高耐化學性覆蓋膜的制備與應用研究

左 陳 曾凡鵬 茹敬宏 伍宏奎

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

0 前言

覆蓋膜是撓性印制電路板（FPCB）外表面的保護層，主要起到阻焊、防止電路受到外界損害的作用，同時也可減少導體在彎曲過程中的應力影響，提高FPCB的耐折性和耐撓曲性。覆蓋膜是在絕緣基膜表面涂布一層膠粘劑制成。聚酰亞胺薄膜由于具有優異的耐熱性、機械性能、耐化學性及阻燃性，在撓性覆銅板及覆蓋膜中應用最為廣泛[1]。

剛撓結合板（R-FPCB）就是撓性板與剛性板經壓合等工序組合在一起，兼具FPCB和RPCB特性。集兩者優點于一身，為電子組件之間的互連提供了一種新的連接方式，符合電子設備輕薄短小小和多功能化的發展方向。R-FPCB的制程中必須經過高強度的除膠渣（Desmear）工序，而除膠渣通常采用堿性高錳酸鉀作為處理藥水。在堿性環境中，聚酰亞胺薄膜表面酰亞胺環可被水解，從而造成PI（聚酰亞胺）膜被咬噬，最終導致R-FPCB的機械性能、耐折性和可靠性下降。目前，行業內大多通過增加PI膜的厚度來減緩堿液對PI膜的咬噬，但是此種方式會增加軟板區域的整體厚度，不符合電子產品輕薄短小的發展要求，而且會使成本大幅增加。

通過在覆蓋膜的PI面涂布一層保護層，可有效解決PI膜在堿性環境中水解的問題，避免PI膜被咬噬，使得R-FPCB的機械性能、耐折性和可靠性得到保持。因此，本文主要是制備一種保護涂層，并涂布在覆蓋膜的聚酰亞胺膜表面，研究保護涂層對覆蓋膜性能的影響。

1 實驗部分

1.1 主要原材料

環氧樹脂、固化劑、助劑及溶劑等；聚酰亞胺膜。

1.2 保護涂層及含保護涂層的聚酰亞胺膜制備

將環氧樹脂、固化劑、助劑及溶劑按一定比例和步驟混合均勻，制成一種均勻的樹脂組合物，然后采用涂布機將上述樹脂組合物涂布在聚酰亞胺膜表面，固化后即得到含涂層的聚酰亞胺膜。

1.3 耐化性涂層覆蓋膜的制備

在涂層聚酰亞胺膜的面涂布一層改性環氧膠粘劑，烘干溶劑并初步固化后，與離型紙復合，即得到耐化性涂層覆蓋膜。

1.4 性能測試

1.4.1 力學性測試

將普通覆蓋膜與耐化性涂層覆蓋膜同時浸泡在50 ℃ 10 wt% NaOH水溶液中處理1 h，每隔10 min取樣測試拉伸性能。考察堿液處理時間對涂層覆蓋膜力學性能的影響。

1.4.2 耐折性

將普通覆蓋膜及耐化性涂層覆蓋膜分別壓合在線路表面，固化后得到耐折測試樣品。將耐折測試樣品在50 ℃ 10 wt% NaOH水溶液中處理5 min，測試堿液處理前后耐折性。耐折性測試條件：R=0.38 mm，G=4.9 N，彎折幅度270°。

1.4.3 耐除膠渣液性能

將普通覆蓋膜和耐化學性涂層覆蓋膜分別經3次除膠渣處理，考察除膠渣處理對PI膜的咬噬作用。

1.4.4 回彈力

采用回彈力大小來定量評價材料柔軟性。回彈力越小，表示材料越柔軟[2]。按生益科技企標測試耐化性涂層覆蓋膜和普通覆蓋膜的回彈力，以表征涂層對覆蓋膜柔軟性的影響。

1.4.5 老化性能

將普通覆蓋膜的PI面、耐化性涂層覆蓋膜的涂層面分別與不流動半固化片壓合，然后置于200 ℃烘箱中老化6 h，每隔1 h取樣測試剝離強度，考察涂層熱老化對粘接性能的影響。

1.4.6 激光加工性能

FPCB加工制程中，覆蓋膜需要滿足激光開窗要求，考察涂層對覆蓋膜激光開窗效果的影響。

1.4.7 其它性能

按IPC標準測試耐熱性、撕裂強度和吸水率。

2 結果與討論

2.1 堿液處理對覆蓋膜性能的影響

2.1.1 堿液處理對覆蓋膜力學性能的影響

將普通覆蓋膜和涂層覆蓋膜分別浸泡在50 ℃10 wt% NaOH水溶液中處理1 h，每隔10 min取樣測試拉伸性能，考察堿液處理時間對覆蓋膜力學性能的影響。結果如圖1所示。

圖1 堿液處理時間對覆蓋膜拉伸性能的影響

由圖1可知，涂層覆蓋膜的初始拉伸強度略低于普通覆蓋膜，而涂層覆蓋膜的初始延伸率卻略高于普通覆蓋膜，這是因為環氧樹脂涂層的拉伸強度低于PI膜的拉伸強度，在覆蓋膜的PI面增加一層保護涂層，會使覆蓋膜的整體拉伸強度降低；而環氧樹脂涂層的柔韌性較好，其斷裂延伸率大于PI膜，故拉伸測試時，PI膜先于環氧樹脂涂層斷裂，所以導致涂層覆蓋膜的初始延伸率略高于普通覆蓋膜。經堿液處理后，普通覆蓋膜的拉伸強度和斷裂延伸率大幅降低，處理20 min后，普通覆蓋膜的PI膜完全溶解，無法測試拉伸性能；而涂層覆蓋膜經堿液處理1 h后，其拉伸強度和斷裂延伸率基本保持不變。這說明在普通覆蓋膜的PI面增加一層保護涂層，可有效解決PI膜不耐堿液腐蝕的問題，避免覆蓋膜在R-FPCB加工制程中被咬噬，從而使得FPC部分的耐折性、耐熱性及可靠性得到保持。

2.1.2 堿液處理對覆蓋膜耐折性的影響

R-FPCB在安裝和使用過程中，FPC部分會經歷一次或多次彎折。因此，FPC部分的耐折性對于R-FPCB的整體可靠性有著至關重要的影響。測試普通覆蓋膜和涂層覆蓋膜堿液處理前后的耐折性，將兩種覆蓋膜壓合在相同的耐折性測試線路表面，固化后測試耐折性。堿液處理條件50 ℃10 wt% NaOH水溶液中處理5 min；耐折性測試條件R=0.38 mm，G=4.9 N，彎折幅度270°。耐折性測試結果如表1所示。

由表1可以看出，普通覆蓋膜與涂層覆蓋膜堿液處理前的耐折性接近，但是經50 ℃ 10 wt %NaOH水溶液中處理5 min后，普通覆蓋膜的耐折性急劇下降，而涂層覆蓋膜的耐折性卻基本保持不變。這說明涂層可以有效保護涂層不被堿液咬噬，具有優異的耐堿性。

表1 普通覆蓋膜及涂層覆蓋膜堿液處理前后的耐折性

2.2 除膠渣處理對覆蓋膜的咬噬作用

表2 除膠渣處理對覆蓋膜厚度的影響

R-FPCB制程除膠渣工序中，覆蓋膜的PI膜作為有機材料裸露在最外側，通常會被咬噬，造成FPC的性能下降。將普通覆蓋膜和涂層覆蓋膜分別經3次除膠渣處理，測試厚度減薄情況，以表征兩種覆蓋膜的耐除膠渣藥水能力。結果如表2所示。

由表2可知，經3次除膠渣處理后，兩種覆蓋膜都將被咬噬，其中以普通覆蓋膜被咬噬的最為嚴重，經3次除膠渣處理后，其咬噬深度達到6 μm。而涂層覆蓋膜同樣經3次除膠渣處理，其咬噬深度僅為2 μm，因此，若涂層厚度＞2 μm，則可有效保護PI膜不被咬噬，使得FPCB的耐熱性、耐折性和可靠性得到保持。

2.3 涂層對覆蓋膜柔軟性的影響

FPCB的柔軟性越好，彎曲時產生的應力越小，越有利于三維立體安裝。生益科技以回彈力作為材料柔軟性的評判方法，一般來說，材料的回彈力越小，則柔軟性越好；反之，則柔軟性越差。現按生益科技企標對比測試普通覆蓋膜和涂層覆蓋膜的回彈力，以表征涂層對覆蓋膜柔軟性的影響。測試結果見表3。

表3 普通覆蓋膜及涂層覆蓋膜的回彈力

由表3可以看出，涂層覆蓋膜的回彈力略大于普通覆蓋膜，這是因為在普通覆蓋膜的PI面增加一層涂層后，會使覆蓋膜的整體厚度略微增加，故回彈力稍大。但是從回彈力測試結果來看，普通覆蓋膜與涂層覆蓋膜的回彈力差異很小，兩者的柔軟性接近。

2.4 涂層對覆蓋膜老化性能的影響

R-FPCB制程中需經歷多次高溫壓合，因此，涂層的高溫熱老化性能顯得尤為重要。將普通覆蓋膜的PI面和涂層覆蓋膜的涂層面分別與不流動半固化片壓合，然后置于200 ℃烘箱中烘烤6 h，考察高溫老化時間對剝離強度的影響。結果如圖2所示。

由圖2可知，涂層覆蓋膜與不流動半固化片的初始剝離強度略高于普通覆蓋膜，這是因為環氧涂層具有較高的表面能，與不流動半固化片結合較好。經200 ℃老化6 h后，涂層覆蓋膜、普通覆蓋膜與不流動半固化片的結合力都保持基本穩定，沒有出現大幅衰減。這說明涂層具有較好的耐熱老化性能，可以滿足剛撓結合板多次壓合的加工制程要求。

2.5 涂層對覆蓋膜激光加工性能的影響

在FPCB制程中，覆蓋膜都要經過激光開窗，因此，驗證涂層覆蓋膜的激光加工能力是有必要的。采用覆蓋膜激光開窗常用的加工參數2.3 W、4次，驗證涂層覆蓋膜的激光加工能力。結果顯示在普通覆蓋膜的PI面增加一層涂層，并未增加激光開窗的難度，涂層覆蓋膜使用激光開窗效果良好。

2.6 涂層對覆蓋膜其他基礎性能的影響

對比測試普通覆蓋膜和涂層覆蓋膜的其他基礎性能，結果如表4所示。

圖2 高溫老化時間對剝離強度的影響

表4 覆蓋膜基礎性能

由表4可以看出，普通覆蓋膜和涂層覆蓋膜的耐熱性均可通過288 ℃/10 s浸焊測試，具有優異的耐熱性，增加涂層并未使覆蓋膜的整體耐熱性下降。涂層覆蓋膜的撕裂強度高于普通覆蓋膜，這可能是因為在普通覆蓋膜的PI面增加涂層，使其整體厚度增加，故撕裂強度增大。涂層覆蓋膜的吸水率低于普通覆蓋膜，這是因為涂層的吸水率低于聚酰亞胺膜的吸水率；在覆蓋膜的PI面增加涂層，有利于降低覆蓋膜的吸濕性，減少線路板加工過程中的分層爆板風險。

3 結論

（1）涂層可有效保護PI膜不被堿液和除膠渣藥水咬噬；在經50 ℃ 10%wt NaOH水溶液處理1 h和3次除膠渣處理后，涂層覆蓋膜的力學性能、耐折性和PI膜厚度保持基本不變，優于普通覆蓋膜。

（2）涂層覆蓋膜與普通覆蓋膜的回彈力接近，涂層具有優異的柔軟性。

（3）經200 ℃老化6 h，涂層覆蓋膜的涂層面與不流動半固化片結合力保持基本穩定，涂層具有優異的耐熱老化性，可滿足R-FPCB多次壓合的加工要求。

（4）使用常規覆蓋膜通用的激光開窗加工參數，涂層覆蓋膜具有良好的可激光加工性能。

（5）涂層覆蓋膜在耐熱性、撕裂強度方面與普通覆蓋膜相當，但是吸水率小于普通覆蓋膜，可減少線路板加工過程中的分層爆板風險。