PTFE板材烘板后剥离强度衰减原因分析及改善方法

2021-12-08周轶人黄伟壮王灿满

印制电路信息 2021年10期

周轶人张华杨涛黄伟壮王灿满

（广东生益科技股份有限公司，广东东莞 523000）

0 前言

在印制电路板（PCB）加工过程中，需要采用烘板工艺除去板材中的水分，避免后续加工和使用过程中发生分层爆板等异常问题。但使用聚四氟乙烯（PTFE）板材测试后发现，整板带铜在200 ℃热风烘箱烘烤2 h后，板边20 mm范围内出现剥离强度衰减现象，从原有的1.5～2.0 N/mm衰减到0.21～0.8 N/mm，故随机取样4组进行重复验证试压，测试结果见表1所示。

表1 PTFE高温烘板后剥离强度测试

PTFE板材的剥离强度一般在1.2～1.8 N/mm区间，以上重复验证数据表明，在高温热风烘烤后剥离强度下降到了0.4～0.5 N/mm区间，确实出现明显衰减的现象。同时在后面的实验过程中，发现板边和板中位置的失效程度不一样、不同材料之间的搭配失效程度也不一样，故判断导致失效影响因素可能较多。

板材的剥离强度过低，会导致后续加工过程中出现掉线、掉盘等问题，是不能被接受。

1 剥离强度失效影响因素考察

PTFE由于其材料的特殊性，本身需要高温才能压合。而压合后板材的剥离强度并没有问题，因此主要影响因素在于烘板和压合条件的差异。经对比，烘板和压合过程的主要差异如表2所示。同时结合烘板温度越高、时间越长，PTFE板材剥离强度失效越严重的实际情况，可以判断主要是压力和真空对剥离强度失效有较大关联。

表2 烘板和压合的加工差异

（1）压力影响考察。取压合好且剥离强度测试合格的PTFE板材一块，在实验压机中，采用加压（非真空）烘板（热板加热）。然后测试其板边剥离强度，发现板边依然存在剥离强度衰减问题，从原有1.93/1.91 N/mm减少成0.52/0.55 N/mm。

实验表明，即使在有压力的条件下烘板，PTFE板边剥离强度依然出现明显衰减，说明PTFE板材剥离强度失效跟压力关系不大。

（2）真空度影响考察。真空和非真空的主要区别是空气中氧气，相关资料表明，氧气对铜箔及处理剂有氧化作用，故安排真空烘箱和非真空烘箱加热同一块板材的四个小样，以考察空气的影响，结果如表3所示。

表3 真空度对烘板后剥离强度的影响考察

数据表明，同一张板的4个样品，其中两组真空加热的情况下，板边剥离强度基本没有衰减；而另外两组在非真空加热的情况下，剥离强度出现明显降低。因此说明在烘板过程中，由于氧化作用，导致了剥离强度失效。同时如果采用浸锡的方式进行烘板，也会发现浸在锡液中的部分没有剥离强度失效问题，而暴露在空气中的部分则存在剥离强度衰减问题，也说明烘板时，主要是空气对PTFE板材的剥离强度影响较大。

2 PTFE板边剥离强度容易失效的原因分析

在PTFE板整板带铜烘板时，只有板边发现存在剥离强度失效，板中间则基本没有该问题。因此对其差异性进行考察。经分析，认为主要可能与压合时板边压力偏小和氧化过程有关。

2.1 PTFE压合压力均匀性对板边氧化失效的影响考察

根据CCL生产工艺特性，层压过程中，板材边缘因流胶后厚度变薄、缓冲材料移位、工装边缘磨损等因素，板边区域的压力值相对中间区域会偏低。而PTFE板材烘板时，均是边缘出现剥离强度衰减问题，因此可能为层压时板边压力过小，导致剥离强度不足而容易被氧化并失效。故随机取三块板材，整板分经纬向均匀取16个样品进行加热后测试板边剥离强度（经纬两个值），其测试数据如表4所示。数据表明，将板材分成多块后再加热，原处于板中间位置的剥离强度也出现失效问题，并不是只有之前发现的板边位置有失效问题，因此说明板边位置剥离强度失效和压合时板边位置压力偏小相关性较小。

表4 PTFE板材整板取样加热剥离强度分布情况

2.2 PTFE板材高温氧化过程考察

鉴于PTFE整板带铜烘板时，板边和板中剥离强度相差很大，因此取一块较大的样品，先带铜烘板，然后从边缘至中间密集蚀刻线路并测试剥离强度，同时观察基材是否差异，情况如图1所示。

图1 PTFE烘板后剥离强度失效趋势

经观察和测试，越靠近板边，基材和铜箔剥离后因应力导致的发白区域颜色越弱，即剥离强度失效越明显，由此说明失效是从板边逐步深入板材中间，板中位置由于有铜箔的保护隔绝了氧气，因此板中没有失效问题。

3 改善措施

基于前文的实验考察结果，针对PTFE板材高温烘板后剥离强度失效问题，可以采用的改善措施有：

（1）改变烘板环境或不烘板。测试结果表明，PTFE板材高温后剥离强度失效主要和氧气有关，而真空条件下烘板则没有问题，因此可以考虑真空烘板或充氮气烘板的方式；

（2）降低烘烤条件。根据考察，PTFE在高温后剥离强度失效是一个较慢的过程，而目前200 ℃烘烤1 h的条件比较苛刻，如果能降低烘板条件可以减缓此问题。根据考察，不同烘烤条件下，剥离强度失效差异比较大，具体如表5测试数据。因此如果能根据实际加工条件降低PTFE板材的烘烤条件，也可以改善剥离强度失效问题。