覆铜箔层压板，简称覆铜板（见图5-11），是由绝缘基材、粘合剂、铜箔经一系列成型工艺制作而成，是现代电子工业发展的重要的基础材料。覆铜板经照相制板、化学蚀刻和电镀等工序，可制成印刷电路板。印刷电路简化了错综复杂的布线，使电路紧凑地排列在绝缘板上，它广泛应用在宇航、电脑、电讯、电子及机电产品中。
覆铜板按所用的基材可分为许多品种，按所覆铜箔又分为单面和双面。双面覆铜板可两面布线，并可与半固化片粘接复合制成多层线路板。不同品种的覆铜板各具特性和用途。
1.主要原材料
1）铜箔
用于覆铜板的铜箔，其技术要求符合GB/T5230《电解铜箔》的规定，铜箔的单位面积质量及允许偏差见表5-13。
表5-13 铜箔的单位面积质量及允许偏差
覆铜板一般使用35μm厚度铜箔，随着印刷电路高密度化，为了减少侧蚀，有利于制作精细线条，增加布线密度，节省刻蚀时间和材料，压制薄板使用了18μm厚度铜箔和9μm厚度铜箔。
对铜箔技术要求，除化学成分、力学性能、电性能、工艺性能等应满足GB/T5230规定外，铜箔的表面质量对覆铜板质量也有很大影响，要求铜箔表面无污垢、皱纹、麻点、凹坑、划痕、针孔、渗透点。
铜箔表面一面是光面，另一面是粗糙面，铜箔表面须经化学或电化学处理，以提高铜箔与基材（胶布或胶纸）的粘合力。使用偶联剂处理也可增加粘合力。用于纸基板的铜箔还应在铜箔的粗糙面上涂胶，选择铜箔胶应考虑铜箔和基材之间具有良好的粘结力，并具有良好的电绝缘性、浸焊性等。一般选用聚乙烯醇缩丁醛、丁腈橡胶改性的酚醛树脂作为铜箔胶。
2）增强材料
①浸渍纸 生产纸基覆铜板所用的浸渍纸，要求具有良好的吸收性、一定的机械强度和绝缘性能，纸面不光滑以利于上胶和增加层间粘接力，但纸质材料的结构应均匀，不存在纤维束、腐浆、斑点等，浸渍纸应呈中性。
浸渍纸有棉浆纸和木浆纸两种，分别作覆铜板的表面纸和芯纸。表面纸用棉纤维纸（单重120g/m2），芯纸用漂白木浆纸（单重127g/m2）。如仅用棉纤维纸做芯纸，其板子的翘曲性大。
②玻璃纤维布 生产玻纤布基覆铜板使用无碱玻璃纤维布，其成分为铝硼硅酸盐玻璃，碱金属氧化物含量不大于0.5%，织物组织为平纹，其规格和物理性能见表5-14。
表5-14 无碱玻纤布规格和性能指标
为提高玻纤布层间粘合力，玻纤布浸胶前须经脱浆和偶联剂处理，覆铜板专用技术指标见表5-15。|
制品代号（牌号） |
原纱号数×股数（公称支数/股数） |
单纤维公称直径/um |
厚度 um |
宽度 cm |
单重 g/m2 |
密度/(根/cm2) |
断裂力 N/25×100 |
公称捻度 捻/m |
组织 |
|||||
|
经纱 |
纬纱 |
经纱 |
纬纱 |
经纱 |
纬纱 |
经向 |
纬向 |
经纱 |
纬纱 |
|||||
|
EW90 (无碱布-90) |
12×2(83.3/2) |
24×1(41.6/1) |
5.5 |
8 |
0.090±0.010 |
90.0±1.5 100.0±1.5 |
85±8 |
18±1 |
16±1 |
>450 |
>300 |
55-110
|
55 |
平纹 |
|
EW100A (无碱布-100A) |
12×2(83.3/2) |
24×1(83.3/2) |
5.5 |
5.5 |
0.100±0.010 |
90.0±1.5 100.0±1.5 |
100±10 |
20±1 |
20±1 |
>500 |
>500 |
110
|
110 |
平纹 |
|
EW100B (无碱布-100B) |
12×2(83.3/2) |
24×1(41.6/1) |
5.5 |
8 |
0.100±0.010 |
90.0±1.5 100.0±1.5 |
100±10 |
20±1 |
20±1 |
>500 |
>400 |
55-100
|
55 |
平纹 |
|
EW110 (无碱布-110) |
12×2(83.3/2) |
24×1(83.3/3) |
5.5 |
5.5 |
0.110±0.010 |
90.0±1.5 100.0±1.5 |
100±10 |
20±1 |
20±1 |
>500 |
>500 |
110
|
55-100 |
平纹 |
|
EW140 (无碱布-140) |
24×2(41.6/2) |
24×1(41.6/2) |
8 |
8 |
0.140±0.015 |
90.0±1.5 100.0±1.5 |
135±14 |
16±1 |
16±1 |
>750 |
>500 |
110
|
55-110 |
平纹 |
|
EW200 (无碱布-200) |
24×3(41.6/3) |
24×1(41.6/3) |
8 |
8 |
0.200±0.020 |
90.0±1.5 100.0±1.5 |
200±20 |
16±1 |
16±1 |
>1000 |
>750 |
110
|
55 |
平纹 |
|
技术指标 |
||||||||||
③粘结剂 不同型号的覆铜板使用不同种类及牌号的粘结剂（树脂）。酚醛覆铜板的粘结剂一般使用改性酚醛树脂，如三乙胺改性、三聚氰胺改性、桐油、苯乙烯改性等。环氧覆铜板使用的环氧树脂如EP01441-310（E-51，CYD-128），EP01451-310（E-44），EP01551-310（E-42），EP01661-310（E-20，CYD-011）。用于阻燃板的溴化环氧树脂CYDB-521-A-80，EX-20-A-80及DOW D•E•R531-A80，D•E•R532-A80，D•E•R532-A80，CIBA-BEIGY，LZ8008A-80SP，Shell EPON•Resin1124-A80等，其技术指标见GB13657-92及各自厂家的产品说明书。
用于覆铜板生产的环氧树脂常用固化剂和促进剂有双氰胺（DICY）、4，4-二氨基二苯砜（DADS）、苄基二甲胺（BDMA）、2-甲基咪唑（2-MI）、2-乙基-4-甲基咪唑（2E-4MI）等，溶剂有二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、乙二醇甲醚、丙酮等。
2.成型方法
覆铜板成型方法与一般层压板制品方法相同，一般工艺流程如下：配胶、浸胶、裁片，再经叠合层压、切边而成。浸渍设备有卧式、立式浸胶机，一般纸基板胶纸采用卧式浸胶机，布基板胶布采用立式浸胶机。层压机根据版面的大小，常压或真空压制而决定液压机的吨位。根据不同的覆铜板型号采用不同的树脂配方及成型工艺参数。
现以阻燃性覆铜箔环氧玻璃布层压板为例，简述其生产工艺过程，见图5-12。
1）粘结剂配制
①双氰胺溶液配制 双氰胺为白色结晶固体，熔点207-209℃，在极性溶剂中可溶解，其溶解度随温度增加而增加。双氰胺是一种潜伏型固化剂，为了与环氧树脂充分分散混合，须先配成溶液。典型的双氰胺溶液组分见表5-16。
表5-16 双氰胺溶液配比
双氰胺溶液适当加热能加速溶解。双氰胺溶液中不得有未溶解的或再结晶的双氰胺颗粒，否则会影响树脂的流动性及产品性能。
②粘结剂配方 见表5-17。
表5-17 粘结剂配方
③粘结剂凝胶速度和胶液浓度的控制 凝胶时间一般为180-200s/170℃。凝胶速度慢，即树脂嫩；凝胶速度快，即树脂老。凝胶速度直接影响浸胶时胶液的流动性、压制工艺及产品的性能。一般地说凝胶速度快，可缩短压制时间。胶液浓度用密度或粘度控制，一般用丙酮调节。胶液浓度影响浸胶时胶布的含胶量。胶液太浓不利于胶液渗透玻璃布。胶液的相对密度一般为1.05-1.1。
2）浸胶
玻璃布在立式浸胶机上进行浸胶，采用两次浸胶法。第一次采用反挤辊或胶液喷射法，使胶液从玻璃布的一面向另一面渗透，以利于玻璃布间隙内气体的排出和胶液渗透均匀。第二次为浸渍，再通过一对挤辊控制间隙而调节胶量大小和均匀性。浸胶机烘箱的温度应分段控制，一般采用四温区控制，即上行、下行两个温区。胶布从烘箱出来后收卷或裁片。
浸胶时调整车速和烘箱温度，以利于严格控制胶布的含胶量、挥发份含量、可溶性树脂含量或胶液的流动性。7628布含胶量一般为（44±2）%，挥发份含量小于1%，可溶性树脂含量为（70±5）%，或流动度为22%-27%。胶布的质量对覆铜板层压工艺和产品性能的影响极为重要。
流动度测试方法如下：
将4张100×100（按经纬度方向45º取样）的胶布叠合称量为w1，放入流动性测试仪中，上、下压模温度为170-171℃，在5s内加压至满压，压力为1.5±0.15MPa，保温10min，然后取出，将边部流出树脂去掉，再称量为w2，流动度计算公式如下：
流动度=k×(w1-w2)/w1×100%
式中w1—原样重：
w2—流动树脂后重：
k—校正值：
k=1/胶布胶含量百分数。
3）叠合
叠合必须在净化室中完成。根据覆铜板的厚度，确定每张板子所需胶布的张数。叠合前将有疵点的胶布挑剔出来，然后将每块板所需胶布层数叠配为一叠并错位成叠。再按铜箔-胶布-铜箔（双面覆铜板）；铜箔-胶布-薄膜（单面覆铜板）叠合在一起，作为叠合本，以利于在铺模整理时铺模。
4）铺模
在净化室中使用铺模整理机完成。铺模中注意每模所压的块数和总厚度。以1.6mm厚覆铜箔为例，每模以8块为宜，块数多对排出气泡和平整度均不利。铺模时在垫板上和盖板下应加放20层左右绝缘层，作为压制缓冲层，以保证压制时物料内的气泡排出。
5）压制
层压板一般含有18层或20层。先将已铺模好的一单元一单元地堆放在装卸机里的各层上，然后开动机器将所有的一次推进层压机里。层压机模板的温度为120-130℃，预压力为3-5MPa，预压时间约15-20min，这时胶布里的树脂凝胶。然后在10min内将温度升至170-175℃，将压力逐步升至7-8MPa，保温75-90min，停止加热，开冷水管冷却，冷却至50℃以下脱模。
如采用真空压制，在压制时可把真空度升至91.2-96.3/KPa，预压和最高压力均可减少1/3。这样有利于边缘里的气泡排出，并提高覆铜板的平整度。
6）裁剪
按规定的尺寸裁剪，一般为1220mm×1020mm或1220mm×915mm。采用剪板机或自动剪板机裁边。裁边时为避免损伤覆铜板铜箔面，剪板机面上垫放软质材料后裁边。裁剪时应保持板面的垂直度。
7）成品检验
按国家标准GB4725-92技术要求，或订货合同要求的标准和技术指标进行检验。
技术要求详见GB 4725-92。
二、超混杂结构层压制品
超混杂结构复合材料是指含有金属纤维或金属层的由两种或两种以上的纤维共同增强统一树脂基体而组成的复合材料，是一种功能-结构型材料，具有高强度、高刚度、耐磨损、抗静电等性能，用于航空、航天、武器装备等领域。它可根据制品使用的不同工况条件、不同技术要求，充分利用各种纤维复合材料、金属或非金属材料的性能，进行各种形式的混杂，以获得最佳技术经济效果。
1.设计思路
超混杂结构复合材料主要分为层内混杂、层间混杂和层内/层间混杂三种类型。按照复合材料设计准则，采用功能层、功能结构层、结构层和表面层进行混杂设计。功能层表面直接与介质相接触中，加入适量石墨粉或金属粉，使其具有抗静电、耐磨损功能，是根据使用技术要求首先满足主导技术功能同时兼顾其它性能而设计的；功能结构层选用金属纤维与合成纤维混杂增强，具有抗静电、耐磨损、提高弹性模量三重功能，是超混杂结构所特有的，专为充分发挥纤维的技术功能同时又利用其力学性能而设置，可保证当功能层一旦遭受破坏仍能继续提供设计所要求的技术性能；结构层由玻璃纤维增强环氧树脂组成，保证材料和制品所需要的强度、模量等；表面层是与外界所接触的非工作面，一般仅需要考虑其耐老化性能，即在设计工作年限内完全可靠。
超混杂复合材料的设计是以该材料在复杂工况条件下长期使用为目的进行设计的，所用组分材料有增强材料、基体材料、功能材料及辅助材料四类。增强材料有金属纤维（或金属层）、合成纤维、玻璃纤维；功能材料有耐磨、到点、耐腐蚀功能填料及助剂等；基体材料主要选用环氧树脂和不饱和聚酯树脂；辅助材料为固化剂、促进剂、溶剂、增韧剂等。纤维的多种功能与功能填料、助剂的合理配合使超混杂复合材料的设计有较大的自由度，多相材料复合的界面技术可使 非均质纤维、微粒状组分材料与基体树脂可靠粘结，并使复合材料内部的应力平衡， 保持其良好的尺寸稳定性和成型工艺可行性。
2.成型工艺
1）工艺流程
超混杂结构复合材料具有优异的技术性能，这与增强纤维和树脂基体间形成的界面作用有密切关系。有机合成纤维在加工过程中会有油剂、污染物，不锈钢纤维由于空气和环境的污染，表面有油脂和污垢，其存在会妨碍增强纤维与树脂基体的浸润，使界面的粘结剂大为降低。因此必须对纤维表面进行处理，以获得清洁、干燥、粗糙、活性的表面，提高材料各项性能。
要使括金属纤维、玻璃纤维、合成纤维、无机填料和树脂基体这些多相、非均质的材料组成复合结构，且具有多功能、多用途、低成本及良好的尺寸稳定性，必须高度重视界面处理，采用压力成型，进行合理的后固化处理。工艺方法的选择、工艺装备的设计和工艺参数的确定必须根据各组分材料的性能特点和制品的不同技术要求进行合理制定。图5-13为超混杂结构层压制品的成型工艺流程图。
2）铺层叠合工艺
铺层叠合工序是在刷涂脱膜剂的钢模板上用人工方式先将增强纤维剪裁，再接特定的基体配方分别对各层进行浸胶，按图5-14方式铺层叠合，达到预定层数的工艺过程。
在整个工序过程中要注意：
（1）刷涂脱膜剂要均匀，保证其成膜连续；
（2）附树脂层要均匀连续；
（3）纤维织物浸胶要均匀；
（4）各铺层要平整，无皱折，层与层之间无直径大于0.5mm的气泡。
3）工艺条件
温度、压力和热压时间是保证制品性能的三个重要工艺参数。
层压工艺分常温和加温两种方式，主要根据生产效率、产品批量、制品性能的要求而定。复合材料性能与其固化程度密切相关，因此，在工艺设计中应根据所选用的树脂种类，通过凝胶试验合理选择固化剂、促进剂的类型及用料，制定相应的加温曲线。温度的控制包括三个阶段：第一阶段即升温阶段是从室温到开始反应的阶段，在这一阶段中没有激烈的缩聚反应，因此升温速度较快，时间较短；第二阶段为保温阶段，以较低的反应速度进行缩聚，防止反应速度过快，导致短时间内产生大量的挥发物，影响制品质量，因此应延长保温时间；第三阶段为降温阶段，断电自然冷却至室温即可。
压力的控制采用二次加压的方法，可以避免浸胶不均匀和大量孔隙的存在。初次加压合模时，以有少量树脂溢出为加压限度；随着温度的提高和树脂交联程度的增大，接近凝胶点时为第二次加压最佳时机，压力的大小以使上下模板间距离达到预定厚度为限。因所用纤维刚度不同，功能填料的用量不一，所施压力有所差异。保温过程同时保压，降温时也要保压，防止制品在冷却过程中变形。
4）后固化处理
由于超混杂复合板为多相非均质结构，其固化过程会伴随树脂基体交联收缩而引起变形，产生残余应力，因此必须进行后固化处理，一方面可尽量消除残余应力，另一方面使树脂得到充分固化，从而使制品获得应有的性能和良好的尺寸稳定性。应力释放温度与材料铺层方式、结构形式、升温降温速率、保温时间长短有关，当温度高于应力释放温度时，可消除残余应力。
按上述材料设计工艺制备的制品具有良好的电学和力学性能，是一种较理想的功能-结构型超混杂复合材料层压制品。
三、电气绝缘层压制品
最早使用的绝缘材料是棉布、丝绸、云母、橡胶等天然制品。20世纪30年代以后，人工合成绝缘材料迅速发展，各种合成树脂、塑料等先后用于电工领域，以制造电机及高、低压电器等，使电器产品的容量不断扩大、体积逐渐缩小，从而促进电工和电子技术的发展。
随着电子产品日新月异的发展，对绝缘材料的要求越来越高，不仅要求绝缘材料在常温下具有各种优良性能，还要求在各种特殊环境下突出显示其优异性能。在电工、电子、无线电技术和国民经济其他领域中，广泛采用具有各种电气和物理机械性能的电气绝缘层压制品。一些较新型的层压复合材料制品具有高的湿热稳定性和机械强度，其使用范围和规模正在扩大，与此同时，一些传统的层压制品(以纤维纸为基材的纸板和以棉布为基材的布板)目前也仍在广泛使用之中。图5-15所示为各种层压制品加工件，绝缘层压板在电机中的应用见图5-16。
绝缘材料分气体、液体和固体3类。固体绝缘材料分为无机和有机两大类。无机绝缘材料主要有云母、粉云母及云母制品，玻璃、玻璃纤维及其制品，电瓷、氧化铝膜等，耐高温、不易老化，具有较好的机械强度；但加工性能差，不易适应电工设备对绝缘材料的成型要求，多用于输配电场合。有机固体绝缘材料包括绝缘漆、绝缘胶、绝缘纸、绝缘纤维制品、塑料、橡胶、漆布以及浸渍纤维制品、电工用薄膜、复合制品、层压制品等，由于其介电常数和介质损耗小，可满足高频要求，从而适应电工、电子新技术的发展。
1.所用原材料
1）基体树脂
常用基体树脂为酚醛和环氧树脂，还有聚胺一酰亚胺树脂、改性二苯醚、不饱和聚酯等。
环氧树脂因其优点明显而在电工及机械设备领域得到广泛应用，并成为环氧树脂应用的重要一支，主要品种有机械承力层压板和层压制品，电器绝缘层压板，层压管和层压棒等。环氧层压塑料用于电工及机械设备中的显著优点，主要体现在以下几个方面：一是可提高电机、电器的耐热性、抗振性和机械强度，能达到B、F级绝缘或电绝缘兼机械负荷的要求；二是具有较高的耐紫外线、耐原子能辐射的能力，可供户外高压电器和原子能辐射下运行的电气设备、装置作绝缘结构件；三是在高压、大电流开关和要求防火、防爆的电气装置中，可作阻燃性或耐电弧性强的绝缘零部件；四是强度高，密度小，吸振性、耐疲劳性及耐磨性好，能减少噪声，运行平稳。
2）增强材料
主要有玻璃纤维布、棉布、纸等材料。
以无碱玻璃纤维布为基材制备的层压制品在常态下具有高的机械性能和介电常数，生产工艺简便，成本较低，已被广泛应用于各种电机电器产品中，是目前国内绝缘材料产品中产量最大应用最广泛的一种。环氧层压玻璃布制品中等温度下机械强度极高，高湿度下介电性能稳定；环氧酚醛层压玻璃布制品，以具有较高的机械、耐热和介电性能，适于作电气设备中作绝缘结构零部件，并可在潮湿环境下和变压器油中使用。
以棉布为增强材料的层压制品, 其电气性能、吸水性、弯曲破坏应力以及拉断等性能, 都比其它类型的层压塑料差得多, 特别是受潮后更为明显，但是这类层压塑料具有良好的耐磨性、抗冲击强度、沿层抗劈性以及较高的抗冲击性板厚毫米以下。上述性能是这类层压塑料仍然存在的原因。酚醛层压棉布制品具有较高的机械强度，适于作电气设备中绝缘结构零部件。
以纸为基材的层压塑料纸板的生产同其它层压制品一样，层压纸板具有高的耐热性、耐潮性和优良的电气性能，其机械强度同一般的布板和以植物纤维为基材的层压板相比也是足够高的。酚醛层压纸制品具有较高的机械、耐热和介电性能，适于作电气设备中作绝缘结构零部件，并可在潮湿环境下和变压器油中使用。
2.成型工艺
电气绝缘层压制品是以布、毡或纸为基材，浸渍树脂胶液，烘干得到树脂胶布(又称预浸布、浸胶布、粘结片等)，再经叠层、高压热固化而成的板材或形状简单的层压制品(如轴瓦、滑轮等)，也可用胶布经卷绕、热压固化制成的管材或棒材。不同用途的层压制品所用的原材料也不同，但其成型工艺原理则基本相同，都采用干法生产。
层压管见图5-17，是增强材料浸以树脂胶液制成浸胶布，经过加热卷制而成的管状层压制品。层压管具有一定的机械强度和电气性能，适用于电机、电器及其他电器设备中，可在变压器油中使用。产品规格一般长度100cm，最长可生产150cm。
层压棒适用于电气设备中绝缘结构零部件的精细耐磨结构，见图5-18。以环氧布棒为例，是由棉布浸以环氧树脂烘干后，经成型模压而成的截面为圆形的棒状层压制品，产品具有较高的机械性能，适用于电器设备中作绝缘结构零部件，并可在变压器油中使用。本产品耐热等级为120级，抗弯强度大于120Mpa，变压器油中垂直层向击穿强度大于10kV。
3240环氧酚醛层压玻璃布板(见图5-19)在干式变压器上的应用见图5-20，其制备工艺流程图见图5-21。
所用玻璃纤维布为电工专用无碱玻璃纤维布，经高温脱蜡处理以改善树脂的浸润性。树脂胶液典型配方见表5-18。
表5-18 3240环氧酚醛玻璃布板树脂典型配方
控制胶液粘度和浸胶工艺使浸胶布的指标满足表5-19 的要求。
表5-19 3240环氧酚醛玻璃布板浸胶布指标
根据产品厚度要求计算装料量，按表5-20所示工艺进行热压成型。
表5-20 3240环氧酚醛玻璃布板热压成型工艺
产品脱模后可根据实际情况选择是否进行后处理，一般是在120~130℃温度地环境中持续120~150分钟，可提高制品的机械性能和电气性能。
控制胶液粘度和浸胶工艺使浸胶布的指标满足表5-19 的要求。
根据产品厚度要求计算装料量，按表5-20所示工艺进行热压成型。
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