一种低溢胶量覆盖膜的研制

1、一种低溢胶量覆盖膜的研制燕莎，高媛（西安航天三沃化学有限公司，710089，西安）摘 要：本文制备了一种低溢胶量的覆盖膜产品，所用胶粘剂为环氧型胶粘剂，采用分子量较高的固化剂及长链大分子环氧树脂，提高胶水分子量；配合特殊潜伏性促进剂，提高胶水反应均衡性。制得的覆盖膜溢胶量小，并且具有优异的综合性能。关键词：覆盖膜；溢胶量0 前言 薄膜型覆盖膜（Coverlay、Cover film）常称覆盖膜、保护膜、包封膜、保护胶片，是一种在聚酰亚胺薄膜或聚酯薄膜等绝缘基膜上单面涂胶的膜状绝缘材料，是挠性印制电路板最常用的覆盖层。图1为薄膜型覆盖膜的产品结构示意图。图1 薄膜型覆盖膜的产品结构示意图薄膜型覆

2、盖膜的制造工艺流程如图2所示，先在绝缘基膜上涂覆一层胶粘剂，通过烘干、部分交联，再与离型纸或离型膜覆合而成覆盖膜。薄膜型覆盖膜用胶粘剂包括改性环氧胶粘剂、丙烯酸酯胶粘剂、聚酯胶粘剂、聚酰亚胺胶粘剂等。图2 薄膜型覆盖膜的制造工艺流程图溢胶是柔性印制电路板压合工艺流程中一种比较普遍的品质异常现象，溢胶是指在压合流程中，温度升高而使得覆盖膜中胶水流动。溢胶量过小，容易出现压不实的现象，溢胶量过大，会导致在FPC（柔性印制电路板）线路PAD（焊盘）位上产生胶渍，从而影响产品质量1-3。图3为正常PAD位无溢胶与PAD位有溢胶对比。图3 正常PDA位无溢胶与PAD有溢胶目前，市场上的覆盖膜胶水配方中，

3、多采用的固化剂为双氰胺固化剂，该固化剂为小分子固化剂，耐热性不好，高温下易流动，在FPC压合过程中，容易产生胶渍，从而使产品报废。另外，采用传统固化剂，胶水反应均衡性不好，从而导致胶水在涂覆过程中流动不稳定，影响产品质量。覆盖膜胶水中需要添加环氧树脂，但传统胶水中环氧树脂分子量偏低，耐热性不好，高温下易流动，使溢胶量偏大。本文旨在开发一种低溢胶量的覆盖膜，使得在FPC压合过程中，既不会出现胶渍，又不会因为压不实而产生气泡等。 本文采用的固化剂分子量较大，提高胶水耐热性，改善溢胶量。采用长链大分子环氧树脂，长链赋予胶水更好的柔性，大分子赋予胶水刚性，使胶水刚中带柔，柔中带刚，同时，提高了胶水的耐

4、热性，从而减小溢胶量。采用特殊促进剂，保证其在较低温下可以反应，提高生产效率，同时，提高反应均衡性，使胶水在涂覆过程中流动稳定且均匀；另外，采用该促进剂，即使覆盖膜的溢胶量很小，胶水仍具有很好的流动性，能很好的填充线路。1 实验部分1.1 胶粘剂配制 先以丁酮等溶剂分别配制各原材料的预溶液，然后将环氧树脂、橡胶、填料、阻燃剂、固化剂和促进剂，充分搅拌均匀，得到无卤阻燃环氧树脂胶粘剂。1.2 覆盖膜的制备将配制好的胶粘剂均匀涂覆在PI膜上，保持胶厚约15m，于160烘烤5 min，冷却到室温。将涂有胶粘剂的PI膜胶面贴在铜箔光面，过护贝机。放入快压机中预热10 s，再热压90 s（压力为30 k

5、g/cm2），然后于180 固化1 h，采用程序升温，即得成品。1.3 性能测试 胶粘剂性能测试：DSC测试，升温速率10/min，测量范围25300。覆盖膜性能测试：剥离强度、阻燃性、耐热性、尺寸安定性等主要参照IPC-TM650标准。2 结果与讨论2.1 胶粘剂DSC检测通过DSC测试了胶粘剂的固化反应过程，测试温度从室温到300，结果如图1所示。图4 胶粘剂DSC曲线由图4可以看出，由于橡胶增韧环氧树脂胶粘剂体系组成比较复杂，固化过程也比较复杂。刚开始体系在升温过程中吸收热量并向内部传导，同时有机溶剂和水等小分子物质的挥发也吸收热量。在91.43 时，体系逐渐开始放热，这是由于胶粘剂开始

6、发生固化反应，至158.17 左右时，到达最佳反应温度，之后继续吸热，在175.31 左右开始后固化反应，至253.02 左右固化完全，这可能是由于体系中残留的-OH等基团和未反应的环氧基发生了反应。此外，对于橡胶增韧环氧树脂体系，有学者认为固化初期由动力学控制，后期则由扩散控制，经不稳定相分离先形成双连续相，随着环氧基体树脂分子量的增大，橡胶相发生旋节线分解形成球状微粒，由于两相表面张力不同而导致相分离，形成以橡胶颗粒为分散相，以环氧网络为连续相的多相形态的“海岛”结构4。不同的升温速率和固化条件的固化过程不尽相同，实际的固化过程更加复杂一些，但是上述DSC曲线为工艺提供了一个参考，对指导实

7、践有重要的意义。当覆盖膜经涂布后进入烘干阶段，如果温度、时间等参数控制不当，就会导致胶水在半固化过程中流量过小或过大。此外，如果胶水涂布时分布不均匀，在压合过程中，也很难控制溢胶量。烘箱温度过高或时间过长，胶水固化程度高，溢胶量偏小，在FPC压合过程中就容易出现压不实的现象。烘箱温度过低或时间过短，胶水固化程度低，溢胶量偏大，在压合过程中胶水就会溢出来，从而影响产品质量。通过上述曲线确定烘干溶剂过程中烘箱温度为160，固化过程中烘箱温度为180 ，时间为 1 h。2.2 覆盖膜性能检测覆盖膜对综合性能的要求比较高，除了基本性能，还要求合适的溢胶量、较长的储存期、较快的固化速度、优异的敷形性和耐

8、变色性等。从理论上分析，这些性能往往是难以协调的矛盾体，比如溢胶量越小，敷形性越差，可能还会导致压不实现象的产生，也可能使得储存期缩短；储存期越长，对固化体系的潜伏性要求越高，就可能降低树脂体系的固话速度，尤其在改性环氧树脂体系中，该矛盾显得比较突出；同时，为了控制溢胶量，除添加部分潜伏性促进剂外，还要提高整个胶系的分子量，降低胶层的流动性，相应地体系中的热塑性弹性体的用量将会增大，这对阻燃性又提出很高的要求，需要添加更多的含磷阻燃剂，填料的大量使用不仅给生产带来诸多困扰（如填料的分散、涂覆前的沉降等），还会对覆盖膜的性能造成一些负面影响，比如耐化学性变差、剥离强度降低等。2.2.1 溢胶量溢

9、胶量是覆盖膜的一项重要指标，其决定了覆盖膜的填胶能力。当溢胶量太小时，覆盖膜的填胶能力差，易出现缺胶现象，复合线路后剥离强度小，FPC在焊接元器件时出现渗锡而报废；当溢胶量太大时，覆盖膜在压合时出现溢胶情况，污染FPC而致报废。因此，控制覆盖膜的溢胶量至关重要。本文所制覆盖膜的溢胶量控制在0.05-0.08mm左右，考虑到后期储存，一般控制在0.07mm左右。溢胶量检测一般会有两层，颜色深（溢胶层厚）溢胶小的属于正常的溢胶，颜色浅（溢胶层薄）溢胶大的为反应残余小分子或者反应不均衡而产生的一些小分子物质。在一些高精密度的产品中，PAD位一般都是独立的，其周围没有空隙，PAD位越小，这些小分子引起

10、的溢胶现象越显著，对产品质量造成严重威胁，特别是一些高端精细线路，线宽在几十个微米，小分子溢胶直接影响线路质量，因此，一些高端客户对外层溢胶量有严格要求，高精尖FPC线路一般都选用昂贵日本高端覆盖膜（其价格是国产覆盖膜的几倍）。目前全世界仅有日本个别FCCL厂家可以做到基本没有小分子溢胶，国内大部分FCCL厂家的覆盖膜产品基本都存在正常溢胶、残存小分子溢胶（小分子溢胶量均比较大）。图5为传统胶水溢胶量与本文胶水溢胶量的对比。可以看出采用新胶水，溢胶量边缘曲线比较平滑，外层溢胶量、里层溢胶量均偏小。 传统胶水溢胶量 本文胶水溢胶量图5 传统胶水溢胶量与本文胶水溢胶量对比另外，传统胶水溢胶量稍大，

11、在下游FPC加工过程中就会粘手粘板子，在PAD位上产生胶渍，需要人工进行清理，严重的话会造成产品报废；溢胶量偏小，在压合过程中又容易出现压不实而产生气泡，同时影响剥离强度等其他性能，因此，溢胶量的管控非常困难。本文所制的新胶水，即使溢胶量偏大，在贴合过程中也不会出现沾手的问题；溢胶量偏小，胶水仍具有良好的流动性，可以很好地填充电路，从而使产品压实。2.2.2 常温粘性 将覆盖膜产品经打孔、压合后，在孔周围会产生溢胶。传统胶水所制的覆盖膜经过打孔、压合后，常温下用手摸会有少许粘性，将膜对折再揭开的时候会有粘接力；而本文所制新胶水经过打孔、压合后，常温下没有粘性，不粘手，将膜对折再揭开也没有粘接力

12、。2.2.3 储存期一般而言，覆盖膜的保存条件是10以下，最佳保存温度是 05，保存时间是90天。如果超过保存时间或保存条件达不到要求，覆盖膜容易在空气中吸潮而导致胶水不稳定，在后续FPC压合过程中溢胶量易偏大，从而产生胶渍。表1为覆盖膜的保存条件。表1 覆盖膜的保存条件工序名称最佳停留时间最佳环境要求冷库3个月5，65%RH冷库-开料4h时间6h25，65%RH开料-压合96h25，65%RH本文所制覆盖膜的溢胶量随时间的延长有减小的趋势，但在90天后仍有较好的溢胶量（0.06mm左右），可以满足应用要求。2.2.4 尺寸安定性该覆盖膜的尺寸稳定性较好，其原因可能是该胶粘剂的内聚强度较低，在

13、固化过程中的残余应力较小，蚀刻后尺寸变化相对较小。表2 覆盖膜尺寸安定性测试条件标准覆盖膜测试方法尺寸安定性/%蚀刻后MD±0.05+0.0085IPC-TM6502.2.4TD±0.05+0.0446150，30minMD±0.10+0.0249TD±0.10+0.03832.2.5 锡焊耐热该覆盖膜在300焊锡炉中放置40s，外观完好，无分层起泡现象，说明其有良好的耐热性（业内一般标准为288，时间为10s）。2.2.6 耐化学性 经过在HCl、NaOH、IPA侵泡10min后再进行剥离强度测试，其剥离强度变化很小，说明其有良好的耐化学性。2.2.7

14、 其他性能从表3中看出，与传统覆盖膜相比，本文所制覆盖膜综合性能优异。表3 覆盖膜其他性能测试条件标准规格传统胶水覆盖膜本文胶水覆盖膜测试方法剥离强度kgf/cm常态1.01.10221.6329IPC-TM6502.4.9阻燃性常态V-0V-0V-0UL94吸水率%常态43.11.5IPC-TM6502.6.2介电常数/1MHz常态43.453.12IPC-TM6502.5.5.3损耗因子/1MHz常态0.040.03550.0256体积电阻/（M/cm）常态1065.8×1066.2×107IPC-TM6502.2.17表面电阻/M常态1063.9×1064.2×1063 结论本文采用长链大分子环氧树脂，分子量较大的固化剂，提高了胶水的分子量，降低胶水流动性；采用特殊潜伏性促进剂，改善胶水溢胶情况，得到覆盖膜用环氧胶粘剂，用此胶粘剂制备的覆盖膜溢胶量小，胶水具有良好的流动性，不会出现压不实的现象，即使溢胶量稍微偏大，也不会影响使用，且综合性能优异。 参考文献1 赵礼雄. FPC加工过程中溢胶的控制J. 印制电路信息, 2006,9: 40-422 潘锦平, 董辉,沈宗华. 一种无卤覆盖膜的制备J. 印制电路信息, 2012,1:25-293 马丽丽, 包生祥等.无卤阻燃剂在印