高温固化炉在 HDI板(高密度互连板) 和 陶瓷基板 的固化过程中,温度曲线的设计直接影响到材料的 机械强度、尺寸稳定性、电气性能 以及 层间结合力。以下是针对这两类基板的温度曲线设计要点及优化策略:
1. HDI板的固化温度曲线设计
关键影响因素:树脂体系-常见为环氧树脂、聚酰亚胺(PI),不同树脂的固化反应温度不同;层压结构-HDI板通常采用 半固化片(PP片)+ 铜箔 多层压合,需避免树脂流动不均或过度挥发;盲埋孔结构-高温可能导致 孔壁树脂收缩,影响电镀填孔质量。
典型温度曲线(以环氧树脂为例)
阶段 | 温度范围(℃) | 时间(min) | 目的 |
预热段 | 80~120 | 20~30 | 去除挥发分(溶剂、水分),避免气泡 |
凝胶段 | 120~150 | 30~40 | 树脂初步交联,防止流动过度 |
固化段 | 170~190 | 60~90 | 完全固化(Tg提升) |
冷却段 | <50℃/min | 自然冷却 | 避免热应力导致翘曲 |
优化要点
升温速率:过快(>3℃/min) → 挥发分快速逸出,导致气泡或分层;过慢(<1℃/min) → 生产效率低,树脂可能提前凝胶化。
推荐:1~2℃/min(视基板厚度调整)。
峰值温度与时间:环氧树脂的 Tg(玻璃化转变温度) 通常需达到 140~180℃,固化温度应高于Tg 20~30℃(如170~190℃)。过度固化(>200℃或时间过长)→ 树脂脆化,CTE(热膨胀系数)不匹配导致爆板。
气氛控制:氮气保护(O₂<100ppm)可减少氧化,提高铜箔结合力。
2. 陶瓷基板的固化温度曲线设计
影陶瓷基板的固化温度曲线设计的关键响因素
材料类型:氧化铝(Al₂O₃)-传统陶瓷,固化温度较高(300~400℃)。氮化铝(AlN)-高导热,但对温度敏感(需避免>200℃急速升温)。LTCC(低温共烧陶瓷)-含玻璃相,固化温度通常<900℃。
金属化工艺:银浆、铜浆的烧结温度需与基板匹配(如银浆:250~350℃)。
典型温度曲线(以LTCC为例)
阶段 | 温度范围(℃) | 时间(min) | 目的 |
排胶段 | 200~350 | 60~120 | 去除有机粘结剂(缓慢升温防开裂) |
烧结段 | 850~900 | 30~60 | 陶瓷致密化,玻璃相流动 |
降温段 | <5℃/min | 控制冷却 | 避免热应力裂纹 |
优化要点
排胶阶段:必须 缓慢升温(1~2℃/min),避免有机物快速分解导致气孔或裂纹。可分段保温(如250℃、300℃各停留30分钟)。
烧结温度:LTCC的 玻璃软化点 决定最终烧结温度(如850℃)。过高(>900℃)→ 玻璃过度流动,线路变形;过低→ 孔隙率增加。
共烧匹配性:若基板与金属(如银)共烧,需确保两者的 收缩率一致(通常通过调整浆料配方)。
3. 通用优化策略
(1)温度均匀性控制:多温区独立调控:炉体分多个加热区,补偿边缘散热(如PCB边缘易温度不足)。
热风循环设计-风速/风向优化(CFD仿真辅助),确保温差<±3℃。
(2)实时监控与反馈:嵌入式热电偶-监测基板实际温度(非炉膛温度);红外热成像-快速发现局部过热/欠热区域。
(3)缺陷应对
问题 | 可能原因 | 解决方案 |
HDI板分层 | 挥发分残留、升温过快 | 延长预热段,降低升温速率 |
陶瓷基板开裂 | 冷却过快、排胶不充分 | 降温速率<5℃/min,优化排胶曲线 |
固化不均 | 炉内气流紊乱 | 清洁风道,调整挡板角度 |
HDI板:重点控制 升温速率、峰值温度、挥发分管理,避免分层与翘曲。
陶瓷基板:需严格匹配 排胶-烧结曲线,防止开裂与收缩不均。
共性要求:温度均匀性、实时监控、与材料特性的精准匹配。
实际生产中需通过 DOE(实验设计) 验证最佳参数,并结合材料供应商的推荐数据优化工艺。