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Y-Alliance Tech Corp.
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Remember CCL plants utilized Gel time method for many years, under the pressure of PCB makers, they tried Scale Flow method to identify prepreg thickness. Now it had been adopted viscoplot method to replace Gel time in Treating process control. Some Famous PCB Makers(especially in Europe and Japan) already use the minimun viscosity data as incoming inspection requirement, actually, they reduced scrap rate in lamination process. It was not a new Technology, but need be carefully calibrated and trained before take into operation. Here Y-Alliance disclosed the training materials for PCB/CCL consideration. Unfortunately, It was written in Chinese, will be translated later on website.
膠片黏度控制系統說明
I. 概要 銅箔基板主要原料為玻纖布,環氧樹脂,及銅箔三者構成,其中變異性較難掌握的為環氧樹脂的聚合度,常因原料的批次間差異及生產機台調控因素,使得膠片半成品物性不穩定,卻常找不到原因何在?而玻纖布之特性又影響prepreg之物性,雖然此類不良品之比例低於5%,卻不時發生,讓人頭疼. 目前CCL廠已逐漸建立一套膠片黏度控制模式,使不同機台,不同時間生產之膠片在壓合品質特性上,表現一致的熔融黏度,取代以往僅用Gel time來調整Treater之溫度,機速;經過多年的實驗,早已超越品質管制線的理念,而引發至研發新產品的地步了.由於略有所得,故提出以就教同好. II. 說明 目前對膠片半成品之掌控要點為調整Treater之含浸滾筒間距,機速及溫度以控制膠含量(Resin Content),膠流量(Resin Flow),及凝膠時間(Prepreg Geltime),其中凝膠時間之測定及含義,眾說紛云,並不足以表示膠片之固化特性, 尤其在輕薄短小的潮流下,基板的厚度控制由class 3到class 4, 故在壓合過程中,膠的溢流量必需十分精準,故low-flow, non-flow之膠片不斷推陳出新,但在PCB工廠仍以Gel time作為進料檢驗的依據,故在多層壓合時,不時發生滑移或乾涸的狀況,近來使用Brookfield之最低黏度值作為參考,亦不得要領; 用RDA II當然可以瞭解這批膠之流變性,但無法作為treater之控制用,未達實用性. 最低黏度之理論早已發展成熟,但如何以適當的黏度儀器量測出可信賴的數據,並作為調整分析的依據,各家CCL製造廠視為珍祕,不易得窺全貌,故用現場測定膠片之最低黏度及固化時間,並作圖瞭解原料及機台調整之變異因素,及時排除可能造成之不良品,使半固化膠片之黏度流變物性在控制範圍之內,品質自然更為穩定 (1) 量測方法 – 取樣品之膠片,揉成粉末,與測P/G方法雷同,將粉末稱量放置於黏度測試儀上,在定溫及定速下,測定樣品之最低黏度及固化時間. (2) 作圖 – 將量測之數值,繪點於平面座標圖上,並按不同捲之玻纖布,連點畫出趨勢線,依照不同之膠片規範,訂定不同之控制窗框. (3) 調整及控制 – 依累積之經驗數據及產品規範,適當調整上膠機之速度,溫度,以達到規定之範圍之內,如因換布,換膠,或不明因素,致使黏度值大幅變動,則由製造工程師即時採取措施,或更換玻纖布或換膠換規格等應變措施,使不良品降至最少. III. 理論基礎 高分子之聚合度因各單體濃度,架橋劑,加速劑,溶劑,溫度,等因素而導致反應速率不同,聚合之分子結構各異;在工廠生產時,因各項條件固定,所控制的是B-stage的膠片聚合程度,其固化程度,常以黏度為表示值,故以黏度變化與固化時間作圖,可以下圖表示,在適當之最低黏度下,可獲得較寬之熱壓範圍.在含浸上膠時,因上膠之溫度條件時有變化,形成不同之半固化狀態,致使每批之最低黏度及凝膠時間都呈現不同之特性,故在生產膠片時,必需適當調整機台,找尋最佳之生產條件.
目前膠片的固化程度以凝膠時間(P/G)為標準,由於同一凝膠時間(P/G),其最低黏度值卻不同,故可能造成熱壓時,膠片流動不均一的現象,如下圖所示,在相同的凝膠時間(P/G),其反應速率並不相同,故雖熱壓條件相同,會造成膠流量不同的現象.
相同P/G之黏度特性圖
另由於凝膠時間以人之感觸為基準,故需經長期訓練,人為誤差在所難免,如能以機器取代,可強化數據的客觀性.所以同一產品膠片的最低黏度值及固化時間,能用某種儀器同時量測出,並能及時調整上膠機,使量測值在規定範圍之內,當然可使熱壓後成品品質更趨穩定,如下圖所示.而會造成偏差之各項因素, 則必需逐項檢討,說清楚,講明白,品質自然可改善. 7628 Core 之座標圖
IV. 黏度變化之重要影響因素 (1) 含浸上膠機 (A) 機速 機速的改變會影響到最低黏度值及固化時間.
(B) 烤箱溫度 第一,二節烤箱以蒸發溶劑為主要目的,第三,四節烤箱則在催化聚合反應,每增減2℃,黏度圖即有相當之變化,故不同產品之溫度及速度必需嚴格控制,換規格需停機調整,開機後產品可維持同一品質之基礎.
膠片之厚度主要由膠含量(R/C)決定,用調距滾筒之間隙來調整,然而由於客戶對厚度要求之公差愈來愈嚴格,故在熱壓時膠流量之控制亦十分重要,最低黏度法可界定同一膠含量(R/C),具有不同的最低黏度值,其熱壓厚度卻呈現不同之差異,故在厚度控制時,將黏度作適當的調整,達到更精準的厚度公差.
(2) 原物料之影響 (A) 環氧樹脂凡立水(Varnish) 不同批成膠之反應度因成份差異,溫度及老化(熟成)時間的變化而呈現不同之特性,由於目前常用配方為Tetra加Di-functional 環氧樹脂混合而成,故Tetra含量及物性(環氧當量,游離氯)對反應度影響至巨,以下圖說明
(B) 玻纖布 (a) 各供應商矽烷處理之區別 各玻纖布製造廠在作Silane後處理時,因其配方及製程調整方式不 同,故其特性不同,而CCL製造廠的配方亦大相逕異,故與Silane之 親和性,各所不同,從黏度圖中可清楚分析不同供應商之反應度及其 生產批次間之差異,可選擇或要求供應商提供相似特性的玻纖布.
(b) 不同規格玻纖布之差異 由不同布種生產之黏度值,可得到愈薄布之反應速率愈快,可能與Silane量有關,故在壓製不同組合之膠片時,必需搭配相近之黏度值,品質較穩定
V. 討論 由於黏度控制模式牽涉到目前膠片之生產特性,需足夠的數據來解說,分析原因,瞭解調控方式後,方能維持穩定的膠片品質,其結論如下: (1) 原物料(玻纖布及環氧樹脂)來源愈穩定愈佳, 雖然各家玻纖廠及環氧樹脂公司都號稱各機台之產品一致,但在實際的含浸上膠數據中,確實發現各玻纖廠商之finish處理略有差異,故間接影響了viscoplot之最低黏度及固化度,故在來源上應儘量要求同一廠商,同一finish機台,作同一產品;如使用不同廠商之玻纖布,必需依黏度測試值,調整機速及溫度,使其流變性一致. 至於環氧樹脂,特別是tetra類,如以53加侖桶裝,上下不均或批次差異的變化較大,在配方設計時宜先作考量. (2) 含浸上膠機之調整 (A) 機台特性 每一台treater設計都不同,故不同產品之機速及溫度都不相同,以往以Gel time為控制指標,故或以溫度,或以速度來達到目標,但經由viscoplot證明,同一產品類別(例7628 core)在同一機台上應適用於某一機速及溫度,千萬不可僅憑Gel time之數據來調整,如前所述,同一gel time其固化時間差異極大. (B) 機速及溫度之微調量 ,溫度宜設定為0.5℃,故各控制機構應作適度修改,以符合精度要求. (C) 變換不同之產品規格 依經驗,變換規格最好停機,待溫度達到均衡狀態,再以標準機速開機,如此之報廢率最低,邊開機邊調整之產品變異性較大. (3) Viscoplot測試儀器探討 此為極關鍵的因素,使用Epprecht及Paarphysica黏度測試儀,都可以應用於prepreg上,而Brookfield為通用類儀器,其黏度範圍較大,故尚無使用經驗,據稱新開發出的類型可適用,仍待証實. Viscoplot之黏度測試值係以不同轉速下,找出最適合之熔融最低黏度值及其固化時間,故此儀器校正頻率極高,由於係on-line測試及調整treater,在應用上,視檢驗批量,每台treater宜搭配一台viscometer,或2台Treater配置1台黏度儀.以能即時回饋 (4) 產品設計 (A) 在同一基板厚度,有時有不同類別之膠片,如7628 +1080壓合而成,故理想狀況為此二種膠片之viscoplot最低黏度及固化程度一致,壓合程式及厚度自然均勻. (B) 轉化率 在成膠配方中solution gel time與 prepreg gel之比值,原則上不宜差距過大,如比值太高,例如2:1,則Treater所需之熱能較大,而左,中,右之均勻性不好控制,一般在1.2-1.5之間較合宜. (5) 其他 Prepreg黏度控制方法絕非萬能,但提供了較Scale flow及Gel time更精確的方法來測試膠片固化的性質;需仔細考量其他因素會影響量測的結果,如膠粉放久或濕度較高或儀器因素等等,使得所測之黏度值變異太大,只要詳加研究,viscoplot不失為一較佳的製程控制技術.
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