保持一致，

4、防止胶液随着存留在胶槽内的时间延长而粘度增大出现树脂的部分凝胶，目前世界较先进的立式上胶机都采用了槽内树脂胶液不断处于循环的状态（即树脂连续的“有出”、“有进”）的方式。 在实施胶槽内树脂胶液不断补充、不断循环的过程中，树脂胶液的流动状态是十分关键的。,2胶液进、出口位置的改进,2006.7.19,7,树脂胶液的实际流动状态，除了受到树脂组成、特性（粘度、比重等）的影响与制约外，还受到设备装置、物料状态等因素的影响。 在设备装置方面比如：树脂胶液进出口的位置；进出胶液的控制量等带来的影响。 在胶槽内的物料状态方面比如：行进中的玻纤布对四周胶液的流动方向及波形的影响；玻纤布与胶槽的几何外形所对胶

5、液所包围的角度及空间、树脂胶液的温度等等带来的影响。 这些设备装置、物料状态等因素的影响，主要表现在它们都对胶槽内树脂胶液流动速度的大小、流向、可流动的范围多少（即胶液滞留的空间大小与位置）等方面。,2胶液进、出口位置的改进,2006.7.19,8,松下电工公司以提高树脂胶液在槽内流动性（主要包括流动速度和可流动面等）为目标，对树脂胶液进、出口的设定位置进行了深入研究，这一研究成果从2005年的一份所公布的专利（特开 2005-212166 ），可见一斑。 此专利首先研究分析了过去的在此方面的现状、研究成果及不足。专利中举出过去的三种胶液进、出口设定位置的方案： “上放、下排”的方式 ； “上

6、、下同时设立胶液进口”方式； 胶槽底部多处设有进胶口的方式,2胶液进、出口位置的改进,2006.7.19,9,（1）“上放、下排”的方式 这种目前普遍流行采用。它的胶液进口设在槽内的玻纤布与树脂液面的上方中央。其不足之处，是驱动胶液流动的动力较小，树脂胶液滞流“死角”大，“新鲜树脂胶液”不易流到胶槽的各个部位、角落，与“旧树脂胶液”很快的替换。 图1,2胶液进、出口位置的改进,2006.7.19,10,（2）“上、下同时设立胶液进口”方式 这种方式，是以2003年日立化成公司的一篇专利（特开2003-335875 ）为代表。 此专利发明是出于防止胶液的滞留，（特别是在树脂胶液中存在有较大量填料

7、的树脂胶液在胶槽局部位置的沉淀）为目的所提出的。 这种设在胶槽内胶液液面上方的进胶口与设在胶槽底部的上、下两个进胶口，同时向胶槽内供给新鲜胶液（该专利特别强调进胶口的管道、阀门需单独控制）的进胶方式，具有提供较高胶液流动动力、多方位流入胶液的特点。,2胶液进、出口位置的改进,2006.7.19,11,2胶液进、出口位置的改进,（3）胶槽底部多处设有进胶口的方式,2006.7.19,12,“立体倒三角” 胶液滞留的“重灾区”,2胶液进、出口位置的改进,在整个胶槽内，易于产生胶液的滞留、并因胶液粘度不均会造成玻纤布浸渍胶液质量影响较大的部位，是在胶槽内的玻纤布与树脂的上层液面所围 “立体倒三角”的

8、区域。 特别是采用粘度较大的树脂胶液浸渍加工时，更暴露出此问题。 上述例举的后两种方式，在促进此区域胶液流动问题上效果并不很明显。,2006.7.19,13,2胶液进、出口位置的改进,此专利提出了一种有利于“立体倒三角”区域胶液流动的进胶口位置的方案。它是将胶液进口设在胶槽一侧面的、树脂胶液液面的下方位置。胶液流出口设在相对应胶槽另一侧面的胶槽底部。,2006.7.19,14,这种“各占一边、上进下出、直对“立体倒三角”区域”进胶位置方式，有三点好处： 更易于将“新鲜胶液”输送到胶槽内的各个角落； 对“立体倒三角”区域胶液流动的驱动力得到加强。从进胶口输入的胶液，在此区域（确切讲，是在区域截面

9、为“倒三角”的中央位置）呈螺旋型翻滚状的向另一端流动。 有利于对胶槽实施全封闭。,2胶液进、出口位置的改进,2006.7.19,15,此专利还有两方面的发明： 其一，是在挤压对辊各自外侧表面的原设有刮板的下方，增加了一个喷气咀。形成对辊表面上的胶液“先刮除，后喷除”的清除方式，以避免通过刮板后的对辊表面仍有局部胶液的残留，影响浸渍质量。 其二，为克服胶槽内胶液溶剂的不断蒸发，引起粘度的增大，在胶槽的上方增加了活动盖板，以此对胶槽的胶液加以封闭。,2胶液进、出口位置的改进,2006.7.19,16,2胶液进、出口位置的改进,2006.7.19,17,问题讨论：,2胶液进、出口位置的改进,1. 除

10、了上述四种进胶口的设置方案,可否有更好的利于浸渍加工的方案? 2. 在“立体倒三角”区域内,从胶液液面上方或此专利方式进口胶液,是否会形成 螺旋状向前推进? 这种推进 方式对浸渍效果是否 有利? 3.如果采用此专利的进口 方式,在安置在哪个进口位置 (上、下、左、右)最佳？,2006.7.19,18,3树脂胶液粘度控制系统的改进,若获得半固化片加工的高质量，需要对浸渍用树脂粘度的高精度控制。 高精度控制所要达到的目标是：胶液粘度偏差更小，粘度测定反馈及调整得及时。高精度控制在很大程度上取决于它对胶液粘度及比重的监测及调整系统的先进性、合理性。 日立化成工业公司在所发表的专利（特开2005-33

11、6289）中，提出了对普遍在上胶机上采用的树脂胶液粘度控制系统的改进方案。,2006.7.19,19,3树脂胶液粘度控制系统的改进,传统的胶液粘度控制系统,2006.7.19,20,3树脂胶液粘度控制系统的改进,此专利认为，传统的胶液粘度控制系统存在着弊病。以过去所发表的此方面的一份专利内容为例： 它只是适应运用于树脂胶液具有一定量的情况下的控制、加入稀释剂的调整。而在当遇到少量的剩余树脂胶液时，就无法进行测定和调整。这就造成树脂材料的损失。 为了得到对粘度、比重的精确调整，所用的供胶液泵等需要进行阶段性的清洗，且清洗的面积大，这样就造成清洗用溶剂和清洗时间的耗费大。,2006.7.19,21

12、,3树脂胶液粘度控制系统的改进,此专利提出的胶液粘度控制系统,2006.7.19,22,3树脂胶液粘度控制系统的改进,此专利提出的胶液粘度控制系统,2006.7.19,23,3树脂胶液粘度控制系统的改进,此专利提出的对树脂胶液粘度、比重的控制系统见图6。整个粘度的控制，是由两步控制、调整来实现（执行程序见图7所表示）。 首先是对现有胶槽内的粘度、比重预测一个现有值（又称为“控制转换值”）。在本专利中提出的这个假定粘度和比重现有值，要比工艺要求指标高5%。用此值去确定起初的原液和稀释剂的投入量，通过定量泵、循环管道输送至混合罐内混合均匀后，将其进入胶槽内，完成粗调整。,2006.7.19,24,

13、3树脂胶液粘度控制系统的改进,再通过VIC和DIC的实际胶槽内树脂胶液的粘度、比重的测定，得到实际值。设有控制结构通过对这个实际值的计算，得到对此实际值与工艺设定值的偏差数据，再用PID（比例积分微分）控制或模糊控制定量泵输入树脂原液和稀释剂（MEK等）去作粘度、比重的微调整。 这种监测、控制、调整系统，具有达到设定值时间短、偏差小，在少量树脂情况下也可控制和调整的优点。,2006.7.19,25,3树脂胶液粘度控制系统的改进,表1 两种粘度控制调整系统效果对比,此专利提出的控制系统方式，在洗净溶剂量和花费洗净时间上， 也要比传统方式降低了60%。,2006.7.19,26,4浸渍性得到加强的

14、喷嘴装置,日立化成工业公司的一项这专利（特开2004-188652 ），是以加强半固化片浸透效果的装置。 这项发明的重点包括： 其一，设立了在玻纤布行进路段中的喷嘴装置。喷嘴利用机械的推动力，定量的向玻纤布表面的一侧喷胶液。 其二，浸胶槽内转动导向辊结构上的创新，使这个导向辊作为一个“负压辊”，赋予了新的功能。即利用这个导向辊，在连续行进的玻纤布经过（确切讲是“附着”）此辊时，可获得浸胶的真空化处理。 这两项半固化片预浸装置的发明，“一喷、一吸”，起到对基材的浸渍性的加强作用。 另外，可以想象：如果它作为一种“主浸”方式，还可以克服薄型布上胶容易起皱、“出兜”的问题。,2006.7.19,27

15、,问题讨论： 1.喷嘴配置是否可运用在后面无主胶槽的上胶 方式上? 2.如果喷嘴配置可行,它运用在有填料的树脂胶 液更好,还是运用在无填料的树脂胶液中更好? 3.上胶车速快的情况下,这种喷嘴 配置是否可实用?,4浸渍性得到加强的预浸装置,2006.7.19,28,4浸渍性得到加强的预浸装置,2006.7.19,29,4浸渍性得到加强的预浸装置,（1）玻纤布行进路段中的喷嘴装置 喷嘴设置的位置：玻纤布出浸胶槽至挤压辊之间的位置上。喷嘴头对着玻纤布内侧面。 喷嘴发挥的作用：可定量控制、有机械泵作为推动力的“补胶”、促进树脂流动（以基材厚度方向为主的流动）。 喷嘴发明在技术的借鉴：这种高精度喷涂技术

16、，近年已在集成电路的制造（在晶片上形成光刻胶层），以及涂布法挠性覆铜板生产设备上得到应用。 喷嘴的控制参数：对0.1mm玻纤布进行浸渍加工时，喷嘴所喷出的胶液量控制在1600g /分为宜。行进的玻纤布，在通过此喷嘴口（即通过喷嘴口的缝隙区域）所控制的时间应在1秒钟左右。,2006.7.19,30,4浸渍性得到加强的预浸装置,喷嘴构造发明成果的一种“延伸”是：再增加一个喷嘴。玻纤布由此“嘴对嘴”缝隙中通过。在此对喷嘴的下方，增设一个密闭的减压室。行进的玻纤布首先穿过一对起着密封作用的对辊，再经过减压室，通过这对喷嘴。这是利用负压吸附、喷胶的双功能来加强玻纤布的树脂胶液浸渍过程效果。,2006.7

17、.19,31,4浸渍性得到加强的预浸装置,（2）槽内导向辊的结构新型装置 此专利的第二方面发明，是槽内导向辊新型装置。它是在玻纤布附着它的位置部分设有一个喷嘴。利用泵的推动力将储胶罐中的胶液从喷嘴中附着在导向辊上的玻纤布喷射胶液。 所喷出的胶液量以控制在1200g /分为宜。另外，在与这个喷嘴位置所形成的一定夹角（若以图所示意，夹角为60 O左右）的位置上，设有一套从导向辊内芯向外真空抽气的装置。 此喷嘴与这一抽真空的装置，共同也起到了强制涂胶、驱动胶液在玻纤布厚度方向流动的作用。,2006.7.19,32,5真空预浸技术与设备,在半固化片加工过程提高树脂胶液对玻纤布的浸渍性方面，其中关键的工

18、艺环节之一，就是在玻纤布在未进入主胶槽之前的树脂胶液的预浸。 松下电工公司在2005年公开的一份专利特开2005-14382中，提出一种很具有创新内容的预浸工艺及设备采用低粘度树脂的真空预浸。,2006.7.19,33,5真空预浸技术与设备,在提高浸渍性，克服半固化片残存气泡方面，有关其它专利（特开平 9-248823）提出了首先进行单面预浸的方式。从单方向的将被浸胶基材中存留的空气（气泡）排除走。但这种单面预浸的方式只有在基材（如玻纤布）与树脂胶液的接触时间较长的情况下，才能发挥上述的“赶走空气”的有效作用。,2006.7.19,34,5真空预浸技术与设备,另外一篇住友电木公司所发明的专利（

19、特开平5253929 ） 则提出了在玻纤布浸渍树脂的预浸过程中，发明了让被浸胶的玻纤布在减压室和常压室之间反复通过，基材在通过减压条件，去完成“脱气泡”的过程。专利提出：通过UV测定器（500600m可视范围）测定，采用此方式的浸渍，其透光率有所减小，达到65%（原传统浸渍方式为80%）。 对这种预浸方式，业界有人怀疑：基材从减压室再进入常压室后，是否会有被空气“二次”侵入的现象发生。,2006.7.19,35,5真空预浸技术与设备,松下电工公司在此真空预浸的专利（特开2005 14382）中，介绍了在预浸工艺和设备的创新的主要三方面： 在预浸工艺加工中，添加了使玻纤布通过一个真空室的阶段；

20、在此真空条件的浸胶加工阶段，所用树脂胶液粘度比在主胶槽中胶液粘度，要小得多； 添加了对玻纤布预浸胶液进行“初挤压”、部分去除基材上被浸胶液量的装置。,2006.7.19,36,5真空预浸技术与设备,（1）预浸真空室 它的外壳呈圆桶状；上部设抽空口，真空室下方由隔板隔开。由于真空室存在负压，因此可使此隔板以下的浸胶槽中的树脂胶液的液面可高于在真空室外下方的出胶口的位置。 同时，由于隔板底侧与树脂胶液液面的接触，对设在隔板上的玻纤布行进“通道” 形成了“液封”。从而保证了真空室内稳定的真空状态。 此专利提出, 进入真空室的已预浸胶的玻纤布，行进车速在20米/分以内；真空室内的真空度以保持在3.72

21、.5kPa；室温控制在1530为宜。 隔板可以上、下移动。当真空室内的真空度提高，就会使隔板向上移动。加大出胶口排出的胶量，会使得隔板及隔板下的胶液液面的下降。隔板向上活动的最高限，是以不能与刮胶板相触为准。而它的向下移动的最低限，是隔板不能下降到与出胶口上端一侧成为水平的位置。,2006.7.19,37,5真空预浸技术与设备,（2）采用低粘度的预浸树脂胶液 此发明的独特之处还于：用一个垂直的隔板将槽中的树脂胶液“一分为二”。在图10中所示的左侧胶槽中的树脂胶液（图中的2（b），主要用于玻纤布的预浸加工。它的粘度只是主胶槽内树脂胶液（图中的2（b）粘度的1/102/10。 按照此专利中所举例，

22、它在预浸槽中的树脂胶液的粘度为0.5Pa-s(50cps)/15。 采用这种不同于主胶槽内树脂粘度的低粘度预浸树脂胶液，有利于更有效的提高对玻纤布进行树脂胶液的浸透性。,2006.7.19,38,5真空预浸技术与设备,2006.7.19,39,5真空预浸技术与设备,（3）预浸加工中增添刮板装置 当浸渍了稀胶液的玻纤布进入真空室后，通过一个刮胶的加工，这也是此专利发明的一个方面。在真空条件下，通过刮胶的“初挤压”，除了可去除掉在预浸后基材的多余树脂，还有利于排除残存在玻纤布内气泡的排出。,2006.7.19,40,问题讨论： 1.如果“部分”借鉴此专利中思路,在预浸中运用 “稀胶液”的方式,是否

23、可行? 2.如果“部分”借鉴此专利中思路,在预浸中运用 对辊刮胶方式,是否对减少半固化片中 气泡有效? 3.此专利的真空预浸,有哪些缺陷 方面?,5真空预浸技术与设备,2006.7.19,41,6 .预浸树脂流动发生器的装置,在2005年公布的改造上胶机的预浸装置为内容的多篇日本专利中，松下电工公司的一篇专利（ 特开2005-336499 ）内容，更有突出新的创意。 在此专利中，松下电工公司的发明者提出这样一个观点：消除浸胶后的基材（玻纤布）内部残存的气泡（“脱泡”），目前大致分为三类方法： 一是，通过单面浸胶方式，树脂胶液从玻纤布的一侧浸入，“占领”原存气泡所占的空间，起到从单方向“排挤”走

24、气泡的效果。目前已普遍采用Kiss浸胶辊的底涂方式就是典型。 二是，通过创造一个真空的环境条件，进行预浸加工。 三是，给树脂胶液一个流动的动力，以促进它向玻纤布厚度方向的流动速度加快，以此排除基材内的气泡。 三种方式都是在不同程度下，达到排除基材内的气泡的目的。,2006.7.19,42,6 .预浸树脂流动发生器的装置,此专利提出的、被称为：“树脂流动发生器”装置，属上述的第三种方式。它设在上胶机的Kiss辊构成预浸装置和主树脂浸胶槽之间，由贴近玻纤布的喷咀和特殊构造的转动辊、胶槽三部分所组成。,2006.7.19,43,6 .预浸树脂流动发生器的装置,所发明的喷咀口对准已被浸渍了胶液的玻纤布一侧，单方向的向玻纤布上交替的进行喷射或吸收树脂胶液，以加快树脂胶液在玻纤布层内（即可看作在纤维丝间）的流动，起到强制排除基材内气泡及加强浸透性的作用。 所喷射或吸收的树脂胶液的流速，此专利中提出：当车速为2m/分时，喷咀中射出（或吸收）的树脂流速应控制在20mm/秒