Press Cycle Time Reduction of A Reinforced Epoxy Resin and the Influence On Its Mechanical/Thermal Properties

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

Autoren

Abstract

Die Laminierung oder die Verpressung ist einer der wichtigsten Prozesse in der Leiterplattenherstellung, da das verstärkte Epoxidharz (Prepreg) ausgehärtet wird und damit relevante mechanische und thermomechanische Eigenschaften wie Steifigkeit, Glasübergangstemperatur (Tg) und Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) usw. der PCBs während dieses Vorgangs festgelegt werden. Dieser Prozess ist jedoch auch zeitaufwendig. Obwohl Materiallieferanten den Leiterplattenherstellern normalerweise die vom Hersteller empfohlenen Aushärtungszyklen (MRC) für jedes spezifische Material anbieten, müssen diese MRCs oft in Bezug auf Zykluszeit und/oder Temperatur angepasst werden, um die Produktionszeit zu verringern und/oder Auslastung der Presse zu verbessern. In dieser Arbeit wurde zunächst der Mechanismus der Epoxidaushärtungskinetik untersucht, um den Polymerisationsprozess während der Laminierung zu verstehen. Anschließend wird der Weg zur Verkürzung der Presszykluszeit eines verstärkten Epoxidharzes, CE688, dargestellt, basierend auf Untersuchungen des Laminierungsprozesses und des Einflusses auf seine mechanischen, thermischen, bruchmechanischen Eigenschaften sowie auf die Zuverlässigkeit. Da die Hauptfunktion des Laminierungsprozesses darin besteht, das Epoxidharz bei erhöhten Temperaturen mit hohem Druck auszuhärten, ist die Entwicklung des Härtungsgrads während dieses Erwärmungsprozesses einer der Schlüsselindikatoren für die Reduktion der Pressenzykluszeit. Daher wurde der bekannte Modellfreie Kinetik-Ansatz (MFK) zunächst auf ein Modellharz für die Machbarkeitsstudie der Methode und dann auf das CE688-Epoxidharz angewendet. Obwohl aufgrund der fehlenden Diffusionskorrektur im MFK-Ansatz kleine Abweichungen der prognostizierten gegenüber den experimentellen Kurven gefunden wurden, können die Ergebnisse gut akzeptiert werden. Dieser allgemein angewendete MFK-Ansatz kann jedoch nur die Härtung unter entweder isothermen oder nicht-isothermen (d.h. mit einer festen Erwärmungsrate) Erwärmungsbedingungen vorhersagen und kann daher nicht direkt zur Vorhersage eines realen Falls verwendet werden. Aufgrund der Verzögerung der Wärmeübertragung innerhalb des Pressbuchs variiert der Aushärtungsgrad des Epoxids abhängig vom Ort. Je näher zum Beispiel die Heizplatte ist, desto schneller schreitet die Aushärtung voran. Daher wurde vom Autor ein mathematischer Algorithmus entwickelt, um die MFK mit einer leistungsfähigen Finite-Elemente-Analyse (FEA) zu koppeln, um so das Aushärteverhalten genauer vorhersagen zu können. Dieser Algorithmus wurde schließlich in Abaqus® implementiert, indem die diskretisierte analytische Lösung des MFK in die Benutzer-Subroutinen integriert wurde. Diese Methode wurde durch nicht-isotherme und isotherme Differenzialrasterkalorimetrie (DSC) Experimente verifiziert. Mit diesem Verfahren kann der reale Herstellungspresszyklus hinsichtlich der Temperaturverteilung innerhalb des gesamten Pressbuches und der Aushärtungsgrad des Epoxidharzes an jedem Ort simuliert werden. Außerdem kann das vorliegende Verfahren im Gegensatz zu anderen FEA-Aushärtungssimulationen einfach beliebige Geometrien mit fortgeschrittenen, vom Aushärtungsgrad abhängigen Materialeigenschaften wie Dichte, CTE, Wärmeleitfähigkeit, spezifische Wärme und sogar die chemische Schrumpfung während der Polymerisation simulieren. Darüber hinaus kann die entwickelte MFK auch für die Abbauuntersuchung verwendet werden, die zur Charakterisierung der thermischen Stabilität des Materials sehr wichtig ist.

Details

Titel in ÜbersetzungPressenzykluszeitreduktion eines verstärkten Epoxidharzes und der Einfluss auf seine mechanischen/thermischen Eigenschaften
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
DOIs
StatusVeröffentlicht - 2018