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如何设计高温固化炉在HDI板、陶瓷基板固化中的温度曲线?
2025-04-11

高温固化炉在 HDI板(高密度互连板)  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

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 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。