聚酯基透明撓性覆銅板的制備與性能研究

左 陳 李 濤 伍宏奎 茹敬宏

（廣東生益科技股份有限公司 國家電子電路基材工程技術(shù)研究中心，廣東 東莞 523808）

0 前言

撓性覆銅板（FCCL）是一種特殊的電子互連基礎(chǔ)材料，作為撓性印制電路板（FPCB）的基板材料，主要由銅箔和撓性絕緣基膜組成。FPCB具備輕、薄、可彎折及配線密度高的特點，早期主要應(yīng)用于航空航天、軍工等領(lǐng)域。20世紀80年代以來，F(xiàn)PCB由軍用轉(zhuǎn)向民用，被廣泛應(yīng)用于手機、筆記本電腦、數(shù)碼相機、車載電子設(shè)備等領(lǐng)域[1]-[3]。

聚酯撓性覆銅板（PET-FCCL）是以聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）為絕緣基膜、銅箔作為導(dǎo)電層，以膠粘劑將PET膜與銅箔黏合而成。PET膜作為一種熱塑性絕緣基膜，熔點在255 ℃左右，耐熱性較差，故以PET膜作為絕緣基膜制備的PETFCCL無法滿足288 ℃錫浴焊接工藝，只能適用于低溫焊接。目前，PET-FCCL主要應(yīng)用于家用電器、電子玩具、電子標(biāo)簽等低端領(lǐng)域[4]-[6]。

近年來，透明顯示、透明加熱膜及透明電磁屏蔽膜等新興領(lǐng)域發(fā)展迅速，對撓性透明基板材料的需求呼聲日益高漲。PET膜具有優(yōu)異的透光率和良好的成本優(yōu)勢[7]-[9]。以透明PET膜涂布透明膠粘劑再貼合銅箔制備的透明FCCL應(yīng)可以為透明顯示、透明加熱膜及電磁屏蔽膜等領(lǐng)域提供一個高性價比的解決方案。

本文研制一種高透光的膠粘劑，并采用透明PET膜作為基膜，覆合銅箔，開發(fā)一種高透光的透明撓性覆銅板，以滿足新興領(lǐng)域?qū)θ嵝酝该骰宓男枨蟆?/p>

1 實驗部分

1.1 主要原材料

環(huán)氧樹脂、固化劑、助劑及丁酮等；50 μm厚透明PET膜、18 μm電解銅箔1（Rz為7.0 μm）、18 μm電解銅箔2（Rz為3.0 μm）、18 μm壓延銅箔（Rz為1.5 μm）；均為工業(yè)品。

1.2 儀器與設(shè)備

小型涂布機，廣州詠鑫儀器設(shè)備有限公司；JK20502真空快壓機，珠海精科電子自動化設(shè)備有限公司；CM-3600A透光率測試儀，日本Konica Minolta；ASIDA-BLY剝離強度測試儀，廣東正業(yè)科技股份有限公司。

1.3 透明膠粘劑及透明PET-FCCL制備

將環(huán)氧樹脂、固化劑、助劑及溶劑按一定比例和步驟混合均勻，制成一種均勻的無色透明樹脂組合物。

采用涂布機，將上述無色透明樹脂組合物均勻涂布在透明PET膜表面，控制干膠厚度20 μm。將上述涂膠PET膜與銅箔壓合，壓合溫度180 ℃，預(yù)壓10 s，預(yù)壓壓力1 MPa，成型壓60 s，成型壓壓力10 MPa，固化后，即得到透明PET-FCCL。

1.4 測試與表征

（1）可見光透過率。按照ASTM D1003標(biāo)準測試可見光透過率。

（2）耐熱性。將透明FCCL裁切成50 mm×50 mm樣品，在錫爐中浮焊測試10 s，觀察樣品是否存在收縮、分層起泡現(xiàn)象。

（3）其他性能測試。按IPC-4204B標(biāo)準測試尺寸穩(wěn)定性、耐化學(xué)性、電性能、吸水率等。

2 結(jié)果與討論

2.1 銅箔種類對透明FCCL可見光透過率的影響

將涂膠PET固化后及透明FCCL蝕刻后，分別測試可見光透過率，結(jié)果如表1所示。

由表1可知，涂膠PET固化后的可見光透過率高達92%；而將透明FCCL的銅箔蝕刻后，其可見光透過率相對固化后的涂膠PET膜顯著下降。這是因為涂膠PET膜壓合銅箔后，銅箔毛面的粗糙度轉(zhuǎn)印到膠面，蝕刻后，膠面變粗糙，導(dǎo)致入射到膠層表面的光線發(fā)生漫反射，從而使得可見光透過率降低。

表1 銅箔種類對透明FCCL可見光透過率的影響表

以電解銅箔1、電解銅箔2和壓延銅箔制備透明FCCL蝕刻后的可見光透過率依次增大，分別為78%、81%和83%，這是因為電解銅箔1、電解銅箔2和壓延銅箔的毛面粗糙度依次減小，以其制備的透明FCCL蝕刻后的膠面粗糙度也越小，在膠面發(fā)生漫反射相對較少。

2.2 貼合覆蓋膜對蝕刻后透明FCCL可見光透過率的影響

在PET膜表面涂布一層透明膠粘劑，控制干膠厚度為15 μm，干燥后貼合離型紙即得到透明覆蓋膜。將透明覆蓋膜壓合在蝕刻后的透明FCCL的膠面，壓合溫度180 ℃，預(yù)壓10s，預(yù)壓壓力1 MPa，成型壓60 s，成型壓壓力10 MPa。固化后，測試可見光透過率。結(jié)果如表2所示。由表2可知，三種銅箔制備的透明FCCL蝕刻后壓合覆蓋膜，其可見光透過率均上升至91%，略低于涂膠PET膜固化后的可見光透過率，這是因為在高溫高壓下，覆蓋膜的膠層可有效填充銅箔毛面轉(zhuǎn)印在膠面的粗糙度，從而減少了入射光線在膠面的漫反射，所以透光率上升。但是，樣品經(jīng)過多次高溫高壓合，快壓機上下熱板表面的粗糙度被轉(zhuǎn)印到樣品表面，所以壓合覆蓋膜后的樣品可見光透過率略低于固化后的涂膠PET膜。

表2 蝕刻后透明FCCL貼合覆蓋膜后的可見光透過率表

在FPCB常規(guī)制程中，撓性基材蝕刻線路后均需要壓合覆蓋膜對線路進行保護，所以銅箔毛面在膠層表面轉(zhuǎn)印的粗糙度都可被有效填充。故銅箔種類對透明FPCB的可見光透過率沒有影響。

2.3 濕熱老化對透明FCCL可見光透過率的影響

將透明FCCL蝕刻后再壓合覆蓋膜，固化后，PCT處理48 h，每隔128 h測試一次可見光透過率，考察透明膠粘劑的耐濕熱老化性能。結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，經(jīng)PCT處理48 h后，樣品的可見光透過率都逐漸下降，從91%降至89%，降幅僅為2%。這說明透明FCCL具有較好的耐濕熱老化性能，可滿足透明顯示、透明加熱膜及透明電磁屏蔽膜等領(lǐng)域的應(yīng)用要求。

圖1 濕熱老化對透明FCCL可見光透過率的影響

2.4 耐熱性

PET膜是一種熱塑性絕緣基膜，熔點在255 ℃左右，PET-FCCL一般耐熱性較差，不適用于常規(guī)FPCB制程中的高溫回流焊工藝。但是，在特定情況下，需要使用低溫焊接工藝在PET基板上安裝元器件。因此，有必要考察PET基透明FCCL的耐熱性，評價其是否滿足低溫焊接工藝。本文采用耐浮焊性測試手段評價PET基透明FCCL的耐熱性。結(jié)果見表3所示。由表3可知，隨著錫爐溫度升高，透明PET-FCCL逐漸發(fā)生收縮變形，且越來越嚴重。當(dāng)錫爐溫度為205 ℃和215 ℃時，PET-FCCL浮焊測試后，未發(fā)生肉眼可辨的變形，外觀良好；但是，當(dāng)錫爐溫度上升至255℃時，PET-FCCL的PET層已經(jīng)完全熔化。這也說明PET-FCCL的膠層耐熱性優(yōu)于PET膜，其耐熱性短板是PET膜，適用于溫度≤215 ℃的低溫焊接工藝。

2.5 基本性能

除上述性能測試外，本文按IPC-4204A標(biāo)準測試了透明PET-FCCL的基本性能，結(jié)果如表4所示。由表4可知，本文所制備的PET透明FCCL的基本性能滿足IPC-4204A標(biāo)準要求，具有優(yōu)異的綜合性能，可以滿足FPCB的應(yīng)用要求。

表4 透明PET-FCCL常規(guī)性能

3 結(jié)論

（1）所制備的透明膠粘劑具有優(yōu)異的透光性，涂膠PET膜的可見光透過率高達92%。

（2）貼合銅箔會使涂膠PET膜的可見光透過率降低，銅箔種類對蝕刻后透明FCCL的可見光透過率有很大影響，銅箔的粗糙度越小，可見光透過率越大。

（3）蝕刻后再貼合覆蓋膜，銅箔在膠面轉(zhuǎn)印的粗糙度可以被填平，可見光透過率可以得到恢復(fù)，銅箔種類對透明撓性印制電路板的可見光透過率沒有影響。

（4）透明FCCL具有優(yōu)異的耐濕熱老化性能，經(jīng)PCT處理48 h后，可見光透過率僅下降2%。

（5）透明FCCL的膠層耐熱性優(yōu)于PET膜，其耐熱性短板是PET膜，適用于溫度≤215 ℃的低溫焊接工藝。

（6）透明FCCL的基本性能滿足IPC-4204A標(biāo)準要求。