解析无卤阻燃型覆盖膜的研究实例

　　挠性印制电路板(FPCB )的覆盖层不仅是起阻焊作用，而且使FPCB 不受尘埃、潮气、化学药品的浸蚀以及减少弯曲过程中应力的影响，它要求能忍耐长期的挠曲。覆盖层又分为非感光覆盖层和感光覆盖层，覆盖膜属于前者，是一种涂有胶粘剂的绝缘薄膜，可根据电路板的结构，预先钻孔或冲孔，然后在加热加压条件下，定位覆盖在线路板上。
　　目前，覆盖膜所用胶系主要有丙烯酸系和环氧胶系两种，两者各有优劣，丙烯酸系的覆盖膜储存期长、粘接性好，但是电性能较差；环氧胶系的电性能优异，但储存期较短，两种胶系并行发展，共同推动覆盖膜性能的提升。而且，覆盖膜的无卤化已成趋势，整个产业链都在积极应对，国内部分FPCB 厂家宣称全面切换无卤基材，对挠性覆铜板(FCCL )厂家而言，机遇挑战并存：一方面切换无卤基材为部分FCCL 厂家提供了重新和竞争对手较量的舞台，另一方面FPCB 厂家要求无卤基材性能不降低、价格不提高。面对竞争日益激烈的软板市场，我司也在积极开发无卤产品，尤其是无卤覆盖膜，以便在未来和无胶两层法FCCL 配合使用。我司目前已成功开发商品牌号为SF305C 的无卤覆盖膜，下面主要介绍一下其制备过程及特性。
　　1. 实验部分
　　1.1　主要原材料
　　特种环氧树脂，工业级；端羧基丁腈橡胶(CTBN )，工业级；固化剂，分析纯；潜伏性促进剂，分析纯；含磷阻燃剂，工业级；助剂，工业级；压延铜箔，18μm ，工业级；聚酰亚胺薄膜，12.5μm ，工业级。
　　1.2胶液配制
　　以丁酮为溶剂，按一定比例分别加入潜伏性促进剂和固化剂，溶解透明后加入特种环氧树脂、CTBN 、阻燃剂和助剂，搅拌均匀得到固含量约为40% 的胶液。
　　1.3覆盖膜的制备
　　将配制好的胶液均匀涂覆在PI 膜上，保持胶厚约15μm ，于150 ℃烘烤2 分钟，冷却到室温，把裁好的离型纸贴在涂有胶粘剂的PI 膜上，于50 ℃烘烤覆盖膜至溢胶量适宜。然后去除离型纸，将铜箔光面贴在覆盖膜上，放入快压机中预热10 秒，再热压成型60 秒(压力为100kg/cm2)，然后于160 ℃固化1 小时，进行测试。
　　1.4性能测试
　　覆盖膜全面性能检测：参照IPC-4203 标准；其中回弹力的测试是我司开发的一种量化柔软性的方法。
　　2. 结果与讨论
　　2.1 优异的溢胶量控制、敷形性和储存期
　　覆盖膜之所以难以开发，是因为其内在的矛盾比较集中，追求单一的性能不难做到，但要优化综合性能实非易事。溢胶量、敷形性和储存期之间的矛盾就显得异常集中，溢胶量越大，敷形性越好，储存期越长；溢胶量越小，敷形性越差，可能会导致压不实现象的产生，也可能使得储存期缩短。SF305 的开发思路就是采用特殊的潜伏性促进剂，使得树脂体系能从A 阶快速过渡到B 阶，以此较好地控制溢胶量；同时从B 阶到完全固化的过程需要高温作用，以此较好地控制储存期。研究了SF305C 的溢胶量、敷形性和储存期关系，通过合适的固化体系实现了均衡的性能。

　　明SF305C 的敷形效果优异。王克峰[3]的研究表明影响敷形效果的因素主要有：快压压合时间、溢胶量、线路宽度、快压压力、覆盖膜胶层厚度与线路铜箔厚度比，其中在图形一定的情况下，影响最明显的是快压时间、溢胶量、覆盖膜胶层厚度与线路铜箔厚度比，因此在FPCB 的覆盖膜压合过程种需选择合适的覆盖膜、溢胶量来配合合理的快压参数方能达到良好的敷形效果。
　　2.2 优异的剥离强度
　　覆盖膜均要求无卤阻燃的要求，须添加含磷填料，填料用量增大，可能导致胶层与铜箔表面的润湿效果变差，降低剥离强度。解决这一矛盾的思路就是采用特种环氧为主体树脂，该环氧树脂须具备两个特点：一是与橡胶的相容性良好，这也是弃用含磷环氧的原因；二是要求其具备特殊的阻燃机理或较高的残炭率，以此尽可能减少添加性阻燃剂的用量。对比了SF305C 和T 厂家、H 厂家和Y 厂家无卤覆盖
　　采用特种环氧树脂，不仅增强了树脂和橡胶的相容性，而且减少了含磷阻燃剂的用量，从而在达到阻燃性要求的前提下，获得了优异的剥离强度。此外，在进行阻燃性测试对比时发现，SF305C 和Y厂家无卤覆盖膜达到UL94V-0 级，而T厂家和H厂家仅达到UL94VTM-0 级，也说明主体树脂的选择对阻燃性的影响非常大。
　　2.3 优异的柔软性
　　在基本性能满足使用的前提下，FPCB 厂家都期望覆盖膜越柔软越好，尤其要求热固化之后仍然具备较好的柔软性。若使用相同的PI 膜，产品的柔软性将取决于胶层的柔软性，而胶层的柔软性有两个决定因素：一是树脂体系中弹性体所占比例，比例越高越柔软，但会带来阻燃性差、耐热性降低等问题；二是调节树脂体系中固化剂用量，从而降低交联密度，但也会带来耐热性差、尺寸涨缩大等问题。SF305C 采用的是复合固化体系，采用一种潜伏性促进剂控制溢胶量和延长储存期，同时采用多种胺类固化剂，既保证耐热性又使得树脂体系最终的交联密度适中，从而在基本性能达到要求的前提下，提高产品的柔软性。对比了多家无卤覆盖膜的柔软性。
　　回弹力的测试是我司开发的一种量化柔软性的方法，简便快捷，在较短的时间内清晰地显示产品的柔软性，回弹力越小，产品越柔软。SF305C 的柔软性最佳。
　　2.4 优异的耐变色性
　　FPCB 在加工过程中都要经历高温高湿的作用，可能对覆盖膜进行耐环境测试，对耐变色性的要求也越来越高。对比了多家无卤覆盖膜的耐变色性，将样品的胶层暴露于空气中，置于170℃的烘箱，分别烘烤1、2 和3h ，看其胶层的变色情况。
　　SF305C 和Y 厂家的无卤覆盖膜耐变色性良好，T 厂家较差。我司检测人员还积极开发了一种定量表征色差变化的方法，即采用白度仪来测试不同处理条件下的覆盖膜的透光率，以此来量化颜色的变化。是白度仪测试的色差变化对比图。
　　在烘烤前后Y厂家的覆盖膜的透光率保持较好，我司SF305C 位居其次，而T厂家覆盖膜的变化最大。
　　2.5 优异的尺寸稳定性
　　对比分析了不同厂家无卤覆盖膜的尺寸稳定性，包括撕纸后、快压熟化蚀刻、E-0.5/150 一次、E-0.5/150 二次和E-0.5/150 三次的尺寸涨缩，从数据来看，SF305C 的变化相对较小，得益于其适宜的弹性体用量和交联密度，Y 厂家的覆盖膜柔软性很好，但固化度较低，所以尺寸涨缩就比较大。