高耐化学性覆盖膜的制备与应用研究

2021-01-28曾凡鹏茹敬宏伍宏奎

印制电路信息 2021年1期

左陈曾凡鹏茹敬宏伍宏奎

（广东生益科技股份有限公司，国家电子电路基材工程技术研究中心，广东东莞 523808）

0 前言

覆盖膜是挠性印制电路板（FPCB）外表面的保护层，主要起到阻焊、防止电路受到外界损害的作用，同时也可减少导体在弯曲过程中的应力影响，提高FPCB的耐折性和耐挠曲性。覆盖膜是在绝缘基膜表面涂布一层胶粘剂制成。聚酰亚胺薄膜由于具有优异的耐热性、机械性能、耐化学性及阻燃性，在挠性覆铜板及覆盖膜中应用最为广泛[1]。

刚挠结合板（R-FPCB）就是挠性板与刚性板经压合等工序组合在一起，兼具FPCB和RPCB特性。集两者优点于一身，为电子组件之间的互连提供了一种新的连接方式，符合电子设备轻薄短小小和多功能化的发展方向。R-FPCB的制程中必须经过高强度的除胶渣（Desmear）工序，而除胶渣通常采用碱性高锰酸钾作为处理药水。在碱性环境中，聚酰亚胺薄膜表面酰亚胺环可被水解，从而造成PI（聚酰亚胺）膜被咬噬，最终导致R-FPCB的机械性能、耐折性和可靠性下降。目前，行业内大多通过增加PI膜的厚度来减缓碱液对PI膜的咬噬，但是此种方式会增加软板区域的整体厚度，不符合电子产品轻薄短小的发展要求，而且会使成本大幅增加。

通过在覆盖膜的PI面涂布一层保护层，可有效解决PI膜在碱性环境中水解的问题，避免PI膜被咬噬，使得R-FPCB的机械性能、耐折性和可靠性得到保持。因此，本文主要是制备一种保护涂层，并涂布在覆盖膜的聚酰亚胺膜表面，研究保护涂层对覆盖膜性能的影响。

1 实验部分

1.1 主要原材料

环氧树脂、固化剂、助剂及溶剂等；聚酰亚胺膜。

1.2 保护涂层及含保护涂层的聚酰亚胺膜制备

将环氧树脂、固化剂、助剂及溶剂按一定比例和步骤混合均匀，制成一种均匀的树脂组合物，然后采用涂布机将上述树脂组合物涂布在聚酰亚胺膜表面，固化后即得到含涂层的聚酰亚胺膜。

1.3 耐化性涂层覆盖膜的制备

在涂层聚酰亚胺膜的面涂布一层改性环氧胶粘剂，烘干溶剂并初步固化后，与离型纸复合，即得到耐化性涂层覆盖膜。

1.4 性能测试

1.4.1 力学性测试

将普通覆盖膜与耐化性涂层覆盖膜同时浸泡在50 ℃ 10 wt% NaOH水溶液中处理1 h，每隔10 min取样测试拉伸性能。考察碱液处理时间对涂层覆盖膜力学性能的影响。

1.4.2 耐折性

将普通覆盖膜及耐化性涂层覆盖膜分别压合在线路表面，固化后得到耐折测试样品。将耐折测试样品在50 ℃ 10 wt% NaOH水溶液中处理5 min，测试碱液处理前后耐折性。耐折性测试条件：R=0.38 mm，G=4.9 N，弯折幅度270°。

1.4.3 耐除胶渣液性能

将普通覆盖膜和耐化学性涂层覆盖膜分别经3次除胶渣处理，考察除胶渣处理对PI膜的咬噬作用。

1.4.4 回弹力

采用回弹力大小来定量评价材料柔软性。回弹力越小，表示材料越柔软[2]。按生益科技企标测试耐化性涂层覆盖膜和普通覆盖膜的回弹力，以表征涂层对覆盖膜柔软性的影响。

1.4.5 老化性能

将普通覆盖膜的PI面、耐化性涂层覆盖膜的涂层面分别与不流动半固化片压合，然后置于200 ℃烘箱中老化6 h，每隔1 h取样测试剥离强度，考察涂层热老化对粘接性能的影响。

1.4.6 激光加工性能

FPCB加工制程中，覆盖膜需要满足激光开窗要求，考察涂层对覆盖膜激光开窗效果的影响。

1.4.7 其它性能

按IPC标准测试耐热性、撕裂强度和吸水率。

2 结果与讨论

2.1 碱液处理对覆盖膜性能的影响

2.1.1 碱液处理对覆盖膜力学性能的影响

将普通覆盖膜和涂层覆盖膜分别浸泡在50 ℃10 wt% NaOH水溶液中处理1 h，每隔10 min取样测试拉伸性能，考察碱液处理时间对覆盖膜力学性能的影响。结果如图1所示。

图1 碱液处理时间对覆盖膜拉伸性能的影响

由图1可知，涂层覆盖膜的初始拉伸强度略低于普通覆盖膜，而涂层覆盖膜的初始延伸率却略高于普通覆盖膜，这是因为环氧树脂涂层的拉伸强度低于PI膜的拉伸强度，在覆盖膜的PI面增加一层保护涂层，会使覆盖膜的整体拉伸强度降低；而环氧树脂涂层的柔韧性较好，其断裂延伸率大于PI膜，故拉伸测试时，PI膜先于环氧树脂涂层断裂，所以导致涂层覆盖膜的初始延伸率略高于普通覆盖膜。经碱液处理后，普通覆盖膜的拉伸强度和断裂延伸率大幅降低，处理20 min后，普通覆盖膜的PI膜完全溶解，无法测试拉伸性能；而涂层覆盖膜经碱液处理1 h后，其拉伸强度和断裂延伸率基本保持不变。这说明在普通覆盖膜的PI面增加一层保护涂层，可有效解决PI膜不耐碱液腐蚀的问题，避免覆盖膜在R-FPCB加工制程中被咬噬，从而使得FPC部分的耐折性、耐热性及可靠性得到保持。

2.1.2 碱液处理对覆盖膜耐折性的影响

R-FPCB在安装和使用过程中，FPC部分会经历一次或多次弯折。因此，FPC部分的耐折性对于R-FPCB的整体可靠性有着至关重要的影响。测试普通覆盖膜和涂层覆盖膜碱液处理前后的耐折性，将两种覆盖膜压合在相同的耐折性测试线路表面，固化后测试耐折性。碱液处理条件50 ℃10 wt% NaOH水溶液中处理5 min；耐折性测试条件R=0.38 mm，G=4.9 N，弯折幅度270°。耐折性测试结果如表1所示。

由表1可以看出，普通覆盖膜与涂层覆盖膜碱液处理前的耐折性接近，但是经50 ℃ 10 wt %NaOH水溶液中处理5 min后，普通覆盖膜的耐折性急剧下降，而涂层覆盖膜的耐折性却基本保持不变。这说明涂层可以有效保护涂层不被碱液咬噬，具有优异的耐碱性。

表1 普通覆盖膜及涂层覆盖膜碱液处理前后的耐折性

2.2 除胶渣处理对覆盖膜的咬噬作用

表2 除胶渣处理对覆盖膜厚度的影响

R-FPCB制程除胶渣工序中，覆盖膜的PI膜作为有机材料裸露在最外侧，通常会被咬噬，造成FPC的性能下降。将普通覆盖膜和涂层覆盖膜分别经3次除胶渣处理，测试厚度减薄情况，以表征两种覆盖膜的耐除胶渣药水能力。结果如表2所示。

由表2可知，经3次除胶渣处理后，两种覆盖膜都将被咬噬，其中以普通覆盖膜被咬噬的最为严重，经3次除胶渣处理后，其咬噬深度达到6 μm。而涂层覆盖膜同样经3次除胶渣处理，其咬噬深度仅为2 μm，因此，若涂层厚度＞2 μm，则可有效保护PI膜不被咬噬，使得FPCB的耐热性、耐折性和可靠性得到保持。

2.3 涂层对覆盖膜柔软性的影响

FPCB的柔软性越好，弯曲时产生的应力越小，越有利于三维立体安装。生益科技以回弹力作为材料柔软性的评判方法，一般来说，材料的回弹力越小，则柔软性越好；反之，则柔软性越差。现按生益科技企标对比测试普通覆盖膜和涂层覆盖膜的回弹力，以表征涂层对覆盖膜柔软性的影响。测试结果见表3。

表3 普通覆盖膜及涂层覆盖膜的回弹力

由表3可以看出，涂层覆盖膜的回弹力略大于普通覆盖膜，这是因为在普通覆盖膜的PI面增加一层涂层后，会使覆盖膜的整体厚度略微增加，故回弹力稍大。但是从回弹力测试结果来看，普通覆盖膜与涂层覆盖膜的回弹力差异很小，两者的柔软性接近。

2.4 涂层对覆盖膜老化性能的影响

R-FPCB制程中需经历多次高温压合，因此，涂层的高温热老化性能显得尤为重要。将普通覆盖膜的PI面和涂层覆盖膜的涂层面分别与不流动半固化片压合，然后置于200 ℃烘箱中烘烤6 h，考察高温老化时间对剥离强度的影响。结果如图2所示。

由图2可知，涂层覆盖膜与不流动半固化片的初始剥离强度略高于普通覆盖膜，这是因为环氧涂层具有较高的表面能，与不流动半固化片结合较好。经200 ℃老化6 h后，涂层覆盖膜、普通覆盖膜与不流动半固化片的结合力都保持基本稳定，没有出现大幅衰减。这说明涂层具有较好的耐热老化性能，可以满足刚挠结合板多次压合的加工制程要求。

2.5 涂层对覆盖膜激光加工性能的影响

在FPCB制程中，覆盖膜都要经过激光开窗，因此，验证涂层覆盖膜的激光加工能力是有必要的。采用覆盖膜激光开窗常用的加工参数2.3 W、4次，验证涂层覆盖膜的激光加工能力。结果显示在普通覆盖膜的PI面增加一层涂层，并未增加激光开窗的难度，涂层覆盖膜使用激光开窗效果良好。

2.6 涂层对覆盖膜其他基础性能的影响

对比测试普通覆盖膜和涂层覆盖膜的其他基础性能，结果如表4所示。

图2 高温老化时间对剥离强度的影响

表4 覆盖膜基础性能

由表4可以看出，普通覆盖膜和涂层覆盖膜的耐热性均可通过288 ℃/10 s浸焊测试，具有优异的耐热性，增加涂层并未使覆盖膜的整体耐热性下降。涂层覆盖膜的撕裂强度高于普通覆盖膜，这可能是因为在普通覆盖膜的PI面增加涂层，使其整体厚度增加，故撕裂强度增大。涂层覆盖膜的吸水率低于普通覆盖膜，这是因为涂层的吸水率低于聚酰亚胺膜的吸水率；在覆盖膜的PI面增加涂层，有利于降低覆盖膜的吸湿性，减少线路板加工过程中的分层爆板风险。