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挠性覆箔层压材料的组成和性能

【来源:PCB信息网】【编辑:】【时间: 2006-6-13 8:55:07】【点击:

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      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
标准重量 -- ~20盎司/口尺2 --~50盎司/口尺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。

三、介电基片

    介电基片是绝缘体,它用来承载导体并作为挠性印制线路的机械支撑。选择挠性介电基片而不选择刚性介电基片是挠性线路板和刚性线路板的根本区别。
    介电基片除对机械性能和电性能有影响外,对挠性线路板的尺寸稳定性和挠曲能力也有极大的影响。挠性介电基片在加工过程中有膨胀和收缩的趋向,并且这种尺寸变化比刚性材料的变化大。线路设计者应了解这个尺寸的不稳定性,并在线路板的各导线之间的间隙及焊点的位置上要留有大一些的偏差余地。通常情况下,挠性材料在纵向上收缩,在横向上稍有膨胀。
目前实用的介电基片大致有下列几种:
·聚酯薄膜
·聚酰亚胺薄膜
·氟碳乙烯薄膜
·亚酰胺纤维纸
    尽管许多挠性材料都可用来做挠性线路板,但目前用得最多的是聚酯薄膜和聚酰亚胺薄膜,其他介电薄膜也具有专门用途。
1.聚酯薄膜
    用于制造挠性印制线路的聚酯薄膜叫做Mylar膜。它的化学组成是聚对苯二甲酸乙二醇酯。它是由乙二醇和对苯二甲酸经缩聚反应形成的。聚酯薄膜(Mylar膜)有八种不同的型号,可制成各种不同的厚度。挠性线路板最常用的厚度是25~125μm(1-5mils)。这种薄膜的耐热性能比聚酰亚胺薄膜差,只能用于耐热性不大于105℃的挠性线路板中。通常聚酯薄膜的尺寸稳定性比聚酰亚胺薄膜的尺寸稳定性差。但聚酯薄膜的生产厂家能改善其产品的尺寸稳定性。
在使用聚酯薄膜作介电基片时,应考虑其如下特性:
·极好的电性能
·较低的吸湿性能
·热稳定性,可在105℃条件下连续使用
·较极好的尺寸稳定性
·极好的耐化学品性能
·在所用的介电基片中价格最便宜
2.聚酰亚胺薄膜
    聚酰亚胺薄膜是用芳香族四羧酸酐和芳香族二元胺间缩聚反应制得聚酰胺酸中间体,然后将聚酰胺酸脱水,得到高分子量的聚酰亚胺。用不同氨基化合物,可得不同的聚酰亚胺,并具有不同的特性。
    聚酰亚胺薄膜可通过流延法制成各种不同的厚度。目前已有的厚度系列为:7.5;12.5;25;50;75和125μm。其最大宽度可达1.5m,但用于制造挠性印制电路的宽度一般为508~660mm。因为聚酰亚胺薄膜为热固性聚合物,没有固定的软化点或熔融点,因而用聚酰亚胺薄膜制作的挠性印制线路板在焊接时不会使薄膜降阶和分解。在使用聚酰亚胺薄膜时要考虑如下特性:
·优良的电性能
·相对较高的吸湿性
·极好的耐高温性能
·较好的尺寸稳性
·优良的耐化学品性能
·与所用的各种介电基片相比、价格最高
3.氟碳乙烯薄膜
    氟碳乙烯树脂在较广泛的各种外界环境中具有一致的电性能。介电常数低,介电强度高,并且在使用温度和电频率变化时,其电性能基本保持不变。
    氟碳乙烯具有很好的耐热性,但在高温下尺寸稳定性较差。氟碳乙烯具有突出的耐化学性能、优异的挠曲性能、低的吸湿性能和自熄性能。
氟碳乙烯薄膜具有如下特性:
·优良的电性能
·低的吸湿性能
·耐高温性能(可在200℃下使用)
·尺寸稳定性与温度有关
·优良的耐化学品性能
·价格较贵,与聚酰亚胺大致相同
4.亚酰胺纤维纸
    亚酰胺纤维纸是由高温聚酰胺纤维无规则排列而制成。这种挠性介电材料具有良好的耐高温性能。但很容易吸潮。其吸湿性可高达13%以上,较大的影响到该材料的尺寸稳定性。因此在制作挠性线路板之前,必须先进行烘干处理。该介电材料的价格低于聚酰亚胺的价格。耐焊性与聚酰亚胺薄膜大致相同。
亚酰胺纤维纸具有如下特性:
·具有好的电性能
·吸湿性大
·具有良好的耐高温性能,可在220℃条件下连续使用
·尺寸稳定性取决于吸湿程度
·良好的耐化学品性能
·价格在聚酯材料和聚酰亚胺材料之间
介电基片的物理性能比较表
介电基片  耐热性能  耐撕裂性  尺寸稳定性  阻燃性
聚 酯      105℃      中等      中等        差
聚酰亚胺   200℃      中等      很好        优
氟碳乙烯   200℃      很好      中等        优
亚酰胺     220℃      中等      中等        优
介电基片的电性能比较表
介电基片   介电强度(V/mil)  介电常数   体积电阻率
聚 酯        7500              3.2       1013Ω-cm
聚酰亚胺     7000              3.5       1018Ω-cm
氟碳乙烯     7000              2.1       1018Ω-cm
亚酰胺       500               2.0       1014Ω-cm
在选用挠性介电基片时,要考虑其如下的性能:
·挠曲能力
·耐热性能
·尺寸稳定性
·耐化学品性能
·机械强度
·电性能
·阻燃性能
·成本高低


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