雙面黏性承載膜在單面撓性印制板制作中應用

吳濟華 吳榮萱

（珠海市一心材料科技有限公司，廣東 珠海 519170）

0 前言

制造撓性印制電路板（FPCB）所使用的基礎材料撓性覆銅板（FCCL）因其厚度相對比較薄，制造環(huán)節(jié)拿取或轉(zhuǎn)移極其不便，而且在制造過程受力作用或操作不當極容易造成損傷和褶皺。為解決上述技術難題，行業(yè)上多使用單面承載膜進行支撐和保護FCCL，經(jīng)過承載膜支撐和保護的FCCL在壓合、固化、沉金等制程中能始終保持平整，免受彎折，拿取方便，制造品質(zhì)均勻，大大提高了合格率和產(chǎn)品質(zhì)量。

隨著智能電子的快速發(fā)展，市場對FPCB的使用需求越來越大，在已有的生產(chǎn)條件下如何提高產(chǎn)量是目前各家FPCB廠商急需要解決的首要問題。除改進生產(chǎn)線及擴大生產(chǎn)規(guī)模外，使用雙面承載膜上下固定兩塊FCCL同時進行作業(yè)的生產(chǎn)方式受到越來越多的關注。目前國內(nèi)使用雙面承載膜的生產(chǎn)方式并不成熟，一方面是各家FPCB的規(guī)格各異，制造過程參數(shù)不盡相同，單一的雙面承載膜無法適應全流程作業(yè)的差異應用過程；另一方面是使用上下固定兩塊FCCL的生產(chǎn)方式，存在兩側(cè)FCCL因有電路區(qū)域和無電路區(qū)域厚度差形成擠壓和內(nèi)應力不一致的相互干擾問題，在受熱過程，易造成承載膜與FCCL的基材聚酰亞胺（PI）或聚酯（PET）薄膜層相分離。

基于上述技術背景，為實現(xiàn)FPCB制作流程中兩張FCCL基板同時進行加工的目的，行業(yè)上由此衍生了一種耐高溫雙面自粘性承載膜。此耐高溫雙面自粘性承載膜自帶兩面黏性，可同時貼附兩張單面FCCL基材，可以提高單面FPCB制造產(chǎn)能，減少成本投入，增效創(chuàng)收，并且確保單面FPCB在雙板制作過程的品質(zhì)不受損。以下對雙面承載膜的應用與性能做介紹。

1 承載膜類型

1.1 單面黏性承載膜

采用PET膜或PI膜為基膜，一個側(cè)面涂覆丙烯酸酯壓敏膠，丙烯酸酯壓敏膠表面貼上離型膜做保護膠面，結構如圖1（a）。此類承載膜只可以一面貼附單面FCCL基材，優(yōu)點是貼膜作業(yè)方便，貼膜設備簡單，缺點是兩側(cè)結構不對稱，受熱后容易引起打卷，影響生產(chǎn)效率。

1.2 雙面黏性承載膜

采用PET膜或PI膜為基膜，兩個側(cè)面分別涂覆丙烯酸酯壓敏膠，丙烯酸酯壓敏膠表面貼上離型膜做保護膠面，結構如圖1（b）。此類承載膜兩個側(cè)面均可貼附單面FCCL基材，優(yōu)點是兩個面貼附單面FCCL同時進行生產(chǎn)作業(yè)，產(chǎn)量幾乎提升一倍，并且不會增加重復的生產(chǎn)工藝過程，可大大降低生產(chǎn)成本投入；另外兩側(cè)結構對稱，受熱不會引起發(fā)卷；缺點是貼膜需要特別定制設備，需要前期投入大。

1.3 復合芯層雙面黏性承載膜

此類承載膜是在普通雙面黏性承載膜的基礎上進行改良而來，即用復合芯層代替PET膜或PI膜的基膜，如圖1（c）。復合芯層通過特殊結構設計，膜平面方向和垂直于膜平面方向均具有一定的緩沖特性，可消除各個方向上的收縮形變、擠壓形變和應力不均等因素帶來的不利影響。

圖1 承載膜結構

1.4 三種承載膜性能對比

三種承載膜主要性能如表1所示。

表1 三種承載膜主要性能

2 應用流程綜述

FPCB制造工藝是經(jīng)過FCCL開料、鉆孔、貼干膜、曝光、顯影、蝕刻、去膜、貼覆蓋膜、熱壓合、高溫固化、化學鍍金等等工序，流程繁多，工序復雜。承載膜作為一種載體，賦予FCCL基材一定支撐和保護，使得單面FPCB的生產(chǎn)過程更加可控，可以大大增加工藝的可實現(xiàn)性和穩(wěn)定性。

雙面承載膜為載體在單面FPCB制造流程中的應用有其不可替代的作用。它的對稱結構設計可以避免板材因受熱收縮變形，同時在不增加過多工序情況下大幅提高制造產(chǎn)能，其改良型復合基膜具有的緩沖特性在一定程度上可消除兩側(cè)基材受擠壓帶來的影響。

使用承載膜支撐來完成FPCB制作，貼膜，熱壓合，高溫固化，化鍍金等工序是重點關注過程對象；現(xiàn)就雙面承載膜在單面FPCB制造流程中的應用作簡單介紹。

2.1 貼膜段

卷對卷或片對卷貼膜，上下面貼FCCL基材。雙面自粘性承載膜壓敏膠層貼附性很好，只要稍微施加一點壓力即可以很好地貼附在FCCL基材PI膜一側(cè)；承載膜兩面壓敏膠層粘性控制在（7 gf/25 mm）～（20 gf/25 mm）之間。

FCCL基材與雙面黏性承載膜貼合后結構圖，如圖2所示。

圖2 雙面承載膜貼合FCCL的結構

貼膜說明如下。

（1）承載膜兩側(cè)壓敏膠層除掉離型膜，分別貼附FCCL基材PI面，經(jīng)過壓輥除去氣泡；

（2）貼膜時，盡可能施加更小張力，使各層張力趨于平衡，避免張力不均導致扭曲或打卷；

（3）壓輥可以施加更小壓力，避免過度擠壓導致銅彎曲，確保FCCL基材及整個貼合結構能夠平整展開，不發(fā)生扭曲、打卷、翹邊等問題。

2.2 高溫壓合段

壓合段主要作用是復合覆蓋膜等結構。整個過程需要加熱壓合，會產(chǎn)生高溫高壓，對承載膜及FCCL基材有一定擠壓和高溫加熱。要求承載膜可耐受相當?shù)恼龎毫透邷?，高溫一般?60～190 ℃之間，壓力12 MPa，時間大概2 min。

從以上工藝條件方面來考慮，承載膜以選用耐溫低收縮原膜為主，壓敏膠層需具備耐高溫特性，高溫條件下不流膠，不產(chǎn)生氣體溢出，不失粘，還要承受一定正壓力作用。FPCB制作壓合過程無線路區(qū)域因缺少支撐，PI結構會受朝外部擠壓形變。

復合芯層雙面承載膜在高溫壓合時，復合芯層PET層跟隨PI結構向外延展，復合芯層半固化流動層受擠壓形變，補充PET層形變后留出來的空穴區(qū)域；此動態(tài)過程可以保證承載膜上下表面膠黏層時刻緊密貼附FCCL基材PI表面，避免穿氣，分層，其在高溫壓合過程擠壓緩沖如圖3所示。

圖3 合芯層雙面承載膜在高溫壓合過程擠壓

普通PET芯層雙面承載膜在高溫壓合時，由于PET結構延展性較差，上下層PI膜受擠壓形變，PET結構不能同時填充PI膜形變產(chǎn)生的空穴，進而形成空洞或分層現(xiàn)象；黏接失效區(qū)域在后續(xù)工序過程會逐步擴大破壞，尤其在浸泡化金藥水后會受到藥水侵蝕，從而導致失黏、發(fā)黑、碎膜，其在高溫壓合過程黏接失效如圖4。

圖4 普通雙面承載膜在高溫壓合過程黏接失效

2.3 高溫固化段

壓合段完成覆蓋膜預貼合后，進行高溫固化，固化溫度180 ℃～190 ℃，時間通常1 h左右；在此區(qū)間，承載膜不能發(fā)生大幅度收縮形跡，分層、產(chǎn)出氣泡、碎膜等現(xiàn)象、保證整個結構平整；承載膜熱收縮性能要求180 h，TD/MD（橫向/縱向）方向收縮率均小于1.5%；

普通雙面承載膜在高溫固化過程PET膜收縮應力集中見圖5（a），復合芯層雙面承載膜在高溫固化過程PET膜收縮應力釋放見圖5（b）所示。

圖5 雙面承載膜高溫烘烤后變形

復合芯層雙面承載膜由于半固化流動層的存在，一定程度上緩解和抵消了兩側(cè)PET結構高溫收縮應力，從而避免應力集中導致PI膜受擠壓拱起；普通PET基膜雙面承載膜結果由于整個芯層都是PET膜，高溫時，PET膜收縮應力較為集中，會給PI膜形成大的擠壓作用力，PI膜容易向外鼓起。

2.4 化金段

FPCB線路圖形，壓合覆蓋膜等工序完成后，需在裸銅表面涂覆一層可焊性鎳/金涂層，先進行化學鍍鎳，然后化學浸金。鍍鎳化金過程線路板需要浸泡在化學藥水里面，整個過程涉及多種酸堿環(huán)境和一定溫度作用。承載膜整個結構，及FPCB與承載膜黏合界面會受到化學藥水的攻擊腐蝕，滲透；承載膜可能脆化斷裂，膠黏層失去黏性，產(chǎn)生分離等不良。因此要求承載膜基膜層和壓敏膠層均可耐受多種化學試劑的浸蝕作用。

2.5 承載膜的移除

完成所有制作流程后，需要剝離承載膜。承載膜因為受到高溫和化學環(huán)境作用，膠黏層與PI黏附力會變大，通常大于0.39 N/25 mm，則FPCB與承載膜的分離會比較困難，可能會造成FPCB折彎或損壞。故要求承載膜最后的黏性需小于0.39 N/25 mm，黏性過小則可能會造成FPCB與承載膜黏附不緊，提早分離；從經(jīng)驗上來看，最適宜的黏性是（0.15 N/25 mm）～（0.29 N/25 mm），這個黏性范圍既不會導致最后FPCB與承載膜的分離困難，也不會造成提前到化金過程分層。

除以上FPCB與承載膜最后的分離對黏性的考量外，由于承載膜的黏性表面是直接貼附于FPCB的PI膜一側(cè)，經(jīng)過高溫高壓，酸堿環(huán)境，承載膜的黏性表面可能會在移除后給PI膜留下殘膠，或微小分子污染物。若最后PI膜表面污染物沒有后續(xù)的清潔工序除去，則會直接影響PI膜的表面加工品質(zhì)和結合力。因此，承載膜的表層膠黏需要在各個工藝過程保持膠黏特性的穩(wěn)定，高溫不能有小分子析出，不受高溫分解，與PI膜分離后不留殘膠。

2.6 過程關鍵點控制

由于承載膜跟隨FCCL基材經(jīng)過FPCB制作所有的工藝流程，承載膜的性能表現(xiàn)會直接影響到FPCB制作整個流程的質(zhì)量控制。因此需要嚴格控制各個環(huán)節(jié)關鍵品質(zhì)點，從而保證各工序的穩(wěn)定可靠。

上述工藝過程需要關注的品質(zhì)點和性能要求綜述如下。

（1）貼膜段：無氣泡、褶皺、翹邊；

（2）高溫壓合：耐溫耐壓、不溢膠、不鼓泡；

（3）高溫固化：不收縮或低收縮、不產(chǎn)生氣泡、不脆化碎膜、不開裂、不起鼓、不分層；

（4）化金：不失黏、不滲液、不脆化碎膜；

（5）去膜：低黏附力、不殘膠。

3 雙面承載膜應用技術要點

（1）雙面承載膜兩個側(cè)面自帶黏性，同時貼附兩塊FCCL，同步進行生產(chǎn)作業(yè)。

（2）雙面承載膜壓敏膠層貼附性好，只要稍微施加一點壓力即可以很好地貼附在FCCL基材PI一側(cè)表面；

（3）雙面承載膜可通過各層結構設計和配合，可很好適應多種規(guī)格FCCL的加工承載支撐，避免受到溫度壓力環(huán)境影響，不產(chǎn)生穿氣/分層/鼓泡/皺褶等風險；

（4）雙面承載膜基材使用耐高溫PET膜，在160 ℃～190 ℃溫度區(qū)間具有低收縮性，F(xiàn)PC制程中可保持一定的尺寸穩(wěn)定，減少因熱脹冷縮所導致的分層問題；

（5）雙面承載膜壓敏膠黏層黏性穩(wěn)定，貼合FCCL基材PI一側(cè)后，在經(jīng)過180 ℃高溫壓合，160 ℃烘烤1 h，黏性爬升小，剝離后不留殘膠，不造成污染和品質(zhì)不良。

4 雙面承載膜各技術指標

（1）承載膜壓敏膠層初始黏性控制在（0.098 N/25 mm）～（0.196 N/25 mm）之間；

（2）壓敏膠黏層厚度公差控制±1 μm；

（3）承載膜總厚度范圍50～120 μm（不含兩側(cè)離型膜）；

（4）180 ℃高溫壓合，180 ℃烘烤1 h后，不產(chǎn)生穿氣/分層/鼓泡/皺褶；

（5）貼合FCCL，經(jīng)過壓合、顯影、沉金等過程后、不出現(xiàn)失黏、碎膜等不良；

5 總結

FPCB的生產(chǎn)工序流程復雜繁多，為提高單面FPCB制作便利性和生產(chǎn)產(chǎn)能，降低成本投入，在FCCL基材開料前引入承載膜作為支撐和保護，將越來越多地受到業(yè)內(nèi)各應用工程技術人員青睞和實踐。作為普通雙面承載膜的延伸，經(jīng)過特殊的結構設計，復合芯層雙面承載膜兼具多種應用優(yōu)點，附著性，低分離黏著力，耐溫耐壓，耐化學環(huán)境等方面均有明顯的實用效果。復合芯層雙面承載膜的應用可滿足各大小FPCB生產(chǎn)廠的工序流程改進和產(chǎn)能提升，真正實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)賦能和社會經(jīng)濟效益提高。