覆不对称铜箔的覆铜板翘曲性研究

唐军旗 李志光

（国家电子电路基材工程技术研究中心，广东 东莞 523808）

0 前言

通常情况下，双面覆铜箔层压板都使用厚度一样的铜箔制作，且上下铜箔类型也一致（电解铜箔或者压延铜箔），即使两面铜箔不同，但至少两面铜箔的特性不会相差太远，如铜箔厚度、铜箔种类等，这是为了保证该双面覆铜箔板在常态（A态）、回流焊后等状态下不会发生翘曲。而对于单面线路要求能通过大电流时，需要覆铜板基材的两面铜箔设计成不同厚度，把一面铜箔设计成厚铜，以满足导通大电流的要求，但这样无疑加剧了覆不对称铜箔的覆铜板的翘曲风险。

产生翘曲的主要因素是应力，应力的产生因素可分为内在因素和外在因素，内在因素如树脂配方、原材料种类等，外在因素如覆铜箔板材的生产工艺条件等。外在因素可以通过工艺综合改善优化很好的解决；内在因素，也即基材本身的翘曲性，只能通过树脂配方的设计、原材料种类的选择等去解决。树脂配方的设计主要为树脂、固化剂、促进剂的种类及其用量的选用。

本文介绍了对覆不对称铜箔的覆铜板翘曲性研究结果，通过静态翘曲测试了覆不对称铜箔的覆铜板在A态和220 ℃高温处理后的翘曲情况，并通过动态翘曲测试了覆不对称铜箔的覆铜板在不同温度下的翘曲情况，从而选出适合用在覆不对称铜箔的覆铜板的基材种类。

1 实验部分

1.1 原材料

选择三种类型基材制成覆不对称铜箔的覆铜板，三种基材及其基本物性如表1所示。覆铜板采用单张PP厚度均为100 μm。表1中基本物性的测量方法参照IPC标准，除XY CTE（热膨胀系数）（拉伸法）和动态翘曲测试采用0.1 mm厚度的基材外，其余测试采用0.8 mm厚度的基材。

表1 三种基材基本物性表

1.2 测试方法

1.2.1 静态翘曲

覆不对称铜箔的覆铜板的静态翘曲类型为弓曲和扭曲，其定义和测试方法参照IPC-TM-650标准。

弓曲的定义为：覆铜箔板材类似于柱形或曲球形的一种变形，对于形状为矩形的覆铜箔板材，它的四个角位于同一平面。

弓曲测试方法为：样品凸面向上置于测试平台上，测量样品与平台最大垂直距离，弓曲百分率=最大垂直距离/被测量一边的边长。

扭曲的定义为：矩形的覆铜箔板材在平行于对角线方向的一种变形，其中一个角不包含在另外三个角的平面上。扭曲测试方法为：样品置于测试平台上，使任意三个角接触到平台，测量不接触平台的角与平台最大垂直距离，扭曲百分率＝最大垂直距离/对角线长度。样品尺寸为250（经）×300 mm，一面覆18 µm铜箔，一面覆210 µm铜箔，分别测量覆不对称铜箔的覆铜板在A态和220 ℃高温处理1 h后的静态翘曲情况。

1.2.2 动态翘曲

采用翘曲测试仪测量。取覆不对称铜箔的覆铜板，样品尺寸为240（经向）×70 mm（纬向），分别测试一面覆18 µm铜箔、一面覆210 µm铜箔及将一面所覆18 µm铜箔蚀刻掉、保留另一面覆210 µm铜箔的样品动态翘曲情况，测试条件为30 ℃升温到260 ℃再降温到30 ℃，升降温速率为0.5 ℃/min，记录整个过程板材的翘曲大小变化情况。

1.2.3 材料涨缩率

采用TMA测量，样品尺寸同IPC标准测试材料XY CTE（拉伸法），测试程序设定为，从30 ℃升温到260 ℃，恒温10 min，再从260 ℃降温到30 ℃，速率均为10 ℃/min，结果取升温段30 ℃的位置为l 1，降温段30 ℃的位置为l2，材料涨缩率＝绝对值（l2－l1）/样品长度。

2 结果与讨论

2.1 覆不对称铜箔的覆铜板的静态翘曲

从表2可以看出，A板的静态翘曲，无论是A态还是220 ℃高温处理1 h后，其翘曲度均远远超过B板和C板的翘曲度。基材的高刚性没有有效降低覆不对称铜箔的覆铜板的翘曲，反而产生不可逆的翘曲。另外，A板在A态的静态翘曲形态为较大的弓曲，与其他两种覆不对称铜箔的覆铜板较低的扭曲在种类和大小上有明显的差异，这也表示应力残留对覆不对称铜箔的高模量、高Tg覆铜板的影响极其严重，即使基材具备低翘曲特性，但一旦应力不能及时被缓冲并释放出去，势必造成严重的翘曲情况。

表2 覆不对称铜箔的覆铜板的静态翘曲结果

B板和C板使用的基材由于具备低模量特性，对应力的缓冲有明显的作用，应力的残留及产生没有造成严重的翘曲，其A态和220 ℃高温处理1 h后的翘曲度较低。220 ℃高温处理1 h后的翘曲度，C板的较低，这与基材Tg的高低有关。220 ℃高温，已经远超过低Tg基材的Tg，在此温度下处理1 h，过度固化，内应力残留严重，低Tg覆不对称铜箔的覆铜板受内应力的影响容易形变。

2.2 覆不对称铜箔的覆铜板的动态翘曲

值得注意的是，在实际测试静态翘曲的过程中，有额外的影响因素，对于低模量基材，由于厚铜箔较重，基材本身较柔软，覆不对称铜箔的覆铜板在重力的作用下，翘曲度进一步减少，因此，静态翘曲测试不能完全反应覆不对称铜箔的覆铜板的翘曲情况，有必要考察覆不对称铜箔的覆铜板的动态翘曲情况。B板和C板的静态翘曲度相近，选择这两种覆不对称铜箔的覆铜板做动态翘曲对比测试，并分别考察保留两面铜箔(18 μm/210 μm)及一面蚀刻薄铜箔（0/210 μm）覆铜板的动态翘曲情况。

从图1可知，覆不对称铜箔的低模量、高Tg覆铜板（C板）的动态翘曲较低，特别是一面蚀刻掉铜箔、保留另一面覆210 µm铜箔的样品，C板的动态翘曲大小与覆不对称铜箔的低模量、低Tg覆铜板（B板）的差距更大，差距近50%。与2.1的解析一样，高于基材Tg的处理温度下，过度固化，内应力残留严重，覆不对称铜箔的覆铜板受内应力的影响容易形变，导致B板的动态翘曲度较大。

图1 动态翘曲测试结果图

2.3 覆不对称铜箔的低模量、高Tg覆铜板（C板）低翘曲分析

C板的翘曲较低，除与Tg较高和模量较低外，更重要关键点在于基材在不同温度下翘曲变化小，对比低模量、高Tg基材和低模量、低Tg基材的动态翘曲性，如图2所示。从图2可以看出，低模量、高Tg基材具备在整个动态翘曲测试的过程中，30 ℃升温到260 ℃再降温到30 ℃，翘曲变化很小，最大翘曲和最小翘曲差为90 µm，而低模量、低Tg基材的最大翘曲和最小翘曲差达到230 µm，是前者的2.5倍多，也因此，低模量、高Tg基材在覆不对称铜箔覆铜板的应用上，比低模量、低Tg基材具有更低的翘曲性表现，能满足覆不对称铜箔的覆铜板的低翘曲性的要求。

图2 低模量、高Tg基材和低模量、低Tg基材的动态翘曲性

3 结论

低模量、高玻璃化转变温度基材能明显降低覆不对称铜箔的覆铜板的翘曲，其A态和220 ℃高温处理后均有较低的翘曲度，动态翘曲测试也显示其具有较低的翘曲，其根本原因在于基材具备高Tg和低模量特性。这类基材可满足下游对覆不对称铜箔的覆铜板的低翘曲性应用需要，市场前景广阔。