FR4详细解释分析说明.docx
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FR4详细解释分析说明
FR4口头上是那么读，但是正规的书面型号是FR-4
FR-4是一种耐燃材料等级的代号，所代表的意思是树脂材料经过燃烧状态必须能够自行熄灭的一种材料规格，它不是一种材料名称，而是一种材料等级，因此目前一般电路板所用的FR-4等级材料就有非常多的种类，但是多数都是以所谓的四功能（Tera-Function）的环氧树脂加上填充剂（Filler）以及玻璃纤维所做出的复合材料。
FR-4环氧玻璃布层压板，根据使用的用途不同，行业一般称为：
FR-4EpoxyGlassCloth,绝缘板，环氧板，环氧树脂板，溴化环氧树脂板，FR-4，玻璃纤维板，玻纤板，FR-4补强板，FPC补强板，柔性线路板补强板，FR-4环氧树脂板，阻燃绝缘板，FR-4积层板，环氧板，FR-4光板，FR-4玻纤板，环氧玻璃布板，环氧玻璃布层压板，线路板钻孔垫板。
主要技术技术特点及应用：
电绝缘性能稳定，平整度好，表面光滑，无凹坑，厚度公差标准，适合应用于高性能电子绝缘要求的产品，如FPC补强板，PCB钻孔垫板，玻纤介子，电位器碳膜印刷玻璃纤维板，精密游星齿轮（晶片研磨），精密测试板材，电气（电器）设备绝缘撑条隔板，绝缘垫板，变压器绝缘板，电机绝缘件，研磨齿轮，电子开关绝缘板等。
FR4环氧玻璃布层压板表面颜色有:
黄色FR-4,白色FR-4,黑色FR-4,篮色FR-4等.
FR-4是PCB使用的基板，是板料的一种类别。
板料按增强材料不同，主要分类为以下四种：
1）FR-4：
玻璃布基板
2）FR-1、FR-2等：
纸基板
3）CEM系列：
复合基板
4）特殊材料基板（陶瓷、金属基等）FR-4由专用电子布浸以环氧酚醛树脂等材料经高温高压热压而成的板状层压制品。
特点：
具有较高的机械性能和介电性能，较好的耐热性和耐潮性并有良好的机械加工性。
用途:
电机、电器设备中作绝缘结构零部件，包括各式样之开关`FPC补强电器绝缘`碳膜印刷电路板`电脑钻孔用垫`模具治具等（PCB测试架）并可在潮湿环境条件和变压器油中使用。
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FR-4级别区分
FR4覆铜板是玻璃纤维环氧树脂覆铜板的简称.FR-4覆铜板分为以下几级:
FR-4A1级覆铜板
此等级覆铜板主要用于军工、通讯、电脑、数字电路、工业仪器仪表、汽车电路等电子产品。
此等级覆铜板应用广泛，各项技术性能指标全部满足上述电子产品的需要。
此等级产品质量完全达到世界一流水平。
FR-4A2级覆铜板
此等级覆铜板主要用于普通电脑、高级家电产品及一般的电子产品。
此等级系列覆铜板应用广泛，各项性能指标都能满足一般工业用电子产品的需要。
有很好的价格性能比，能使客户有效地提高竞争力。
FR-4A3级覆铜板
此级覆铜板是本公司专门为家电行业、电脑周边产品及普通电子产品（如玩具，计算器，游戏机等）开发生产的FR－4产品。
其特点在于性能满足要求的前提下，价格极具竞争优势。
FR-4AB1级覆铜板
此等级覆铜板属本公司独有的中低档产品。
但各项性能指标仍可满足普通的家电、电脑周边产品及一般的电子产品的需要，开发生产的只适合制作普通双面PCBFR－4产品。
其价格最具竞争性，性能价格比也相当出色。
FR-4AB2级覆铜板
此等级覆铜板属本公司独有的低档产品。
但各项性能指标仍可满足普通的家电、电脑周边产品及一般的电子产品的需要，开发生产的只适合制作普通双面PCBFR－4产品。
其价格最具竞争性，性能价格比也比较好。
FR-4AB3级覆铜板
此等级覆铜板属本公司的低档产品。
各项性能指标能满足普通的家电、电脑周边产品及一般的电子产品的需要，开发生产的只适合制作普通双面PCBFR－4产品。
其稳定性比AB2级板材稍差些，价格低廉而实惠。
FR-4B级覆铜板
此等级覆铜板属于本公司的次级品板材，各项性能指标可以满足要求不高的电子产品需要，只适合制作线距、线宽、孔间距及孔径要求不高的普通双面PCBFR－4产品，价格最为低廉。
FR-4无卤素覆铜板
此系列产品是未来覆铜板环保方面发展趋势，其可以使用在军工、通讯、电脑、数字电路、工业仪器仪表、汽车电路等电子产品。
此等级产品质量完全达到世界一流水平。
CEM-3系列覆铜板
此类产品本公司生产的有三种基材颜色，即白色，黑色及自然色。
主要应用在电脑、LED行业、钟表、一般家电产品及普通的电子产品（如VCD，DVD，玩具，游戏机等）。
其主要特点是冲孔性能较好，适合于大批量的需要冲压工艺成形的PCB产品。
此系列产品有A1、A2、A3三个质量等级的产品，各种不同要求的客户，可选择使用。
CEM-3-BK
特点：
⑴基材黑色，不透明，遮光性。
⑵优秀的机械加工性，可冲孔加工。
⑶加工工艺与FR-4相同。
应用领域：
非常适合制作LED显示用印制线路板。
CEM-3-W
特点：
⑴基材白色，不透明，遮光性和耐泛黄性好。
⑵优秀的机械加工性，可冲孔加工。
⑶加工工艺与FR-4相同。
应用领域：
非常适合制作LED显示用印制线路板。
CEM-3-UV
特点：
⑴优秀的机械加工性，可冲孔加工，钻孔加工钻头使用寿命可延长2-5倍。
⑵UVBlocking与UAOI兼容，可提高PCB生产效率。
⑶电性能与FR-4相当，加工工艺与FR-4相同。
应用领域：
仪器仪表、信息家电、汽车电子、自动控制器、游戏机等。
CEM-3-N
特点：
⑴优秀的机械加工性，可冲孔加工，钻孔加工钻头使用寿命可延长2-5倍。
⑵电性能与FR-4相当，加工工艺与FR-4相同。
⑶PTH可靠性与FR-4相当。
应用领域：
仪器仪表、信息家电、汽车电子、自动控制器、游戏机等。
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FR-4性能特征
垂直层向弯曲强度A：
常态：
E-1／150，150±5℃≥340Mpa
平行层向冲击强度（简支梁法）：
≥230KJ／m
浸水后绝缘电阻（D-24／23）：
≥5.0×108Ω
垂直层向电气强度（于90±2℃变压器油中，板厚1mm）：
≥14.2MV／m
平行层向击穿电压（于90±2℃变压器油中）：
≥40KV
相对介电常数（50Hz）：
≤5.5
相对介电常数（1MHz）：
≤5.5
介质损耗因数（50Hz）：
≤0.04
介质损耗因数（1MHz）：
≤0.04
吸水性（D-24／23，板厚1.6mm）：
≤19mg
密度：
1.70-1.90g／cm³
燃烧性：
FV0
颜色：
本色
执行标准：
GB／T1303.1-1998
FR-4制程性能：
（1）FR-4制程压板熔点（203℃）
（2）高抗化性
（3）低损耗系数（Df0.0025）
（4）稳定和低的介电常数（Dk2.35）
（5）热塑性材料
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FR-4品质控制
1.基板翘曲予防措施
1.1从树脂配方入手
采用分子链比较长，柔顺性比较好的树脂及固化剂，这是克服基板翘曲的重要手段。
纸基覆铜板自从采用了桐油改性酚醛树脂以后，有效地解决了覆铜板翘曲问题，它为其它类型层压板与覆铜板提供了借鉴。
1.2认真选用好基材
在纸基覆铜板生产实践中我们发现，同样的胶液，同样的生产条件，采用不同生产厂生产的纸来生产覆铜板，用其中一些厂的纸制出的单面覆铜板竞会从正翘变为反翘。
根据这一现象，在纸基覆铜板生产中，我们有意将翘曲度有差异的纸混用分别上胶混和叠料，发现可以制得平整度很好的覆铜板。
其在PCB制程中也很稳定，这一作法其他CCL厂可以借鉴。
玻纤布基单面覆铜板我们尚未发现变换不同厂家基材所制得覆铜板会从反翘变化到正翘情况，但不同厂家玻纤布制得的覆铜板翘曲度有明显差异，材料采购时应定向。
1.3严格控制各生产环节技术参数
在覆铜板生产过程中，严格控制各生产环节技术参数，保证半固化片的树脂含量、流动度、凝胶化时间一致性，这是提高覆铜板平整性的必要措施。
其中流动度与凝胶化时间的技术指标的确定，是一个技术性很强的问题，须经过大量生产实践积累数据，才能找到一个较佳控制指标与生产工艺条件（当前有不少厂家采用流压仪来测量半固化片的技术参数，其控制精度既高、而且可以作动态模拟层压过程试验，优点很多）。
1.4张力控制
基材上胶时，上胶机张力宜小不宜大。
叠料经纬不得交叉，不同厂家布不要混用，不同规格布不要混用，不同上胶机生产，不同厂家生产半固化片最好都不要混用（因为它们存在张力差异）。
1.5温度控制
产品热压成型时，如果用导热油加温最好，热压板各处温差比蒸汽加热小。
升温速率要适中，不宜过慢，也不宜过快。
注意半固化片流动度、凝胶化时间，并视层压产品品种与厚度作适量调节，尽量减小流胶量。
如果热压板管路排布及热源进出口位置安排不合理，也会造成热压板温度分布不均，会加大产品翘曲，此时应改造热压板。
1.6层压菜单合理设计
合理设计层压过程中的预热温度和升温升压速率，是压好板、减少翘曲的关键点。
垫板纸的数量和松软度的影响也很大，一定要灵活应用。
不锈钢板的厚度和硬度对基板的翘曲也有一定影响，有条件尽量采用厚一点硬一点的不锈钢板。
1.7缓慢降温速度
在覆铜板热压成型中，小心观察时会发现，每个BOOK的外层板翘曲度大于内层部位板，这与外层板降温速率大于内层板有关。
在热压保温固化阶段结束以后，有些CCL厂采用分段降温冷却生产工艺，即先用温水或温油（对于导热油加热系统）冷却，让产品第一段降温比较缓和，再用冷水或冷油降温，这一作法效果很不错，值得其它厂借鉴。
1.8降低成型压力
尽量采用真空压机热压成型，真空度越高，由于低分子物较易排出，用较低压力就可以使产品达到较高密度，压力越低，产品内应力也越小，所以采用低压成型有利于减少产品翘曲度。
低压成型，减小流胶是提高覆铜板平整度，减小白边角重要手段之一。
人们研究过采用真空仓压制CCL或PCB产品，由于产品是全方位受力，并且是均匀的，一致的，因而可以制得没有白边角，高平整度产品。
不过，当前尚没有一个CCL厂将其用于工业化生产。
1.9包装与储存
基板存放时应密封包装，当前有不少CCL厂已采用防潮密封包装，这对减小基材存放过程翘曲是有好处的。
基板存放时应平放，不宜竖放，更不宜往上压重物。
如果堆叠存放时，包与包之间应隔上硬木板，实践证明，不隔硬木板，下面产品会产生变形。
1.10PCB线路图形设计均衡性
PCB线路图形设计不可能很均衡，如遇到有大面积导电图形时，应尽量将其网格化，以减少应力。
1.11PCB制程前先烘板
基板在投入使用前最好先烘板（在基板TG附近温度下烘若干小时），使基板应力松弛，可以减少基板在PCB制程中翘曲。
PCB制程中尽量采用较低加工温度，减少强烈热冲击。
1.12加工方向一致性
CCL基板上商标字符的方向表示产品加工过程受力方向，俗称纵向。
在PCB制程中应尽量使线路图形中线条的方向与基板纵向一致，以减少应力，减少制品翘曲。
做多层板时，要注意使半固化片纵向与各层PCB纵向一致。
2、翘曲覆铜板的整平措施：
2.1辊压式整平机应用：
采用辊压式整平机整平法：
在PCB制程中，将翘曲度比较大的板先挑出来用辊压式整平机整平，再投入下一工序。
对于最终产品如果仍有翘曲度超差的产品，也送入辊压式小型整平机中再次整平，这种做法对于厚度比较薄，翘曲变形较小的PCB板是有效的。
2.2压机整平法：
对于已经完工，翘曲度明显超差，用辊压式整平机无法整平的PCB板，有些PCB厂将它放入小压机中（或类似夹具中），将翘曲的PCB板压住几个小时到十几小时进行冷压整平，从实际应用中观察，这一作法效果不十分明显。
一是整平的效果不大，另就是整平后的板很容易反弹（即恢复翘曲）。
也有的PCB厂将小压机加热到一定温度后，对翘曲的PCB板进行热压整平，其效果较冷压会好一些，但压力如太大会把导线压变形甚至陷入到基板中去；如果温度太高会使松香水变色，甚至基板变色等等缺陷。
而且不论是冷压整平还是热压整平都需要较长时间（几个小时到十几个小时）才能见到效果。
2.3弓形模具整平法：
对于已经完工了的PCB板已出现翘曲，出不了货，使用其他整平法没有效果之时，有没有更佳的整平方法呢”根据高分子材料力学性能及本人多年工作实践，建议采用弓形模其热压整平法。
根据要整平的PCB板面积作若干副很简单的弓形模其（见图1），这里推荐二种整平操作方法：
2.3.1将翘曲PCB板夹入弓形模具中放入烘箱烘烤整平：
将翘曲的PCB板的弓曲面对着模具的弓曲面（即凸面相向），调节夹其螺丝，使PCB板略向其弓曲的相反方向变形。
再将夹有PCB板的模具放入已加热到一定温度的烘箱中，烘烤一段时间。
在受热状态下，基板应力逐渐松弛，使变形的PCB板恢复到平整状态．但烘烤的温度不宜过高，以免松香水变色或基板变黄，但温度也不宜过低，在较低的温度下要使应力完全松弛需要很长时间，通常可用基板玻璃化温度作为烘烤的参考温度，玻璃化温度为树脂的相转变点。
在此温度下高分子链段可以重新排列取向，使基板应力充分松弛，因此整平效果很明显，用弓形模具整平的优点是投资很少，烘箱各PCB厂都有，整平操作很简单，如果翘曲的板数比较多，多做几付弓形模具就可以了，往烘箱里一次可以放几付模具，而且烘的时间比较短（数十分钟左右），所以整平工作效率比较高．
2.3.2先将PCB板烘软后再夹入弓形模具中压合整平：
对于翘曲变形比较小的PCB板，可以先将待整平的PCB板放入已加温到一定温度的烘箱中（温度设定可参照基板玻璃化温度，及基板在烘箱中烘烤一定时间后，观察其软化及变色情况来确定），通常玻纤布基板的烘烤温度要高一些，时间略长一系些；纸基板的烘烤温度可以低一些；厚板的烘烤温度可以略高一些，时间略长些；薄板的烘烤温度可以略低一些；对于已喷了松香水的PCB板的烘烤温度不宜过高，预防松香水变色。
烘烤一定时间后，取出数张到十几张，夹入到弓形模其中，调节压力螺丝，使PCB板略向其翘曲的反方向变形，待板冷却定型后，即可卸开模具，取出已整平的PCB板。
有些用户不甚了解基板的玻璃化温度，这里推荐烘烤参考温度，纸基板的烘烤温度取110℃～130℃，FR-4取130℃～150℃。
整平时，对所选取的烘烤温度及烘烤时间作几次小试验，以确定整平的烘烤温度及烘烤时间，烘烤的时间较长，基板烘得透，整平效果较好，整平后PCB板翘曲回弹也较少。
经过了弓形模具整平的PCB板翘曲回弹率低；即使经过波峰焊仍能基本保持平整状态；对PCB板外观色泽影响也较小。
2.3.3扭曲变形的PCB板，整平的难度比弓曲变形的板难度要大一些，但只要操作得法，也可获得良好的整平效果。
最关键点是要将扭曲变形的PCB板的对角线放入到弓形模具的中心线位置（待整平的PCB板与模具错开45℃角），按上述方法整平，就可明显减小扭曲值。
2.3.4对于层压板，甚至厚度比较厚的层压板，采用上述作法均有效果，但只靠螺丝力量已经不够，必须用压机压合。
在整平过程中．特别要提醒注意的是：
模具制作时，弧度一定要园滑；温度与加热时间要合适，以免造成待整平的层压板面外观出现损伤。
模具的大小视待整平产品而定，很小的板，可以用模具整平，很大的板也可以用模具整平，对于大面积的层压板用大压机热整平时，压力不宜太大，以免层压板产生其它变形。
品质控制体系
1、二次测试法
部分PCB生产企业采纳“二次测试法”以提高找出经第一次高压电击穿缺陷板率。
2、坏板防呆测试系统
越来越多的PCB生产厂家在光板测试机安装了“好板打标系统”以及“坏板防错箱”以有效地避免人为的漏失。
好板打标系统为测试机对经过测试的PASS板进行标识，可有效地防范经测试的板或坏板流到客户手中。
坏板防错箱为在测试过程中，测试出PASS板时，测试系统输出箱子打开的信号；反之，测试出坏板时，箱子关闭，让操作人员正确放置经过测试的电路板。
3、建立PPm质量制
目前PPm（Partspermillion，百万分率的缺陷率）质量制在PCB制造厂商中开始广泛应用。
在众多该公司客户中，以新加坡的HitachiChemICal将其应用及取得的成效最为值得借鉴。
在该厂内有20多人专门负责在线PCB的品质异常及PCB品质异常退货的统计分析工作。
运用SPC生产过程统计分析方法，将每片坏板及每片退回的缺陷板进行分类后统计分析，并结合微切片等辅助工具进行分析在哪个制作工序产生坏及缺陷板。
根据统计的数据结果，有目的地去解决工序上出现的问题。
4、比较测试法
部分客户不同批量PCB采用两种不同品牌的机型进行对比测试，并跟踪对应批量的PPm情况，从而了解两种测试机的性能状况，从而选择更佳性能的测试机来进行测试汽车用PCB。
5、提高测试参数
选择更高的测试参数来严格侦查此类PCB。
因为，如果选择更高的电压和阀值，增加高压读漏电次数，可提高PCB缺陷板的检出率。
例如苏州某大型台资PCB企业采用300V，30M，20欧进行测试汽车用PCB。
6、定期校验测试机参数
测试机在长期运作后，内阻等相关的测试参数均会有所偏差。
因而需定期调校机器参数，以保证测试参数的精准度。
测试设备在相当一部分的大型PCB企业均半年或一年进行整机保养、调校内部性能参数。
追求“零缺陷”汽车用PCB一直为广大PCB人努力的方向，但受制程设备、原材料等多方面的限制，至今PCB世界百强企业仍在不断探索降低PPm的方法。
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FR-4工艺技术
在环氧树脂覆铜板生产中，FR-4覆铜板一直保持它的主导地位。
据介绍，主要原因是这种产品具有优秀的综合性能和阻燃性，而且有较好的功能价格比，深受用户的欢迎。
1、FR-4树脂胶液
（1）树脂胶液配方在环氧树脂覆铜板行业中，FR-4覆铜板已生产多年，树脂胶液配方基本上大同小异。
（2）配制方法
1）二甲基甲酰胺和乙二醇甲醚，搅拌混合，配成混合溶剂。
2）加入双氰胺，搅拌溶解。
3）加入环氧树脂，搅拌混合。
4）2一甲基咪唑预先溶于适量的二甲基甲酰胺，然后加到上述物料中，继续充分搅拌。
5）停放（熟化）8h后，取样检测有关的技术要求。
（3）树脂胶液技术要求
1）固体含量65%～70%。
2）凝胶时间（171℃）200～250s。
2、粘结片
（1）制造流程
玻纤布开卷后，经导向辊，进入胶槽。
浸胶后通过挤胶辊，控制树脂含量，然后进入烘箱。
经过烘箱期间，去除溶剂等挥发物，同时使树脂处于半固化状态。
出烘箱后，按尺寸要求进行剪切，并整齐的叠放在储料架上。
调节挤胶辊的间隙以控制树脂含量。
调节烘箱各温区的温度、风量和车速控制凝胶时间和挥发物含量。
（2）检测方法在粘结片制造过程中，为了确保品质，必须定时地对各项技术要求进行检测。
检测方法如下：
1）树脂含量
①粘结片边缘至少25mm处，按宽度方向左、中、右，切取3个试样。
试样尺寸为100mm×100mm，对角线与经纬向平行。
②逐张称重（W1），准确至0.001g。
③将试样放在524-593（的马福炉中，灼烧15min以上，或烧至碳化物全部去除。
④将试样移至干燥器中，冷却至室温。
⑤逐张称重（W2），准确至0.001g。
⑥计算：
树脂含量=[（W1-W2）/W1]×100%
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FR-4应用
FR4环氧玻璃纤维板（环氧板），主要材料为进口半固化片，颜色有白色，黄色，绿色,常温150℃下仍有较高的机械强度，干态、湿态下电气性能好，阻燃，用于电气、电子等行业绝缘结构零部件,采用进口原料、国产压机及标准工艺精心制造；主要的规格有1000*2000mm1020mm*1220mm，因为有原材料的优势，保证了质优价廉、及时交货，在国内外拥有稳固的客户群，并享有很高的声誉。
FR-4覆铜板
FR-4黄料白料，FR-4环氧玻璃布层压板，根据使用的用途不同，行业一般称为：
FR-4EpoxyGlassCloth,绝缘板，环氧板，环氧树脂板，溴化环氧树脂板，FR-4，玻璃纤维板，玻纤板，FR-4补强板，FPC补强板，柔性线路板补强板，FR-4环氧树脂板，阻燃绝缘板，FR-4积层板，环氧板，FR-4光板，FR4玻纤板，环氧玻璃布板，环氧玻璃布层压板，线路板钻孔垫板。
主要技术技术特点及应用：
电绝缘性能稳定，平整度好，表面光滑，无凹坑，厚度公差标准，适合应用于高性能电子绝缘要求的产品，如FPC补强板，PCB钻孔垫板，玻纤介子，电位器碳膜印刷玻璃纤维板，精密游星齿轮（晶片研磨），精密测试板材，电气（电器）设备绝缘撑条隔板，绝缘垫板，变压器绝缘板，电机绝缘件，研磨齿轮，电子开关绝缘板等。
高温绝缘材料（FBR1802-1806系列）2009-04-11
远红外发热板（FR-4FBR-1801）2009-04-11
绝缘材料（FR-4）2009-01-31
环氧板（FR-4）2007-12-27
覆铜板（FR-4）2007-11-28
绝缘材料（绝缘板、环氧板、覆铜板、FR-4、电路板、酚醛板）
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FR-4生产制造
建议多层板压板程序
表面准备与处理
1.铜面经过图形和蚀刻形成电路之后，尽量要减少对PTFE表面的处理和接触。
操作员应配戴干净手套并且在每片板子放隔层胶片以便传递到下一程序。
2.经蚀刻过后的PTFE表面具备足够粗糙度进行粘合。
在蚀刻过薄片的地方或者未覆盖层压板将被粘合的地方，建议对PTFE表面进行处理以提供足够的依附。
在pth准备过程中所使用的化学成分也能用于表面处理。
推荐等离子蚀刻或含钠的化学试剂，如FluroEtch®byActon，TetraEtch®byGore，以及Bond-Prep®byAPC。
具体加工技术又供应商提供。
3.铜表面处理应保证最佳粘合强度。
棕色的一氧化铜电路处理将加强表面形状以便于使用TacBond粘合剂进行化学粘合。
第一个过程要求一名清洁员去除残余和处理用油。
接下来进行细微的铜蚀刻以形成一个统一的粗糙表面区域。
棕色的氧化物针状晶体在层压过程中稳固了粘合层。
同任何化学过程一样，每一步进程后的充分清洗都是必需的。
盐残余会抑制粘合。
最后的冲洗应实行监督并保持PH值小于8.5。
逐层干燥并确保表面不被手上的油之类的污染。
叠加与层压
推荐粘合（压合或压板）温度：
425℉（220℃）
1.250ºF（100℃）烘烤板层以消除水分。
板层储存在紧密控制的环境中并在24小时之内使用。
2.工具板与第一个电解板之间应使用压力场以使得控制板中的压力能平均分配。
存在于板中以及将被填充的电路板中的高压区域将被场吸收。
场也能使从外部到中心的温度统一起来。
从而形成控制板与控制板之间的厚度统一。
3.板必须由供应商提供的TACBOND薄层组成。
在切割薄层与叠加的时候要小心防止污染。
根据电路设计及填充要求，1至3张粘合薄层是必需的。
需要填充的区域以及介电要求都被用于计算0.0015"
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