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柔性印制电路中粘结剂的典型应用

更新时间:2015-12-22 16:08:40点击次数:1026次

在柔性印制电路中粘结剂的作用是把铜箔和绝缘基板粘接在一起,而在多层柔性的设计中,则把内层粘接在一起。所用的粘结剂和支撑介电薄膜的性能共同决定了柔性层压板的性能。焊接之后柔性印制电路的结合强度、空间稳性和柔韧性是决定粘结剂是否与其应用场合相适宜的关键因素。

粘结剂,例如丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂、环氧树脂、改良的聚酯和缩丁醛酚醛树脂已经不同程度地成功粘接了柔性印制电路。因为聚酷酰亚胺和聚酯绝缘薄膜是两种最常用的基板材料,下面来说明这些粘结剂的典型应用。

1 丙烯酸粘结剂

丙烯酸粘结剂具有高热阻和良好的电性能。它们已经被成功的应用在聚酷酰亚胺薄膜基板上,并已经使聚酷酰亚胺/丙烯酸成为动态柔性应用的首要选择。然而,许多柔性印制电路制造商发现丙烯酸粘结剂的厚度和较高的z 轴扩张,成为了在电子封装方面有更多要求的限制因素。另外,一些在光阻过程中使用的溶剂和在电镀和蚀刻中使用的碱性溶剂容易对聚酷酰亚胺/丙烯酸粘结剂层压板造成影响。如果这些溶剂没有被去除,被多层层压板吸收的溶剂是很难剔除掉的,这会导致层的分离或起泡问题。

在高密度设计中,空间稳定性和小钻孔的问题(钻孔涂污)可能造成产量的减少,换言之,就是增加了单位成本。如果这些问题不被控制,则可能导致镀通孔故障。

大部分刚柔性系统使用丙烯酸粘结剂制造。基于此,大多数回蚀或孔清洗过程普遍使用的是等离子体系统。等离子体系统使用被电离的气体工作,它是由一个射频源将混合了氧气的氟利昂电离产生的。它可以去除装配的柔性印制电路部分的涂污,但是并不损坏可能存在于刚性部分孔中的玻璃纤维。等离子体处理之后,留在孔中的有机残余物可使用碱性清洗剂通过超声波清洁器清除,这个过程需要在140'(; 温度下持续2 - 3min 。

2 聚酷酰亚胺树脂和环氧树脂

聚酷酰亚胺物质也可以与聚酷酰亚胺粘结剂成功配对使用。聚酷酰亚胺粘结剂的抗化学性能及电性能和丙烯酸粘结剂一样好,甚至比丙烯酸粘结剂更好。另外,它们比柔性印制电路中使用的其他任何粘结剂都具有更好的热阻。

一些以聚酷酰亚胺为基础的柔性印制电路层压板混合了环氧树脂作为粘结剂。环氧树脂通常具有良好的电性能、热性能和力学性能,然而由于在加工过程中出现的树脂交叉连接,使它们只局限于静态挠曲的应用。

聚酷酰亚胺和环氧粘结剂较小的动态柔性不是一个严格的限制,因为生产的大多数柔性印制电路应用于静态柔性中。聚酷酰亚胺和环氧粘结剂增加了层压板的硬度,这使得多层柔性和刚性板具有更好的空间稳定性,更好的加工性和较小的整体粘接厚度。

在焊锡过程中,环氧树脂保持了良好的环境。在周围环境温度达到120℃时,它们显示出了长期的稳定性。环氧树脂系统包括改良的丁醛酚醛和腈酚醛树脂。它们被广泛的应用,价格通常比丙烯酸树脂低,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结剂有,聚酯薄膜或丁缩醛酚醛塑料粘结剂。聚酯薄膜粘结剂具有极好的电性能、极好的柔性和较低的热阻。聚醋薄膜是一种最低价格的粘结剂,聚酯薄膜粘结剂是惟一能够适于粘接层压板和聚酯覆膜的粘结剂。聚酯薄膜粘结剂较低的热阻不能应用于层压,可用于不需要进行锡奸焊的电路中,如许多自动推进电路以及成本有限的消费类电子产品的电路中。

4 无胶层压板

在新材料中,一个主要的创新是元胶覆铜层压板,它的出现迅速引起了柔性印制电路制造者和使用者的注意,因为它为单面和双面电路提供了改良的操作性能,也为软硬结合板提供了改良的操作性能(Pollack 和Jacques , 1992) 。在一些新型层压板中,不需使用粘结剂铜就被粘接到聚眈亚胶薄膜上了。与使用粘结剂的层压板相比,无胶层压板具有更薄的电路、更大的柔性和更好的导热性(Cram , 1994a) 。另外,更多层数的软硬结合板的热应力性能也极好。使用以下四种技术中的任何一种都能够制造出无胶层压板,这四种技术包括:

①浇铸薄膜;②蒸气沉积薄膜;③飞溅薄膜;④电镀薄膜。

浇铸薄膜方法包括在金属箱表面浇铸聚乙烯氨基酸溶液,然后将其全部加热到一定温度,使溶剂蒸发、聚乙烯氨基酸亚胺化,这个过程形成了聚酰亚胺或经改良的氨基聚酰亚胺薄膜。尽管铜能够很好地附着在薄膜上,但是这个方法通常限制铜的厚度在loz 以上。虽然可形成较薄的铜,但处理很困难,并且戚本也太高。通过观察,元胶层压板比使用粘结剂层压板尺寸变化的可重复性更对于蒸气沉积方法,铜在真空舱中蒸发,金属蒸气沉积在薄膜上。通过对薄膜的表面处理可提高铜的附着力。这种方法通常限制铜的厚度大约为0.2μm ,其他的铜的厚度可通过电解电镀保证。

与聚酯粘结剂相比,丁缩酚醛粘结剂的热阻较大,但是它们的电性能不是很好,并且柔性也不是很好。然而,通过添加剂的应用,能够增强酚醛塑料粘结剂的柔性。

飞溅薄膜的方法包括把薄膜放置在一个有铜阴极的大真空舱内。这个阴极被正离子轰击,产生了带电的铜粒子,粘附在薄膜上,形成了极薄的铜筒,随后通过电解铜的层叠达到想要的厚度。然而,这种铜的附着力没有浇铸或电镀的方法好,而空间稳定性与使用粘结剂的材料相当。

使用电镀薄膜的方法制造无胶层压板,就是在聚酰亚胺薄膜上镀铜。这个过程首先要对薄膜卷进行表面处理,接着使用极薄的金属阻隔涂层来提高铜的附着力,然后铜被不断的电镀在金属阻隔涂层上,以达到理想的厚度。这种属沉积的过程可以控制,以形成很薄的铜箔,具有较大的需求量。

一种常见的无胶聚酰亚胺层压板是Mis 杜邦公司生产的Pyralux AP (杜邦公司的电子材料,美国北卡罗来纳州研究三角公园)。这种层压板在200℃以上的温度中能够保持连续的热稳定性、极好的抗化学性、低的吸湿性、在z 轴方向上的低热膨胀系数,以及极好的焊接阻抗。它们和丙烯酸的、环氧的和聚酰亚胺的粘结剂是兼容的( Crum , 1994) 0 Pyralux AP 是一种双面铜箔的层压板,它是由聚酰亚胺薄膜粘接在铜箔上的无胶合成物。层压板的所有聚酰亚胺绝缘体结构改善了柔性印制电路板,并被推荐应用于双面、多层柔性板,也应用于需要先进的材料性能和高可靠性的软硬结合板中。层压板由IPC-FC-241111 Class 3 鉴定。

5 无胶层压板的优点

当无胶层压板用于制造柔性印制电路和刚柔性多基板时,能发挥其极好的性能优势。许多优点是基于其本身电路较薄,并且避免了薄膜与铜宿粘接时粘结剂不匹配的问题的。无胶覆铜层压板较薄是因为通常层压板中缺少了1 - 2mil的粘结剂,这个优点使电路层数成比例的增加。已经发现,在镀通孔时使用无胶层压板能减少4mil 的厚度,可与双面板相媲美。

目前,丙烯酸粘结剂在粘接柔性印制电路中的应用已经被认为是限制使用的材料技术,这是由于在粘结剂和聚酰亚胺薄膜之间的高热扩张系数与铜的延展性相互矛盾,这个问题通过对电路结构的不同处理已经得到解决。所有这些方法的共同目的就是通过在重要区域(例如刚柔电路部分)有选择地减少粘结剂基材的使用来尽可能地避免粘结剂带来的问题,特别是覆膜和用改良的丙烯酸树脂制造的浇铸粘结剂。

对于粘结剂基板不适合的操作环境,可使用无胶电路,它的薄结构具有很好的导热性,并且避免了粘结剂的热阻问题。聚酰亚胺可在450℃的温度下连续工作,且不会使材料退化。粘接到散热器上的无胶电路可应用于高性能和高可靠性的电路中,例如自动推进电子电路。

无胶电路的另外一个重要的性能是它能够保持相同的厚度。由于薄膜的玻璃转换温度高,铜走线不会变形为基板薄膜。相反,使用粘结剂的导体图形则不可控制。

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