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柔性印制電路中粘結劑的典型應用

更新時間:2015-12-22 16:08:40點擊次數:2091次

在柔性印制電路中粘結劑的作用是把銅箔和絕緣基板粘接在一起,而在多層柔性的設計中,則把內層粘接在一起。所用的粘結劑和支撐介電薄膜的性能共同決定了柔性層壓板的性能。焊接之后柔性印制電路的結合強度、空間穩性和柔韌性是決定粘結劑是否與其應用場合相適宜的關鍵因素。

粘結劑,例如丙烯酸樹脂、聚酰亞胺樹脂、環氧樹脂、改良的聚酯和縮丁醛酚醛樹脂已經不同程度地成功粘接了柔性印制電路。因為聚酷酰亞胺和聚酯絕緣薄膜是兩種最常用的基板材料,下面來說明這些粘結劑的典型應用。

1 丙烯酸粘結劑

丙烯酸粘結劑具有高熱阻和良好的電性能。它們已經被成功的應用在聚酷酰亞胺薄膜基板上,并已經使聚酷酰亞胺/丙烯酸成為動態柔性應用的首要選擇。然而,許多柔性印制電路制造商發現丙烯酸粘結劑的厚度和較高的z 軸擴張,成為了在電子封裝方面有更多要求的限制因素。另外,一些在光阻過程中使用的溶劑和在電鍍和蝕刻中使用的堿性溶劑容易對聚酷酰亞胺/丙烯酸粘結劑層壓板造成影響。如果這些溶劑沒有被去除,被多層層壓板吸收的溶劑是很難剔除掉的,這會導致層的分離或起泡問題。

在高密度設計中,空間穩定性和小鉆孔的問題(鉆孔涂污)可能造成產量的減少,換言之,就是增加了單位成本。如果這些問題不被控制,則可能導致鍍通孔故障。

大部分剛柔性系統使用丙烯酸粘結劑制造?;诖?,大多數回蝕或孔清洗過程普遍使用的是等離子體系統。等離子體系統使用被電離的氣體工作,它是由一個射頻源將混合了氧氣的氟利昂電離產生的。它可以去除裝配的柔性印制電路部分的涂污,但是并不損壞可能存在于剛性部分孔中的玻璃纖維。等離子體處理之后,留在孔中的有機殘余物可使用堿性清洗劑通過超聲波清潔器清除,這個過程需要在140'(; 溫度下持續2 - 3min 。

2 聚酷酰亞胺樹脂和環氧樹脂

聚酷酰亞胺物質也可以與聚酷酰亞胺粘結劑成功配對使用。聚酷酰亞胺粘結劑的抗化學性能及電性能和丙烯酸粘結劑一樣好,甚至比丙烯酸粘結劑更好。另外,它們比柔性印制電路中使用的其他任何粘結劑都具有更好的熱阻。

一些以聚酷酰亞胺為基礎的柔性印制電路層壓板混合了環氧樹脂作為粘結劑。環氧樹脂通常具有良好的電性能、熱性能和力學性能,然而由于在加工過程中出現的樹脂交叉連接,使它們只局限于靜態撓曲的應用。

聚酷酰亞胺和環氧粘結劑較小的動態柔性不是一個嚴格的限制,因為生產的大多數柔性印制電路應用于靜態柔性中。聚酷酰亞胺和環氧粘結劑增加了層壓板的硬度,這使得多層柔性和剛性板具有更好的空間穩定性,更好的加工性和較小的整體粘接厚度。

在焊錫過程中,環氧樹脂保持了良好的環境。在周圍環境溫度達到120℃時,它們顯示出了長期的穩定性。環氧樹脂系統包括改良的丁醛酚醛和腈酚醛樹脂。它們被廣泛的應用,價格通常比丙烯酸樹脂低,但是比聚酯薄膜高。

3 聚酯薄膜和酚醛塑料

通常用于聚酯基板的典型粘結劑有,聚酯薄膜或丁縮醛酚醛塑料粘結劑。聚酯薄膜粘結劑具有極好的電性能、極好的柔性和較低的熱阻。聚醋薄膜是一種最低價格的粘結劑,聚酯薄膜粘結劑是惟一能夠適于粘接層壓板和聚酯覆膜的粘結劑。聚酯薄膜粘結劑較低的熱阻不能應用于層壓,可用于不需要進行錫奸焊的電路中,如許多自動推進電路以及成本有限的消費類電子產品的電路中。

4 無膠層壓板

在新材料中,一個主要的創新是元膠覆銅層壓板,它的出現迅速引起了柔性印制電路制造者和使用者的注意,因為它為單面和雙面電路提供了改良的操作性能,也為軟硬結合板提供了改良的操作性能(Pollack 和Jacques , 1992) 。在一些新型層壓板中,不需使用粘結劑銅就被粘接到聚眈亞膠薄膜上了。與使用粘結劑的層壓板相比,無膠層壓板具有更薄的電路、更大的柔性和更好的導熱性(Cram , 1994a) 。另外,更多層數的軟硬結合板的熱應力性能也極好。使用以下四種技術中的任何一種都能夠制造出無膠層壓板,這四種技術包括:

①澆鑄薄膜;②蒸氣沉積薄膜;③飛濺薄膜;④電鍍薄膜。

澆鑄薄膜方法包括在金屬箱表面澆鑄聚乙烯氨基酸溶液,然后將其全部加熱到一定溫度,使溶劑蒸發、聚乙烯氨基酸亞胺化,這個過程形成了聚酰亞胺或經改良的氨基聚酰亞胺薄膜。盡管銅能夠很好地附著在薄膜上,但是這個方法通常限制銅的厚度在loz 以上。雖然可形成較薄的銅,但處理很困難,并且戚本也太高。通過觀察,元膠層壓板比使用粘結劑層壓板尺寸變化的可重復性更對于蒸氣沉積方法,銅在真空艙中蒸發,金屬蒸氣沉積在薄膜上。通過對薄膜的表面處理可提高銅的附著力。這種方法通常限制銅的厚度大約為0.2μm ,其他的銅的厚度可通過電解電鍍保證。

與聚酯粘結劑相比,丁縮酚醛粘結劑的熱阻較大,但是它們的電性能不是很好,并且柔性也不是很好。然而,通過添加劑的應用,能夠增強酚醛塑料粘結劑的柔性。

飛濺薄膜的方法包括把薄膜放置在一個有銅陰極的大真空艙內。這個陰極被正離子轟擊,產生了帶電的銅粒子,粘附在薄膜上,形成了極薄的銅筒,隨后通過電解銅的層疊達到想要的厚度。然而,這種銅的附著力沒有澆鑄或電鍍的方法好,而空間穩定性與使用粘結劑的材料相當。

使用電鍍薄膜的方法制造無膠層壓板,就是在聚酰亞胺薄膜上鍍銅。這個過程首先要對薄膜卷進行表面處理,接著使用極薄的金屬阻隔涂層來提高銅的附著力,然后銅被不斷的電鍍在金屬阻隔涂層上,以達到理想的厚度。這種屬沉積的過程可以控制,以形成很薄的銅箔,具有較大的需求量。

一種常見的無膠聚酰亞胺層壓板是Mis 杜邦公司生產的Pyralux AP (杜邦公司的電子材料,美國北卡羅來納州研究三角公園)。這種層壓板在200℃以上的溫度中能夠保持連續的熱穩定性、極好的抗化學性、低的吸濕性、在z 軸方向上的低熱膨脹系數,以及極好的焊接阻抗。它們和丙烯酸的、環氧的和聚酰亞胺的粘結劑是兼容的( Crum , 1994) 0 Pyralux AP 是一種雙面銅箔的層壓板,它是由聚酰亞胺薄膜粘接在銅箔上的無膠合成物。層壓板的所有聚酰亞胺絕緣體結構改善了柔性印制電路板,并被推薦應用于雙面、多層柔性板,也應用于需要先進的材料性能和高可靠性的軟硬結合板中。層壓板由IPC-FC-241111 Class 3 鑒定。

5 無膠層壓板的優點

當無膠層壓板用于制造柔性印制電路和剛柔性多基板時,能發揮其極好的性能優勢。許多優點是基于其本身電路較薄,并且避免了薄膜與銅宿粘接時粘結劑不匹配的問題的。無膠覆銅層壓板較薄是因為通常層壓板中缺少了1 - 2mil的粘結劑,這個優點使電路層數成比例的增加。已經發現,在鍍通孔時使用無膠層壓板能減少4mil 的厚度,可與雙面板相媲美。

目前,丙烯酸粘結劑在粘接柔性印制電路中的應用已經被認為是限制使用的材料技術,這是由于在粘結劑和聚酰亞胺薄膜之間的高熱擴張系數與銅的延展性相互矛盾,這個問題通過對電路結構的不同處理已經得到解決。所有這些方法的共同目的就是通過在重要區域(例如剛柔電路部分)有選擇地減少粘結劑基材的使用來盡可能地避免粘結劑帶來的問題,特別是覆膜和用改良的丙烯酸樹脂制造的澆鑄粘結劑。

對于粘結劑基板不適合的操作環境,可使用無膠電路,它的薄結構具有很好的導熱性,并且避免了粘結劑的熱阻問題。聚酰亞胺可在450℃的溫度下連續工作,且不會使材料退化。粘接到散熱器上的無膠電路可應用于高性能和高可靠性的電路中,例如自動推進電子電路。

無膠電路的另外一個重要的性能是它能夠保持相同的厚度。由于薄膜的玻璃轉換溫度高,銅走線不會變形為基板薄膜。相反,使用粘結劑的導體圖形則不可控制。

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