TWI445754B - 熱壓機用之緩衝材及其應用 - Google Patents

Description

熱壓機用之緩衝材及其應用

本發明係關於一種熱壓機用之緩衝材及其應用；特定言之，本發明係關於一種由熔點大於260℃且彈性係數大於1000公斤/平方公分之含氟樹脂成形而得之緩衝材。

積層板係透過熱壓程序而形成之複合層結構，如軟性印刷電路板、IC載板、多層佈線板、印刷電路板(如銅箔披覆積層板)等。以印刷電路板(printed circuit board，PCB)為例，其係由複數層的膠片、絕緣層、黏合層與金屬層以熱壓程序黏合而成。於熱壓程序中，溫度及壓力的控制極為重要，其不僅直接影響所得積層板各層間的接合效果，且進一步影響所得積層板的物理特性及電特性。

以製作銅箔披覆積層板為例，該積層板通常係藉由以下方法製造：將一補強材料(如玻璃織物)含浸於一樹脂中，並將含浸樹脂後之補強材料固化至半硬化狀態(即B-階段(B-stage))以獲得一預浸材；隨後將一定層數之預浸材層疊，並於該層疊預浸材之至少一外側層疊一銅箔以提供一積層板材料；以及對該積層板材料進行一熱壓操作(即C-階段(C-stage))而得到一銅箔披覆積層板。

上述C-階段之熱壓操作係透過一熱壓機來進行，一般而言，熱壓機之堆疊結構由外而內包含上下成對配置之加熱板、承載盤、緩衝層及鋼板，而積層板材料係置於二鋼板之間進行熱壓。其中，緩衝層係用於確保來自加熱板之壓力及熱能可均勻地傳遞到積層板材料表面，從而獲致精密度良好的積層板成品。

牛皮紙由於具有成本低廉、傳熱效果均勻等優點，因此常作為緩衝層之材料，即緩衝材。然而，牛皮紙在高溫(如150℃)之熱壓條件下，其拉張強度(tensile strength)不及室溫時之拉張強度的20%，且其彈性係數(modulus of elasticity)更低至250百萬磅/平方英寸以下。此外，牛皮紙在重複使用多次後，容易因本身的劣化而造成緩衝材的熱阻提升、熱傳效能降低等問題，故重複使用次數有限，既不符合環保概念亦不符合經濟效益。此外，牛皮紙在實際應用時亦存在容易沾汙的問題(如容易沾黏積層板之樹脂及溢膠)。

就緩衝層之材料而言，目前已有數種可供重複使用之緩衝材問世，如美國專利第4,284,680號揭露之緩衝氈材、台灣專利第I231265號及第I318924號揭露之由二種成分構成之緩衝不織布等。雖然該等緩衝材具備合宜之緩衝效果、熱傳導特性及耐久度，然而該等材料同樣存在易沾汙的問題，甚至可能因表面結構特性而使沾汙情況加劇，反而須耗費大量的清除成本。再者，該等緩衝材為非光滑平整之表面，因此不利於吸附移載。

鑒於此，本發明提供一種可供重複使用之熱壓機用之緩衝材，其可作為熱壓機之堆疊結構中的緩衝層材料。該緩衝材係以含氟樹脂為材料，兼具良好緩衝性、熱傳導性、耐久度及抗沾黏性，且具光滑表面易於吸附移載。

本發明之一目的在於提供一種熱壓機用之緩衝材，其係藉由將一熔點大於260℃且彈性係數大於1000公斤/平方公分之含氟樹脂成形為所需之形狀而製得，可供作為熱壓機之堆疊結構中的緩衝層材料。

本發明之另一目的在於提供一種用於製造積層板之熱壓機之堆疊結構，其由外而內依序包含上下成對配置之加熱板、承載盤、包含上述緩衝材之緩衝層、及鋼板，其中待熱壓之積層板材料係置於該兩鋼板之間。

為讓本發明之上述目的、技術特徵及優點能更明顯易懂，下文係以部分具體實施態樣進行詳細說明。

以下將具體地描述根據本發明之部分具體實施態樣；惟，在不背離本發明之精神下，本發明尚可以多種不同形式之態樣來實踐，不應將本發明保護範圍解釋為限於說明書所陳述者。此外，除非文中有另外說明，於本說明書中(尤其是在後述專利申請範圍中)所使用之「一」、「該」及類似用語應理解為包含單數及複數形式。此外，為明確起見，圖式中可能誇示各元件及區域的尺寸，而未依實際比例繪示。

本發明緩衝材係以一含氟樹脂為材料，該緩衝材具有高耐熱性、高彈性係數、高熱傳導性、抗沾黏性、耐燃性、高韌度等特點，可單獨使用以提供良好之緩衝效果，亦可與傳統牛皮紙併用以大幅減少牛皮紙損耗率。此外，相較於聚合物氈材及不織布之習知緩衝材，本發明緩衝材具有絕佳之抗沾黏性，且其具平滑表面，故特別有利於吸附移載。

具體言之，本發明緩衝材係藉由將一熔點大於260℃且彈性係數大於1000公斤/平方公分之含氟樹脂成形為所需之形狀而製得。本發明緩衝材由於具有高熔點，故能避免於熱壓過程中發生質變，且由於係以塑料構成而組織緻密且具有高彈性係數，因此以相對較薄之厚度便能提供所欲之緩衝效果。

於不受理論限制之情況下，可於本發明使用任何熔點大於260℃且彈性係數大於1000公斤/平方公分之含氟樹脂。然基於原料獲取便利性及價格考量時，較佳係採用選自以下群組之含氟樹脂：聚二氟乙烯、聚三氟乙烯、聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene，PTFE)、乙烯-四氟乙烯共聚物(poly(ethylene-co-tetrafluoroethylene)，ETFE)及前述之組合。於後附實施例中，係例示使用四氟乙烯及乙烯-四氟乙烯共聚物。

本發明緩衝材之成形方法並無特殊限制，本領域具有通常知識者於觀得本案說明書揭露內容後，依其通常知識當可視需要採用合宜之成形方法，例如：模塑-燒結法、擠製成形、浸漬壓模成形等。此外，本發明之緩衝材可針對使用者需求製作成任何形狀及尺寸。舉例言之，可製成一具光滑表面之片材，以便於吸附移載，或者可製成一具有表面凸粒或溝槽等結構之片材，以增加緩衝能力。同樣地，本發明緩衝材之厚度亦可依使用者之需求而設計，大抵而言，厚度約0.05毫米至約20毫米之本發明緩衝材可適用於大部分的熱壓製程。於後附之實施例中，係使用模塑-燒結法或浸漬壓模成形，製備厚度為約0.2毫米至約0.25毫米之平滑緩衝材片。

為提高緩衝材強度，可於本發明緩衝材中導入結構性之補強材料，以防止破損或減緩使用過程中已產生之破損處擴大。補強材料亦可為緩衝材提供適當之剛度，避免因循環熱壓而過度延展或扭曲。舉例言之，適當之補強材料可選自以下群組：玻璃纖維、天然纖維、有機纖維、一或多種前述纖維所構成之織物或非織物及短絨棉紙。於部分後附之實施例中，係例示使用玻璃纖維布作為補強材料，將補強材含浸於含氟樹脂膠液中並取出乾燥後，進行一壓模成形步驟，製得本發明之緩衝材。此外，為防止邊緣破損，可對緩衝材進行適當之邊緣處理，如高度熱壓緩衝材之邊緣或者對緩衝材進行鑲邊處理以強化其邊緣結構。

須說明者，除可依使用者需求設計緩衝材之厚度外，亦可透過調整所用之緩衝材層數來滿足使用者之需求。換言之，可透過使用多層厚度較薄之緩衝材取代單層厚度較厚之緩衝材，以在不改變緩衝材規格之情況下達到相仿之緩衝效果，提高緩衝材之使用彈性及應用性。在使用多層緩衝材之情況下，各層之緩衝材可具相同或不相同之規格(如形狀、厚度等)，例如可將一具光滑表面之緩衝材片與表面具顆粒凸起緩衝材片合併使用。當然，本發明之緩衝材亦可與習知之緩衝材併用，例如於部分後附實施例中，本發明緩衝材係與牛皮紙結合成所欲之緩衝層。合併使用之方式並無特殊限制，端視使用者之需求進行調整。舉例言之，以併用價格低廉之牛皮紙為例，考量牛皮紙容易產生沾黏現象，較佳係於牛皮紙兩面均包覆本發明緩衝材。

根據本發明，可於緩衝材中添加填充料以增益緩衝材之特性，所述填充料可例如選自以下群組：金屬、無機氧化物、碳質材料及前述之組合。特定言之，可於緩衝材中添加一或多種如鋁、銀、銅、鎳等金屬，以增益緩衝材之熱傳導性能；添加一或多種如氧化鋁、氫氧化鋁、氧化鋅、二氧化矽、氮化硼、高嶺土、滑石、雲母等無機氧化物，以增益緩衝材之熱傳導性能、耐壓性能等；或者添加一或多種如活性碳、石墨、碳等碳質材料，增益緩衝材之抗靜電能力、抗沾汙性等。雖然填充料之添加量本無特殊限制，但在不影響含氟樹脂本身之特性及提供有效增益效果之前提下，以含氟樹脂之重量計，填充料之添加量較佳為約0.01重量%至約40重量%，更佳為約0.1重量%至約20重量%，尤佳為約1重量%至約15重量%。若填充料之添加量低於0.01重量%，則所提供之增益效果不明顯；反之，若填充料之添加量高於40重量%，則恐有影響含氟樹脂特性之虞，且會增加製程難度(如樹脂可能過於濃稠而難以攪拌、或聚合度不均等)。此外，於不受理論限制之情況下，填充料之形狀亦無特殊限制，以碳質材料為例，可為如粉狀、片狀、奈米管狀等。至於填充料之添加方式，本領域具有通常知識者於觀得本說明書後，當可依其通常知識選用合宜之技術方案。例如，於後附實施例中，係於含氟樹脂固化成形前，將填充料先行添加至含氟樹脂膠液中混合均勻，隨後再將所得混合物固化成形為緩衝材。

本發明亦提供一種用於製造積層板之熱壓機的堆疊結構，如第1圖所示，其由外而內依序包含上下成對配置之加熱板、承載盤、包含本發明緩衝材之緩衝層、及鋼板，待熱壓之積層板材料則置於該兩鋼板之間。其中，如前所述，可將本發明緩衝材與價格低廉之牛皮紙併用，以提供所欲之緩衝層，牛皮紙之用量及與本發明緩衝材之配比則可視使用者需求自由搭配。

須說明者，除上述配置方式外，依應用領域不同，本發明緩衝材於使用時，可視所應用之熱壓機種類，以各種合宜之方式配置(如直接與待加工材料接觸或不直接與待加工材料接觸)成不同的堆疊結構，使得壓力及熱能均勻分布於積層板材料表面，提供所欲之緩衝效果，獲致精密度良好的積層板成品。惟，考量此一配置變化並非本發明之技術重點所在，且本領域具有通常知識者於觀得本說明書內容後，當可依其通常知識視需要選用合宜之配置，於此並不加詳述。其餘配置方式可參考申請人第099125584號台灣專利申請案，該申請案全文併於此處以供參考。

茲以下列具體實施態樣以進一步例示說明本發明，其中，所採用之量測儀器及方法分別如下：

[熔點]

以上泰公司之毛細管熔點測定儀測量含氟樹脂之熔點。

[熱傳導係數]

以Hot Disk公司之熱傳導分析儀(thermo conductivity analyzer)測量緩衝材之熱傳導係數。

[彈性係數]

根據三光儀器公司之拉力暨彈性測試機測量緩衝材之彈性係數。

[耐燃性]

根據UL-94標準方法測量緩衝材之耐燃性。

[延展性]

根據三光儀器公司之拉力暨彈性測試機標準法測量緩衝材之延展性。

[表面沾黏]

以目測方式觀察使用本發明之堆疊結構之熱壓機進行熱壓操作後，所用之緩衝材之沾黏情形。

實施例1

將杜邦公司之ETFE膠液(膠液溫度保持280℃至300℃)注入一經預熱之模具中(模具預熱溫度為100℃至150℃)，待膠液於模具中維持1分鐘至2分鐘後，卸除模具並將所得成形產物冷卻至室溫，製得厚度為約0.2毫米之ETFE的平滑片材(緩衝材1)。以前述量測方法測量緩衝材1之相關性質，結果記錄於表1。

分別使用單層緩衝材1作為如第1圖所示之熱壓機之堆疊結構的上下緩衝層，並依以下條件進行熱壓操作，製作銅箔披覆之積層板：

(1)　積層板材料：四片層合之預浸材，並在其二側的最外層各層合一張1盎司之銅箔，其中該預浸材係表面覆有環氧樹脂之7628玻璃纖維布(樹脂/玻璃纖維布：43%)；以及

(2)　熱壓條件：以2.0℃/分鐘之升溫速度升溫至180℃，並在180℃下、以全壓15公斤/平方公分(初壓8公斤/平方公分)之壓力熱壓60分鐘，觀察緩衝材1於熱壓操作後之沾黏情形，結果記錄於表1。

實施例2

將杜邦公司之PTFE膠液(膠液溫度保持330℃至350℃)注入一經預熱之模具中(模具預熱溫度為100℃至150℃)，待膠液於模具中維持1分鐘至2分鐘後，卸除模具並將所得成形產物冷卻至室溫，製得厚度為約0.2毫米之PTFE的平滑片材(緩衝材2)。以前述量測方法測量緩衝材2之相關性質，結果記錄於表1。

以與實施例1實質相同之方式進行熱壓操作，但分別使用單層緩衝材2作為上下緩衝層。觀察緩衝材2於熱壓操作後之沾黏情形，結果記錄於表1。

實施例3

將台玻公司之玻璃纖維布(型號：7628，厚度：170微米)含浸於如實施例2之PTFE膠液中，將玻璃纖維布取出後以壓模成型(成型溫度：150℃至200℃)之方式加工該玻璃纖維布，製得厚度約0.24毫米之含玻璃纖維之PTFE的平滑片材(緩衝材3)。以前述量測方法測量緩衝材3之相關性質，結果記錄於表1。

以與實施例1實質相同之方式進行熱壓操作，但分別使用單層緩衝材3作為上下緩衝層，觀察緩衝材3於熱壓操作後之沾黏情形，結果記錄於表1。

實施例4

將杜邦公司之PTFE膠液(膠液之溫度保持330℃至350℃)與四國化學公司之活性碳粉末以重量比為10：1之比例均勻混合獲得一膠液混合物，將所得之膠液混合物注入一經預熱之模具中(模具預熱溫度為100℃至150℃)，待膠液混合物於模具中維持1分鐘至2分鐘後，卸除模具並將所得成形產物冷卻至室溫，製得厚度為約0.21毫米之含活性碳之PTFE的平滑片材(緩衝材4)。以前述量測方法測量緩衝材4之相關性質，結果記錄於表1。

以與實施例1實質相同之方式進行熱壓操作，但分別使用單層緩衝材4作為上下緩衝層，觀察緩衝材4於熱壓操作後之沾黏情形，結果記錄於表1。

實施例5

以與實施例4相同之方法製作本發明之緩衝材，惟係以滑石粉取代活性碳粉末，製得厚度約0.22毫米之含滑石粉之PTFE的平滑片材(緩衝材5)。以前述量測方法測量緩衝材5之相關性質，結果記錄於表1。

以與實施例1實質相同之方式進行熱壓操作，但分別使用單層緩衝材5作為上下緩衝層，觀察緩衝材5於熱壓操作後之沾黏情形，結果記錄於表1。

實施例6

將杜邦公司之PTFE膠液(膠液溫度保持330℃至350℃)與四國化學公司之活性碳粉末以重量比為10：1之比例均勻混合獲得一膠液混合物，隨後將台玻公司之玻璃纖維布(型號：7628，厚度：170微米)含浸於所得之膠液混合物中，取出玻璃纖維布並以壓模成型(壓模成型溫度：150℃至200℃)之方式加工該玻璃纖維布，製得厚度約0.24毫米之含玻璃纖維之PTFE的平滑片材(緩衝材6)。以前述量測方法測量緩衝材6之相關性質，結果記錄於表1。

以與實施例1實質相同之方式進行熱壓操作，但分別使用單層緩衝材6作為上下緩衝層，觀察緩衝材6於熱壓操作後之沾黏情形，結果記錄於表1。

比較例7

採用International Paper公司販售之牛皮紙作為比較緩衝材7。以前述量測方法測量比較緩衝材7之耐燃性，結果記錄於表1。

以與實施例1實質相同之方式進行熱壓操作，但分別使用單層比較緩衝材7作為上下緩衝層，觀察比較緩衝材7於熱壓操作後之沾黏情形，結果記錄於表1。

由表1可知，本發明之緩衝材具有大於260℃之熔點及大於1000公斤/平方公分之彈性係數，其熱傳係數大於0.2瓦/公尺‧K且耐燃性優異，此對於提供熱壓操作之緩衝性能而言係有利的。而在表面沾黏檢測中，本發明之緩衝材不會與積層板之溢膠產生沾黏情形，相較之下，傳統牛皮紙(比較緩衝材7)之耐燃性不佳且容易產生沾黏情形。此外，於本發明緩衝材中，可透過補強材料(如緩衝材3及緩衝材6)之使用，來增加緩衝材之使用壽命；亦可添加如碳質材料(如緩衝材4)、無機氧化物(如緩衝材5)等填充料，來增益緩衝材之耐壓性、抗靜電性等特性。前述補強材料或添加材料之使用，可同時減少較昂貴之含氟樹脂的用量，降低製作成本。

實施例8：耐用性測試

採用如實施例1之熱壓機之堆疊結構及熱壓條件，並採用如表2所示之緩衝層，進行熱壓操作。待重複熱壓操作200次後，以目視觀察緩衝層的耐久情形，結果紀錄於表2。

由表2可知，本發明緩衝材無論單獨使用或與牛皮紙併用，皆能提供良好的耐久度，能大幅減少緩衝材料損耗率，減少製作成本。

由上述結果可知，本發明緩衝材兼具良好之緩衝性、熱傳導性、耐久度及抗沾黏性，非常適合作為熱壓機之堆疊結構中的緩衝層材料。此外，由含氟樹脂所製成之緩衝材具備光滑表面，易於吸附移載，大幅提高製程便利性。

上述實施例僅為例示性說明本發明之原理及其功效，並闡述本發明之技術特徵，而非用於限制本發明之保護範疇。任何熟悉本技術者在不違背本發明之技術原理及精神下，可輕易完成之改變或安排，均屬本發明所主張之範圍。因此，本發明之權利保護範圍係如後附申請專利範圍所列。

第1圖為本發明之堆疊結構之一實施態樣的結構示意圖。

Claims (12)

1. 一種熱壓機用之緩衝材，其係藉由將一熔點大於260℃且彈性係數大於1000公斤/平方公分之含氟樹脂成形為一片材而製得。
2. 如請求項1之緩衝材，更包含一補強材料。
3. 如請求項2之緩衝材，該補強材料係選自以下群組：玻璃纖維、天然纖維、有機纖維、一或多種前述纖維所構成之織物或非織物及短絨棉紙。
4. 如請求項1之緩衝材，其中該含氟樹脂係選自以下群組：聚二氟乙烯、聚三氟乙烯、聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene，PTFE)、乙烯-四氟乙烯共聚物(poly(ethylene-co-tetrafluoroethylene)，ETFE)及前述之組合。
5. 如請求項1至4中任一項之緩衝材，更包含一填充料，且以該含氟樹脂之重量計，該填充料之含量為約0.01重量%至約40重量%。
6. 如請求項5之緩衝材，其中該填充料係選自以下群組：金屬、無機氧化物、碳質材料及前述之組合。
7. 如請求項6之緩衝材，其中該金屬係選自以下群組之粉末：鋁、銀、銅、鎳及前述之組合。
8. 如請求項6之緩衝材，其中該無機氧化物係選自以下群組之粉末：氧化鋁、氫氧化鋁、氧化鋅、二氧化矽、氮化硼、高嶺土、滑石、雲母及前述之組合。
9. 如請求項6之緩衝材，其中該碳質材料係選自以下群組：活性碳、石墨、碳及前述之組合。
10. 如請求項1之緩衝材，其中該緩衝材之厚度為約0.05毫米至約20毫米。
11. 一種用於製造積層板之熱壓機之堆疊結構，由外而內依序包含上下成對配置之加熱板、承載盤、包含如請求項1至10中任一項之緩衝材之緩衝層、及鋼板，其中待熱壓之積層板材料係置於該兩鋼板之間。
12. 如請求項11之堆疊結構，其中該緩衝層更包含牛皮紙。