【经验】RT/duroid® 6002高频层压板直接粘结工艺——熔融粘结方法讨论

时间： 2020-05-13 来源：ROGERS

技术问答

ROGERS RT /duroid®6002高频层压板是PTFE基层压板多层应用的首选。具有低Z-轴向热膨胀系数（24 ppm/°C）和高熔点（620°F）的RT/duroid 6002层压板，满足严格的可靠性要求。市售的粘结膜常用于粘结预制电路层，然而，这些粘结膜通常具有高的热膨胀系数（〜200 ppm/°C），并且熔点低于550°F。如果在焊接或测试过程中超过了粘结剂的熔点，镀层通孔就会发生分层或断裂。另外，在低于熔点的热循环过程中，镀层通孔会因为这些多层结构中的高热膨胀率粘结膜而发生疲劳失效。

熔融粘结因为不需要使用高热膨胀率的粘结膜而解决了这些问题。在熔合过程中，通过在压力下将RT/duroid 6002层压电介质加热到其熔点以上，将相邻的电介质层和电路层直接熔合。由于RT/duroid 6002层压板在其熔点（620°F）以下，热膨胀率低，因此直接熔合的最终结构具有出色的热稳定性。因此，多层板可以暴露在普通的焊接和测试温度下（500°F-550°F），而不会使电镀通孔分层或破裂。

熔融粘结层压板的工艺还提供了优异的介电均匀性，因为它避免了使用通常情况下介电常数不同于板材（ε_r≈2.1-2.3）的粘结膜。RT / duroid 6002层压板的介电常数ε_r为2.94。

有两种常见的熔合方法。电路层采用直接熔合或使用粘结片。

图1，电镀通孔板的粘结选择（电介质0.010”厚，铜1 盎司）

注1：提供对铜底面优越的粘结性

注2：加速周期（700°F浸泡10~15分钟）

直接熔合

通过直接熔合，将蚀刻的电路层堆叠在工具板之间并彼此粘合。既可以将单面电路层堆叠在一起，也可以在双面电路层之间粘结完全蚀刻的层压板（图2）。在熔融粘结过程中，由于PTFE复合材料的熔体粘度极高，因此尺寸变化最小。作为参照，PTFE在其熔点以上的粘度与铅（Pb）在室温下的黏度大致相同。

图2.

由于熔合过程中的流动受限，因此，绝缘层和键合压力必须足以满足电路参数，这一点至关重要。满足1oz铜箔10mil介质层厚度的参数要求，则粘结压力应至少为250 psi。较高的压力将产生对铜底层更好的附着力。有时会使用高达1700 psi的压力。

使用粘结片熔合

粘结片是RT / duroid 6002层压材料的低密度版本。在粘结过程中，粘结层会致密，以产生与层压板相同的电气和机械性能。粘结片通常以类似于FR4结构中的预浸料的方式使用（图3）。使用粘结片的优势包括改善了对铜底层的附着力以及更好的满足电路参数。对于微波应用，应使用1700 psi的粘结压力并保压1小时，以获得均匀的介电常数。使用较低的压力将导致较低的有效介电常数。仅应使用额定压力至少为1700 psi的压力机。

在罗杰斯·卢里（Rogers Lurie）研发中心完成的一项研究中，发现在粘结片上使用1700 psi的粘结压力可产生至少7磅/英寸（pli）的平均铜剥离强度。对于经蚀刻的层压板，在使用250 psi的压力时，平均光滑铜面结合强度在4 pli以上，而在使用1700 psi的情况下，则在5 pli以上。

如果铜的附着力是一个关键点，或者相对厚介质层的薄层压板要粘合，则应使用粘结片进行熔融粘结。例如，如果1oz铜箔与5mil厚度介质层的压合，则应使用粘结片。

熔融粘结周期

典型的粘结周期如图4所示。可以对保压时间进行调整，以解决高压釜组件压力中的热滞后问题。适当厚度的单个零件进行粘结时，保压时间非常短的熔融粘结已经成功演示。但是，当热滞后显着或使用粘结片时，建议使用更长的保压时间。

由于RT / duroid 6002层压板是热塑性材料，因此在粘结期间不会像传统的多层板材料（热固性材料）那样固化。因此，加热速率不影响性能。加热速率应根据所用设备的性能来确定。

如果设备可以保持良好的零件温度均匀性并以较高的速率进行控制，则可以采用较高的加热速率。高于熔点（620°F）的时间和温度分布最为关键。零件温度应在700°F或以上至少10-15分钟。应避免温度超过730°F。零件应在真空或氮气保护下粘结，以最大程度地减少铜的氧化。

表面预处理

不建议在熔融粘结RT / duroid 6002层压板之前对PTFE表面进行活化。铜表面应清洁且无任何污染。可以使用氧化处理（红色或棕色），但不是必需的。应避免使用强氧化物处理。粘结之前，所有层压材料应完全干燥。通常使用300°F烘烤1小时以确保零件干燥。

粘结包

可以使用常规工具方案来粘结RT / duroid 6002层压板结构。对于任何PTFE基质的材料，可以通过使用具有类似面内热膨胀系数的垫板来最小化尺寸变化。对于RT / duroid 6002层压板，发现304不锈钢具有良好的效果，铝制垫板绝对不能用于粘结RT / duroid 6002层压板。在板压机中进行粘结时，应使用压垫来弥补压板中的小缺陷。任何熔融粘结包中，使用的分隔材料和压垫材料必须能够承受700°F的压合周期。铝或铜箔是常用的隔离材料。有关特定应用的其他信息可应要求提供。

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