軟性PCB基板材料淺析

軟性電路板基板是由絕緣基材、接著劑及銅導體所組成，當微影制造完線路后，為防止銅線路氧化及保護線路免受環境溫濕度之影響，必須在上面加上一層覆蓋膜保護(Coverlayer)，覆蓋膜的組成為絕緣基材及接著劑。軟性電路板基板的絕緣基材一般常用為Polyester (PET)、Polyimide (PI)兩種材料，其各有優缺點，PET的成本較低，PI的可靠性較高，目前有許多公司正在研發可取代之材料，如Dow Chemical發展之PBO、PIBO與Kuraray公司的LCP等。軟性電路板基板一般均有使用接著劑，目前接著劑材料特性之熱性質及可靠度較差，因此若能將其接著劑去除將可提高其電氣及熱性質。另外在覆蓋膜材料技術方面，傳統是用非感旋光性的材料，在加上此保護膜前，須先利用機械鉆孔將其接點、焊墊及導孔預留下來，一般其精密度只能達到0.6~0.8mm之直徑，無法應用在承載組件軟板上。此導孔直徑未來將須達到50μm，若改用感光型覆蓋膜時，其分辨率將可提升至100μm 以下（參見表一）。

資料來源：工研院工業材料雜志(2000，7月號)，工研院經資中心ITIS計劃整理
　　目前無接著劑軟板基材將隨產品之長期可靠性之需求增加，及細線化與承載組件之應用，無接著劑軟板基材將是未來軟板基材的趨勢，其主要制程方式有三種：(1)濺鍍法 /電鍍法(Sputtering/Plating)；(2)涂布法(Cast)；(3)熱壓法(Lamination)。三者各有優缺點(參見表二)，其制程方式如下：
一、濺鍍法/電鍍法：以PI膜為基材，先濺鍍上一層薄銅(1μ以下)，以微影蝕刻的方式將線路蝕刻出來，再以電鍍法在銅線路上電鍍，使銅的厚度增加以達到所需厚度，類似電路板之半加成法。
二、涂布法：以銅箔為基材，先涂上一層薄的高階著性PI樹脂，經高溫硬化后，再涂上第二層較厚的PI樹脂以增加基板剛性，經高溫硬化后形成2L，此方式需要涂布兩次，制程成本較高，若要降低成本，有兩種方式，一種是利用精密涂布技術設計雙層同時涂布，將兩種不同性質的PI樹脂同時涂布在銅箔上，降低制造流程的步驟，另一種是開發單層PI樹脂配方取代雙層涂布，使其具有接著性及安定性，也可簡化制程。
三、熱壓法：以PI膜為基材先涂上一層薄的熱可塑性PI樹脂，先經高溫硬化，將銅箔放置在已硬化之熱可塑性PI樹脂上，再利用高溫高壓將熱可塑性PI重新熔融與銅箔壓合在一起形成2L。

目前并沒有一種制程方式可以滿足所有的需求，需要從其設計者的材料選擇及厚度要求來決定其制程，如果選擇涂布法在成本及性質上可以得到較好的平衡，除了有良好的接著性且導體的選擇性大外，基材的厚度也可以很薄，目前雙面制程只有少數幾家廠商有能力生產，因為其制程較困難，不過在1999年，雙面涂布法的2L其產量超過97萬平方米。根據TechSearch Internation的統計，由2000年的產量來看三種制程方式所占的比例推估，全球的月產量預估為22萬平方米，最常使用的方式為濺鍍法（參見圖一）。

　　目前PIC有干膜與液態兩種，干膜的優點是無溶劑且制造較容易，但是單位面積成本較高，且較不耐化學藥劑，而液態PIC需準備涂布機，但成本較低，適合大量生產的制程。材質上有分Acrylic/Epoxy及PI兩種基材，根據TechSearch統計，目前市場占有率以Epoxy系液態PIC最高，超高過70%（參見圖二），且Nippon Polytech/Rogers的占有率最高達44%，其次為Nitto Denko其占有21%的比例，DuPont排名第三占有18%（參見表三）。其中液態PI具有優異的耐熱性及絕緣性可應用在高階IC構裝上（參見表四）。

柔性印制板的材料

一、絕緣基材

??? 絕緣基材是一種可撓曲的絕緣薄膜。作為電路板的絕緣載體，選擇柔性介質薄膜，要求綜合考察材料的耐熱性能、覆形性能、厚度、機械性能和電氣性能等。現在工程上常用的是聚酰亞胺(PI:Polyimide，商品名Kapton)薄膜、聚酯(PET：Polyester，商品名Mylar)薄膜和聚四氟乙烯(PTFE：Ployterafluoroethylene)薄膜。一般薄膜厚度選擇在O.0127～O.127mm(O．5～5mil)范圍內。聚酰亞胺薄膜、聚酯薄膜和聚四氟乙烯薄膜性能對比見下表10

柔性印制板的材料二、黏結片

??? 黏結片的作用是黏合薄膜與金屬箔，或黏結薄膜與薄膜(覆蓋膜)。針對不同薄膜基材可采用不同類型的黏結片，如聚酯用黏結片與聚酰亞胺用黏結片就不一樣，聚酰亞胺基材的黏結片有環氧類和丙烯酸類之分。選擇黏結片則主要考察材料的流動性及其熱膨脹系數。也有無黏結片的聚酰亞胺覆銅箔板，耐化學藥品性和電氣性能等更佳。常見柔性黏結片性能比較見下表。

??? 由于丙烯酸黏結片玻璃化溫度較低，在鉆孔過程中產生的大量沾污不易除去，影響金屬化孔質量，以及其他粘接材料等不盡人意處，所以，多層柔性電路的層間黏結片常用聚酰亞胺材料，因為與聚酰亞胺基材配合，其問的CTE(熱膨脹系數)一致，克服了多層柔性電路中尺寸不穩定性的問題，且其他性能均能令人滿意。

柔性印制板的材料三、銅箔

??? 銅箔是覆蓋黏合在絕緣基材上的導體層，經過以后的選擇性蝕刻形成導電線路。這種銅箔絕大多數是采用壓延銅箔(Rolled Copper Foil)或電解銅箔(Electrodeposited Copper Foil)。壓延銅箔的延展性、抗彎曲性優于電解銅箔，壓延銅箔的延伸率為20％～45％，電解銅箔的延伸率為4％～40％。銅箔厚度最常用35um(1oz)，也有薄18um(O.5oz)或厚70um(2oz)，甚至105um(30z)。電解銅箔是采用電鍍方式形成，其銅微粒結晶狀態為垂直針狀，易在蝕刻時形成垂直的線條邊緣，有利于精密線路的制作；但在彎曲半徑小于5mm或動態撓曲時，針狀結構易發生斷裂；因此，柔性電路基材多選用壓延銅箔，其銅微粒呈水平軸狀結構，能適應多次繞曲。

柔性印制板的材料四、覆蓋層

??? 覆蓋層是覆蓋在柔性印制電路板表面的絕緣保護層，起到保護表面導線和增加基板強度的作用。外層圖形的保護材料，一般有兩類可供選擇。

第一類是干膜型(覆蓋膜)，選用聚酰亞胺材料，無需膠黏劑直接與蝕刻后需保護的線路板以層壓方式壓合。這種覆蓋膜要求在壓制前預成型，露出需焊接部分，故而不能滿足較細密的組裝要求。

第二類是感光顯影型。感光顯影型的第一種是在覆蓋干膜采用貼膜機貼壓后，通過感光顯影方式露出焊接部分，解決了高密度組裝的問題；第二種是液態絲網印刷型覆蓋材料，常用的有熱固型聚酰亞胺材料，以及感光顯影型柔性電路板專用阻焊油墨等。

這類材料能較好地滿足細間距、高密度裝配的撓性板的要求。

柔性印制板的材料五、增強板

??? 增強板黏合在撓性板的局部位置板材，對柔性薄膜基板超支撐加強作用，便于印制板的連接、固定或其他功能。增強板材料根據用途的不同而選樣，常用聚酯、聚酰亞胺薄片、環氧玻纖布板、酚醛紙質板或鋼板、鋁板等。