柔性印制電路中如何使用粘結(jié)劑

在柔性印制電路中粘結(jié)劑的作用是把銅箔和絕緣基板粘接在一起，而在多層柔性的設(shè)計(jì)中，則把內(nèi)層粘接在一起。所用的粘結(jié)劑和支撐介電薄膜的性能共同決定了柔性層壓板的性能。焊接之后柔性印制電路的結(jié)合強(qiáng)度、空間穩(wěn)性和柔韌性是決定粘結(jié)劑是否與其應(yīng)用場合相適宜的關(guān)鍵因素（Wallig ， 1992） 。

粘結(jié)劑，例如丙烯酸樹脂、聚酰亞胺樹脂、環(huán)氧樹脂、改良的聚酯和縮丁醛酚醛樹脂已經(jīng)不同程度地成功粘接了柔性印制電路。因?yàn)榫劭狨啺泛途埘ソ^緣薄膜是兩種最常用的基板材料，下面來說明這些粘結(jié)劑的典型應(yīng)用。

1 丙烯酸粘結(jié)劑

丙烯酸粘結(jié)劑具有高熱阻和良好的電性能。它們已經(jīng)被成功的應(yīng)用在聚酷酰亞胺薄膜基板上，并已經(jīng)使聚酷酰亞胺/丙烯酸成為動(dòng)態(tài)柔性應(yīng)用的首要選擇。然而，許多柔性印制電路制造商發(fā)現(xiàn)丙烯酸粘結(jié)劑的厚度和較高的z 軸擴(kuò)張，成為了在電子封裝方面有更多要求的限制因素。另外，一些在光阻過程中使用的溶劑和在電鍍和蝕刻中使用的堿性溶劑容易對(duì)聚酷酰亞胺/丙烯酸粘結(jié)劑層壓板造成影響。如果這些溶劑沒有被去除，被多層層壓板吸收的溶劑是很難剔除掉的，這會(huì)導(dǎo)致層的分離或起泡問題。

在高密度設(shè)計(jì)中，空間穩(wěn)定性和小鉆孔的問題（鉆孔涂污）可能造成產(chǎn)量的減少，換言之，就是增加了單位成本。如果這些問題不被控制，則可能導(dǎo)致鍍通孔故障。

大部分剛?cè)嵝韵到y(tǒng)使用丙烯酸粘結(jié)劑制造。基于此，大多數(shù)回蝕或孔清洗過程普遍使用的是等離子體系統(tǒng)。等離子體系統(tǒng)使用被電離的氣體工作，它是由一個(gè)射頻源將混合了氧氣的氟利昂電離產(chǎn)生的。它可以去除裝配的柔性印制電路部分的涂污，但是并不損壞可能存在于剛性部分孔中的玻璃纖維。等離子體處理之后，留在孔中的有機(jī)殘余物可使用堿性清洗劑通過超聲波清潔器清除，這個(gè)過程需要在140‘（; 溫度下持續(xù)2 - 3min 。

2 聚酷酰亞胺樹脂和環(huán)氧樹脂

聚酷酰亞胺物質(zhì)也可以與聚酷酰亞胺粘結(jié)劑成功配對(duì)使用。聚酷酰亞胺粘結(jié)劑的抗化學(xué)性能及電性能和丙烯酸粘結(jié)劑一樣好，甚至比丙烯酸粘結(jié)劑更好。另外，它們比柔性印制電路中使用的其他任何粘結(jié)劑都具有更好的熱阻。

一些以聚酷酰亞胺為基礎(chǔ)的柔性印制電路層壓板混合了環(huán)氧樹脂作為粘結(jié)劑。環(huán)氧樹脂通常具有良好的電性能、熱性能和力學(xué)性能，然而由于在加工過程中出現(xiàn)的樹脂交叉連接，使它們只局限于靜態(tài)撓曲的應(yīng)用。

聚酷酰亞胺和環(huán)氧粘結(jié)劑較小的動(dòng)態(tài)柔性不是一個(gè)嚴(yán)格的限制，因?yàn)樯a(chǎn)的大多數(shù)柔性印制電路應(yīng)用于靜態(tài)柔性中。聚酷酰亞胺和環(huán)氧粘結(jié)劑增加了層壓板的硬度，這使得多層柔性和剛性板具有更好的空間穩(wěn)定性，更好的加工性和較小的整體粘接厚度。

在焊錫過程中，環(huán)氧樹脂保持了良好的環(huán)境。在周圍環(huán)境溫度達(dá)到120℃時(shí)，它們顯示出了長期的穩(wěn)定性。環(huán)氧樹脂系統(tǒng)包括改良的丁醛酚醛和腈酚醛樹脂。它們被廣泛的應(yīng)用，價(jià)格通常比丙烯酸樹脂低，但是比聚酯薄膜高。

3 聚酯薄膜和酚醛塑料

通常用于聚酯基板的典型粘結(jié)劑有，聚酯薄膜或丁縮醛酚醛塑料粘結(jié)劑。聚酯薄膜粘結(jié)劑具有極好的電性能、極好的柔性和較低的熱阻。聚醋薄膜是一種最低價(jià)格的粘結(jié)劑，聚酯薄膜粘結(jié)劑是惟一能夠適于粘接層壓板和聚酯覆膜的粘結(jié)劑。聚酯薄膜粘結(jié)劑較低的熱阻不能應(yīng)用于層壓，可用于不需要進(jìn)行錫奸焊的電路中，如許多自動(dòng)推進(jìn)電路以及成本有限的消費(fèi)類電子產(chǎn)品的電路中。

4 無膠層壓板

在新材料中，一個(gè)主要的創(chuàng)新是元膠覆銅層壓板，它的出現(xiàn)迅速引起了柔性印制電路制造者和使用者的注意，因?yàn)樗鼮閱蚊婧碗p面電路提供了改良的操作性能，也為軟硬結(jié)合板提供了改良的操作性能（Pollack 和Jacques ， 1992） 。在一些新型層壓板中，不需使用粘結(jié)劑銅就被粘接到聚眈亞膠薄膜上了。與使用粘結(jié)劑的層壓板相比，無膠層壓板具有更薄的電路、更大的柔性和更好的導(dǎo)熱性（Cram ， 1994a） 。另外，更多層數(shù)的軟硬結(jié)合板的熱應(yīng)力性能也極好。使用以下四種技術(shù)中的任何一種都能夠制造出無膠層壓板，這四種技術(shù)包括：

①澆鑄薄膜;②蒸氣沉積薄膜;③飛濺薄膜;④電鍍薄膜。

澆鑄薄膜方法包括在金屬箱表面澆鑄聚乙烯氨基酸溶液，然后將其全部加熱到一定溫度，使溶劑蒸發(fā)、聚乙烯氨基酸亞胺化，這個(gè)過程形成了聚酰亞胺或經(jīng)改良的氨基聚酰亞胺薄膜。盡管銅能夠很好地附著在薄膜上，但是這個(gè)方法通常限制銅的厚度在loz 以上。雖然可形成較薄的銅，但處理很困難，并且戚本也太高。通過觀察，元膠層壓板比使用粘結(jié)劑層壓板尺寸變化的可重復(fù)性更對(duì)于蒸氣沉積方法，銅在真空艙中蒸發(fā)，金屬蒸氣沉積在薄膜上。通過對(duì)薄膜的表面處理可提高銅的附著力。這種方法通常限制銅的厚度大約為0.2μm ，其他的銅的厚度可通過電解電鍍保證。

與聚酯粘結(jié)劑相比，丁縮酚醛粘結(jié)劑的熱阻較大，但是它們的電性能不是很好，并且柔性也不是很好。然而，通過添加劑的應(yīng)用，能夠增強(qiáng)酚醛塑料粘結(jié)劑的柔性。

飛濺薄膜的方法包括把薄膜放置在一個(gè)有銅陰極的大真空艙內(nèi)。這個(gè)陰極被正離子轟擊，產(chǎn)生了帶電的銅粒子，粘附在薄膜上，形成了極薄的銅筒，隨后通過電解銅的層疊達(dá)到想要的厚度。然而，這種銅的附著力沒有澆鑄或電鍍的方法好，而空間穩(wěn)定性與使用粘結(jié)劑的材料相當(dāng)。

使用電鍍薄膜的方法制造無膠層壓板，就是在聚酰亞胺薄膜上鍍銅。這個(gè)過程首先要對(duì)薄膜卷進(jìn)行表面處理，接著使用極薄的金屬阻隔涂層來提高銅的附著力，然后銅被不斷的電鍍?cè)诮饘僮韪敉繉由?，以達(dá)到理想的厚度。這種屬沉積的過程可以控制，以形成很薄的銅箔，具有較大的需求量。

一種常見的無膠聚酰亞胺層壓板是Mis 杜邦公司生產(chǎn)的Pyralux AP （杜邦公司的電子材料，美國北卡羅來納州研究三角公園）。這種層壓板在200℃以上的溫度中能夠保持連續(xù)的熱穩(wěn)定性、極好的抗化學(xué)性、低的吸濕性、在z 軸方向上的低熱膨脹系數(shù)，以及極好的焊接阻抗。它們和丙烯酸的、環(huán)氧的和聚酰亞胺的粘結(jié)劑是兼容的（ Crum ， 1994） 0 Pyralux AP 是一種雙面銅箔的層壓板，它是由聚酰亞胺薄膜粘接在銅箔上的無膠合成物。層壓板的所有聚酰亞胺絕緣體結(jié)構(gòu)改善了柔性印制電路板，并被推薦應(yīng)用于雙面、多層柔性板，也應(yīng)用于需要先進(jìn)的材料性能和高可靠性的軟硬結(jié)合板中。層壓板由IPC-FC-241111 Class 3 鑒定。

5 無膠層壓板的優(yōu)點(diǎn)

當(dāng)無膠層壓板用于制造柔性印制電路和剛?cè)嵝远嗷鍟r(shí)，能發(fā)揮其極好的性能優(yōu)勢。許多優(yōu)點(diǎn)是基于其本身電路較薄，并且避免了薄膜與銅宿粘接時(shí)粘結(jié)劑不匹配的問題的。無膠覆銅層壓板較薄是因?yàn)橥ǔ訅喊逯腥鄙倭? - 2mil的粘結(jié)劑，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)使電路層數(shù)成比例的增加。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在鍍通孔時(shí)使用無膠層壓板能減少4mil 的厚度，可與雙面板相媲美。

目前，丙烯酸粘結(jié)劑在粘接柔性印制電路中的應(yīng)用已經(jīng)被認(rèn)為是限制使用的材料技術(shù)，這是由于在粘結(jié)劑和聚酰亞胺薄膜之間的高熱擴(kuò)張系數(shù)與銅的延展性相互矛盾，這個(gè)問題通過對(duì)電路結(jié)構(gòu)的不同處理已經(jīng)得到解決。所有這些方法的共同目的就是通過在重要區(qū)域（例如剛?cè)犭娐凡糠郑┯羞x擇地減少粘結(jié)劑基材的使用來盡可能地避免粘結(jié)劑帶來的問題，特別是覆膜和用改良的丙烯酸樹脂制造的澆鑄粘結(jié)劑。

對(duì)于粘結(jié)劑基板不適合的操作環(huán)境，可使用無膠電路，它的薄結(jié)構(gòu)具有很好的導(dǎo)熱性，并且避免了粘結(jié)劑的熱阻問題。聚酰亞胺可在450℃的溫度下連續(xù)工作，且不會(huì)使材料退化。粘接到散熱器上的無膠電路可應(yīng)用于高性能和高可靠性的電路中，例如自動(dòng)推進(jìn)電子電路。

無膠電路的另外一個(gè)重要的性能是它能夠保持相同的厚度。由于薄膜的玻璃轉(zhuǎn)換溫度高，銅走線不會(huì)變形為基板薄膜。相反，使用粘結(jié)劑的導(dǎo)體圖形則不可控制。

目前，已經(jīng)對(duì)無膠電路與使用粘結(jié)劑的電路的性能進(jìn)行了寬范圍的測試比較。圖1為使用標(biāo)準(zhǔn)的粘結(jié)劑制造的10 層板和由電鍍的方法制造的相同層數(shù)的電路的彎曲循環(huán)數(shù)的比較結(jié)果。由圖可知，無膠電路中導(dǎo)體被破壞的彎曲循環(huán)數(shù)相當(dāng)高，無膠電路可承受的彎曲周期數(shù)為使用標(biāo)準(zhǔn)粘結(jié)劑電路的兩倍。

圖2為電鍍膜材料和使用標(biāo)準(zhǔn)粘結(jié)劑的18 層電路中鍍通孔的完整性比較。在- 65 -125℃之間，標(biāo)準(zhǔn)的粘結(jié)劑電路只持續(xù)了175 個(gè)溫度周期，而無膠電路在500 個(gè)溫度周期時(shí)仍然保持完好。