聚酯基透明挠性覆铜板的制备与性能研究

2022-01-04伍宏奎茹敬宏

印制电路信息 2021年12期

左陈李涛伍宏奎茹敬宏

（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

挠性覆铜板（FCCL）是一种特殊的电子互连基础材料，作为挠性印制电路板（FPCB）的基板材料，主要由铜箔和挠性绝缘基膜组成。FPCB具备轻、薄、可弯折及配线密度高的特点，早期主要应用于航空航天、军工等领域。20世纪80年代以来，FPCB由军用转向民用，被广泛应用于手机、笔记本电脑、数码相机、车载电子设备等领域[1]-[3]。

聚酯挠性覆铜板（PET-FCCL）是以聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）为绝缘基膜、铜箔作为导电层，以胶粘剂将PET膜与铜箔黏合而成。PET膜作为一种热塑性绝缘基膜，熔点在255 ℃左右，耐热性较差，故以PET膜作为绝缘基膜制备的PETFCCL无法满足288 ℃锡浴焊接工艺，只能适用于低温焊接。目前，PET-FCCL主要应用于家用电器、电子玩具、电子标签等低端领域[4]-[6]。

近年来，透明显示、透明加热膜及透明电磁屏蔽膜等新兴领域发展迅速，对挠性透明基板材料的需求呼声日益高涨。PET膜具有优异的透光率和良好的成本优势[7]-[9]。以透明PET膜涂布透明胶粘剂再贴合铜箔制备的透明FCCL应可以为透明显示、透明加热膜及电磁屏蔽膜等领域提供一个高性价比的解决方案。

本文研制一种高透光的胶粘剂，并采用透明PET膜作为基膜，覆合铜箔，开发一种高透光的透明挠性覆铜板，以满足新兴领域对柔性透明基板的需求。

1 实验部分

1.1 主要原材料

环氧树脂、固化剂、助剂及丁酮等；50 μm厚透明PET膜、18 μm电解铜箔1（Rz为7.0 μm）、18 μm电解铜箔2（Rz为3.0 μm）、18 μm压延铜箔（Rz为1.5 μm）；均为工业品。

1.2 仪器与设备

小型涂布机，广州咏鑫仪器设备有限公司；JK20502真空快压机，珠海精科电子自动化设备有限公司；CM-3600A透光率测试仪，日本Konica Minolta；ASIDA-BLY剥离强度测试仪，广东正业科技股份有限公司。

1.3 透明胶粘剂及透明PET-FCCL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，制成一种均匀的无色透明树脂组合物。

采用涂布机，将上述无色透明树脂组合物均匀涂布在透明PET膜表面，控制干胶厚度20 μm。将上述涂胶PET膜与铜箔压合，压合温度180 ℃，预压10 s，预压压力1 MPa，成型压60 s，成型压压力10 MPa，固化后，即得到透明PET-FCCL。

1.4 测试与表征

（1）可见光透过率。按照ASTM D1003标准测试可见光透过率。

（2）耐热性。将透明FCCL裁切成50 mm×50 mm样品，在锡炉中浮焊测试10 s，观察样品是否存在收缩、分层起泡现象。

（3）其他性能测试。按IPC-4204B标准测试尺寸稳定性、耐化学性、电性能、吸水率等。

2 结果与讨论

2.1 铜箔种类对透明FCCL可见光透过率的影响

将涂胶PET固化后及透明FCCL蚀刻后，分别测试可见光透过率，结果如表1所示。

由表1可知，涂胶PET固化后的可见光透过率高达92%；而将透明FCCL的铜箔蚀刻后，其可见光透过率相对固化后的涂胶PET膜显著下降。这是因为涂胶PET膜压合铜箔后，铜箔毛面的粗糙度转印到胶面，蚀刻后，胶面变粗糙，导致入射到胶层表面的光线发生漫反射，从而使得可见光透过率降低。

表1 铜箔种类对透明FCCL可见光透过率的影响表

以电解铜箔1、电解铜箔2和压延铜箔制备透明FCCL蚀刻后的可见光透过率依次增大，分别为78%、81%和83%，这是因为电解铜箔1、电解铜箔2和压延铜箔的毛面粗糙度依次减小，以其制备的透明FCCL蚀刻后的胶面粗糙度也越小，在胶面发生漫反射相对较少。

2.2 贴合覆盖膜对蚀刻后透明FCCL可见光透过率的影响

在PET膜表面涂布一层透明胶粘剂，控制干胶厚度为15 μm，干燥后贴合离型纸即得到透明覆盖膜。将透明覆盖膜压合在蚀刻后的透明FCCL的胶面，压合温度180 ℃，预压10s，预压压力1 MPa，成型压60 s，成型压压力10 MPa。固化后，测试可见光透过率。结果如表2所示。由表2可知，三种铜箔制备的透明FCCL蚀刻后压合覆盖膜，其可见光透过率均上升至91%，略低于涂胶PET膜固化后的可见光透过率，这是因为在高温高压下，覆盖膜的胶层可有效填充铜箔毛面转印在胶面的粗糙度，从而减少了入射光线在胶面的漫反射，所以透光率上升。但是，样品经过多次高温高压合，快压机上下热板表面的粗糙度被转印到样品表面，所以压合覆盖膜后的样品可见光透过率略低于固化后的涂胶PET膜。

表2 蚀刻后透明FCCL贴合覆盖膜后的可见光透过率表

在FPCB常规制程中，挠性基材蚀刻线路后均需要压合覆盖膜对线路进行保护，所以铜箔毛面在胶层表面转印的粗糙度都可被有效填充。故铜箔种类对透明FPCB的可见光透过率没有影响。

2.3 湿热老化对透明FCCL可见光透过率的影响

将透明FCCL蚀刻后再压合覆盖膜，固化后，PCT处理48 h，每隔128 h测试一次可见光透过率，考察透明胶粘剂的耐湿热老化性能。结果如图1所示。

由图1可知，经PCT处理48 h后，样品的可见光透过率都逐渐下降，从91%降至89%，降幅仅为2%。这说明透明FCCL具有较好的耐湿热老化性能，可满足透明显示、透明加热膜及透明电磁屏蔽膜等领域的应用要求。

图1 湿热老化对透明FCCL可见光透过率的影响

2.4 耐热性

PET膜是一种热塑性绝缘基膜，熔点在255 ℃左右，PET-FCCL一般耐热性较差，不适用于常规FPCB制程中的高温回流焊工艺。但是，在特定情况下，需要使用低温焊接工艺在PET基板上安装元器件。因此，有必要考察PET基透明FCCL的耐热性，评价其是否满足低温焊接工艺。本文采用耐浮焊性测试手段评价PET基透明FCCL的耐热性。结果见表3所示。由表3可知，随着锡炉温度升高，透明PET-FCCL逐渐发生收缩变形，且越来越严重。当锡炉温度为205 ℃和215 ℃时，PET-FCCL浮焊测试后，未发生肉眼可辨的变形，外观良好；但是，当锡炉温度上升至255℃时，PET-FCCL的PET层已经完全熔化。这也说明PET-FCCL的胶层耐热性优于PET膜，其耐热性短板是PET膜，适用于温度≤215 ℃的低温焊接工艺。