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公司名称:惠州市恒驰电子材料有限公司
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挠性印制电路板(FPC)用基材FCCL知识
FCCL相关知识挠性印制电路板(FPC)使电子元器件的连接组 装方式发生变革,并能更好地满足现代电子产品的短 小、轻薄、美观等要求[1]。挠性覆铜板(FCCL)是制造 FPC的基板材料,根据制造工艺和结构不同可分为 二层法FCCL(也称无胶粘型FCCL)和三层法FC- CL(也称有胶粘型FCCL)。二层法FCCL常用涂布 法、层压法和溅镀法3种方法制备,性能优良,但工艺 复杂、成本高;三层法FCCL是由铜箔(电解铜箔或 压延铜箔)、薄膜(聚酰亚胺膜或聚酯膜)和胶粘剂三 层复合而成,常用的胶粘剂体系有酚醛-丁**橡胶、 改性环氧树脂、聚丙烯酸酯、聚酯-异氰酸酯等。对于 橡胶增韧环氧体系来说,固化条件、环氧树脂和固化 剂及促进剂的种类、橡胶的添加量、橡胶与环氧树脂 的相容性和反应性等决定了橡胶改性环氧胶粘剂的 性能。本文以环氧树脂/丁**橡胶(EP/CTBN)为基 本体系,研究了2-乙基-4-甲基咪唑(2E4MZ)、 1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑(2E4MZ- CN)、2-十一烷基咪唑(C11Z)、1-氰乙基-2-十 一烷基咪唑(C11Z-CN)和2-十七烷基咪唑 (C17Z)几种促进剂对FCCL性能的影响。
2实验部分
2.1主要原材料
环氧树脂(EP):环氧当量400~440 g/eq;固化 剂:二氨基二苯砜(DDS),分析纯;促进剂:2-乙基- 4-甲基咪唑(2E4MZ)、1-氰乙基-2-乙基-4- 甲基咪唑(2E4MZ-CN)、2-十一烷基咪唑(C11Z)、 1-氰乙基-2-十一烷基咪唑(C11Z-CN)和2-十 七烷基咪唑(C17Z),均为分析纯,几种促进剂的结构 与基本性能见表1;丁**橡胶(CTBN):丙烯**含量 26%;铜箔:18μm压延铜箔;聚酰亚胺膜(PI):25μm NPI。
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2.2主要仪器
快压机:珠海精科电子; DSC: TA Q10; DMA: TA Q400;剥离强度测试仪:ASIDA-BLY;耐折性 测试仪:日本Sanyo,BE203;耐焊性测试仪:自制。
2.3胶粘剂的配制
保持当量比恒定,以丁酮为溶剂,按一定比例分 别加入促进剂2E4MZ、2E4MZ-CN、C11Z、C11Z- CN和C17Z以及固化剂DDS,溶解透明后加入EP 和CTBN,固含量约为38%。
2.4 FCCL的制备
将配制好的胶粘剂均匀涂覆在PI膜上,保持胶 层厚约20μm,于150℃烘烤1.5 min,冷却到室温, 把裁好的铜箔贴在涂有胶粘剂的PI膜上,放入快压 机中预热20 s,再热压120 s(压力为10 kg/m2),之后 于170℃热处理1 h,即得FCCL。
2.5主要性能测试
DSC测试:将胶粘剂于60℃烘烤1 h,除去大部 分溶剂后进样,升温速率10℃/min,测量范围50~ 300℃;DMA测试:将FCCL蚀刻后的基膜裁成6.5 mm×60 mm条状进样,升温速率5℃/min,测量范 围为室温~200℃;耐焊性:参照IPC-TM-650 2.4.13B;剥离强度:参照IPC-TM-650 2.4.9;耐 折性:参照IPC-TM-650 2.4.3。
3结果与讨论
3.1促进剂对胶粘剂固化的影响
促进剂对胶粘剂固化的影响见表2。 由表2可见,凝胶化时间从2E4MZ、2E4MZ- CN、C11Z、C11Z-CN到C17Z依次延长。由表1可 知,这主要是由于侧基的链长依次增大,对咪唑的活 性点形成了空间位阻,从而降低了促进环氧反应的活 性,增加了其促进固化反应的潜伏性;同时长链侧基 的存在增加了分子链的构象熵,也使得交联密度有所 降低,从而使固化物的柔软性增加。另外固化物色泽 也随侧链增长而变浅。
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3.2胶粘剂的DSC分析
含不同促进剂的胶粘剂的DSC谱图见图1。
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Bobby Russell,等[2]的研究表明在固化过程中, 析出的橡胶微粒一般在0.5~5μm之间,获得最佳 增韧效果的橡胶微区尺寸为1~3μm,而体积分数可 介于5%~30%。要达到这种结果须综合考虑体系的 组成和固化工艺的影响。两相的形成在固化初期由动 力学控制,后期则由扩散控制,经不稳相分离首先形 成双连续相,随着环氧树脂分子量的增大,橡胶相发 生旋节线分解(spinodal decomposition)形成球状微 粒,由于两相表面张力不同而导致相分离,形成以 CTBN颗粒为分散相,以环氧树脂为连续相的“海岛” 结构[3]。在受力情况下,CTBN颗粒能使环氧树脂发 生局部剪切屈服形变,诱发银纹和剪切带,从而吸收 大量能量,从而钝化、终止银纹,避免发展成为破坏性 裂纹,使得固化物韧性改善。
一般认为咪唑与环氧基的反应过程是分阶段独 立进行的两步反应,起始阶段主要是咪唑中的氮原子 与环氧基之间的加成反应,后阶段则是生成的烷氧负 离子加成物催化引发的聚醚反应[4]。对于上述5种促 进剂,固化峰温按试验编号递增依次增大,与GT测 试的结果是吻合的,其中2E4MZ和2E4MZ-CN促 进的固化峰较为尖锐,峰面积较小,在同等固化条件 下具有较高的固化度;而添加其他3种促进剂的固化 峰比较平缓,具有较宽的加工窗口,可使产品具备相 对较长的储存期。在实际生产中,覆盖膜或板材的熟 化温度最好在160℃左右,不宜超过180℃,所以烷 基咪唑的侧链要适中,太短促进活性太高,太长使得 活性变差,二者都不利于橡胶均匀地发生相分离。
3.3胶粘剂的DMA分析
采用不同促进剂制备的胶粘剂的DMA谱图见 图2。
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CTBN增韧环氧体系的DMA谱图呈现双重转 变,Tg随增韧剂用量的增加而降低,其α转变与 CTBN的量密切关联,Tg的降低与CTBN形成的塑 性玻璃化转变有关,而出现在低温区-75~-50℃ 之间β转变则有利于提高增韧环氧树脂固化物的冲 击强度[5]。由于本实验使用的DMA无冷却装置,所 以无法检测低温转变,从上图来看,随试验编号递增, α转变峰形变窄,峰面积变小,反映出分子链的内摩 擦力减弱;另从DMA提供的储能模量来看,随着温 度的提高, 2E4MZ-CN和C17Z促进的体系模量保 持率较高,这对最终产品的性能提供了较好的理论依 据,在保证板材柔软的前提下,具备较高的模量和模 量保持率。
3.4 FCCL的基本性能
FCCL的基本性能如表3所示。
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从表3可以看出,两种热处理工艺的FCCL的耐 浸焊性都能满足需求。从剥离强度来看,经热处理A 后,含2E4MZ-CN、C11Z-CN和C17Z促进剂的 体系较高,但热处理B后含C11Z-CN促进剂的体 系降低幅度较大;从耐折性数据来看,含2E4MZ- CN和C11Z促进剂的体系在两种热处理后都较好, 这与其体系较高的模量有关。
李非等[6]对比研究了含相同量的烷基咪唑和氰 乙基咪唑促进剂的环氧树脂体系的性能,结果表明氰 乙基咪唑可以明显提高固化物热变形温度,降低固化 时的收缩率,从而降低固化产生的内应力,使产品的 耐热性和热稳定性能提高。从本文实验结果来看,氰 乙基咪唑也具有一定优势,用其可以优化FCCL的综 合性能。
4结论
通过对比含2-乙基-4-甲基咪唑(2E4MZ)、 1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑(2E4MZ- CN)、2-十一烷基咪唑(C11Z)、1-氰乙基-2-十 一烷基咪唑(C11Z-CN)和2-十七烷基咪唑 (C17Z)这5种咪唑促进剂的丁**橡胶增韧的环氧树 脂胶粘剂的固化反应性、动态力学性能及其制备的 FCCL的基本性能,认为使用含2E4MZ-CN促进剂 的环氧树脂/丁**橡胶体系的胶粘剂制备挠性覆铜板 最合适

1对胶厚纯胶

1对1黄色覆盖膜

半对半黑色覆盖膜

黑化双面电解基材

红化双面电解基材

黑化单面电解基材

红化单面电解基材

半对胶厚纯胶

半对半浅黄覆盖膜

半对半深黄色覆盖膜

红化单面电解基材

PI补强加色

PI补强不加色

黑化单面电解基材

1对胶厚纯胶

双面基材 (2)

双面基材 (1)

黄色覆盖膜 (2)

黄色覆盖膜 (1)

红化单面基材 (2)

红化单面基材 (1)

黑色覆盖膜 (2)

黑色覆盖膜 (1)

黑化单面基材 (2)

黑化单面基材 (1)