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研究生:李圳玄
研究生(外文):Li Tzun-Hsuan
論文名稱:無膠系軟性基板製程參數對接著性影響之研究
論文名稱(外文):The Study of the Influence of Processing Parameters on the Peel Strength of Two-Layer Flexible Copper Clad Laminates
指導教授:廖渭銅
指導教授(外文):Liao Wei-Tung
學位類別:碩士
校院名稱:南台科技大學
系所名稱:化學工程與材枓工程系
學門:工程學門
學類:化學工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2010
畢業學年度:98
語文別:中文
論文頁數:78
中文關鍵詞:田口實驗法聚醯亞胺剝離強度
外文關鍵詞:Taguchi methodspolyimidepeel strength
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本研究是以田口實驗法之軟體(Qualitek-4)找出無膠系軟性雙面板製程中,影響聚醯亞胺、銅箔間剝離強度的關鍵因子。分析顯示製程中的速度因子,以塗佈烘烤速度的貢獻度最高,而製程中的溫度、壓力因子,以塗佈烘烤溫度的貢獻度最高,其貢獻度分別為89.60、97.05 %,表示塗佈烘烤程序對剝離強度有極大影響。
後續針對塗佈烘箱的溫度變動率,分別探討不同之升溫段、高溫區段及速度的關係,過程中利用FTIR光譜分析塗佈烘烤後之溶劑含量,並透過工具顯微鏡觀察切面及蝕刻後樣本之內應力,深入瞭解影響銅箔與聚醯亞胺間剝離強度的主因。由塗佈烘箱變動率實驗得知,當塗佈烘箱速度為3.0 m/min時,溫度變動率相較於速度1.0 m/min大,其溫度變動率有數區段已超出 ±20 (dT/dt),最低剝離強度約為0.806 kgf/cm。由FTIR光譜分析顯示,經塗佈後的樣本,隨溫度變動率愈大,於波數1670cm-1的C=O之NMP溶劑吸收峰強度相對較強,表示聚醯胺酸(PAA)中有較多的溶劑殘留。由工具顯微鏡觀察切面及蝕刻後的應力翹曲,可發現隨溫度變動率愈大,使得PAA樹脂表面產生快速乾燥,造成材料間的內應力無法釋放,導致板彎、板翹的現象愈嚴重,皆可能使壓合後的接著性不佳。
最後將壓合後之無膠系軟性雙面板剝離,以觀察聚醯亞胺薄膜受剝離破壞後的應力,並進一步使用SEM電子顯微鏡觀察PI表面的撕裂情形。結果證實,當塗佈速度1.0m/min的烘箱溫度變動率愈小,於塗佈製程所產生的內應力較低,其黏著力相對較強,故PI於剝離後的捲曲應力較大,且PI剝離面的拋錨現象較為明顯,顯然有助於剝離強度的提升。
應用上,因剝離強度與塗佈烘箱溫度變動率成反比關係,對於特性與產速間的取捨,可藉本研究之概念作評估,建議塗佈烘箱溫度變動率應控制於 ±15(dT/dt)內,其剝離強度較為可靠,以達廠內規範安全值0.9kgf/cm之標準。
This study used Qualitek-4, Taguchi methods software, to identify the key factors that affect the peel strength of copper foil on polyimide during the manufacturing process of two-layer flexible copper clad laminates (2L-FCCL). The analysis revealed that the coat baking speed made the greatest contribution (89.60%) among the velocity factors during the manufacturing process, while the coat baking temperature contributed most (97.05%) among the temperature and pressure factors, thus indicating that the coat baking process has an overwhelming influence on the peel strength.
This study then investigated the correlation among different ramp-up zones, high temperature zones and velocities as the coat baking oven temperatures varied. The content of the solutions that have undergone the coat baking process was analyzed through the FTIR spectroscopic analysis, before the cross-section and internal stress of the etched specimens were observed via a measuring microscope, to thoroughly understand the main factors that affect the peel strength of copper foil on polyimide. It was discovered in a variation experiment on the coat baking oven that when the velocity of the coat baking oven was set at 3.0 m/min, the temperature variation was greater than that at 1.0 m/min; the number of the temperature variation zones exceeded ±20 (dT/dt), while the minimum peel strength was approximately 0.806 kgf/cm. The FTIR spectroscopic analysis showed that for coated specimens, the absorption peak strength of the NMP solution, where C=O with a wave number of 1670cm-1, increased along with the temperature variation rate. The finding indicated that polyamic acid (PAA) contained more residual solutions. During the observation on the cross-section and post-etching warp using a measuring microscope, it was found that as the temperature variation rate increased, the surface of PAA resin dried more rapidly, thereby blocking the release of the internal stress between the materials. The consequences were increasingly severe warps and twists which were likely to affect the adhesion after the bonding.
At last, the two-layer flexible copper clad laminates that were bonded together were peeled apart to observe the stress of thin polyimide films after the peeling, followed by an observation on the tear on the polyimide film surface using a scanning electron microscope (SEM). The results confirmed that the internal stress generated during the coating process decreased and the adhesion was enhanced when the temperature variation rate of the oven at a coating velocity of 1.0m/min decreased. Therefore, polyimide demonstrated greater warping stress after the peeling, while the peeled surface of polyimide exhibited more apparent anchorage, which evidently improved the peel strength.
Since the peel strength is in inverse proportion to the temperature variation rate of the coat baking oven, the concept conveyed in this study may be used to determine the priority of properties or production speed in practices. It is recommended to control the temperature variation rate of the coat baking oven within ±15 (dT/dt), in order to achieve more reliable peel strength.
摘要------------------------------------------------------------------- i
英文摘要------------------------------------------------------------- ii
誌謝------------------------------------------------------------------- iv
目次------------------------------------------------------------------- v
表目錄---------------------------------------------------------------- ix
圖目錄---------------------------------------------------------------- xi
第一章 緒論------------------------------------------------------- 1
1.1 前言------------------------------------------------------------- 1
1.2 印刷電路板演進與發展背景簡介------------------------- 2
1.2.1 硬式印刷電路板------------------------------------------- 2
1.2.2 軟性印刷電路板------------------------------------------- 3
1.3 無膠系軟性印刷電路板之材料---------------------------- 4
1.3.1 聚醯亞胺(Polyimide)高分子絕緣基材---------------- 4
1.3.2 銅箔導電基材---------------------------------------------- 6
1.4 研究動機與目的---------------------------------------------- 7
第二章 文獻回顧與研究背景---------------------------------- 8
2.1 軟性銅箔基板演進------------------------------------------- 8
2.2 無膠系軟性銅箔基板製備----------------------------------- 9
2.2.1 塗佈法------------------------------------------------------- 9
2.2.2 壓合法------------------------------------------------------- 10
2.2.3 電鍍法------------------------------------------------------- 11
2.3 黏著機制與原理---------------------------------------------- 12
2.3.1 機械拋錨理論---------------------------------------------- 12
2.3.2 化學鍵結原理---------------------------------------------- 12
2.3.3 擴散理論---------------------------------------------------- 13
2.3.5 靜電理論---------------------------------------------------- 13
2.4 硬化與內應力效應------------------------------------------- 14
2.5 無膠系軟性雙面銅箔基板演進與專利------------------- 15
2.5.1 新日鐵------------------------------------------------------- 15
2.5.2 宇部興產---------------------------------------------------- 16
2.5.3 三井化學---------------------------------------------------- 16
2.5.4 鐘淵化學---------------------------------------------------- 17
2.5.5 新揚---------------------------------------------------------- 17
2.6 設計實驗法---------------------------------------------------- 18
2.6.1 全因子實驗法---------------------------------------------- 19
2.6.2 田口實驗法------------------------------------------------- 19
2.6.3 田口實驗法原理------------------------------------------- 21
2.7 田口實驗設計軟體------------------------------------------- 25
第三章 實驗方法與步驟---------------------------------------- 29
3.1 研究流程------------------------------------------------------- 29
3.2 實驗藥品與材料---------------------------------------------- 30
3.2.1 熱固性聚醯亞胺之原料---------------------------------- 30
3.2.2 熱塑性聚醯亞胺之原料---------------------------------- 30
3.2.3 銅箔基材---------------------------------------------------- 31
3.3 儀器設備------------------------------------------------------- 32
3.4 實驗之製程程序---------------------------------------------- 33
3.4.1 塗佈及烘烤程序------------------------------------------- 33
3.4.2 環化程序---------------------------------------------------- 34
3.4.3 壓合程序---------------------------------------------------- 35
3.5 田口實驗流程------------------------------------------------- 36
3.6 製程因子的初步篩選及水準範圍的界定---------------- 37
3.6.1 塗佈烘箱之製程因子------------------------------------- 37
3.6.2 紅外線氮氣烘箱之製程因子---------------------------- 38
3.6.3 熱壓合之製程因子---------------------------------------- 38
3.7 田口設計實驗------------------------------------------------- 39
3.7.1 田口實驗組(一)-------------------------------------------- 39
3.7.2 田口實驗組(二)-------------------------------------------- 43
3.8 塗佈烘箱製程之實驗---------------------------------------- 46
3.8.1 塗佈烘箱實驗組(一)-------------------------------------- 48
3.8.2 塗佈烘箱實驗組(二)-------------------------------------- 49
3.9 儀器分析------------------------------------------------------- 50
3.9.1 拉力試驗機------------------------------------------------- 50
3.9.2 耐折試驗機------------------------------------------------- 51
3.9.3 工具顯微鏡------------------------------------------------- 51
3.9.4 二次元量測儀---------------------------------------------- 52
3.9.5 傅立葉紅外線吸收光譜分析儀------------------------- 53
3.9.6 掃描式電子顯微鏡---------------------------------------- 53
3.9.7 高溫錫爐---------------------------------------------------- 53
第四章 結果與討論---------------------------------------------- 54
4.1 田口設計實驗分析------------------------------------------- 54
4.2 塗佈烘箱製程實驗之剝離強度分析---------------------- 56
4.2.1 塗佈烘箱實驗組(一)-------------------------------------- 56
4.2.2 塗佈烘箱實驗組(二)-------------------------------------- 59
4.3 內應力觀察---------------------------------------------------- 61
4.3.1 塗佈烘烤程序後之樣本---------------------------------- 61
4.3.2 環化程序後之樣本---------------------------------------- 63
4.3.3 熱壓合程序後之樣本------------------------------------- 64
4.3.4 剝離後之樣本---------------------------------------------- 65
4.4 FTIR光譜分析----------------------------------------------- 66
4.4.1 塗佈烘烤程序後之聚醯胺酸樹脂---------------------- 66
4.4.2 環化程序後之聚醯亞胺薄膜---------------------------- 67
4.5 SEM觀察----------------------------------------------------- 68
4.5.1 剝離後之聚醯亞胺薄膜表面---------------------------- 68
4.5.2 剝離後之銅箔表面---------------------------------------- 69
4.6 撓曲性分析---------------------------------------------------- 70
4.7 尺寸安定性分析---------------------------------------------- 72
4.8 耐熱性測試---------------------------------------------------- 74
第五章 結論------------------------------------------------------- 75
參考文獻------------------------------------------------------------- 77
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