2023年挠性PCB用基板材料的新发展.docx

挠性PCB用基板材料的新开展〔5〕 ://　发布日期: 2023-10-23 　阅读: 5088 　字体:大 中 小　双击鼠标滚屏 1 引言     近一、两年，挠性印制电路板〔FPC〕技术与市场的迅速开展，驭动PCB用铜箔制造技术有了突破性的进步。如果将20世纪90年代初创造出的低轮廓铜箔〔VLP〕作为高性能铜箔技术开展中的一个飞跃，那么在2023～2023年间出现的FPC用新型压延铜箔和电解铜箔，就可认为是高性能铜箔的第二次技术飞跃。这一飞跃，主要体现在：     〔1〕压延铜箔方面：出现了高挠曲性压延铜箔、具有高机械强度的压延铜合金箔以及极薄〔12μm箔已成为商品化、9μm也正在开发之中〕压延铜箔产品。     〔2〕电解铜箔方面：创造出适宜制造微细线路COF使用的铜箔和适宜FPC用高耐挠曲性的铜箔产品。这些FPC用新型电解铜箔，完全区别于原有传统铜箔的工艺与性能，它在结晶组织上、制造技术上完全革新，打破了原FPC制造只得采用压延铜箔的传统“神话〞，开始向FPC用铜箔市场大步迈进。     本文具体介绍三种适应FPC使用的最新开发出电解铜箔产品。它们是：三井金属公司的“NA-VLP箔〞、古河电气公司的“F-WS系列箔〞和日本电解公司的“HL箔〞。以下不仅介绍它的性能特点，更重要的是表述他们在制造工艺的创新，对铜箔结晶组织改良上的在理论解释。 2 TCP与COF用VLP电解铜箔—“NA-VLP箔〞     针对TCP 〔Tape Carrier Package〕与COF 〔Chip on Film〕的挠性载板对所用铜箔需求，日本三井金属矿业公司〔以下简称：三井金属公司〕近期开发出新型电解铜箔—“NA-VLP〞产品。该成果最早是在2023年5月向外界公布的。 2.1 开发新观念的建立 　　各处电子产品的轻薄短小化，更加需要高密度安装化的、以聚酰亚胺为基膜的封装载板。特别是TCP所用的挠性封装载板。而这种挠性封装载板对所用的低轮廓型〔VLP〕铜箔，有着更高性能的需求，除表现在需要保证它的内引线〔Inner Lead，简称：IL〕的高强度、高耐Sn晶须性外，还需求它的低轮廓度的蚀刻性、高抗拉强度、箔的极薄化等。例如：LCD〔平面显示器〕挠性面板的电路高精细化、驱动器功能的IC封装挠性载板的配线高密度化等。再例如，含有导通孔的TCP的微小配线间距的开展，更需要它的载板用铜箔具有高强度性，最微小配线间距现在已到达了35μm的界限。因此在制作这种载板时，2023年已出现了采用12μm铜箔的实例。预测在不久，COF制作也会开始转向采用这样薄的铜箔。日本电子安装学会预测，到2023年TCP和COF载板的配线间距微细程度，将开展到20μm。上述挠性板所需铜箔的市场要求的变化，构成了三井金属公司针对TCP和COF载板用铜箔产品的开发背景与新型铜箔的开发目标。     三井金属公司的新型铜箔开发者认识到：微细电路形成性的好坏，与铜箔的蚀刻性密切相关。铜的结晶构造与结晶粒径、铜箔厚度、箔外表的轮廓，是影响铜箔蚀刻性的三个主要因素：     〔1〕铜的结晶构造的不同，在溶解力强的蚀刻液中进行蚀刻加工时，会影响蚀刻速度的不同。在电解铜箔制造中，控制析出结晶粒的微细程度，可实现铜箔结晶粒微细化，可获得强度不同的铜箔。一般讲铜箔生成中，通过电解所电沉积的结晶粒越微细，它的机械强度就越高。因此，铜箔的结晶粒微细化，既可解决适应FPC的配线宽幅和间距的微细化，又可提高它的抗拉强度。     〔2〕铜箔厚度的不同，所引起铜箔蚀刻后的侧蚀结果也不同。为减少侧蚀，导线宽度、间距越小，那么需要所用的铜箔厚度就越小。     〔3〕低轮廓铜箔有利于形成微细导线。假设在铜箔外表构成的是起伏较大、构形了较复杂的轮廓形状，那么在轮廓体积较大的部位，会影响电路图形蚀刻加工速度减慢约30%～40%。因此，期望能够实现铜箔的均匀低轮廓。     基于以上原因考虑，三井金属公司开发者建立了这样一个新观念：最适宜形成微细的电路图形的铜箔，是不进行粗化处理的高抗拉强度的、高耐热性、薄型化的低轮廓铜箔〔VLP箔〕。而低轮廓铜箔开展的理想终极形态，是“无粗化处理〞的铜箔。 2.2 电解铜箔在满足TCP和COF应用要求方面表现的主要特性 2.2.1 到达低轮廓度与高抗拉强度     为了满足上述的TCP和COF的应用要求，三井金属公司开发的这种“NA-VLP〞电解铜箔，有两方面特别突出的技术创新：     〔1〕对“粗糙面〞进行机械研磨形成的平滑化处理，使得它的外表的光泽面到达高比一般电解铜箔的“光泽面〞一侧还高的光泽度。     〔2〕所进行的防氧化处理的处理层组成成分中，提高了有利于耐热性的Zn的含量。     电解铜箔的制法，是在圆形阴极辊上通过连续电沉积出铜结晶颗粒而形成箔，称为“生箔〞。生箔靠阴极辊外表的一面，是比拟平滑的“光泽面〞，靠电解液的一侧，为箔的“粗糙面〞。刚性印制电路板在使用的铜箔中，比拟重视它的剥离强度。因此这种铜箔，需要在生箔的“粗糙面〞一侧，进行很深“锚效果〞的外表处理〔即粗化处〕，以保持它与树脂的高粘接强度。但是，铜箔用在三层型或二层型的TCP和COF载板上，除了因需要到达高的剥离强度而对铜箔进行微细的粗化处理外，还要适应高密度配线加工的需要具有的低轮廓度。为此，三井金属公司针对TCP和COF载板所需的开发铜箔，是一种对它的“粗糙面〞进行“平滑化处理〞的新型铜箔。这种处理铜箔，被称为RTF〔Reversed Treatment Foil〕，翻转处理铜箔。它一方面要对它的“光泽面〞进行微细的、均匀的粗化处理。另一方面，还要对它的“粗糙面〞首先进行机械研磨的平滑化处理，然后再进行微细的粗化处理。对铜箔“粗糙面〞进行机械研磨加工，降低原有生箔所存在的“高〞粗糙度的问题，在以往电解铜箔外表处理技术上是极少见的。它是铜箔制造技术上的一个新的技术创造。 2.2.2 实现新的铜箔性能项目—“薄膜透明识别性〞的要求     电解铜箔在COF应用中遇到的最大难题，是铜箔要满足在COF载板上安装IC时所需要的“薄膜透明识别性〞。在COF载板〔FPC〕上安装驱动程序IC时，是在加热条件下将IC与金属引线通过Au-Sn共晶焊剂到达结合。安装IC的位置，是靠电荷藕合器件〔CCD〕传感器来进行识别、确认的。为了使CCD传感器对IC安装位置能够容易的进行识别，要求这种FPC的聚酰亚胺基膜具有光的高透过率。假设到达这一特性，是与薄膜的蚀刻图形一面的外表粗糙形态相关。由于铜箔与此薄膜外表在制造基材时是通过层压加工而压合在一起，薄膜外表粗糙形态，就是铜箔粗糙面〔即一般铜箔被粗化处理的一面〕的平滑程度的“复制〞。因此，假设保证二层FPC的PI基膜的光透率高，就需铜箔具有高的“薄膜透明识别性〞。     三井金属公司在解决电解铜箔的此新性能项目上，认识到：电解铜箔的粗糙面的凹凸状态存在，就会使得它得到的薄膜的“复制面〞产生光的折射，所得到的结果是“薄膜透明识别性〞的下降。他们从改良电解铜箔制造工艺入手，使所形成的电解铜箔粗糙面到达均一的“镜面态〞，其光泽度作到比一般电解铜箔“光泽面〞一侧还高。一般电解铜箔的“光泽面〞的光泽度为80，而形成镜面的电解铜箔“粗糙面〞的光泽度可高达为300。 2.2.3 高温处理后剥离强度的提高     上述对铜箔“粗糙面〞进行平滑化处理，并形成“镜面态〞，按一般常理，这是会严重影响所制成的FPC的剥离强度特性的。而三井金属公司开发的这种电解铜箔〔NA-VLP〕，还有在防外表氧化处理技术上的创新作为“配合〞，以解决剥离强度〔特别是高温处理后的剥离强度〕特性下降的问题，并到达它高温处理后剥离强度比一般低轮廓铜箔还有很大幅度的提高。     在COF载板上安装IC时，载板在受到高温焊接的热冲击下，聚酰亚胺基膜与铜箔间易出现起泡、分层。为了防止此问题的发生，必须提高基膜与铜箔的粘接力。这项性能的改善，是需分别在构成聚酰亚胺基膜的树脂一侧，及在铜箔外表处理工艺的一侧进行开发。铜箔外表处理方面，三井金属公司在NA-VLP铜箔中的外表防氧化处理层金属组成上进行了创新，提高了有利于耐热性的Zn金属含量的比例。Zn金属含量的提高幅度，是以不影响Sn电镀性为原那么的。在大量的试验中，他们摸索到既可使耐热性提高，又维持Sn电镀性的进行外表防氧化处理层Zn金属含量很窄的工艺条件。通过这一工艺条件的严密控制，到达防氧化处理的最正确化，这是大批量稳定生产这种新型铜箔的关键。三井金属公司运用了这种新的防外表氧化处理技术，使这种电解铜箔可满足二层型FPC对在高温处理后的剥离强度的要求，并高于压延铜箔同种的性能。用这种铜箔，在150℃高温下进行168h的处理后，它的剥离强度可到达5g/l00pm。图1所示为在高温〔150℃〕长时间处理后两种电解铜箔剥离强度的比照。 3 FPC用高耐挠曲性电解铜箔—“HL箔〞     由于压延铜箔具有比一般电解铜箔高的延伸率和高的耐挠曲性而长期占据FPC用铜箔的绝大多数市场。受到机械法制造方式的制约，压延铜箔要到达制作出FCCL所需要的l000mm以上宽幅的产品是十分困难的。目前世界大型压延铜箔生产厂家，在该铜箔的制造宽度只能到达520mm，800mm宽的产品正在开发之中。另外，市场急需的薄型化压延铜箔，其厚度精度也是很难得到提高的。     为此，日本电解公司近期开发出适于FPC使用的电解铜箔—“HL箔〞。它具有结晶粒子小、低轮廓度、可进行再结晶、与压延铜箔同等高的耐挠曲、延伸率的特性。该成果最早于2023年10月向外界公布。 3. 1 Hl电解铜箔品种及构成特点     HL箔现有两个品种；一种是适于导线间距为40μm水平微细配线的二层型FPC应用的HLB箔；另一种是面向多层刚-挠性PCB或三层型FCCL而开发的HLA箔。两种HL电解铜箔产品的构成特点，如表1所示。 3.2 HL电解铜箔的开发思想     FPC制造之所以要采用压延铜箔，其主要的理由是它具有高耐挠曲性。     日本电解公司HL箔开发者认识到：要想使得电解铜箔能替代压延铜箔在FPC中得到使用，就必须首先搞清电解铜箔为什么在耐挠曲性上比压延铜箔低。     影响电解铜箔耐挠曲性的要素，主要是：①结晶粒径及结晶组织结构〔特别是铜箔再结晶后的结晶组织结构〕；②延伸率；③外表粗糙度。压延铜箔在高温下的再结晶，使它在制造中形成的层状结晶结构，变成为以约2～8μm的结晶粒径为主构成的结构。通过再结晶过程，压延铜箔的延伸率得到提高。它由再结晶前的百分之几，变成15%～20的%。加之压延铜箔两侧外表的粗糙度低，因而它有着优异的耐挠曲性。     比照过去开发出的高温高延伸性电解铜箔〔HTE箔〕，尽管它具备了一般标准电解铜箔〔STD〕所没有的易再结晶化的特性，但它的柱状结晶粒子，通过再结晶后变得更加粗大，这也使粗糙面的外表粗糙度增大。这种铜箔在弯曲应力〔耐挠曲性实验〕作用下，首先在柱状结晶粒子界面局部〔铜箔粗糙面的谷部〕成为“突破点〞开始破裂，最后形成整个箔宽幅的断裂，无法得到像压延铜箔那样的高耐挠曲性。低轮廓铜箔〔VLP，按照IPC-45622中的1.2.7定义：铜箔粗化面的粗糙度为Rz≤5.1μm的箔〕尽管在制造中其粗糙面已将结晶粒径控制得很小，但由于添加剂的影响，它在高温下〔在300～400℃的FCCL或FPC成型加工中〕是无法进行再结晶化，从而也就无法得到它的高延伸率。日本电解公司在对HTE箔、VLP箔的特性深入透彻的研究、分析的根底上，取两类电解铜箔在对耐挠曲性有奉献的各自之长，结合为一体，从而开发出外表粗糙度低的HL电解铜箔。 3.3 HL电解铜箔的工艺特点与产品特性 3.3.1生箔形成过程中的工艺改良与性能提高     假设要实现铜箔的高耐挠曲性、高延伸性，就要在电沉积成生箔的过程中，到达更小的结晶粒径构成。在生箔形成过程中，控制结晶沉积状态的主要因