刘锦琼 张 华 刘文龙 钟健伟

（广东生益科技股份有限公司，广东 东莞 523808）

0 前言

电子信息技术的快速发展，对覆铜板（CCL）也提出了更高的要求，从而使得填料在覆铜板的树脂配方中越来越不可或缺。因为填料除了能够显著降低制造成本外（只有部分特殊类型的填料单价会超过树脂），其还能够赋予覆铜板更高的性能和更多的功能，如高导热率、低介电常数、良好的厚度均匀性、高CTI（相比漏电超痕指数）、低CTE（热膨胀系数）等[1]。因此，填料技术随之也突飞猛进，如使用的种类越来越多、形态各种各样、粒径越来越小，还有就是配方中的添加比例越来越高，目前有些配方高达70%。而单从配方填料比例增加而言，其生产过程的难度已经远高于低比例的体系，暴露出的问题也不同于低比例体系，按照目前低比例体系的生产工艺生产已经无法满足要求，需要调整。

2 覆铜板高填充体系定义

目前，覆铜板行业中的产品并没有按填料比例进行类别区分的标准，现有资料显示，覆铜板如果按填料重量比例区分，一般就划分为两类：一类是“一般比例”，是指填料重量占比一般在15%～30%，属于一个较低范围；另一类则是“高填充比例”，指的是填料的重量占比在体系中为40%～70%，基本不会超过80%[3]。

但实际中，由于受配方实际固含量、填料密度、填料表面形貌、填料处理工艺等因素的不一样，同一填料重量比的配方，实际生产差异可能会较大。如填料密度过大时，主要体现为填料沉降问题；填料比表面积大时，又主要体现为吸油值大的问题。故按照投料重量比例区分产品时，并不能完全体现此类产品的加工特性，仍需以填料和树脂之间实际的填充情况为准。

3 高填充体系混胶生产特点

3.1 投料重量准确性要求更高

目前，覆铜板混胶工序为保证生产效率，单次混胶量都比较多，一般在3吨以上，因此所用设备体积都较大，造成投料输送树脂过程中管道、容器、泵体等设备腔体内存在残留较多问题，即树脂实际添加量会少于配方需求量。填料比例低的体系因树脂量多，此类残留的问题占树脂总量比例小，故影响较小；而高填充体系因树脂比例本身比较低，一旦树脂投料量减少，则影响度会大幅度提升，所以高填充体系需要特别注意投料重量的准确性。常采用的控制方法有：

（1）对混胶设备和流程进行专门设计，如通过减少管道的长度缩短输送距离等，尽量实现物料直投，减少设备传输过程产生的残留量。

（2）优化投料方式，如泵树脂后，采用一定量的溶剂冲洗管道、设备，清洗出设备中残留的树脂。

（3）混胶釜可以增加称重功能，以树脂实际投料量进行管控。

3.2 填料分散难度更大

相关资料显示，填料分散后如果粒径依然＞30 μm以上，产品容易出现斑点、条痕缺陷[4]，在PCB钻孔时会发生填料脱落等问题，目前一般需要将填料粒径控制到30微米以下。但由于填料一般为固体颗粒，且因为粒径小（一般小于20 μm）表面容易聚团，所以胶液中的填料粒径实际很容易大于30 μm，因此自从填料进入覆铜板后，胶水中填料分散的均匀性成为制约覆铜板质量的一个重要因素。

另外随着填料使用技术的发展，其分散难度越来越大。如仅从填料比例而言，当胶液中的填料比例达到某一程度后，胶水密度上升，此时再往胶液中投入填料，填料会漂浮在胶液表面，同时基于目前搅拌式的混合方式，漂浮在表面的填料很难进入到树脂中而无法实现分散的第一步 —浸润，之前下沉在混胶釜底部的填料也存在同样问题。现行业中，高填充体系的填料分散技术手段有以下几个方面：

（1）对填料表面进行预处理。之前日立化成就有相关专利，通过采用一种硅低聚物对填料表面进行预处理，并制成浆料，从而可以使得填料易于分散，进而大幅度提高配方中填料的比例。

（2）选择球型填料。由于球型表面能较小，因此球形填料不易团聚，会更好地分散，目前常用的填料为熔融球形二氧化硅。

（3）减缓投料速度。投填料过程中，应控制投入填料的速度，因为填料分散需要一定时间，一旦投料过快就会发生堆积，将更难混合到胶水中，所以需要缓慢加入填料而改善这类问题，常用的方式为少量多批次，如分时段投入填料、投料后期避免整袋投料等。

（4）改变投料进口。目前行业里，投填料时一般都是从胶液上方依靠重力自然掉落到胶液表面，由此导致漂浮和堆积问题，且在胶液上方釜壁也会残留很多，造成分散困难。因此可将填料投入到胶液里面而不是胶液表面，实现填料和胶水的快速浸润。

（5）使用分散强度更高的设备。对于纯液体混合，一般采用桨式搅拌设备即可。但对于团聚的填料，则需要能量更大的设备才能将其再次打散。目前行业用得比较多的是高速分散盘和管线式乳化器，也有使用砂磨机、球磨机、高压均质机这类高效率设备对高填充体系进行处理，但这类设备由于能量过大，可能会造成粒径的改变，需慎用。

（6）使用低黏度树脂。目前覆铜板行业中常使用的是环氧树脂，但其存在黏度高、流动性差等问题，不利于填料的分散。因此配方设计时可考虑使用PPO（聚苯醚）、碳氢这类低黏度树脂。

3.3 填料分散均匀性检测

如前面所述，填料分散均匀性是影响覆铜板的一个重要因素，而高填充体系填料难以分散，因此监控填料分散均匀性是控制高填充体系质量的重要手段。目前填料分散均匀性一般采用刮板细度计进行检测，或采用切片观察法，两种方法各有优缺点。

4 高填充体系上胶生产特点

4.1 半固化片容易出现经向条纹缺陷

覆铜板用的半固化片在生产中，由于计量辊的逆向转动挤压和玻璃布行走过程中产生的轻微抖动，使得半固化片会产生经向条纹，尤其当树脂流动性差、表面张力大时这种条纹会更容易发生且较为明显。而高填充体系由于填料比例大，整体流动性比较差，产生条纹后也无法像其他产品一样快速流平，因此条纹问题有时会很严重，用手可以感觉到明显的凹凸感。目前的主要控制点有以下几点。

（1）确保胶水中填料的分散性。如前面所述，填料分散性会导致产品条痕缺陷，因此需要控制填料的分散性。

（2）控制合适的胶水黏度。通过增加溶剂降低胶水黏度，可以有效增强树脂的流动性，从而改善条纹的产生。但树脂黏度过低会导致树脂黏附力差，又会导致纬向的波浪纹，因此需要控制胶水黏度在一个合适的范围。

（3）合理的夹轴转速和车速比。通过调节夹轴转速和车速，能够减少条纹的产生并辅助胶水快速流平，从而改善经向条纹的产生。

4.2 胶槽胶水容易发生填料沉降

高填充体系填料比例大，而上胶的胶槽没有搅拌装置，因此胶水在此容易发生填料沉降问题。填料沉降会导致胶水比例发生变化，同时沉降的填料可能脱落并黏附在半固化片上，造成局部填料富集。目前行业中，改善此问题主要是通过加强胶水流动或在胶槽增加扰流装置，避免胶水出现长时间静置现象。

5 高填充体系层压生产特点

5.1 板边容易发生局部流胶大的问题

高填充体系虽然因为树脂比例低，整体流胶小，因此整板的厚度均匀性相对一般体系更好。但其容易发生板边局部流胶大的问题，并且导致对应位置的铜箔发生凹陷，如图1所示。

图1 高填充体系板边枝状凹陷图

正常来说，覆铜板层压过程中，板边的流胶程度是比较均匀的，不会出现局部大或小的问题。高填充体系会出现这个特殊缺陷，主要有两个因素导致，具体如下。

（1）虽然高填充体系因为填料占比多（切片观察时可以看到整个树脂层都是填料密集堆积的），因此整体流动性是相对较差的，但存在填料分散不均，导致局部区域填料比例不足而流动性较好，层压时此区域的树脂会先流出板边；

（2）由于高填充体系填料密集堆积，层压过程中，填料很难移动，而纯树脂流动性好，会快速填充满空出来的位置，因此空出的位置只有纯树脂填充，同时因树脂收缩率大，冷却后体积相对缩小得更多，最终造成铜箔凹陷缺陷。

而改善高填充体系局部流胶大的问题本质还是需要避免树脂层压过程中流动性过大，因此一般体系的改善方法也可通用，比如常见的调整层压压力、提升树脂分子量、少使用球硅等。

5.2 半固化片表观要求高

覆铜板用的半固化片在生产过程中难免会产生一些缺陷，如鱼眼、针孔、打折后树脂脱落等。这类缺陷对于一般体系，可以在层压过程中，利用树脂良好的流动性和高压，可以让缺陷周围的树脂均匀填补缺陷位置，因此轻微缺陷的黏结片使用没有质量问题。但高填充体系如前面所述，虽然其树脂流动性较强，但填料较难移动，因此缺陷位置只有纯树脂填充，造成局部树脂富集和凹陷缺陷。因此高填充体系对黏结片表观要求需要更高。

5.3 基材容易出现空洞

一般体系的基材空洞主要是微气泡，而高填充体系的基材空洞主要是填料和填料之间有间隙。主要原因是高填充体系本身树脂量有限，一旦填料粒径或形态变化时，其吸油值也会变化，加上填料比例高该问题就会被进一步放大，因此容易发生基材空洞问题。目前主要的解决方法还是要保证黏结片的树脂量和填料质量的稳定性，同时层压时需要足够的压力使得树脂填充充足。

5.4 铜箔容易出现光点并氧化

一般体系的板材也会有此问题，但比较轻微。高填充体系由于填料比例高，层压过程压力又比较大，因此对铜箔的抗氧化层损伤更大，进而容易发生铜箔光点和氧化问题。尤其是黏结片条纹严重时，板材有明显的整板条纹印。目前行业中改善此问题的方法除了控制黏结片表观外，主要是通过增加缓冲材料，避免铜箔的抗氧化层被钢板破坏。

6 总结

覆铜板高填充体系产品目前已经广泛地应用于高频、高速领域，成为产品家族中不可缺少的一员。但由于填料比例高，且多为薄型玻璃布规格，导致其生产工艺和核心控制点相对于一般体系都已经发生了较大变化，因此我们需要重新识别高填充系统的生产特点，并开发出合适的生产设备和控制方法，才能保证高填充体系的产品质量及生产效率。