PCB纸基覆铜板上胶纸加工工艺技术的探讨

PCB纸基覆铜板上胶纸加工工艺技术的探讨 PCB纸基覆铜板上胶纸加工工艺技术 的探讨 PCB纸基覆铜板上胶纸加工工艺技术的探讨 PCB纸基覆铜板半成品上胶纸的浸渍干燥机(以下简称上胶机)是制造该产品的极为重要的加工设备。我国60~70年代上胶机都是浸渍装置简陋陈旧;干燥室内直通而不分各室，温度难于控制;纸的牵引采用机械拉出。这些致使上胶工艺技术水平低，长期停滞不前。80年代初继我厂率先引进日本上胶机后，国内不少生产绝缘材料厂家先后又从日本、德国、意大利、美国等工业先进国家引进较高水平的卧式上胶机(粗略统计已有14台)，使上胶工艺技术也得到很大的发展。本文谈谈在这方面一些新的粗浅认识和看法，以达到互相交流、共同提高之目的。 1.对上胶的目的、作用的认识 半成品上胶纸是利用上胶机通过浸渍和干燥的两大过程连续加工的。提高其加工过程的目的、作用的认识，能更有效地运用和调动先进上胶机的各项功能，在处理上胶中出现的各种质量问上克服盲目性。 1.1.浸渍过程 浸渍过程实质上是浸渍树脂胶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、粘度的树脂漆，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，占据其空间，达到一定厚度的涂层。因此达到上胶纸的含胶量、含胶量均匀程度以及树脂漆的浸透性是浸渍过程中的三大重要目的。 达到一定的均匀的含胶量，是由底涂辊、挤压辊间隙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取决于被吸收的树脂漆的性质，又决定于吸收漆液的纸的性质。同时还与浸渍的方式有关。大量试验事实证明，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 PCB纸基覆铜板的平整度的提高，板的阻燃的稳定性，冲剪性和板的耐浸焊性的各部位的一致。 1.2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:一是溶剂与低分子挥发物的蒸发过程，二是上胶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，后者为化学变化过程。在干燥进行中，两者相辅相成，互为关联。干燥完成后应达到上胶纸只残留很少的挥发物成分和具有与压制加工相适宜的一定的树脂流动程度。 国内引进上胶机，采用先进的干燥装置和加热排废系统，给完成上胶纸的质量提高到一个新水平。它和国内旧式上胶机干燥部分的最大区别是:以热风的形式通过固定角度和距离的喷咀几乎成切线角度地吹向纸面，使上胶纸呈波纹状向前运动，起到干燥和气托的双重作用。而三、四个干燥室的分隔控温，更 或可溶性)指针的控制。对排废风量和各室有利于上胶纸挥发物和树脂流动度( 温度用于计算机自动控制和定时打印，已在1990年从意大利引进的上胶机上得以实现。 1.2.1溶剂与挥发物的排除 在干燥过程中是采用对流热去排除湿态上胶纸的溶剂和低分子挥发物。其效果主要决定因素是:上胶车速、温度、树脂胶液的质量及含胶量等。 干燥过程中，干燥介质(热空气)将热传递给浸有树脂漆液的湿物料上。湿态上胶纸表面的溶剂和低沸点分子物即进行气化，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既是载热体又是载湿体:它通过热风循环系统的送风机提供热源并保持一定的传热速度。这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地得到热能而挥发出去。它又通过排废系统把载有湿体(水蒸气和低分子挥发物蒸气)的热空气，及时地带出干燥室外，以便保持一定的传质(气化)的推动力(蒸发强度)。可以看出，干燥室内的干燥 介质的整个循环过程实质上是载热体的传热和载湿体的传质互相不断转化的过程。 1.2.2浸渍树脂液的缩聚过程 上胶纸中的树脂在未进行干燥时，绝大部分均为A阶段树脂结构。随着干燥加工的进行，上胶纸中的树脂液大部分的溶剂和挥发物被蒸发出去的同时，它也有少量地发生向B、C阶段树脂结构转化。树脂发生进一步缩聚反应、交联密度增大、其分子量不断增长是干燥过程中树脂化学变化的特点。当干燥加工结束时，可溶解于丙酮的A、B阶段树脂结构一般控制减少到75%~90%。严格控制这种转化程度是十分重要的。当转化程度深(俗称"胶老"或"料干")，在压制中树脂流动性差。将对板的许多性能会造成下降。甚至都会失去压制成材的加工价值。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。在完成这种转化过程中，即要求上胶纸树脂量幅宽各部位的转化程度的均匀，又要求上胶纸树脂层表里转化程度的一致。 2.先进上胶机的应用所引起的几个值得探讨的问题 2.1两遍上胶工艺技术问题 两遍上胶工艺技术由于近年来国内许多厂家引进了先进上胶机，得到了实现和发展。在这方面所要研究的内容一般包括:?一遍漆对板的性能、压制工艺性的贡献和影响问题。?一遍上胶的方式和质量控制。?一遍漆树脂配方的研究。?一、二遍漆相互匹配、协调问题。因篇幅有限，仅对前量两个问题谈谈看法。 两遍上胶工艺中的一遍漆上胶，对板的性能保证和提高起着重要的作用。许多国外专利资料都提出PCB纸基覆铜板的两遍上胶工艺中一遍漆树脂配方采用亲水性的(这与二道漆要采用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。另外，浸渍纸的润胀主要取决于浸渍漆液的极性和分子量。漆的分子量越低和极性越高，则润胀越大。而含有水分子漆液对纸的润胀是因漆液占据纸的纤维间和纤维内，并撑大纤维的间隙和内腔而造成。因此，采用这种树脂漆对纸的浸透性的提高具有独特的贡献。 若是制造阻燃板，含有阻燃剂或阻燃树脂的一遍漆，首先浸入纸纤维中，并由于它浸透性高、存留在上胶纸的里层，因此可增强板的阻燃稳定性和减少二道漆树脂成分中的阻燃剂的用量。后者的结果，使二遍漆树脂配方设计更有利于提高介电性能、提高板的耐浸焊性及降低板的制造成本。 两遍漆上胶还对板的湿态平整度、冲剪性的提高有很好的促进作用。 一遍漆一般采用低分子水溶性酚醛树脂或三聚氰胺甲醛树脂。因此一遍漆上胶的含胶量的控制、胶量横幅均匀程度及加强浸透性是几个很关键的问题。含胶量的过大或不匀直接影响板的耐浸焊性，并对板的平整度的加强起到适得其反的结果。下面对山东招远电子材料厂1990年引进的意大利上胶机在一遍漆上胶部位设计特点作简单的介绍和，或许能对上述提出的几个关键问题加深认识。 (1)该机一遍上胶采用单面浸胶法(国内引进的先进上胶机普遍采用此法)。这种方式能够有效地把纸纤维间隙中存留的空气从单一方向赶走，很好地完成此空间由低分子树脂漆与空气交换过程。 (2)在涂胶部位采用多种装置互相协调控制上胶纸的胶量和胶量均匀度。其中有:可调动的张力辊可控制纸与主底涂辊的包角大小;主、副底涂辊的转速(在此装置的附近装有转速数字显示仪表);主、副底涂辊的可调间隙;副底涂的刮板与辊的间隙等。 (3)一遍漆从靠近纸送入一侧的漆槽子纵向的上部注入，从另一纵向上端边沿流出，不断循环。这比我厂引进的日本上胶机从漆槽底部中心补充树脂漆有很好的改进。前者的优点在于:漆槽内各部位的新、旧树脂漆混合、循环纳新更为均匀。它有利于上胶一遍漆含胶量、可溶性的横幅方向的均匀一致。 (4)高位槽和漆槽外套有热水控温系统。以保证树脂漆不因环境温度变化而使粘度变得差异较大。 (5)纸的预烘装置紧靠纸的涂胶部位。其纸在徐胶时表面温度能维持在35-50?，有利于树脂漆的浸透。 2.2加强二遍漆的浸透性的问题 注重上胶过程中的浸透性提高和一致性问题，随着近几年对引进国外PCB纸基覆铜板生产技术的消化吸收，更加感到它的重要性。先进的上胶机二遍漆上胶的初浸也采用单面涂胶方式。并单浸后上胶通过可调整高低的定时辊，反"V"型走向，有更长一些时间进行常温下渗透，然后才进入双面浸胶槽内。进入 两进两出"呈"W"型走向后再穿人挤压辊。招远厂二遍漆双面浸渍槽的纸，也是" 意大利上胶机上述渗透距离比我厂日本上胶机此处距离长一倍之多(见图2)。笔者曾在多次试验中证明，减少上胶纸的一定含胶量可以改进板的平整度，而含胶量的减少又易产生"花板"问题(特别是使用目前厚度、吸水高度横幅均匀程度较差的国产棉浆纸上胶)。而先采取单面浸胶及浸胶后的渗透手段是有助于这一难题得到解决。 保持二遍漆在上胶时粘度的稳定一致也是十分重要的。特别是使用桐油改性酚醛树脂为主体的树脂漆更为必要。因为此类漆贮存中粘度变化是较快的。先进上胶机为此都有漆槽外层有保温、控温装置。而且有的上胶机还配有对漆的粘度进行连续监测，用计算机控制定时定量地补充溶剂，使粘度在连续上胶时间内始终控制在工艺要求的范围内。 2.3干燥温度文件次问题 提出注重各干燥室的温度文件次问题研究，理由在于:?在干燥过程中由于树脂漆中各种溶剂、低分子挥发物的沸点，结构成分不同，它们的蒸发、排除也有不同的温度文件次。?试验证明:在一定上胶车速下，只有达到某一个(或一个范围的)干燥温度文件次，上胶纸的挥发物才有明显的下降。?湿态上胶纸在刚进入干燥室的一段区域内，还存在一个树脂继续对纸纤维内进一步的均匀渗透的问题。它的渗透效果与干燥温度文件次有关。?在干燥加工中还要考虑上胶纸出干燥室后的工艺性问题(防止粘辊、防止夏季成垛的上胶纸因芯部温度过高而可溶性下降快)。 可将干燥装置按上胶纸走向分为五个区域:低温区?较高温区?高温区?较低温区?冷却缓冲区(此区在干燥室外)。上胶纸在各区域干燥的化学、物理变化不是完全截然分开的，而是连续完成的。 低温区主要担当着将沸点较低的溶剂蒸发，上胶纸树脂进一步渗透的任务。因此该区温度不得过高，否则会产生由于溶剂挥发过快过猛而形成凝胶膜。这 不利于对不同蒸发温度的溶剂、低分子的排净及树脂对纸的进一步均匀渗透作用。较高温区和高温区主要起降低上胶纸的可溶性，蒸发出高沸点溶剂和挥发物的作用。两区要有由低至高的温度文件次。不可倒置设计，否则将出现上胶 外焦里嫩"情况，上胶纸内部低分子挥发物受到凝胶膜封闭而它的挥发、纸的" 排出受阻。笔者曾对我厂368板上胶纸几百个测定的挥发物资料进行过数理统计表明:这种两区温度文件次倒置，会使挥发物一般要高出0.2%~0.5%。实践经验证明，当树脂漆粘度较大时将此两区的温度文件次拉大，有利于压低上胶纸的挥发物。较低温区是对前两区两个功能的补充和协助。此区的作用对可溶性降低比挥发物降低更为敏感些。 温度文件次的问题研究有着重要的实际生产指导意义。反之，利用对它的规律性的认识，去设计树脂配方，就能更好地提高PCB纸基覆铜板的制造水平。