第三节 纸基覆铜板的基本技术
在本节中,将分别对制造过程中的三大主要工序,即树脂制造、上胶、压制分别进行系统的阐述,它对于了解这些工序过程中的设备知识、工艺技术及有关理论知识将有进一步的帮助。
一、桐油改性酚醛树脂的制造
纸基覆铜板主要有XPC、FR—1、FR—2等几种型号。它们的树脂成分都是在桐油改性酚醛树脂的基础上加以调整。因对三种板材的树脂制造无法分别详细阐述,现只对XPC板的树脂工艺作重点介绍。
(一)树脂的工艺流程
桐油改性酚醛树脂通过如下两步反应合成:桐油与苯酚在酸催化下反应(又称烷基化反应),生成桐油—苯酚加成物;桐油—苯酚加成物在碱催化下与甲醛发生缩合反应,制得桐油改性酚醛树脂。
1.烷基化反应,见图6-3-1。
图6-3-1 烷基化反应曲线
在此反应阶段,催化剂用量的多少影响反应进行速度,当催化剂用量多时,升温反应剧烈,保温温度难以控制,当其用量少时,在升温过程中易出现自行升温不到要求温度,需加温才能使反应进一步进行,但两者对树脂的粘度指标影响不明显。
桐油与苯酚的克分子比影响着烷基化反应生成物的粘度,酚—桐油克分子比过高、粘度减少,而克分子比过低、粘度变大,分子量过大,与甲醛进行缩聚反应会有困难。
就象在前几章讲过的那样,甲醛的投入量决定着树脂粘度的大小,其原理在前面已讲过,在实际应用中,它对调节烷基化反应最终粘度起到很大的作用。
2.桐油—苯酚加成物与甲醛的缩合反应,见图6-3-2。
图6-3-2 缩合反应曲线
(1)催化剂与反应生成物性质的关系
碱性催化剂与反应生成物性质的关系:苯酚在碱性介质中活化,羟甲基化反应速度大于亚甲基化反应速度,因此,有利于多羟甲基参与,其进一步反应就生成初期树脂。所以,苯酚与甲醛(无论摩尔比如何)在碱催化剂作用下,都能生成热固性酚醛树脂。但过量时,生成的树脂游离酚高,性能不好。
(2)树脂初缩聚反应工艺条件
在酸性或碱性催化剂下, 酚与醛在一定温度下,进行初缩聚反应,在此阶段酚与醛结合为羟甲基酚,进而生成有几个酚核组成的低分子树脂。由于反应体系的分子量逐渐增加,极性基因不断减少,因此达到一定程度后,树脂反应体系由原溶于水,逐渐变成不溶于水。这时体系由原透明的暗红色很快变成浑浊的乳白色,而后树脂初缩聚物与水分层。这表明反应到达“乳化”程度:水不再能溶解树脂的初缩聚现象。下层是树脂,其中包括有酚、羟甲基酚和少量醛,上层主要是水。
对于碱催化的热固性酚醛树脂来说,反应进行到“乳化”的出现,表明它的反应程度已经较深,应较快地转入真空脱水阶段。
在初缩聚阶段,控制“乳化”时的时间、温度,对生成的树脂的性能尤为重要。一般来说,对碱性树脂,温度采用较低温和长时间反应来达到反应体系的“乳化”。这样会使树脂活性基(反应点)较多,得到的树脂的结构均匀性好,最后收率大,反应程度好,可使游离酚少,粘度略有增大,软化点提高,俗称这种反应为,低温慢速反应。而那种采用急加热,高温反应,迅速达到乳化的工艺操作,会造成与上述相反的结果。但也要考虑到生产效率,不可使此阶段反应时间过长。准确地把握“乳化”出现后转入到真空脱水与热加工阶段的时机是一个很重要的工艺技术问题,它一般要考虑到收率大小,树脂最后生成(A阶段)时的胶化时间的长短;抽真空时间、抽真空设备的能力;冷凝器的效果等。采用乳化进行程度较深后,再转入脱水抽空的工艺,可提高树脂收率、反应也较完全、均匀。但要影响胶化时间变小。若考虑到当时抽空设备很快达到高真空程度较弱,冷凝器效果较差,且要延长胶化时间,就要在树脂乳化出现的初期,很快转入真空脱水阶段。
判断乳化程度可采用测定“混浊度”方法,也可以用直接观察法。因为乳化变化比较明显,且在沸腾下乳化的期间,其温度稳定。所以一般生产碱性酚醛树脂,均常用乳化的标志,作为初缩聚反应阶段转入到真空脱水与热加工反应阶段的“控制点”。
(3)真空脱水与热加工的工艺条件
初缩聚反应到乳化阶段后,反应体系的上层水,包含着水、游离酚、游离醛。有人曾对上层水中的成份进行过测定,其结果表明:氨催化的酚醛树脂的上层水中,游离酚、游离醛分别为4~6%和2~4% 。为了使反应趋于完全,并使反应体系中的水、游离酚、醛等低分子物排除于体系之外,就要进行脱水与热加工,使树脂反应达到A阶段的一定工艺指标。加工脱水和热加工可以在常压下进行,但这样需要花费的时间较长,低分子物也不易除去。通常都是在抽真空的条件下进行脱水和热加工。这种方式,实际是一个真空蒸馏的过程。
真空脱水完成效果的好坏是由以下几个主要因素影响和决定的:
a.蒸发面积:即反应釜的径高比,其径高比越大,树脂的蒸发面积越大,抽空效果也越好,但过大,也会影响生产效率。
b.真空泵所能达到的真空度:真空度越高,抽空效果越好,树脂中的低分子物被排除的越干净。在较高真空条件下脱水,可以降低反应体系的温度,减缓反应体系粘度的增加速度。由于在真空度下,被抽出物(即水、游离酚、醛)的沸点也有所降低,使它们更易于汽化而被排除。
c.真空泵的抽气速率(或抽气量):抽气率(抽速)为对于给定气体,在一定温度和压力下,单位时间内从泵吸气口平面处抽除的气体容积。单位为升/秒,米3 /小时。抽气量就是:对于给定气体,在一定温度下,单位时间内从泵吸气口平面处抽除的气体量,单位为Torr(以托). L/s (1Torr. L/s =133.332×10--3 pa.m3/s =133.332pa.l/s)。常用真空泵可用抽气率或抽气量来表示抽出的气体量(在单位时间内)。常用真空泵抽气速率参见表6-3-1。
表6-3-1 抽气速率
真空泵型号 |
W3 |
W4 |
W4 — 1 |
W5 |
抽气速率 立方米 / 时 |
200 |
370 |
370 |
770 |
d.冷凝器的冷凝效率:冷凝效率一般由冷凝器安装方式、蒸汽流向和冷凝水流向方式(并流或逆流)、冷凝面积、冷凝水温度、冷凝水水压等诸因素决定的,一般蒸汽进口和出口温度差大,表明冷凝器的冷凝效率好。
e.搅拌器效果:好的搅拌效果,不但能使树脂更好地均匀反应,而且能使体系中的低分子物,容易翻滚到蒸发液面层,有利于蒸发排除。随着缩聚反应程度的提高,在抽空进行中,反应体系粘度在不断增加,低分子物的排除也就愈困难,甚至控制不好会造成树脂体系的树脂“包水”的现象。因此,要对上述影响因素达到很好的保证。特别是要保证足够高的真空度。从力学角度考虑,只有提供足够的真空度,低分子的分压才会足够的低,才能保证反应体系中低分子足够小的平衡浓度。在刚开始真空脱水时,真空度应缓慢地逐步上升。因为开始时物料初受真空条件影响使泡沫很多,物料反应液面由于泡沫占有体积很大,使液面迅速上升。若这时真空度提高太快,会使物料被抽出(俗称“噗锅”)。严重时,还会将冷凝器堵塞。但也不能较长时间地停留在低真空度的条件下脱水。一般要视物料在一定真空度条件下的泡沫逐渐减少,消除的变化状态,及时分段地提高真空度,达到工艺指标要求的真空度。
在真空脱水后期,随着水及其它低分子物的减少,以及缩聚反应的进一步进行,釜中剩余产物逐渐形成一相,由乳黄色变为暗红色透明液体。反应体系中水不断减少,加热使树脂体系温度开始升高。这与体系不透明时明显的区别是:反应温度在一定真空度下不是保持在一个很小的温度范围内,而是逐渐开始“回升”。根据生产经验,可以确定温度回升到某一值时,即为脱水和热加工的终点。因此这一温度(俗称“回升温度”)是十分重要的,在未达到此回升温度时,可提前测胶化时间。当达到胶化时间指标时,就可立刻解除真空、降温,加入溶剂。使树脂停止反应,充分溶解。
(二)酚醛树脂制造中的工艺指标和控制
所谓树脂的工艺指标是指生产制造中对树脂半成品(A阶段树脂)质量控制的有关指标,它们便于下道工序(上胶)的顺利进行以及能否制得性能优良的制品有着重要的关系。树脂溶液的工艺指标,一般有:比重、粘度、挥发份、游离酚、折光率、固体量、胶化时间等。
1.树脂粘度
酚醛树脂都是溶于有机溶剂中以溶液的形式对纸、布上胶的。它对增强材料的浸渍的能力主要决定于树脂的粘度。
对于热塑性酚醛树脂,其分子量愈大,分支结构愈多,粘度愈大。而对于A阶段的热固性酚醛树脂,其反应程度不深,分支结构程度影响不大,所以粘度的大小主要由分子量的大小和反应程度深浅决定。
粘度除了和树脂本身结构有关外,还与所用溶剂种类、用量、以及贮存时间和条件(主要指温度)有关,当树脂溶液的固体量愈大,相对密度(即以前所称比重)愈大,粘度也愈大。
树脂分子量的大小能够显示出其结构的均匀程度和浸透性的大小。当上胶浸渍不良时,可加入部分溶剂稀释树脂提高浸透能力。若分子量过大,则虽加入溶剂稀释,降低相对密度,也对浸渍能力影响有限。
2.游离酚含量和挥发量
酚醛树脂中含有一些未参加反应的酚是难以避免的。特别是碱催化的热固性酚醛树脂在制造中由于反应程度不能过深,使游离酚易偏大。尽管树脂中的游离酚、低分子的挥发物(即挥发分)在上胶过程中有可能进行进一步地参加反应或被烘出一部分,但直到压制成型后要完全除净也是十分困难的。从而会影响制品的介电性能,特别对覆铜板挥发分的含量大,还会影响浸焊性等。因此要求游离酚尽量少一些,挥发分尽量低一些。
游离酚、挥发分偏高,说明树脂反应不完全,其主要原因在于:工艺条件控制不当;原料不符合质量要求,初缩聚反应不充分;冷凝器的冷水水温高、冷凝效果差,使真空度上不去等。
游离酚含量偏高,挥发物大,一般固体量就偏低。树脂的收率降低。
3.树脂的凝胶时间
树脂的凝胶时间是衡量树脂在A阶段反应程度的重要的工艺指标,它对上胶的炉温、车速的控制,压制的预温阶段的压力、温度、时间的控制,都有重要的参考依据。
在制造碱性酚醛树脂中,控制“乳化”进行的深浅程度,控制真空脱水的反应时间,回升温度对胶化时间的长短有着关键性影响。特别是在较高的回升温度下,其温度略升一点,它的凝胶时间就下降很多。
(三)树脂技术指标的测定方法
1.粘度
将旋转粘度计安装好,调正水平,视试样粘度的大小选用适宜的转子及转速,以保证读数在刻度盘的20—85%范围内。
将测试容器中的试样及转子恒温至25±0.5℃并保持试样温度均匀。
将试样置于粘度计下,转子垂直浸入试样中心,使液面至转子液面标线。
重新调节粘度计水平。
开启粘度计,读出转子旋转60±2℃时的数值,记为a 。
将读数乘以仪器系数即为粘度值,记为b 。
检验结果取两次平行试样平均值(b)。
2.密度
(1)将试样注入烧杯中,根据试验的温度给搪瓷盆内注入热水或冷水。
(2)将烧杯放入搪瓷盆中,并不断搅拌试样,使其温度为25±0.5℃。
(3)将试样沿玻璃棒注入干燥、洁净的大量筒中,试样约占量筒容积的4/5,并尽量避免试样中气泡的生成。
(4)将干燥、洁净的比重计慢慢地放入试样中,当比重计静止后,从液面凹部最低点与比重计接触处读数,准确到0.001 ,该读数即为该树脂的密度。
3.凝胶时间
凝胶时间一般采用小刀法测定:在160±2℃(或其它合适的测定温度下)的热铜板上,将一克树脂放入其表面,测定直到断丝为止的时间(以秒计)。
(1)将小刀放在胶化板上,胶化板放在电热板上,将温度计(0--200℃)插入胶化板侧孔中。
(2)给电热板和调压器通电,并调节调压器,控制胶化板温度恒定在160±1℃。
(3)用托盘天平将小勺称重后,用小勺挖取试样再称重,使勺中试样为1.0±0.1g 。
(4)将试样放到胶化板中部凹内,同时启动秒表。
(5)用小刀均匀不停地搅拌试样,待试样逐渐粘滞后,将小刀提高2—3cm,观察拉丝情况。
(6)当试样不再能拉丝,立即关闭秒表,同时记录时间,该时间即为凝胶时间。单位:秒,准确到1秒。
4.氢氧化钠试验
(1)烘箱接通电源升温,控制其温度恒定在150±2℃。
(2)将小烧杯放在托盘天平上,然后准确加入1g 氢氧化钠和9g 蒸馏水,搅均匀使其充分溶解,即得到10%的氢氧化钠溶液。
(3)用小量筒量取3ml 10%的NaOH溶液倒入另一个小烧杯中,然后用滴管吸取1—2滴树脂试样滴入该烧杯NaOH溶液中,当试样在NaOH溶液中呈凝固状态即为合格,呈白浊状态,为不合格。
(4)将试管放入烘箱中加热至熔化后取出,如果试样透明即为合格;不透明,则不合格。
(5)将试样慢慢冷却至室温,如果试样透明则为合格,不透明则不合格。
(6)上述3条、4条、5条检验中,有一项不合格,则判为该试验不合格,三项全部合格,则判该试样合格。
5.固体量
(1)鼓风恒温烘箱通电升温,使其温度恒定在150±1℃。
(2)将三只铝皿编号后放入烘箱烘30±1min。
(3)取出铝皿,放入干燥器中,冷却至室温,然后取出,称重,记为A,结果保留两位小数。
(4)将试样倒入称量瓶中,用减量法给每个铝皿加入2±0.1g,试样称量记为B。
(5)将装有试样的铝皿放入烘箱烘60±1min。
(6)取出铝皿,放入干燥器中,冷却至室温,然后称重记为C,结果保留两位小数。
(7)按下式算出固体量原始数据:
(8)试验结果取三个试样平均值,结果保留两位小数。
任意两个结果之差不得大于1%,否则,试验结果无效。
二、上胶——纸、布的浸渍和干燥
纸、布的浸渍与干燥的过程也称为上胶。这个工艺过程是:树脂浸渍或涂敷在增强材料—纸、布上,使纸、布含有一定量的树脂,并将这种涂胶纸、布在干燥炉中烘干,除去溶剂和部分低分子挥发物,所得到的上胶纸、布供生产层压制品。
这里主要介绍上胶设备、上胶的基本理论、上胶工艺技术和各种因素对上胶纸、布质量的影响。
1.浸渍干燥设备(上胶机)
浸渍干燥设备(俗称上胶机)其种类很多。按照结构和形式大体分为立式、卧式两大类。在工艺设计或生产中选用的上胶机要具备:有较高的生产能力,加工出的产品质量好:自动化程度高;减轻劳动强度;设备动力、能源消耗小;结构合理;具有安全性。
浸渍干燥设备由四大部分组成,即上纸、布装置;浸渍机构;干燥室;剪裁、收卷、堆放装置。详见第三章第六节。
2.浸渍干燥的目的和作用
半成品上胶纸是利用上胶机连续通过浸渍和干燥的两大过程加工而成的。提高对加工过程的目的、作用的认识,能更有效的运用和调动上胶机各项功能,克服处理上胶中出现的各种质量问题的盲目性。
(1)浸渍过程
浸渍过程实质上是浸渍树脂溶液与增强材料的纤维结构中的空气相互交换的过程。在浸渍中适宜的分子量、粘度的树脂溶液,通过上胶机的底涂辊(单方向浸入)或挤压辊(双方向浸入)的机械作用,将增强材料纤维中空气排走,使树脂占据其空间,达到一定厚度的涂层。因此对纸纤维空间的占有均匀性和占有率是两个重要方面。即常讲的上胶纸的含胶的量、含胶的均匀程度和树脂的浸透性是浸渍过程中所要达到的两大重要目的。
达到一定的均匀的胶含量,是由底涂辊,挤压辊的精度和转速稳定性,挤压辊间隙的机械控制装置以及两类辊的附属装置的质量所保证的。而上胶纸的浸透性即浸渍纤维纸吸收树脂的能力,既取决于被吸收的树脂的性质,也决定于吸收树脂的纸的性质。同时还与浸渍的方式、环境温度有关。大量的试验事实证明,达到上述尚好的浸渍目的,可以保证制品具有低吸水性,高机械强度和良好的介电性能。它还有助于湿态下覆铜箔板的翘曲度减小,有助于体现板的阻燃的稳定性,冲剪性和耐浸焊性的各部位的一致性。
(2)干燥过程
浸渍后的湿态上胶纸进入干燥室后,同时要完成两个过程:一是溶剂与低分子和低分子挥发物的蒸发过程,二是上胶纸上的树脂分子继续进行一定程度的缩聚过程。前者是物理变化过程,后者是化学变化过程。干燥完成后应达到上胶纸内只残留很少的挥发物成份和具有与压制工艺相适宜的一定可溶性树脂流动程度。
a.溶剂与挥发物的排除
在干燥过程中,干燥介质(热空气)将热传递给浸有树脂溶液的湿物料上,湿态上胶纸表面上的溶剂和低分子物即进行气化,并通过表面处的气膜向气流主体(循环的热空气)扩散;与此同时,由于上胶纸表面湿分气化的结果,使上胶纸内部和表面之间产生湿分差,因此上胶纸内部的湿分以气态或液态的形式向表面扩散。显然,不断循环的干燥介质即是载热体又是载湿体。在上胶干燥过程中,通过热风循环系统的送风机提供干燥热源,并保持一定的传热速度。这种高速的载热气流吹散浸胶纸表面的饱和层,使溶剂和挥发物不断的得到热能而挥发—从上胶纸表面而脱离出去。通过排废系统把载有湿体(水蒸汽和低分子物蒸气)的热空气,及时的带出干燥室外,以便保持一定的传质(气化)的推动力。可以看出,干燥室内干燥介质的循环过程实质上是载热体的传热和载湿体的传质互相高速转化的过程。
b.浸渍树脂液的缩聚过程
上胶纸中的树脂在未进行干燥时,绝大部分的溶剂和挥发物被蒸发出去,由于上胶纸在较高的干燥温度下,滞留一段时间,A阶段树脂也有少量的同时发生向B、C阶段的转化。随着干燥的深入,树脂发生一定的缩聚反应,交联密度增大,其分子量不断增长。当干燥结束时,可溶解于丙酮的A、B阶段树脂一般减少到75—95%,严格控制这种转化程度是十分重要的,(一般采用测定可溶性或流动度、流动性作为此项质量的鉴定)当转化程度深(俗称“胶老”或“料干”),在压制中树脂流动性差,对板的许多性能会造成下降,甚至都会失去压制成形的加工价值。而转化程度浅(俗称“胶嫩”或“料潮”),也不利于板的压制加工的工艺性和板的质量。
A、B、C三个阶段的树脂没有明显的界限。实际上在某一阶段内通常有两个阶段或三个阶段成分的共存。
3.影响上胶纸质量的各种因素
上胶纸的质量,主要是以树脂含量、可溶性树脂含量(简称:可溶性),挥发物、流动度(量)等指标来判断。此外胶纸布的外观,还要求同幅面的以上各指标的均匀一致,表面不得浮胶、起皱、清洁无杂质。为保证压制的板的规格,还要求单张料重的指标。
影响上胶纸质量的因素比较多,有纸的性能、树脂的性能、浸渍干燥工艺、设备等多方面因素。在本节主要分析一下树脂溶液、浸渍干燥工艺对质量的影响问题。
(1)树脂的影响
树脂本身的性质如分子量、胶化时间、粘度、相对密度、挥发物等对上胶纸质量的影响是很大的。
a.分子量影响
树脂的分子量小,即大部分为较低分子物。它的浸渍能力强,易浸入纸纤维间,也能浸入纸纤维内,对纤维上的OH— 有封闭作用,以减低纤维的吸水性即降低板的吸水率。当分子量大时,浸渍性差,上胶后,胶易浮在胶纸表面上。造成干燥出炉后粘辊,配料时易粘在一起,不易搭配。甚至会产生压制流胶过多。由于树脂的分子量大造成的浸透性差,还直接影响的平整度、介电性能、阻燃性等。
分子量大小还对干燥速度有较大影响。当分子量大时,软化点高,当聚合程度相同时,分子量大的上胶纸表面不易发粘,干燥时间缩短。
b.胶化时间的影响
胶化时间是衡量树脂的胶化速度的质量指标,它直接影响上胶速度和干燥温度。当胶化时间短时,上胶速度快,干燥温度低,当胶化时间长时,上胶机速度慢或干燥温度要求高,同一类型的树脂的胶化时间长短与树脂本身的粘度关系很大,树脂胶化时间短,粘度也大,反之亦然。(但此规律有的桐油改性酚醛树脂并不一样;由于贮存时间增长,粘度增大,而胶化时间也有所增大),树脂粘度大,浸透能力不好。胶化时间短,还会造成浸渍干燥时的可溶性与挥发物的“顶牛”。即挥发物较大,但可溶性已经很小,使在干燥加工时无法用调整车速、炉温去进一步排除挥发物。
c.树脂的挥发物的影响
树脂中的低分子物存在的多,挥发物就大。这些低分子物质多少与树脂的原材料质量、配比,以及反应工艺条件有关,树脂挥发物大,为达到工艺要求的上胶纸的挥发物的指标,就要提高注意干燥温度或是降低上胶车速。甚至还会造成上胶纸的挥发物与可溶性“顶牛”问题。
d.树脂的粘度,相对密度的影响
树脂溶液的粘度、比重对上胶浸透性、含胶量、挥发物有很大的影响。选择适宜的粘度进行浸渍,并使粘度、相对密度在一段时间内保持其稳定性,对于提高上胶纸的质量是至关重要的。
在同样浸渍干燥速度下,树脂的粘度大,相对密度小的树脂溶液,在浸渍时浸透性好。当相对密度小到一定程度后,会造成含胶量达不到工艺要求问题。当粘度过大,相对密度过大时,将会使原纸浸渍不均匀树脂不能很好的渗入到纸的纤维内部。特别是在国内的一些厂家浸渍纸同幅的吸水性、紧密度不均的情况下,会出现局部浸渍性明显差异的问题。这将给制品的内在性能均匀性及外观带来不利。粘度过大,在上胶中不易将挥发物排除,影响到挥发物工艺指标。上胶时用的树脂溶液在长期存放下(特别是夏季),由于树脂本身分子量的增大,和溶剂的挥发,会造成粘度逐渐增大和相对密度增大,因此应严格控制贮存期和贮存条件。
(2)浸渍干燥工艺的影响
a.工艺中一次树脂浸渍干燥的重要作用
两次上胶工艺技术是指两种不同配方的树脂进行如下过程完成:
一次树脂溶液浸渍 →干燥 → 二次树脂溶液浸渍 →干燥
随着上胶机水平的提高,目前国内不少覆铜板采用两次上胶工艺技术。这种工艺中的一次上胶,对板的性能保证和提高起着重要的作用和独特的贡献。
一般一次树脂配方采用亲水性的树脂(这与二次树脂采用的疏水性树脂恰恰相反)。这是因为纸纤维结构中含有亲水的羟基。同时浸渍纸的润胀主要取决于树脂的极性和分子量。树脂的分子量越低和极性越高,则润胀越大。而含水分子树脂对纸的润胀是因为液体占据了纤维间和纤维内,并撑大纤维间隙和纤维内腔。这对树脂对纸的浸透性的提高有相当大的好处。
上胶的一次树脂,对板的阻燃性也有较好的贡献。含有阻燃剂或阻燃树脂的一次树脂,首先浸入纸纤维中,由于它利于浸透,并存留在纸的里层,可增强板的阻燃稳定性和减少整个板的树脂成分中的阻燃剂的用量。一次树脂上胶还对板的湿态后平整度、冲剪性的提高有很好的促进作用。
保证一次上胶的均匀、含胶量和挥发物指标的达到,是十分重要的。含胶量小,或不均匀,影响板的阻燃性等,含胶量大或挥发物大会影响板的耐浸焊性和受热后板的平整。
b.上胶的车速
上胶速度愈快,生产效率愈高。 然而它对上胶纸(布)的可溶性、挥发物、流动度指标的达到影响很大。当树脂中的相对密度、干燥温度一定时,随着上胶速度的加快,胶纸(布)的可溶性、挥发物就会增加。且在浸胶后至干燥室入口的一段时间内,树脂对纸的自然常温渗透的过程就会缩短,浸透程度会降低。
上胶的速度要根据树脂的胶化时间、树脂的贮存情况以及树脂粘度、相对密度的变化酌情调整。
c.干燥温度
上胶过程中干燥温度的影响,也突出的表现在上胶纸的可溶性、挥发物控制上。当上胶速度一定时,干燥温度愈高,可溶性、挥发物愈小。在卧式上胶机上的操作的实践证明:这两个指标的控制,相对来讲,可溶性对上胶速度较为“敏感”,而挥发物对干燥温度的条件变化反应“灵敏”。
在干燥过程中,由于树脂中各种溶剂和挥发物的成份略有不同,它们的蒸发、扩散、排除、干燥也有不同的温度层次。在上胶速度一定下,只有达到某一个(或某一个范围)干燥温度层次,挥发物才有明显的下降。整个干燥过程,可以把干燥温度划分成几个区域:这就是低温区、较高温区、高温区、较低温区和冷却缓冲区。当上胶纸行走在低温区中,上胶纸的干燥完成了把沸点较低的溶剂部分、低分子物蒸发掉的阶段。较高温区,高温区完成着降低上胶纸可溶性的任务,以及蒸发出一些挥发物 (水、游离酚、醛以及助剂中的挥发成份)的任务。较低温区对上述两个作用加以补充和协助,应该指出,上述上胶纸在各区域干燥的化学、物理变化不是完全以几个区域截然分开的,而是连续的。从上述分析可知,较高温区和高温区是上胶纸的可溶性、挥发物的控制的重要的区域。
上胶纸刚进入干燥室后,是低温区。它的温度过高,会产生由于溶剂挥发过快过猛而出现的微小“胶泡”。同时,温度过高不利于不同蒸发温度的溶剂、低分子物的排除,不利于在一定温度下的树脂对纸的进一步的均匀渗透。较高温区和高温区的温度,要有由低至高的温度层次,两区温度不可倒置。否则将会出现上胶纸内部低分子物由于表面的凝胶膜的封闭,而挥发、蒸发受到阻挡。上胶纸通过高温区后进入低温区,该区的温度不可过高,以防止上胶纸出干燥室后粘辊现象的发生。可在一定温度范围进行调整协助完成可溶性、挥发物的控制。相对来讲,该区这项功能对可溶性的下降可更明显些。冷却缓冲区在干燥过程中也不可缺少,它是由出干燥室后的喷射式空气冷却装置来实现的。该区能使表面温度较高的上胶纸迅速降温,有利于半成品的贮存。
4.上胶纸的主要质量指标及测定方法
上胶纸的主要质量指标除外观要求外,一般常见的有:单张料重、含胶量、挥发物、可溶性及流动度。
(1)上胶纸的底材的重量测定
底材重量是指规定条件、规定面积的纸的重量。测定时,沿底材幅宽方向取4~8张面积为100×100mm,然后放入160±2℃的烘箱中烘10min ,取出后称量,该数值(保留小数点后两位)为底材重量,用B表示。
(2)含胶量的测定
含胶量指上胶纸所含树脂的重量百分数,测定方法是在上胶半成品的任意部位用样板面积为100×100mm取样,对于上胶均匀的半成品一般是沿其幅宽方向先剪取宽120×150mm的一条,折叠后用剪子依取样尺寸剪下试样4张,然后在天平上称重。用“A”表示称重值,俗称“上胶后重”。含胶量的计算公式为:
(3)挥发物含量的测定
挥发物含量,亦称挥发物。系指在规定条件下上胶纸(布)挥发出来的物质占上胶纸的重量百分数。测定方法,按含胶量方法测定“A”,再将试样叠成单张弓形平放在160±2℃烘箱中,烘10±0.1min,取出后立即称重值用“C”表示(俗称“烘后重”),挥发物的计算公式:
在测定挥发物时,要特别注意掌握准烘箱温度和“烘后重”,从烘箱中取样后要迅速称重。
(4)可溶性树脂含量的测定
可溶性树脂含量,简称可溶性,系指上胶半成品中可溶于规定溶剂的树脂,占上胶纸中树脂总量的重量百分数。测定方法为:按上述方法测定出“A、B”数值,然后用称重过的A值样品,单张对半叠折后放入丙酮溶剂中,浸入丙酮中5±0.1min后,取出试样在室温条件下凉2—3min。然后再将试样单张弓形放入160±2℃的烘箱中烘5±0.1min,取出后立即称重,该数值为上胶纸溶后重量(俗称“溶后重”),用“D”表示,可溶性的计算公式:
可溶性的测定,要注意丙酮的使用次数,丙酮使用的次数过多,影响其溶解性。覆铜板用的上胶纸丙酮使用次数不得超过三次。
上胶纸的上述三个指标,称“三大指标”。其计算结果均为百分数表示,精确到小数点到后一位,第二位四舍五入。
(5)上胶纸流动度的测定
上胶纸树脂的流动度,系指规定张数的上胶纸在规定的温度、压力、时间下,树脂从边缘流出来的重量占整个上胶纸重量的百分数。此项指标实际上是可以反映树脂的胶化时间、含胶量、可溶性的综合指标。
测定方法:将小压机的热板升温至170±2℃,沿上胶纸纵向取样三条,(左、中、右)(120×1000mm),每条折叠后,在冲床上冲下8张样品为1块,共三块,并称重(A),作好左中右记号,叠合后,将它放入小压机两热板之间,迅速加压至5±0.1Mpa(50±1kg f/cm2)在160±1℃压制5±0.1min取出,将半成型坯料取出后,刮掉四周树脂的板称重(B),按下公式计算:
(6)上胶玻璃布中树脂的流动度的测定
将小压机的热板升温,在130±2℃恒温,沿上胶玻璃布纵向取样,每次左、中、右、同时剪取100×1000mm上胶布各一条。每条折叠后用剪子依据样板(70×70mm)剪下试样12张,按纵、横方向整齐摆放一块坯料,共三块,作好“左、中、右”标记。叠合后,放入小压机两热板之间,前后左右对正,迅速加压表压20Mpa±2Mpa,在120±2℃压制5±0.1min,卸板。用钢板尺隔着聚丙烯薄膜测量坯料、每条边流出树脂的最长部分的长度。所得的数值取算术平均值,精确到个位,所得到值为流动度值。
三、压制成形
通过树脂的制造,纤维增强材料的浸渍干燥后,进行覆铜板的压制,压制工序是板的最后成形的关键工序,压制工序可由以下过程组成:
(一) 压制
(二) 生产中的操作要求和技术
配料是将上胶料的半成品,经过倒料、配料、称重复核,按工艺要求配制出一定规格的压制用坯料的过程。配料是在生产过程中对半成品全面的自检的最后一道关。也是压制成形,准备坯料的工序。它对压制成品的质量(包括内在性能、外观、厚度等方面)起着至关重要的作用。配料者应根据连续生产中压制出的板的情况,半成品质量变化情况,灵活的将半成品进行组合、搭配,起到成形板质量和半成品质量中间的“枢纽”作用。
1.对半成品质量状况的了解
配料者在配料前,应对上道工序生产出的半成品质量、贮存的情况有所了解。半成品的质量,一般包括了解上胶纸的三大指标、流动度、单张料重的实测数据。凭“手感”实践经验判断“干”和“潮”的情况。通过“倒料”(即对半成品隔一、二张进行逐次的以纵向为轴的180度翻转)了解上胶纸的外观质量和有何缺陷。要了解此批上胶半成品在前一炉和近几炉生产压制情况(如:是否有浸焊、抗剥不合格问题,是否有流胶多或花板问题,是否有某些外观问题等)。
除此以外,还应及时的掌握上胶纸贮存条件和时间。在夏季(指五月至九月)更应该注意此点,因为上胶半成品在较高温度下贮存可溶性下降较快,加之半成品出干燥炉温度较高,成垛的上胶半成品芯部由于热量散发慢,会造成400—500KG的一垛上胶纸内部温度可达50--80℃,这样更使上胶纸中的树脂部分固化加快。另外,夏季室温较高,若没有空调装置,还会使上胶纸粘合在一起,不便于配料的顺利进行。
在较湿的环境下,(相对湿度一般在70%以上)贮存半成品,由于上胶纸吸潮缘故,可造成上胶纸挥发物增大。它们压成的覆铜板,对其耐浸焊性危害很大。 所以在夏季生产中,上胶纸贮存条件应在:温度20--25℃,相对湿度50%以下,高档覆铜板的半成品应在相对湿度35%以下。缩短配料、叠合直至开始压制的周期,加快中间环节的生产节奏,缩短半成品的贮存时间有许多益处,应坚持先浸出的上胶纸先用的原则进行生产。
2.上胶纸的搭配组合
鉴于国产纸原材料的不均匀、多分散性的质量状况,要压制质量好的板,就必须坚持在工序上逐张倒料,倒料不仅可以检验出个别漏检的外观不合格的上胶纸,了解它们的基本情况、性能,更重要的是保证加强上胶纸的质量的均匀,给压制成型提供一个好条件。同时,对板的内在性能、阻燃性、平整度、外观都有一定的好处,不管是倒料还是倒料之后的搭配 、组合都要保持上胶纸纵、横方向一致,否则会造成严重扭曲。
特殊搭配、组合手段起到了质量“枢纽”的作用,在以下几种情况下可以采取:
(1)下料严重超出工艺范围时,通过不同的底材,不同含量的上胶纸的搭配,可以保证板的厚度公差合适。
(2)根据现浸的料和贮存了一段时间的料的搭配,可以防止小规模的压制中的花板或流胶过多的情况发生。在湿潮条件下,为了提高覆铜板的耐浸焊性的“保险余量“。可用两张挥发物略小的上胶纸或贮存期较短的上胶纸,放在靠铜箔面的一侧。
(3)合理的搭配上胶纸,对防止压制环氧玻璃布板的“跑板”,流胶过多也有一定的促进作用。
(4)将外观较好的含胶量稍大一些的上胶纸放在非靠铜箔一侧(层压面),可以掩盖此料下面放置的工艺允许范围内(不影响内在质量)的个别上胶纸的“活皱”、小疵点,以及增强材料中的微小缺陷等,以提高板的外观质量。
3.料重的核对
压制前配好的坯料的重量称为料重。符合工艺要求范围的料重,才能压制出不超过公差的板。因此配料者要将配好的坯料,在台秤上对料重进行称重核对。
常用规格的板,在料重的范围。料重按下面公式计算:
式中,G—料重的基数值(即中间值),kg
S—坯料上胶纸的面积,cm2
h—覆铜板的厚度(标称厚度)cm
d—板的计算密度g/cm3。
其中纸板一般为1.4g/cm3,玻纤布板1.8g/cm3。
上公式可以粗略的计算出料重的基数值,根据板的厚度公差要求,再计算出料重的范围。如2.0mm以下厚的板公差在±0.15mm时,料重范围在±0.09kg,在公差为±0.10mm,料重范围在±0.07kg。该范围是靠生产实践摸索到的。
料重的基数值,只能做首批生产一种规格的参考值,待压出板后,还要测量其厚度根据偏差去调整其料重的基数值。
(二)叠合
压制前把坯料(覆铜板除坯料外还有涂胶铜箔、脱模用薄膜)和钢板装叠在一起的操作工序,叫做叠合。以覆铜板为例,其装叠顺序见图6-3-3。
图6-3-3 纸基覆铜板(单面)叠合顺序示意图
每一对压机热板间装叠一层,按工艺要求一层可叠7-13块半成品坯料,层间压坯料块数少,各坯料受热均匀性好,易于控制好流胶程度,掌握压制的预温过渡到保温(热压)的时机容易,固化程度好。但生产效率低。由于坯料是绝缘材料,导热系数很小,若块数较多,中部坯料受热慢,预温工艺不好掌握,但生产效率高。
在生产实际中,关于一层能压多少张板这个问题,一直是覆铜板制造者经常思考而又容易步入误区的一个问题。生产实践和理论证明,上胶烘焙干燥温度140℃为宜,酚醛树脂固化热压温度150~160℃为宜,这一点对指导生产十分有意义的。但在生产实践中有的人为提高效率(提高温度,缩短时间)而使产品的性能显著降低,特别是机械性能降低尤为突出。欲速不达,这是不可取的。
1.叠合用辅助材料
垫纸的作用是在压制中具有一定弹性,可使板材传热和受压均匀。在加热时可防止局部过热,冷却时防止局部过冷,起到热传导的缓冲作用。在受压时可弥补铁板、钢板与热板界面的接触不良,而造成压力不均匀现象,起到一个压力的均压作用。垫纸材料是应具有一定的弹性,但经过几次热压之后,弹性变差,缓冲效果显著降低,甚至有的会破碎,因此在使用时应注意经常更新。
现在所用垫纸多为60—190g/m2浸渍木浆纤维纸,厚度一般为0.12—0.38mm。
垫纸在使用时要防止吸潮、着水。因为潮湿的垫纸易与钢板或铁板表面在压制后产生局部(主要是芯部)的粘合,如果不及时清除会造成把钢板、层压板压坏。
为防止垫纸粘板(或糊板)可在铁板上铺一张面积相同的30-60目的铜丝网和铁丝网,再放上垫纸作缓冲层,再放上一张铜丝网或铁丝网,然后再放上不锈钢板,其效果是显著的。
目前有一种叫“IK耐热缓冲垫毯(ACE-BOARD)”正替代牛皮纸垫纸。这种“缓冲垫毯”具有高耐热性,优良的缓冲性及重复使用性。提高了产品质量,方便了生产操作,减少环境污染,降低消耗和成本。
(2)脱模材料
我国目前纸基覆铜板一般使用聚丙烯薄膜或内脱模剂脱模。
聚丙烯薄膜厚度为0.020±0.0025mm,抗拉强度纵向≥12kgf/mm2 ,横向≥14kgf/ mm2 ,这种薄膜在170-173℃ 开始溶化。在使用中,压制温度不应超过160℃(指示表温度)。这样才能保持薄膜在压制全过程中不予熔化(甚至不能局部熔化),才能在卸板时方便、容易揭除干净,若压制时的内温(板面实际温度)在170--175℃,薄膜略有粘稠状熔化,虽然在板的冷却时又重新恢复薄膜状,但有部分在压制初期与热熔的树脂相混合,少部分粘接在钢板上。这种粘接在钢板处因混有树脂,钢板再进行使用,表面不平,影响板的处观质量。有时卸板还会出现薄膜难揭,粘在板面上的问题。这主要原因有:a.压制温度过高;b.薄膜的树脂材料熔点比较低;c.薄膜的厚薄不均,偏薄处抗拉强度低;d.薄膜表面平滑程度差;e.聚丙烯薄膜在拉伸或吹膜时没有拉开的结晶点。
液态脱模剂应用也十分广泛。即使是使用聚丙烯薄膜,钢板的四周及端面也要用外脱模剂涂擦。这种外脱模剂的脱模方式是利用脱模剂涂在钢板上,溶剂挥发,在压制中形成一种膜状隔离层,以起到脱模效果。外脱模剂故也俗称“离型”。
液态脱模剂国内一般有以下几个配方:①沥青、石蜡液、(120#汽油作溶剂或稀释剂)②硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸钡和石蜡的混合液(以汽油、酒精为稀释剂)③甲基硅油液(以甲苯等为溶剂)。其中第一种使用效果最好,较为广泛。
由于技术问题,国内较好的内脱模剂并不很多,但它是中、低档纸基覆铜板压制脱模的发展方向。
2.叠合应注意的问题
叠合是一件精细的工作,它直接影响着覆铜板的外观质量和外形尺寸。
叠合应在清洁、干燥、净化空气(无尘、少尘)的封闭房间里进行,夏季应有空调装置,叠合间应有良好的照明。叠合者的衣着和使用的工具(如毛掸、手套、绸布等)应保持十分清洁,无杂物残留,并应经常更新。
叠合时所用的钢板表面温度应低于40℃,否则所叠的板压制后易花板(主要是芯部)。钢板表面不能有粘合物、胶渣子、薄膜残片、杂物、灰尘等。在叠合过程中,随时检查钢板表面。对钢板上发现有微小划伤或粘合物(胶点)等缺陷,要立即用细砂布磨掉,并掸干净。使用钢板时还应注意不得把钢板的靠铜箔面和靠料面用反,不得把单面钢板当做双面钢板使用,对有较严重缺陷的钢板应立即替换下来。
叠合时,应先将钢板平放在平台上,再由远到近的用劲掸干净钢板,然后迅速把铜箔放在钢板上。放铜箔时要轻拿快放,不要将铜箔折坏,不要让灰尘落入钢板表面,不要因放铜箔而带来一些杂物。在放坯料时,要防止移放时将上胶纸树脂粉及空气中尘埃飞扬。再把薄膜平整的叠在坯料上。注意不要起皱、折角、铺偏。每一层板要叠整齐,并以坯料右、下两侧为标准对齐边。要注意叠合与压制的时间的衔接。叠好的板在装板机中长时间存放待压,夏季易出现坯料吸潮,靠压机一侧可溶性下降的问题,应引起注意。因为进口压机,一般压机主机与装板机之间有一可上下活动的隔热板。而国产压机一般都没有。
(三)压制
1.压制过程的特点
压制是一个重要工序。在压力、温度和压制时间的诸因素条件下,通过压制使上胶纸半成品中的树脂首先在纤维增强材料间隙中短时间进行进一步的渗透,以熔胶状流动,然后由树脂的A、B阶段的线型或支链状型结构,经过一段时间的热压过渡到C阶段的大分子网状结构,成为固化成型的整体。因此,在压制中实际完成两个任务:即树脂的熔化 、流动、再渗透和固化成型。
压制中的预温、热压 (又称保温)、冷却三个阶段的连续过程称为压制成型过程。预温可使树脂再进行一定渗透、流动,有利于板的许多性能。对覆铜板讲,有利于基材(坯料)与铜箔的粘接。预温中树脂结构和性质变化很快,须掌握它的突变,从而迅速采取升温、加足压力的措施,使压制的预温阶段过渡到热压阶段。热压,是树脂结构变化到C阶段由初期到绝大部分树脂固化交联的阶段。这一阶段,要在温度、压力、时间诸条件下,保证树脂达到完全固化程度。冷却,是将已固化成型的板,停止固化反应。在压力条件下,通过排除压机热板内的热蒸气,通入冷水,使成形板材逐渐冷却。
2.压制设备
板的压制是通过热压机设备实现的。压机按设备结构可分为柱式和框式。按液压方式可分为上压式和下压式。
热压机是一种承受高载荷的设备,单位压力一般在8.0-13.0Mpa(80-130kg/cm2)。油路系统具有良好的密封性,热压机热板平面公差要小,温度各部位要均匀。
纸基覆铜板的压制设备详见第三章第三节。
3.预温技术
在压制的三个阶段(预温、热压、冷却)中,预温是最重要的技术环节,达到一定技术水平的压制操作者在预温技术方面,应具备三个方面的技术素质。即根据对半成品和压制条件的全面了解,灵活掌握预温的能力;预温中采取压力、温度、时间的互相协调、配合的能力;预温阶段发生意外问题的应急处理的能力。
(1)预温前的准备工作
在压制预温前应对半成品的质量情况进行仔细了解(详见本节“叠合”一段)。还应对蒸汽供给情况(气压的稳定性、高低),预温时温度、压力的上升速度有所了解。以及对工艺要求有所熟悉,根据上述准备工作完毕后,要制定一个预温方法和措施。
(2)预温时树脂的变化
覆铜板压制初压时,能够做到“直升直压”(即压力加到工艺要求的热压的范围,温度直升到工艺要求的热压范围),不但树脂流出甚少,且不花板、花边。这是最理想的压制工艺水平,但鉴于目前国内生产条件、原材料的限制,有时还不能达到上述工艺条件,还要靠预温技术来弥补。这就是要灵活及时的掌握加压升温的时机。
观察预温时挤出树脂的颜色、性质的变化,是把握预温工艺准确性的重要手段。热固性高聚物总是从A、B阶段的线性、支链状结构过渡到初期的C阶段的网状的体形结构。这个过渡的变化点高分子化学中称为凝固点,达到这个凝固点是在一定的温度、压力条件下迅速完成的,即它是一个突变过程。在达到凝固点之前,由于上胶纸的树脂基本保持绝大部分的A、B阶段。其分子量较小,粘度较小,所以在预温开始,先是树脂出现热熔,甚至有轻微的树脂流动,压出透明的“胶珠”。然后逐渐出现压出的树脂不透明,可以拉出很长的细丝。往后,树脂变得更不透明、拉丝只能拉得短而粗些,具有弹性、粘度增大。在高压和继续高温反应下,拉出的丝很快会断掉,甚至不能拉丝,拔丝树脂会成“豆渣状”。此时树脂结构已进入C阶段,即已达到凝固点,当压制的大部分层数都达到此种情况,就应该立即打足工艺要求的最高压力。升温到工艺要求的热压阶段的范围,开始进入热压阶段。上述通过拉丝,观察树脂的状态变化,可以基本判断出加压升温,进入热压阶段的时机。通过事先在不同温度下(如120℃、135℃、140℃、160℃)测定树脂胶化时间,掌握流动度的测定值也是重要的预温参考数据。
(3)预温中压力、温度、时间的协调与配合
本文中提出几种预温工艺实施方法,仅供参考。
第一种,热板高温预热法。当坯料在叠合后送入装板机中,暂先不推入压机,而是将热板加热升温至90--130℃,关闭汽阀门,再入板坯,这种方法特点是,其一,可以缩短升温时间,其二,可使热板表面传热均匀,特别是出汽口部位和边角部位。它对易压花板的坯料的压制,对解决热板某些部位升温一段温度不均的问题的解决起到一定好的作用。但要考虑到在把坯料推入热板内各层的时候必须迅速无误。以及在合压后升高一定压力时,快速加压为宜。
第二种,高压逐步升温法。当坯料装入热板,合压后首先加足高压(即工艺规定的最高表压范围),压制温度控制一个范围(一般为100~130℃),然后视树脂流动情况逐渐升温,直到进入热压阶段。高压逐步升温法是利用高压力把热熔的树脂更多、及时的渗入到增强材料纤维的间隙中。由于压力传递给整个坯料板面、芯部比温度要更快一些,要更均匀一些,因此对于树脂固化快、易造成花板的纸基覆铜板来说,它起着积极的效果。在压制中影响树脂的交联固化速度的因素主要是压力和温度,两者缺一不可。在对板的坯料压制后质量情况不明的情况下(如首模压制,又如是试验板),采取此法用温度试探流胶情况,又保住足够的高压力,更为可取。高压力逐步升温法,对压制玻纤布基覆铜板其风险较大(易压裂、或跑板)。对压制流胶多的纸基板,用此法,初始预温度选择不当,也会出现流胶过多或轻微花板问题。因此,要慎重的选择“初始预温温度”。
第三种,逐步升温分段加压法。这种方法是在整个预温过程中,压力分两、三次加足,根据板的预温流胶及胶化程度逐渐提高预温温度。这种方法,在流胶较多的预温情况下较多采用。采用这种方法预温,关键是把握提高压力的时机,一般是视树脂的变化状态及仪表自动补压的间隔来确定,此法要特别注意,在所使用的热压机,因有漏油、高压泵缺油等原因而产生打压速度慢的情况下,以及压制的覆铜板抗剥强度偏低的情况下,则不宜采用此法,同时此法的预温初始温度和压力不可定得太低。
以上是较典型的预温方法,而实际上不止仅此三种,有的预温方式难于单独归结出来。压力和温度是互相配合,互为弥补,相辅相成的,在预温实际操作中应灵活运用,切不可生搬硬套。
另外,有的覆铜板制造厂家在压制覆铜板时,想要解决半固化片受潮,尽量多的排出一些水分和低分子物,以提高覆铜板的耐浸焊性能或解决“花板”问题,将压力加到一定值或接近高压,立即卸压(松压或回压)。这个办法,从生产实践证明,是不可取的。它对压机的管路和阀原件损害较大。
4.热压阶段的压制条件对层压制品质量的影响
(1)压制温度
热压温度可根据树脂和增强材料的种类不同而异。对酚醛树脂的上胶纸,一般采用压制温度在155±5℃。如果温度低,固化不充分,产品性能差,如果温度过高则固化交联过快,不利于平整度和冲剪性。并且挥发物不易跑出,甚至温度过高还会造成“糊板”,脱模用薄膜难揭等问题。
(2)压制压力
热压阶段,要达到工艺要求的单位面积的压力。一般应控制在8—12Mpa (80—120kgf/cm2)。热压时,加以足够合适的压力,是使坯料各层间紧密的粘接,也使树脂在热熔阶段得到更好的在纤维间的渗透、填充。在层压材料内部的各个界面间,残存着少量的挥发物以及固化交联过程中产生的低分子物,它们在压制中不可能完全消除,而在高温下要气化,形成气泡以使材料结构中的孔隙扩大。这些都影响产品的性能,也影响着覆铜板的平整度、耐浸焊性等。保证一定的压力,可以把这些低分子挥发物压缩凝聚到最小程度。当然压力也不能超过工艺要求而打得过高,它不但损坏压机的性能,而且会把增强材料纤维结构破坏,造成“压裂板”或压制流树脂过多。有关研究专著还提出过“压力过大,对板的翘曲度会增大”的见解。
压制过程中,有时会因突然停电,或设备故障、操作失误,而产生“降压”问题,不管是在预温阶段还是热压保温阶段出现“降压”,都会给产品质量造成很大的影响。特别是在预温阶段和热压的前廿分钟内发生,这会造成板的层间粘接极差,起层。树脂固化交联差,板的性能降低,以及产生花板,超差问题。另外,在压制初始阶段加热突然停止(锅炉故障;突然全厂停电、停汽等原因)造成“降温”。“降温、降压”产生的板,通常叫“软板”。一个弥补的办法是按原压制工艺再重新压制一遍,或将压力、温度、时间稍为提高和延长一些。
(3) 压制时间
热压时间是工艺所规定的固定时间。它的长短与生产效率有很大关系,对产品性能影响很大。热压时间短,板的树脂固化不完全,性能低劣。热压时间长会造成板脆,甚至“糊板”等问题,热压时间,要兼顾考虑板的平整度、吸水性、机械性能、冲剪性等。
5.冷却工艺对板质量的影响
冷却效果以逐步缓慢的冷却为佳。急速的加以冷却,使板内的应力增大,不利于板的平整度,应在热压时间结束通入冷水。冷却时间过短,高温度卸板,板容易翘曲。冷却时间过长生产效率低,且卸板时因板过凉,而变脆,板易撕裂,板表面温度以40—50℃卸板为宜。
(四)卸板和后期加工
卸板操作者,负责把压制成型的板逐张从钢板间取出,若有薄膜须把它揭净,把铁板、盖板、钢板表面的树脂渣掸净,用较淡的离型剂涂擦钢板的四周,并且轻轻的把钢板等斜放在钢板车上。钢板的外观保护,钢板表面残留树脂渣、杂物是否除净,以及卸好的成型板的外观情况都与卸板操作者的工作质量有重要关系,卸下的板要按一致的方向摆放整齐。应该精心操作,外观质量达到零缺陷。
后期加工包括切板、个别板的切边、外观处理及整平等工作。切板一般有三种方式:滚剪机锯板、锯板机锯板以及小角度剪床切板。无论切板还是锯板都应使板的外观尺寸保持矩形,即四个角为直角。覆铜板两对角线长度之差不能超过3mm。切板时注意不要将板面划伤,切板、锯板的质量,直接关系到包装质量和产品信誉。
第四节 常见质量问题及解决方法
一、耐浸焊性
(一)耐浸焊性的重要性
耐浸焊性,这项性能是目前国内普遍存在的问题。也是许多生产厂家十分注重的工艺技术问题。
电子产品的性能可靠性在相当大的程度取决于印制电路板的质量可靠性,电器部件插装在印制电路板上以后,要进行自动焊接(波峰焊或浸焊)。在这过程中若出现铜箔的起泡,甚至是焊盘、铜箔线条翘起以及导线脱落,除与印制电路板加工工艺不合理有关外,与覆铜板耐浸焊性有关。国内波峰焊的时间和温度的上限为5秒/260℃,通常采用2.5—4.5秒/230—250℃,最佳条件一般在3秒/240℃附近,按照我国国家标准一般纸基覆铜板的耐浸焊性的指标是10秒/260℃,即在10秒以内不分层、不起泡。
提高和稳定覆铜板的耐浸焊性的重要性在于:1、电视机、录音机等大部分的元器件等都插装在印制电路板上,若因板的耐浸焊性差或不稳定,就会使整个元器件以及印制板损坏或报废并影响整个组装生产线正常进行。2、若在自动焊接后未检查出印制板的该质量问题,就会在整机组装后,甚至自动焊接后未检查出印制板的该质量问题,造成更大的浪费和损失。3、有些整机厂发现一些印制板在过波峰焊中出现该质量问题,有时就不得不采取降低焊接温度、降低波峰没入板的深度等措施。使焊料不能充分接触焊盘,焊料流动性差,造成润湿不良的缺陷,导致整机的质量稳定性降低。
各覆铜板生产厂对浸焊性的质量问题是非常重视的。这项性能的稳定与平整度几乎成为衡量同类纸基覆铜板质量的两大敏感性的重要项目。它直接严重影响着各生产厂的产品声誉。
(二)在热冲击条件下,覆铜板“起泡”是界面严重破坏的结果
纸基覆铜板是由溶液或熔融状态的树脂通过上胶(包括对粗化铜箔的涂胶)、压制,与纸纤维增强材料,铜箔固化成型在一起的复合材料,从板的结构看,通过上述加工后,多种组分,就形成多种界面结构。所指的界面,是树脂与纸纤维增强材料的界面,胶粘剂与铜箔的界面,以及树脂和胶粘剂通过热压产生化学反应交联的整体与增强材料、铜箔各为一侧的界面。
当树脂与增强材料固化成一体时,树脂基本会产生收缩,而且树脂与纸纤维、铜箔的热膨胀系数也相差很大,因此,在固化过程中各个界面上就会产生附加应力。另一方面,已固化成型的纸板,也会在外力、受热作用下,产生板内的应力分布不均匀的情况,甚至在界面上某些部位集中了较高的应力。所产生的上述两种应力,会使界面遭到局部的化学键的破坏,引起板的内部材料形成微裂纹。
在制板过程中,残留在板界面的孔隙中的水分子以及一些低分子物也对界面的破坏造成很大的促进。
上述界面产生的附加应力和界面间由于残留的低分子物而产生的界面的裂纹孔隙,在热冲击条件下(即放入高温的焊锡中),就会产生更大的集中应力,破坏界面间化学键或机械嵌合,使界面的粘接强度很快下降,而界面间残留的低分子挥发气体不断体积增大,活动能量也不断得到补充和加强。这时,已遭到破坏的界面上的粘接力抵抗不住这些挥发气体通过界面上裂纹、孔隙向外散发的内部破坏的力,就会在薄弱的界面上发生铜箔和基板,或基板层间的局部分层、起泡。
纸基覆铜板在热冲击条件下,出现“起泡”问题,是界面遭受到严重破坏的结果。根据板的类型,树脂配方,制造工艺条件不同,界面结构的破坏形式略有差异。在做耐浸焊实验中,其“起泡”的形状、分布瞬时发生的变化也是不同的。当用的树脂分子量分布或固化交联较均匀,树脂较纯清时,其板内界面应该是均匀的,试样放入焊锡中维持不起泡的时间是较为一致,起泡一般出现个别的大泡,起泡瞬间伴有响声,爆发力大。树脂中含有少量杂质时,测浸焊时会出现个别大的泡。杂质破坏了连续的界面层,并甚至可把上胶纸层面垫起一个深深的凹处,在它的周围空隙中易聚积较多的气体和应力,造成界面较大的缺陷,测定数据分散性较大。增强材料含有较大的杂质(如不溶的化学纤维块,较大较硬的纸浆块等)也会出现这种破坏界面层现象。若在测浸焊过程中试样铜箔在同一瞬间普遍出现均匀分布,直径差异不大的泡,一般是界面存有低分子(挥发物)太多。或者是树脂普遍固化交联不好,层间粘接力差的原因。这样化学键在高温条件下没有什么抵抗其破坏应力的能力,界面结构很快被严重破坏了。在测浸焊中,若试样在边缘有一排小泡出现,可能是由于板的半成品或成品吸潮,界面孔隙中进入水份引起的。进入的水分子不但扩大了孔隙的空间,而且在热冲击条件下,产生水蒸汽使界面上的孔隙发生倾向于增大、扩展的变化。有的试样放入较小的焊锡槽测定时,出现焊锡温度突然下降2—3℃的情况,可能是该板界面的裂纹、孔隙较多,受热后迅速扩展应力,吸收活动能量而造成的。一般这种板其耐浸焊性偏低且不稳定。研究上述板在热冲击下界面遭到严重破坏即“起泡” 的不同特点,对于我们分析、找出诸破坏因素的主要因素,调整或改变生产工艺条件,以及新产品板的树脂配方的设计都是有很大的帮助和启发。
(三)提高和稳定耐浸焊性的一些措施
提高和稳定纸基覆铜板的耐浸焊性,就要尽量消除和减少在板的成型和高温下会破坏各界面结构的诸因素。在制造覆铜板过程中,应注意以下各点:
1.铜箔要有稳定的较好的粗化处理层。
2.铜箔胶粘剂要有一定的耐热性和高粘合性。有时两者在胶粘剂配方选择、研制中是相互矛盾的,但两者都要达到一定高的程度。
3.树脂在固化交联时要均匀性好,缩合水产生的少,低分子挥发物少。并应有较高的交联密度,为此采用两种或两种以上的复合催化剂为宜,且树脂制造工艺应严格控制,在树脂制造过程中,尤其在热加工脱水时一定不要将胶液抽到冷凝器中,使冷凝器堵塞。如果冷凝器堵塞或部分堵塞,脱水时间非常长,这时上层水很难脱出,进而造成胶包水,水包胶,如果用这种树脂去上胶压板,不仅影响耐浸焊性,同时覆铜板也会产生严重翘曲。如何解决这个问题?办法1,树脂操作时操作者一定精心操作,不可有丝毫麻痹,而将胶液抽到冷凝器中;办法2,在反应釜蒸发器上安装一个“阻胶器”或在回流装置上安装一个缓冲罐;办法3,经常检查冷凝器,看一看是否有胶液堵塞现象,如遇有堵塞现象,及时疏通清理干净。若采用两次上胶工艺,其一次上胶纸挥发物要尽量控制低。二次必须是疏水性的。
4.树脂中的助剂(主要是阻燃剂、增塑剂、固化促进剂等),要选择挥发性小,耐热性高的。阻燃剂中反应型优于添加型,可选择合适的偶联剂加入树脂中,以提高耐热性或提高湿态粘合性。
5.要考虑树脂和铜箔胶粘剂固化时间(胶化时间),反应交联的匹配。有两侧加上胶玻纤布的纸基覆铜板 ,还应注意两种树脂的胶化时间和交联结构的匹配。
6.上胶纸挥发物的大小,对板的耐浸焊性有很大的影响。要保证上胶纸有较低的挥发物指标,但同时也不能一味压低挥发物,而把可溶性(或流动度)控制得太小,影响界面的粘合性。上胶烘箱温度设计,要有较适宜不同树脂特点的温度层次。同时要注意上胶纸浸渍、干燥的均匀性,并防止残留杂物。
7.保证上胶纸的贮存条件(一般温度应在20--25℃,相对湿度在35%以下为宜),减少贮存期。含有一定极性基团的酚醛树脂的上胶纸在贮存期间的吸收空气中的水分子(吸潮),直观表现在其上胶纸挥发物的增大,对板的耐浸焊性会造成很大的威胁。
8.树脂制造、上胶纸的生产以及压制工序中配料、叠合过程中都要防止杂质的混入。生产现场环境的净化清洁,对产品内在质量也至关重要。
9.压制过程中的压力、温度要合适。压制温度过高,会破坏界面的化学键,造成热分解反应。压制温度低、压力小,会造成固化交联不好,它们都会影响板的耐浸焊性。压制时还要注意压机热板中部和周边的温度应基本保持一致。在夏季潮湿气候条件下,配好的料坯,不及时压制,也会造成料边缘吸潮,影响耐浸焊性。
10.两侧加上胶玻纤布的纸基覆铜板,在浸焊性有一定独特的性质:此类板的脱蜡玻纤布与纸纤维之间的树脂界面,主要是通过“点、格”状形式粘接交联的,这种样式比起纯纸板的“片、层”状粘接附着力是偏弱的。其二,脱蜡布易吸潮。玻纤布的浸透性不如纸纤维。其三,上胶玻纤布和上胶纸一般为两种配方树脂,要达到树脂整个界面的均匀一致是有限的。由于上述原因,此类板在制成成品后,在潮湿条件下,板的耐浸焊性下降幅度大。因此一方面要注意包装防潮,又要注意将此类板耐浸焊性的实测值要做出高于指标的几倍,以有“保险余量”。
二、剥离强度
(一)剥离强度的测定
剥离强度是覆铜箔板中一个重要的质量指标,也是一项常规检验项目。它是覆铜板生产中常出现的质量问题。剥离强度低就会在印制版加工时或装机焊接时出现铜箔脱落问题,甚至会影响整个电器的正常运行。按照国家标准,剥离强度测定方法,要模拟印制电路板在加工工艺过程中可能经受的各种严酷条件,测定铜箔与基材间宽度的粘合力。这些模拟条件包括:①干热后(经500小时);②暴露于三氯乙烷蒸气处理后;③热冲击后(5秒/260℃);④模拟电镀条件暴露后;⑤在溶剂中浸泡后(浸没溶剂10分钟);⑥高温下做剥离强度试验。
(二)对提高胶接强度的认识
胶接强度,一般由两大部分决定:其一是粘合力。也就是铜箔胶粘剂和基材树脂通过在压制中受压受热,产生熔溶——交联的作用力,及上述两种树脂的混合物与增强材料之间作用力。其二,铜箔与增强材料树脂的内聚强度。这里指的树脂虽然包括上胶过程中浸入的增强材料的主树脂,也包括铜箔所涂胶粘剂,但关键是铜箔的胶粘剂。
达到粘接很强的必要条件,是铜箔胶粘剂对铜箔粗化面的很好的湿润。这种湿润不但是在铜箔涂胶工序中均匀的涂胶,还有在压制初期通过高压高温来实现。由于胶粘剂在靠铜箔一侧能很好的湿润、渗透到铜箔粗化面凹凸的表面层中,又在靠基材的一侧与主树脂很好的进行化学交联,才能保证较高的覆铜板的剥离强度。前者的联接,是固化之后是形成象许多小钩子似的状态,把胶粘剂和被粘物(铜箔)连接在一起。有人把这种形成的粘附力归于机械作用,这种胶接理论为机械力结合理论。按这种理论,较高的表面能和高比表面积对胶接强度有利。
(三)抗剥力的破坏
从覆铜板的铜箔胶接结构的断面上看,是由基板层(树脂和纤维增强材料的复合材料)、铜箔胶粘剂与树脂的界面层、铜箔胶粘剂层,铜箔处理的粗化层,铜箔基本层五层结构组成的。它们的彼此的力学性能是相差很大的。例如:铜箔及其粗化处理层是刚性弹性体,而胶粘剂则是弹性体。因此,胶接接头在承受外力作用时应力分布是非常复杂的。由于各个材料的热膨胀系数、固化收缩率不同,以及要受到水、溶剂、热氧化等环境介质的影响,都会生成胶接各层内和之间的应力,而且内应力的分布不均匀的。加之胶接结构的内部缺陷。在做剥离强度试验中,抗剥力的破坏总是会发生的,只不过有抗剥力高、低之分。这种抗剥力的破坏有四种形式:①胶粘剂与树脂界面的破坏;②铜箔胶粘剂的内聚力破坏;③铜箔粗化处理层破坏;④混合破坏。
(四)保证抗剥强度稳定性的主要措施
保证剥离强度稳定性包含有两个含义:一方面,要达到剥离强度在标准规定的各项指标。另一方面,剥离强度在覆铜板的各部位应均匀一致。
达到上述要求,包括两方面保证条件:较好的胶粘剂(耐热性强;胶粘强度高;并且有一定内聚强度;具有好的湿润能力;抗化学药品性好;耐潮性好;贮存稳定性好;与树脂很好的匹配等)。另一方面,在板的加工生产中工艺技术得到保证。其中应注意:
1.电解粗化铜箔的粗化质量稳定、均匀、无划伤、磨损。
2.树脂要有一定的交联密度,与铜箔胶粘剂应匹配。
3.树脂中的助剂(包括增塑剂、阻燃剂等),对胶粘剂与树脂的固化交联无削弱、破坏作用。
4.铜箔涂胶,纸的上胶其含量不能太小,可溶性、流动度不能太小,并且含量、可溶性均匀,保证半成品的贮存期。半成品的材料防止着水。
5.压制的预温、热压保温阶段要在时间、温度、压力方面达到工艺要求。
6.铜箔胶粘剂要达到工艺要求。
三、翘曲度
(一)翘曲度指标的重要性及测定方法
覆铜板翘曲度,板的翘曲通常指弓曲和扭曲两种变形。所谓弓曲是覆铜板的四个角都在同一个平面内,其边沿两条直线边在同一平面内。所谓扭曲是覆铜板的三个角座落在同一平面内,而另一角悬起成翘曲。在研究板的翘曲问题时,又可把它分为静态翘曲和动态翘曲,一些标准均只规定了静态翘曲的测定方法。
IEC标准推荐平台测定法。欧、美和世界不少国家均采用此法。我国国家标准也采用此法。其测试方法简述如下:将覆铜板凹面向上,置于长、宽不小于460mm的平台上。使直尺下边轻轻接触试样两端翘起的边缘,从主尺上读出跨距L(mm),并测量板与主尺上表面的最大距离h,用h减去主尺厚度,即板的弓曲值D。按下式换算成1000mm跨距时的弓曲值d,
由于国标中翘曲度指标d较大,此项指标失去实际意义。一般还要尊重用户的意见,达到更小的翘曲度。另一种测定方法是日本JIS悬挂测量法。
单面覆铜板的弓曲值,铜箔在向上,且板呈凸形为正翘曲。反之,为负翘曲。
覆铜板的翘曲对于板使用质量影响极大。在印制板加工过程中,若翘曲度大,就会影响加工流水线的定位孔的精度,会因翘曲在丝网漏印中把网拽破,甚至翘曲过大,还不能通过流水线。在冲孔加工中也会带来麻烦。在整机组装过程中,由于印制电路板翘曲大,会影响计算机控制的元器件的自动插装;会影响过波峰焊时和元器件腿焊后自动“砍头”时的质量。甚至由于翘曲度很大,会造成过波峰焊时“塌腰”严重,焊锡流入非铜箔面,使整个带元器件的印制电路板的报废。
(二)覆铜板翘曲的原因
1.静态翘曲与动态翘曲
静态翘曲是指生产出的覆铜板的本身翘曲。动态翘曲是指覆铜板在加工印制电路板过程中,受热、受潮、受水影响以及在整机装配时通过波峰焊接过程中,受瞬时热冲击影响造成的翘曲。要创造出高质量、高水平的板,就要达到这种翘曲都小。从研究和解决两大翘曲出发还可以将这两大翘曲,分为以下几种情况(其中“+”表示一般为正翘曲,“—”表示为负翘曲)。
静态翘曲是与增强材料、树脂配方以及板在制造各工艺过程中情况有关,静态翘曲尽量要小,因为这对于动态翘曲的减少有很大的好处,因此,对纸基覆铜箔板,生产后进行一次整平加工是十分必要的。
可以看出,一种覆铜板的动态翘曲包括四种不同的翘曲,而且翘曲方向不同。覆铜板从出厂到印制板加工后,中间经过多道工序。主要是板面清洁及干燥;涂抗蚀剂及干燥;蚀刻及清洗抗蚀剂;涂阻焊剂及干燥;印字符(正反面)及干燥;预热和冲孔,涂助焊剂及干燥等工艺过程。在这些过程中,由于板受冷、热和溶液、溶剂的冲洗、浸泡等外界因素的影响,产生伸缩率不同,应力各异的内部结构变化,造成板的各类翘曲。将印制板加工后进入整机生产过程,先是装插元器件,然后投入自动焊接(波峰焊)。在这个过程中板的翘曲度也在变化。上述各种加工过程印制板的翘曲方向并非向某一方向增大的。而是板在不同加工过程向不同方向增大(或缩小)。动态翘曲的最理想的状态是在印制板制成后和波峰焊结束后,板的翘曲度接近零。
2.翘曲产生的原因
覆铜板的翘曲原因是一个十分复杂的问题。总体来讲,有以下几方面:
(1)覆铜板是由铜箔、树脂、增强材料(有的板具有两种不同增强材料)组成的复合材料。它们的热传导、热膨胀系数、化学收缩率相差很大,在固化成型、受热、受潮的不同条件下,产生内应力,造成翘曲。
(2)单面覆铜板是一种非对称结构的材料,更引起内部存在的应力含水率不均匀造成异向性变形。
(3)在纸板中,增强材料的纵、横膨胀、收缩率不同,使板的横向翘曲大于纵向翘曲。
(三)减少覆铜箔板翘曲应注意的问题
由于覆铜板翘曲问题比较复杂(特别是纯纸基板),影响因素是许多方面的。它包括增强材料、主树脂配方,树脂助剂,树脂的制造,半成品浸渍干燥、压制,后期处理以及产品的贮存包装等。归纳有以下主要几方面:
1.铜箔方面:a、伸长率大小b、铜箔的厚度c、上胶铜箔的含胶量及胶粘剂配方。
2.增强材料(主要指纸纤维):a、纸浆类型;b、纸纤维和纤维素含量;c、纸浆成份比;d、抄纸方式(长网或圆网);e、纸的幅宽厚度均匀程度;f、纸的吸水高度及均匀一致性;g、纸的抗张强度纵向与横向差;h、纸的热收缩、浸水后膨胀的纵横差异;i、纸的水分含量(10)纸的浸水膨胀,受热收缩的情况。
3.树脂:a、树脂的配方;b、树脂的增韧性(增塑性);c、树脂的固化交联特性;d、树脂的粘度与浸透性;e、二次树脂的疏水性;f、助剂的影响(包括阻燃性、增塑剂、固化剂、固化促进剂等);g、树脂制造中的均匀性。
4.半成品的浸渍、干燥工艺:a、浸渍的程度、均匀性b、挥发物、树脂含量的影响。
5.压制工艺:a、压机热板温度的一致性;b、压制升温与冷却的速度;c、配料的配置、搭配;d、各种半成品材料、钢板的纵、横方向的一致性;e、压制时热板内通热气的方向与板坯方向的一致; f、压制的温度、时间、压力;g、卸板温度;h、垫纸的厚度和使用次数;i、压制中流胶情况。
6.板的后期处理:a、包装;b、储存条件;c、整平质量。
上述几方面的因素,要根据板的类型,树脂的配方结构,生产条件找出关键的主要因素,加以解决。同时,要认识到翘曲问题总是多种因素交叉在一起构成的。有时也需要“综合治理”。
四、表面干花
板的表面形成局部或大面积的麻面,称为表面干花。这种现象往往在薄板中易于出现。
(一)产生原因
1.上胶半成品的含胶量偏低,流动度(或可溶性)偏小,因而在压制时树脂的流动性差,不能很均匀的在层压板表面成膜。
2.压制时受热不均匀,由于压机热板的边缘特别是四角向周围空气的传热速率大,压机预热时热板中央部位(芯部)和四角部位有时相差大,故坯料边角的树脂流动性差,若预热时压力跟不紧,形成边角干花,若加热的热板内汽路不畅,则局部温度过低,形成条状及片状干花。
3.压制时预热时间过长,而且压力偏低。在树脂反应大部分进入B、C阶段之前未能及时跟紧压力。
4.压制时受压不均匀,由于热板和托板(即鱼头板)多次磨擦,使托板与加热板不免存在缺陷,使局部压力偏低,形成干花。
5.由于冷却不充分,卸板后钢板温度过高,又立即叠合下一模板,而且未能及时压制,由于坯料在较高温度下存留时间较长,在不受压的情况下绶慢进行反应,加之预热时压力偏低,也会造成表面干花。
(二)解决方法
1.备料、配料时要特别注意上胶半成品的流动度(或可溶性),不能偏低。一般的层压板的上胶半成品均分为本体和表面两种,即俗称的里、面。在配薄板时,要选择树脂流动性好的表面纸,要注意上胶半成品的贮存期不可过长,夏季不得在较高温度下贮存。
2.方案搭配时,要考虑薄板性能与相应的厚板搭配一起生产,以增加坯料的弹性和传热受压的缓冲,使受热、受压均匀。
3.由于产品性能要求或产品规格的限制,薄板单独压制时,垫纸就要厚一些,且要经常更换。
4.压制时预热时间不可过长,要视流胶情况、压力要跟紧,这样不仅对减少表面干花且对层压板的其它性能的提高也有帮助。
5.不锈钢板经常研磨,四个角首先易偏薄。这样,在压制时四个角受呀偏低,也易出现干花,边角花。如果检测不锈钢板四角偏薄过大,就要更换了,不可继续使用。
五、板表面粘住钢板
这种现象在环氧玻纤布板中较为常见,即层压板脱模不好。板的表面树脂部分附着在表面上,造成层压板的表面胶膜被破坏,严重者对钢板的表面质量也有损坏,影响生产的顺利进行。
(一)产生原因
1.板压制期间树脂固化不完全,由于压制温度低或压制时间短,使树脂固化不完全尚残留一部分可反应的基因。如环氧基羟基等。这些极性反应基团氧上的未共用电子对可进入金属(不锈钢板)元素中的空轨道,使之与钢板间的表面亲合力大于树脂分子间力,使树脂的脱模能力大大降低,造成粘钢板。
2.胶液在贮罐内存放时间过长,树脂的内脱模剂在胶液中分散不均匀,造成局部脱模剂量少。
3.外来的极性基团,主要为空气中的水份。夏季由于空气湿度大,若压制冷却时通水时间过长,钢板温度过低。钢板表面会凝结极细微的水滴;上胶半成品从空调间推入压制车间也会在上胶玻纤布表面有冷凝水;操作者的汗水;清除垫纸时的水都会落在钢板上;树脂中某些原料含水分过多等,水是极性分子,有利于树脂与钢板间的粘合,故夏季粘钢板现象要比其它季节严重。
4.同一套钢板连续多次压制环氧玻纤布板后,钢板表面树脂的残留量越来越多。对某些需涂外脱模剂才能有利的层压板生产的,当外脱模剂涂擦不均,也会引起粘钢板。
(二)解决方法
1.保证热压时间及压制温度。经常在压制保温阶段放蒸汽,以排出加热板管路中的冷凝水,保证压制温度。夏季如担心可能会粘板时,可先拉出一层,观察压制固化程度,遇有粘板发生,可适当延长热压时间。
2.夏季下板温度不宜过低,若发现钢板过凉时,可适当通蒸汽回热,然后再下板。若下板后,钢板较热,可用风机吹风降温,然后再叠合,以免因钢板过热导致表面干花。
3.如发现钢板上有水及其它杂质要及时擦去,并涂擦适量的外脱模剂。
六、坯料滑出
坯料和钢板在压制预热、升温及热压前期沿层向滑出,俗称“跑板”,这种现象以环氧玻纤布板居多。
(一)产生原因
1.预热时间过短,预热温度过高,压力过高,打压过于频繁。
2.坯料受热不均匀,坯料两边的温差较大。坯料两边的树脂不是同时熔化、流动,造成一边比另一边先熔化。形成坯料受压不均匀,或对于跑板造成压机柱塞受到径向阻力,导致压机的压力不均匀,在后面几模板压制预热时也易跑板。
3.坯料的树脂含量偏高,流动度偏大或上胶半成品两边的流动度差别较大;或同一炉坯料中有一部分坯料流动度偏大。
4.树脂中脱模剂量过多。
5.压制规格搭配不合理。如边缘薄板的规格偏厚。预温不易热透。
(二)解决方法
1.配板时正、反倒料,使其含胶量、流动度尽量均匀。
2.推板前将加热板温度升至预温温度,使其加热板各部位温度基本均匀,然后将坯料推入压机压制。
3.根据半成品的树脂含量、流动度及存放时间的长短,选择适宜的预热压力,控制加压次数,且要密切观察流胶情况。
4.根据层间总厚度的不同,灵活掌握预温时间,充分热透,避免在层中间坯料温度较低的情况下,急速升温、加压。
5.密切观察,如发现“跑板”迹象,立即采取措施。如在预热阶段树脂未胶化前,可快速通水,将坯料冷却后拉出重新叠合、压制。或不拉出,适当降低压力和温度,并用木块等物塞顶住,防止进一步滑出,待稳定后再开启蒸汽和加压,继续压制。
6.压制易“跑板”的板,不要频繁自动补压(指预热期间)。
七、层压板厚度偏差大
由于设备的精度所限,同一块层压板的厚度也不均匀,因此厚度单点偏差是绝对的,但也有其它原因。
(一)产生原因
1.板的中央厚,边缘薄,这是因压制时板边缘流胶较多所致。
2.板的一边偏厚,一边偏薄,这主要是上胶半成品流动度一边偏大,一边偏小或热板的一边温度高,一边温度低以及热板倾斜所造成的。
3.由于市场需求,用户对板的厚度偏差范围要求越来越小,造成部分层压板超差。
(二)解决方法
1.配料时倒料。使其流动度尽量均匀一致。
2.上胶半成品的上胶测定指标值及尺寸一致。
3.压制推板前先开启蒸汽阀门,将热板预热,压制过程中要经常放蒸汽,排出管路内及加热板中的积水,以防热板进汽一侧温度高,排放汽侧温度低。
4.预热时密切注视流胶情况,防止流胶过多。
八、其它
此外,尚有板表面的一些质量问题。如:板中间颜色深,四周颜色浅,同一模板,有的板颜色深些,有的板浅些,一般叫“色差”。表面积胶;表面压裂;表面树脂渣等问题。板中间颜色深,四周颜色浅,这种情况俗称“镜框”。产生这种情况的主要原因是上胶纸中挥发物比较大。在预热时四周挥发物易跑出,中间挥发物残留量大。因此四周颜色浅,中间深。应当防止上胶纸受潮。特别是上胶纸可溶性过大,相应的热压时产生的低分子物也多,此种现象也更为严重。试验证明低分子物比水份影响大,应尽量减少上胶半成品的挥发物。预温时压力小一些,时间长一些。
板的表面积胶是由于增强材料,本身厚度偏差较大,引起胶量不均或上胶机的缺欠造成胶纸某一位置胶量过大,当树脂流动性比较差,压力跟的不及时或偏小时,造成的表面积胶现象。因此,胶纸树脂含量要均匀,底材厚度偏差不能太大,压制时,注意压力要及时,不能过晚。
板的表面压裂主要是树脂在流动时打压过急,将底材压坏。其次,是增强材料强度太低所产生的。因此应当控制上胶半成品的流动度(可溶性),严格控制胶纸在流胶时打压次数和压力在预温开始不久一段,不能过高。对木浆纸强度过低的要拒绝使用。
板面的树脂渣是由于卸板时及叠合时,对钢板清理不干净,钢板上附着树脂渣造成的。因此将钢板及坯料清理干净再叠合。对不锈钢板的清理打磨要经常进行,这是保证覆铜板外观质量的关键环节。
综上所述,纸基覆铜板目前生产制造企业是量大面广,要认清形势,WTO入世在即,是机遇又是挑战;当前尤为重要的是要加强内部管理,下功夫练好内功。人们说,纸基板生产制造是三分技术,七分管理不是没有道理的。以工艺为突破口,达到两提高(提高质量,提高产量)一降低(降低以原材料为主的各种消耗)追求利润最大化。把量大面广的纸基板做好做大。同时要加强对PCB企业及整机电子企业下游客户的服务。将那些经过专业培训,既懂得覆铜板制造工艺,又懂得PCB工艺及整机电子加工工艺的优秀人员派到市场第一线,为客户服好务,这是覆铜板制造企业应有的义务和责任。同时,也是覆铜板制造业立于不败之地的可靠有力的保证。
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