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软性PCB基板材料浅析
日期:2011-06-23 07:30  点击:412

软性电路板基板是由绝缘基材、接着剂及铜导体所组成,当微影制造完线路后,为防止铜线路氧化及保护线路免受环境温湿度之影响,必须在上面加上一层覆盖膜保护(Coverlayer),覆盖膜的组成为绝缘基材及接着剂。软性电路板基板的绝缘基材一般常用为Polyester (PET)、Polyimide (PI)两种材料,其各有优缺点,PET的成本较低,PI的可靠性较高,目前有许多公司正在研发可取代之材料,如Dow Chemical发展之PBO、PIBO与Kuraray公司的LCP等。软性电路板基板一般均有使用接着剂,目前接着剂材料特性之热性质及可靠度较差,因此若能将其接着剂去除将可提高其电气及热性质。另外在覆盖膜材料技术方面,传统是用非感旋光性的材料,在加上此保护膜前,须先利用机械钻孔将其接点、焊垫及导孔预留下来,一般其精密度只能达到0.6~0.8mm之直径,无法应用在承载组件软板上。此导孔直径未来将须达到50μm,若改用感光型覆盖膜时,其分辨率将可提升至100μm 以下(参见表一)。

资料来源:工研院工业材料杂志(2000,7月号),工研院经资中心ITIS计划整理
  目前无接着剂软板基材将随产品之长期可靠性之需求增加,及细线化与承载组件之应用,无接着剂软板基材将是未来软板基材的趋势,其主要制程方式有三种:(1)溅镀法 /电镀法(Sputtering/Plating);(2)涂布法(Cast);(3)热压法(Lamination)。三者各有优缺点(参见表二),其制程方式如下:
一、溅镀法/电镀法:以PI膜为基材,先溅镀上一层薄铜(1μ以下),以微影蚀刻的方式将线路蚀刻出来,再以电镀法在铜线路上电镀,使铜的厚度增加以达到所需厚度,类似电路板之半加成法。
二、涂布法:以铜箔为基材,先涂上一层薄的高阶着性PI树脂,经高温硬化后,再涂上第二层较厚的PI树脂以增加基板刚性,经高温硬化后形成2L,此方式需要涂布两次,制程成本较高,若要降低成本,有两种方式,一种是利用精密涂布技术设计双层同时涂布,将两种不同性质的PI树脂同时涂布在铜箔上,降低制造流程的步骤,另一种是开发单层PI树脂配方取代双层涂布,使其具有接着性及安定性,也可简化制程。
三、热压法:以PI膜为基材先涂上一层薄的热可塑性PI树脂,先经高温硬化,将铜箔放置在已硬化之热可塑性PI树脂上,再利用高温高压将热可塑性PI重新熔融与铜箔压合在一起形成2L。

目前并没有一种制程方式可以满足所有的需求,需要从其设计者的材料选择及厚度要求来决定其制程,如果选择涂布法在成本及性质上可以得到较好的平衡,除了有良好的接着性且导体的选择性大外,基材的厚度也可以很薄,目前双面制程只有少数几家厂商有能力生产,因为其制程较困难,不过在1999年,双面涂布法的2L其产量超过97万平方米。根据TechSearch Internation的统计,由2000年的产量来看三种制程方式所占的比例推估,全球的月产量预估为22万平方米,最常使用的方式为溅镀法(参见图一)。



  目前PIC有干膜与液态两种,干膜的优点是无溶剂且制造较容易,但是单位面积成本较高,且较不耐化学药剂,而液态PIC需准备涂布机,但成本较低,适合大量生产的制程。材质上有分Acrylic/Epoxy及PI两种基材,根据TechSearch统计,目前市场占有率以Epoxy系液态PIC最高,超高过70%(参见图二),且Nippon Polytech/Rogers的占有率最高达44%,其次为Nitto Denko其占有21%的比例,DuPont排名第三占有18%(参见表三)。其中液态PI具有优异的耐热性及绝缘性可应用在高阶IC构装上(参见表四)。
 


 

柔性印制板的材料

一、绝缘基材

    绝缘基材是一种可挠曲的绝缘薄膜。作为电路板的绝缘载体,选择柔性介质薄膜,要求综合考察材料的耐热性能、覆形性能、厚度、机械性能和电气性能等。现在工程上常用的是聚酰亚胺(PI:Polyimide,商品名Kapton)薄膜、聚酯(PET:Polyester,商品名Mylar)薄膜和聚四氟乙烯(PTFE:Ployterafluoroethylene)薄膜。一般薄膜厚度选择在O.0127~O.127mm(O.5~5mil)范围内。聚酰亚胺薄膜、聚酯薄膜和聚四氟乙烯薄膜性能对比见下表10

柔性印制板的材料二、黏结片

    黏结片的作用是黏合薄膜与金属箔,或黏结薄膜与薄膜(覆盖膜)。针对不同薄膜基材可采用不同类型的黏结片,如聚酯用黏结片与聚酰亚胺用黏结片就不一样,聚酰亚胺基材的黏结片有环氧类和丙烯酸类之分。选择黏结片则主要考察材料的流动性及其热膨胀系数。也有无黏结片的聚酰亚胺覆铜箔板,耐化学药品性和电气性能等更佳。常见柔性黏结片性能比较见下表。


    由于丙烯酸黏结片玻璃化温度较低,在钻孔过程中产生的大量沾污不易除去,影响金属化孔质量,以及其他粘接材料等不尽人意处,所以,多层柔性电路的层间黏结片常用聚酰亚胺材料,因为与聚酰亚胺基材配合,其问的CTE(热膨胀系数)一致,克服了多层柔性电路中尺寸不稳定性的问题,且其他性能均能令人满意。

柔性印制板的材料三、铜箔

    铜箔是覆盖黏合在绝缘基材上的导体层,经过以后的选择性蚀刻形成导电线路。这种铜箔绝大多数是采用压延铜箔(Rolled Copper Foil)或电解铜箔(Electrodeposited Copper Foil)。压延铜箔的延展性、抗弯曲性优于电解铜箔,压延铜箔的延伸率为20%~45%,电解铜箔的延伸率为4%~40%。铜箔厚度最常用35um(1oz),也有薄18um(O.5oz)或厚70um(2oz),甚至105um(30z)。电解铜箔是采用电镀方式形成,其铜微粒结晶状态为垂直针状,易在蚀刻时形成垂直的线条边缘,有利于精密线路的制作;但在弯曲半径小于5mm或动态挠曲时,针状结构易发生断裂;因此,柔性电路基材多选用压延铜箔,其铜微粒呈水平轴状结构,能适应多次绕曲。

柔性印制板的材料四、覆盖层

    覆盖层是覆盖在柔性印制电路板表面的绝缘保护层,起到保护表面导线和增加基板强度的作用。外层图形的保护材料,一般有两类可供选择。

第一类是干膜型(覆盖膜),选用聚酰亚胺材料,无需胶黏剂直接与蚀刻后需保护的线路板以层压方式压合。这种覆盖膜要求在压制前预成型,露出需焊接部分,故而不能满足较细密的组装要求。

第二类是感光显影型。感光显影型的第一种是在覆盖干膜采用贴膜机贴压后,通过感光显影方式露出焊接部分,解决了高密度组装的问题;第二种是液态丝网印刷型覆盖材料,常用的有热固型聚酰亚胺材料,以及感光显影型柔性电路板专用阻焊油墨等。

这类材料能较好地满足细间距、高密度装配的挠性板的要求。

柔性印制板的材料五、增强板

    增强板黏合在挠性板的局部位置板材,对柔性薄膜基板超支撑加强作用,便于印制板的连接、固定或其他功能。增强板材料根据用途的不同而选样,常用聚酯、聚酰亚胺薄片、环氧玻纤布板、酚醛纸质板或钢板、铝板等。
 

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