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三相变频电源PCB压合铜箔起皱工艺改善方法解析

 1 前言

三相变频电源PCB层压过程中,PP树脂经历“玻璃态-高弹态-粘流态-高弹态-玻璃态”变化,由于图形设计、压机钢板的平整性、温度不均匀性、排板方式等因素影响,树脂在融化状态的流动处于无规则状态,板面受到的压强力的分布也不均匀,当板面局部压力不足时会产生三相变频电源PCB层压铜箔起皱不良。通过优化设计、排板方式的改变、压合参数的修改等措施,提高板件欠压区分配到的压力,对三相变频电源PCB层压铜箔起皱的解决,尤其是对“内铜厚+P片较薄+外层铜箔薄”类型起皱缺陷的解决,是本文重点探讨的问题。本文重点从机理上探讨了三相变频电源PCB层压铜箔起皱产生的原因,并对三相变频电源PCB层压铜箔起皱提出了一系列的解决方案,能较大程度的缓解三相变频电源PCB层压铜箔起皱产生的几率,提高了产品的一次合格率。

2 三相变频电源PCB层压铜箔起皱的表状

层压后的三相变频电源PCB层压铜箔起皱产生于板件层压后的铜箔表面,较常见的是条纹状,叶脉状,直线状,严重时也会出现片状,深度0.05mm-0.5mm,分布通常与次外层无铜区的图案分布对应。产生三相变频电源PCB层压铜箔起皱后要对照外层线路菲林和成型图,如果起皱落在交货单元内,则要剥掉起皱铜皮返层压。

3 前言

3.1 三相变频电源PCB层压铜箔起皱的主要原因是板件热压时局部“欠压”

理论上,板件受到的压强力*排板面积=液压油压强力*活塞面积=输入压强力*输入面积。即:板面单位面积受到的压强力=输入的压强力*(排板面积/输入面积)。

一般板件平均单位面积上受压23kgf就不会起皱,但压力分布极端的特殊类型平均单位面积受压甚至需要30kgf才能避免起皱。

这是因为板件图形分布不均匀、压机均匀性、钢板均匀性、压力传递散失等等因素影响,板面上不可能各处压强力分布均匀。当局部压强力过小,不足以使树脂塑型,板件就会产生白斑空洞或者铜皮起皱。

3.2  三相变频电源PCB层压铜箔起皱常见类型及其成因分析

3.2.1  次外层无铜空白区面积较大,次外层PP片厚度较少,铜箔1/3oz。

这是所有起皱不良中最常见的类型,占起皱的一半以上。比如:内铜1OZ+106*2+铜箔1/3OZ或内铜1OZ+1080+铜箔1/3OZ结构。

三相变频电源PCB压合铜箔起皱工艺改善方法解析

图1 “铜箔1/3OZ+106*2+内铜1OZ+基材+内铜1OZ +106*2+铜箔1/3OZ”结构

3.2.1.1 这类配本有多个因素不利于起皱的控制

3.2.1.1.1 内铜1OZ、次外层无铜空白区面积大

三相变频电源PCB压合铜箔起皱工艺改善方法解析

图2 次外层空白区的平面和切面图

内层无铜空白区受到的压力f﹤内层有铜区受到的压力F,无铜区与有铜区压力分布不均匀,在空白区位置容易出现起皱。

3.2.1.1.2 外层PP片为106*2

在热压时,树脂经历“固态-高弹态-粘流态-高弹态-固态”变化过程,在料温约80-140的粘流态,树脂流动填充内层间隙。这个过程,树脂越少填充能力越弱;软化的PP片本身作为最好的缓冲材料,厚度越薄缓冲能力越弱。所以,106*2的PP结构没有很好的缓冲能力和填充能力,对改善无铜区压力分布不均引起的起皱现象没有很多帮助。

3.2.1.1.3  1/3OZ铜箔

三相变频电源PCB压合铜箔起皱工艺改善方法解析

图3 三相变频电源PCB层压铜箔起皱时压力、树脂和铜箔之间的相互关系

树脂粘流态粘度仍高达3000pa*s以上,其在流动填充间隙时会带动铜箔向无铜区聚集,同时树脂软化-流动的缓冲作用,无铜区分配的压力f及其反作用力f1也在增大,f1作用于铜箔使铜箔向两边延伸。在树脂固化前,铜箔展开速度不能低于聚集速度,否则铜箔会起皱。

3.2.1.2  小结

ⅰ.厚度越小的铜箔其强度越差,越容易被树脂带动在无铜区聚集打褶,这也是1/3OZ铜箔容易起皱的原因;

ⅱ.无铜区域越大,聚集的铜箔越多;

ⅲ.在树脂流动时分配到的压力才有利于改善起皱,所以打压时机很重要,如果过早没有必要,反会带来介厚不均等其他异常,过晚则树脂粘度低或已经固化,再大的压力都等同欠压而起皱。一般而言,在开口中间层料温60℃,外层料温90℃左右上高压比较合理。

3.2.2  高层次板,内层空白区叠加厚度比较多内层无铜区叠加的厚度等于各层铜损厚度的总和,有些高层次板总的铜损厚度叠加起来往往很大,有时甚至高达0.5mm,也就是说无铜区要比有铜区低0.5mm。层压时这些无铜空白区分配到的压力要远远小于有铜区,很容易出现起皱和层压白斑。

3.2.3  开口相互影响导致的“失压”一炉板有多个开口组成,其中一个开口由上盖板、下底板、牛皮纸和中间的钢板、层压板件组成,开口与开口间隔热盘。

一般来说,排板要求同一开口内的板件对准不能超过10mm,否则会出现滑板失压,而不同开口因为有牛皮纸、盖底板和热盘阻隔,不考虑每个开口内板件的相对位置,只考虑各个开口的面积。

事实上,开口之间的相互影响确实很小,在实际生产中,板件很少会因为不同开口间的对准度不够出现起皱。但一些特殊情况,比如:同炉的其他不同开口板件对准度很好,对准度不好的开口恰好是3.2.1所描述类似的容易起皱类型,则该开口容易因为压力散失出现失压起皱。

3.2.4  铆钉附近起皱

铆合时选用的铆钉偏高或铆合品质不良,层压时铆钉会顶起钢板,导致靠近铆钉附件区域因为压力不足而出现白斑、起皱。

3.2.5  其他违规操作起皱

操作员排板时铜箔没有抚平,或选用了严重皱褶的铜箔,或钢板表面有水,或牛皮纸过多导致料温升温过慢等等违规操作都会导致起皱。

4 三相变频电源PCB层压铜箔起皱的应对措施

因为板件在热压时“局部欠压”是起皱主要原因,应对措施也主要是从消除“局部欠压”方向制定。方法有减少压力散失、提升欠压区分配到的压力、合理打压提高压力有效率、使用强度更强的厚铜箔等等。

4.1 具体改善措施

次外层有较大空白区;





内层所有层次空白区位置相同;

外层PP厚度薄+内铜厚度1OZ或以上+薄铜箔;



高层次板,内层空白区叠加厚度比较多;

1.  确保产品满足设计情况下更改为更厚的PP,比如:单张1080改为106*2;

2.  更改图案设计。对空白区填铜,减少树脂填充量,增加树脂的缓冲能力;改变空白区的位置,使得层压可以错位排板;内层封闭空白区作开槽排气设计,利于树脂流动填充无铜区;

3.  排板时内层无铜区错位排板,减少层间影响;

4.  每排3层隔两块钢板,提高开口刚性;

5.  减少一个开口的排板层数,减少压力散失;

6.  加缓冲材料,比如铝片,改善压力分布不均;

7.  上高压时机适当提前几分钟或者适当降低预热温度或者调整升温速率为1.5左右(要注意改变升温速率导致的上压点偏移问题),促进树脂的流动和填充;

8.  改用厚铜箔压合后减铜,比如1OZ代替HOZ压合再减铜至HOZ;

9.  增大输入的层压压力或增大输入的排板面积;

“1、2、3、6”是改善压力分布;


“4、5”是减少压力散失;


“7”提升压力有效率;


“8”提高铜箔强度;


“9”提高欠压区分配到的压力。

开口内板件对准不齐 

同时对准不齐板是上面两种类型

排板时注意板件在不同开口间的相对位置,板件尽量排在钢板的中间位置


铆钉过高

1. 外层PP厚度不足 ;


2. 外层PP过多采用铆钉铆住PP防止滑板(铆钉在PP外面)

1.1 更改更厚PP,比如:单张2116更为1080*2;









2.1 排板前敲低铆钉; 


其他起皱

1. 钢板表面有水;


2. 铜箔褶皱严重;


3. 不同面积板件同开口混压;


4. 牛皮纸放过多,间接导致上压时机错误

1.1 钢板清洗后马上擦干;


1.2 排板使用钢板时检查拭擦钢板;


2.1 主要发生于强度差的1/3OZ铜箔,更换好铜箔;



3.1 不同面积板件需做配压板,为减少叠层间影响,不同型号间加隔钢板; 



4.1 按工艺要求更换牛皮纸。

















往往是单个开口全部起皱 


5.1 实验产品介绍

对分析措施进行相关实验.根据公司生产的实际情况和客户要求,选择我司某档案号,该档案号为10层板,所有内层都有相同位置的空白区,空白区尺寸10*80mm,在空白区对应的外层有线路分布,在第一次生产中,该板100%起皱。结构如图。5.2 采取的改善方案

5.2.1 错位排板,每排两层加隔钢板,减少叠层。

采用无铜区正反方向叠板,同时加隔钢板减少叠层间的相互影响(加隔的钢板间没牛皮纸,以免影响料温),减少叠层至6层。内层无铜区叠加的厚度达到12OZ,且外层是薄铜箔,层压后仍有36.4%起皱。

5.2.2 提前上高压

公司料温升温速率1.5℃/min左右,正常层压参数在外层温度86-90℃时上高压。生产返单时除了采用前面的排板措施外,试验在外层料温80℃,内层料温55℃开始上高压。层压起皱不良减少至13.6%。

5.2.3 加压至高压30kgf

在补料时,取补料板和内层报废板作试验。生产条件是在原来措施的基础上,实际板面受到的高压压力由26kgf提高至30kgf,,层压后良率提升至100%。

5.3 小结

错位排板能减少上下叠层间的相互影响,且操作简单,不会增加成本,和影响产能,不仅可以适应于三相变频电源PCB层压铜箔起皱的改善,也适合所有产品层压;加隔钢板和减少叠层都会影响产能,但这两个方法不仅效果明显而且可靠性很高,即使达不到理想的效果也不会产生其他恶果,所以在三相变频电源PCB层压铜箔起皱的控制中值得采用;

提前上压和加压压合对起皱的控制效果最好,但必须注意提前上压导致的流胶过度,板厚不均等等其他不良隐患,也要注意压力与温度(上压时机和升温速率)的匹配,对于不同的材料、设备和不同的产品设计,需要经过多次实验才可以确认最佳组合。

6 结论

三相变频电源PCB层压铜箔起皱改善方案上有优化设计、平衡排板、改良层压参数方面的很多措施,总结为两点就是“提升板件局部欠压区分配到的压力、提高压力有效率”。

 本文对三相变频电源PCB层压铜箔起皱的各种类型及其起皱原因进行了分析,提出了相对应的解决措施,并通过实际生产验证了措施的有效性,能够对其他板件进行推广,是针对各种三相变频电源PCB层压铜箔起皱比较全面的解决方案。

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