挠性覆箔层压材料的组成和性能

　　当今半导体工业，正在不断地努力提高电路的密度、可靠性和小型化的程度。从扁平封装的集成电路向中规模和大规模集成电路的过渡，就体现了这种趋势。为了适应半导体器件的发展步伐，并与其保持必要的相互依赖关系，印制电路工业近几年也有了很大的发展，并相应研究开发了不少的先进工艺。对印制线路板来说，其尺寸公差和材料的技术参数，技术条件均变得更加严格，这就为多层互连电路板和挠性印制电路板的发展提供了基础。据统计我国近几年来，挠性印制电路板的年增率为40%以上，远高于刚性印制电路板的年增速度，这必将更有力的促进挠性覆箔层压材料的大发展。
　　挠性印制线路板广泛地应用于计算机、电话机、继电器、陀螺仪、导弹、汽车仪表等电子设备中。随着电子装置不断地向轻、薄、短、小发展，对高性能的挠性基材提出更严格的要求，既要保证材料具有良好的化学稳定性和加工相容性，又要不损失其原有的电性能、耐热性能和机械性能。要满足这些日益苛刻的要求，必须不断地改进覆箔层压材料的性能。挠性覆箔层压材料是由金属导电材料和介电基片材料，通过粘结剂粘合起来的复合材料。这种复合层压材料可以卷绕成卷，而不会折断其中的金属导电材料或介电基片。在一般情况下，要求基材的挠曲次数要能够达到百万次以上。在加工过程中也需要材料有挠曲性，以便适应卷对卷的连续生产，进行钻孔、电镀、蚀刻等工艺过程。
　　挠性电路板是连接活动部件最有效的方法。挠性印制线路板还可减少手工装配的工作量，缩短整机组装时间、提高整机的可靠性。应用挠性印制线路还可减少电子装置的体积和重量，在生产上，大量的采用连续地卷对卷的生产方式，也比板状或片状的加工工艺更加经济有效。挠性覆箔层压材料必须要满足这种生产工艺的要求。
　　挠性覆箔层压材料的组成和性能
　　用于挠性印制线路的覆箔层压材料是由金属导体、介质基片，中间采用粘结剂经热压粘合而成的。其组成如下：
　　·金属箔导体
　　·介电基片（绝缘体）
　　·粘结剂
　　一、金属箔导体
　　电解铜箔
　　·铜箔
　　压延铜箔
　　·铝箔
　　·铜铍合箔
　　作为导体使用的典型的金属箔是铜箔，它分为电解铜箔和压延铜箔两种。铝箔和铜铍合金箔有时也被使用。在选择金属箔时，要考虑其导电性能，组合件的挠曲性能，电路的连接形式，工作温度，以及在加工过程中的耐化学性能。同时还要考虑该金属在使用过程中的物理性能和化学性能。
　　1.铜箔的种类：
　　·压延铜箔
　　·电解铜箔
　　·电解高延展性铜箔
　　·HTE高温拉伸铜箔
　　铜箔是最常用的导体箔。推荐使用的两种铜箔，一种是电解沉积（ED）铜箔，一种是压延（RA）铜箔。电解沉积铜箔具有针状颗粒结构。即颗粒的轴垂直于箔的平面的这种箔是采用从溶液中电镀的方法形成的，从而使颗粒相对于箔面的垂直方向增长。压延铜箔是由机械加工形成的，它是用纯铜锭加热后经辊压工艺形成连续的薄片制成的。这种加工工艺使得铜箔晶格具有片状结构。这也是压延铜箔比电解铜箔具有较好挠曲性的原因。
　　在机械性能方面，压延铜箔比电解铜箔具有较低的拉伸强度和较高的延伸率，它的质地较软并具有较大的延展性。
　　铜箔的一项重要指标是厚度与重量的关系。例如，1盎司的铜箔是指1平方英尺箔的重量为1盎司。这种箔也称为35μm的铜箔。
　　铜箔通常还有一个增强粘结性的处理面，通过这种处理面使得铜箔、粘结剂和介电基片之间的粘结力得以大大提高。两面都经过表面处理的铜箔可用在多层板中，以提高多层板内层的粘结力。
　　典型的粘结面处理是用铜氧化法处理，黄铜转化处理或用镍合金处理。处理方法不同，对高温特性有不同的影响。
　　另外，铜箔还需进行防氧化处理，以防止铜箔的自然氧化，防氧化处理可采用有机聚合物涂覆或无机盐法处理。在制作线路时，在涂覆光敏剂之前要把这层防氧化处理层去掉，对铜箔进行轻微的弱腐蚀，可保证光敏材料在铜箔表面很好地附着。
　　铜箔的性能（1盎司）
　　项目              电解铜箔（高延展性）        压延铜箔
　　纯度              99.8%                       99.9%
　　电阻率（20℃时）  0.16Ωg/m2                  0.152Ωg/m2
　　断裂延伸率        10%                         10%
　　疲劳韧性          10.25%                      150%
　　表面质量          在RMS中，最大20μm        在RMS中，最大20μm
　　1                          1
　　标准重量          -- ~20盎司/口尺2         --~50盎司/口尺2
　　8                        2
　　2.铜铍合金箔：主要为线路提供叶片或弹簧，并用来作抗腐蚀接触点。
　　3.铝箔：主要用来制作电子屏蔽板或在很低成本的线路中替代铜箔使用，但它不能用普通的焊接方法进行浸焊或焊接。
　　对于金属箔要特别注意它的以下性能：挠曲性、载流量、电连接方式、机械性能、耐化学品性能和可电镀性。
　　二、粘结剂
　　目前实用的粘结剂体系有以下几种：
　　·聚酯体系
　　·环氧/改性环氧体系
　　·丙烯酸体系
　　·酚醛/缩丁醛体系
　　·聚酰亚胺体系
　　在选用粘结剂时，必须注意粘结剂的性能要与介电基片的性能相适应。目前使用的粘结剂一般都有良好的耐化学品性、良好的电性能和良好的挠曲性能（粘结剂的挠曲性与交联程度有关）。某些粘结剂通过添加适量地阻燃剂而达到阻燃的效果。粘结剂也必须能经受加工工艺条件和在印制线路板的制造过程中所使用的化学药品的浸蚀、而不产生分层或降阶现象。
　　1. 聚酯粘结剂
　　聚酯粘结剂是一种低温热塑性聚合物，聚酯可以通过部分交联的方法进行改性，提高其软化温度。聚酯粘结剂具有较低的耐热性，但它们具有很好的电性能和耐化学性能。并具有非常好的挠曲性能。这种粘结剂的流动性也比丙烯酸和其他高温粘结剂的流动性大。
　　2. 环氧和改性环氧粘结剂
　　这种粘结剂具有较高的耐热性。可进行手工焊或波峰焊接。在印制线路板制造中，可进行热风整平涂锡铅层。还具有很好的电性能和耐化学性能。环氧和改性环氧粘结剂的绕曲性能取决于粘结剂的型号和交联程度。交联程度增大会使粘结剂的挠曲性能降低。
　　3. 丙烯酸系粘结剂
　　丙烯酸系粘结剂是一种高温热塑性聚合物。丙烯酸系粘结剂能耐手工焊接和波峰焊接，这种热塑性聚合物往往比环氧粘结剂更易于使用。丙烯酸系粘结剂有极好的挠曲性能和很好的电性能，但在很强的腐蚀剂存在的情况下，粘结剂会膨胀。目前用丙烯酸粘结剂制造的覆箔板一般为片状产品。用聚酯和环氧粘结剂的覆箔板能以片状或卷状形式制成产品。（卷状丙烯酸覆箔板产品还在试剂中）
　　4.酚醛粘结剂
　　酚醛粘结剂具有与环氧粘结剂相类似的物理性能和耐热性能。但是由于固化机理的原因,它们只能用于单面覆箔板.酚醛粘结剂的挠曲能力可以通过添加剂进行改性来提高,并且改性后的酚醛粘结剂具有很好的动态挠曲能力。此外,酚醛粘结剂对聚酰亚胺薄膜的粘结力比聚酯和环氧粘结剂对聚酰亚胺薄膜的粘结力低。所以,在聚酰亚胺覆箔板中,不要选用酚醛粘结剂,否则影响粘结力。
　　5.聚酰亚胺粘结剂
　　聚酰亚胺粘结剂耐热温度可高达370℃以上,耐热性特别好。但是聚酰亚胺粘结强度较低,并且挠曲能力也低于丙烯酸粘结剂的挠曲能力。
　　在选用粘结剂时应特别考虑它的如下性能:
　　·耐热性能
　　·耐化学品性能
　　·挠曲性能
　　·电性能
　　·粘结能力
　　·钻孔或冲孔性能
　　·腻污清除性能
　　·阻燃性能
　　挠性覆箔板用的粘结剂是柔软的和可涂覆的。一般都具有较低的玻璃化温度(Tg),这个较低的玻璃化温度是使挠性板在钻孔或冲孔时粘结剂易产生腻污的原因之一。这种粘结剂的腻污在保证孔金属化的可靠性上有影响。耐热性能可能影响多层刚-挠线路板的Z-轴膨胀。在覆盖膜应用时,所用粘结剂的流动性能对基体线路覆盖的密封性会有较大的影响。
　　挠性板粘结剂的性能比较
　　粘结剂     耐热性    耐化学性    电性能   粘结力   挠曲性能  成本   吸湿性
　　聚酯       中等        好         极好     极好      极好     低      好
　　丙烯酸     很好        好          好      极好       好      高     中等
　　改性环氧    好        中等       好/极好   极好      中等    中等     好
　　聚酰亚胺   极好       很好         好      很好*     中等    很高    差**
　　酚醛/缩丁醛 好         好          好       好       极好    中等     好
　　*加工困难      **固化时析出水份。