-
软性电路板用基材
1.
背景说明
信息与通讯电子、半导体及光电产业已成为全球产业发展的主流，电子产品朝向可
携化
、高密度化、高可靠性、低成本化的潮流与需求发展下，有机高分子薄膜材料的才
有变成
主要发展趋势。
而这些产业所需的高性能薄膜中主要以高温型有机高分子聚合物
为主，因为有机高分子聚合物有取得容易、电气绝缘性佳、加工成型容易等优势。在符
合以上特性的有机高分子中，主要的高温稳定材料有聚亚酰胺薄膜
(
Polyimide Film
，
简称
PI)
、
聚碳酸酯薄膜
（
polycarbonate
Film
,
简称
PC
）
、
聚醚亚胺薄膜
（
polyetherimide
Film <
/p>
，简称
PEI
）
、聚醚砜薄膜（
Polyester film
，简称
PES
）
,
及相对耐
温性较差的聚酯
薄膜（
Polyester film ,
简称
PET
）等。其他尚有多种此类可耐高
温的有机高分子薄膜可被
使用，其主要选择的依据乃依产品其应用特性与制程需求来判断
。
在有机高分子聚合材料的分类中，
一般可以区分为非结晶性
（
Amorphous
）
材料与半结晶
性
（
Semi-Crystalline
）
材料两种
。
半结晶特性材料有一整齐排列的分子结构和清楚明确的
熔化点
，
当温度升高是，
半结晶材料不会渐渐地软化而是维持硬度直到
吸收一定的热能之后
快速的改变为低粘度的液体，
这些材料也有
很好的耐化学性，
在玻璃转化温度（
Tg
）
以上虽
然超过其承载负荷的能力，
半结晶特性材料仍能维持适当的强度和刚性。
因此，
半结晶性高
分子材料则有一不规则排列的分子结构，
一般而言没有一个明确
的熔化点。
当温度升高时会
渐渐软化，
通常非结晶性特性材料比半结晶性材料的耐温性为差，
较易受热变形，
< br>但有较低
的收缩率和较不易翘曲的特点。
就耐温性将高分子材料做进一步分类，我们可以从各种材料的玻璃转化温度（
Tg
）或耐
温高低，大略区分出材料的耐温特性的等级。高性能
塑料（
High
Performance
< br>Plastics
）
,
这也是当
今高性能薄膜电子材料中重要的族群，
位于最上层的聚酰胺材料
（
Polyimide
,PI
）
玻璃转化温度（
Tg
）高达
380℃，在耐温特性上凌驾所有的高分子材料，在高分子材料薄膜
类中更是无
其它材料能出其右。
除此之外，
上述说明中提及的非结晶性与半
结晶性材料分类，
聚亚酰胺很难归类是哪一类，
其分子结构中除
了大部份属于非结晶性结构，
但聚亚酰胺分子
结构中同时存在小
部分的结晶结构，但其比例小于
10%
，不能归类为半结晶材料
。因此。聚
亚酰胺同时具备了非结晶性与半结晶性材料的优点，
如聚亚酰胺在薄膜状态下呈现非结晶性
材料的透明且柔软的特性，
也具有半结晶性材料额耐化性欲尺寸安定特性，
而这些特性正是
软板材料所要具备的，这样的结构域所发展的特色是有机高分子材料中少有的。
聚亚酰胺薄膜在很宽的温度范围
（
-269
～400℃）
内具有稳定而优异的物理、
化学、
电气
和机械性能，是其它有机高分子材料所无法比拟的
，可在
450℃短时间内保持其物理性能，
长期使用温度高达<
/p>
300
℃。不仅如此，聚亚酰胺膜的耐辐射和资通讯产业的应用，
聚亚酰胺
薄膜具有非常重要的地位。
2.
聚亚酰胺基材的功用
聚亚酰胺树脂具有相当优异的耐热特性、
耐化学药品性、
< br>机械性质及电气性质，
因此广
泛应用于航空、电机、机械
、汽车、电子等各种产业中。今年来谷内半导体、电子、通讯等
相关产业蓬勃发展，
带动国内经济发展，
对于电子用化学品和材料的需求亦日益提升，<
/p>
聚亚
酰胺树脂在电子材料上也扮演着重要角色。
< br>聚亚酰胺树脂在电子相关产业之应用型以薄膜和
涂料为主，主要应用在
IC
半导体制造、软性电路板、液晶显示器等，在所应用的产品中又
以薄膜形态的聚亚酰胺量占最大。
聚亚酰胺
的分子因具有亚胺基（
Imide
）
,
使高分子主链具有很高的刚硬度（
Rigidity
）
以及很强的分子间作用力，
故处理具有与各种工
程塑料相同具有极卓越的耐热性与化学药品
性外，同时还具有下列各项特性：
a.
耐热性极佳：可
在
250
℃～300℃的温度下长时间使用，耐热温度高于
400℃，部分产品
甚至可达
500℃，薄
膜热安定性极佳。
b.
线膨胀系数小：在
-250
℃～+250℃的温度
范围内，尺寸变化极小。
c.
高抗冷冻性。
d.
耐化学溶剂及辐射线，不溶于一般有机溶液。
e.
不熔融且耐燃性及优，燃烧时不滴落或产生大量烟雾。
f.
电气性能佳，绝缘特性优异。
软板的
使用基板材料，一般以铜箔与薄膜材料（基材）贴合制成软性铜箔基板（
FCCL
）
,
再加上保护膜（
Coverlay
）
、补强板、防静电层等材料制作成软板，基
材最主要的功用是做
为软板线路的支撑材，
同时需具有绝缘线路
的特性，
一般常见应用于软板基板中的薄膜材料
以
PEI
与
PI
两类材料为主
，
就实际应用上而言，
软板基材以使用
PI
的比例占绝大多数应用，
目前大约有
90%
以上的软板基材选用
PI
薄膜
，最主要的原因是
PET
膜的耐温性较差（其
< br>Tg
小于
100%
）
，且高温时尺寸变化太大，这对需要在软板制程与实际使用环境下所需的高温环
境，
PET
是无法满足要求的。
P
I
膜的厚度可以区分为
0.5
㏕
（
half
mil
）
、
1mil
、
2mil
、
3mil
、
5mil
、
7mil
、
9mil
，甚至
10mil
以上等产品，先进或高阶的软板需要厚度更薄，尺寸安定性
更稳定的
PI
膜。一般的保护膜使用
1mil
及
0.5mil
的
PI
膜，而较厚的
PI
膜主要用于补强
板机其它用途上。
一般
FPC
和可做为主被动组件承载的软性载板是目前聚亚酰胺薄膜的二大电子应用市场，
主要应用产品包括基板材料（
FCCL
）
、保护膜（
Coverlay
）
、补强板材等。
FPC
的应用包含巨
涌、汽车、计算机、笔记本电脑、相机、通讯等。近来
LCD
模块中驱动
IC
构装所用的软性
载板，如
Chip on Film
（
COF
）的应用有越来越多值趋势，主要是因为
COF
的线路细化特性
可以有效提升产品小型化并降低整体制造成本。
一般
FPC
与软性载板所用地
PI
在特性上会
有些不同，
通常因为一般软板应
用时需要动态的反复挠曲，
因此所需的
PI
基材需要较柔软，
其挠曲特性必须足够。但在软质载板所用的
PI
基材，因为必须在其上承载主被动组件，因
此需要选用刚
性较佳的
PI
膜，且因作为组件的构装载板，对于尺寸安定及基
材的吸湿性等
都需较一般
FPC
用的<
/p>
PI
标准为高，也就是说用于软性载板的
PI
膜必须有较低的吸湿率及
较佳的尺寸安定性，以符合组件
构装所需要的高可靠性。
3.
聚亚酰胺膜的制造技术
泛称的聚亚酰胺通常可被分类成加成型、缩合型、变性型三
种，较常见到是缩合型
PI,
缩合型
P
I
在反应时会释放出副产物（一般为水或
CO
< br>2
）
，
PI
膜即属于缩合型。加成型
PI
因
在
反应时不会释放出副产物（如水或
CO
2
或醇类）
，多用来做结构材料，变形性
PI
< br>近年来有
逐渐增加之趋势，它是因应缩合型在应用时之缺点，在
< br>PI
分子结构上加以改良而成的聚亚
酰胺。以下将就此三
类聚亚酰胺的基本特性及制造方法的差异性做一说明：
3.1
缩合型聚亚酰胺
自杜邦公司首先发展处聚亚酰胺以来，
聚亚酰胺的耐热性事所有高分子聚合体
材料之
中最佳者，
但是其加工型却不良，
因为有缩合式反应而得到的高分子量聚亚酰胺，
其熔融温
度常
搞过其分解温度，
于加工上无法造成熔融现象，
且大部分有用的
聚亚酰胺都无法溶解与
任何溶剂，其
Tg
点亦太高。实际应用上，为了解决其加工上的问题，因此一般聚亚酰胺都
是以其前躯体
-
聚酰胺酸，溶在聚合用地溶剂中来贩卖及加工，但可惜的是聚
酰胺酸是一不
稳定的前躯物，聚合的第一不走是一个平衡反应，很容易
< br>Depolymerization
而裂解成低分
子量产
物，
故必须
爆粗在
< br>5℃以下，
隔绝水气以避免逆向反应，
造成处理机保存上
的不便。
同时若以加热法亚酰胺化常需要
300℃以上数小时长
时间的高温死循环热化，
才能达到
100%
酰亚胺化，
是个很费时的制程，
而且在亚酰胺化的除水过程
中会在材料中留下孔洞，
造成性
质劣化，
是各种性能受到相当的影响，
特别在制作膜厚较厚之产品时，
其制膜制程将较困难。
3.2
加成型聚亚酰胺
加成型
聚亚
酰胺
又称不
饱和
聚亚
酰胺或
单体
聚合
型（
PMR, Polymerization of
Monomer Reactants
）聚亚酰胺，是有二胺（
Diamine
）单体、二酸
酐
（
Dianhydride
）单体
及含有双键或参键之胺基或酸
酐化合物三者先共聚合成分子量较低之聚酰亚
胺（
Polyamic
Acid
）<
/p>
，再经由加热或化学法将其亚酰胺化，使其变成亚酰胺类预聚合物。因为它是短分子
链的寡聚合物，
且其末端具有反应性不饱和末端基，
< br>可经由加热进行加成聚合反应以扩展分
子链，
而形成高分
子量的聚合物。
加成型聚亚酰胺在硬化时不会产生水分等副产物，
加工处
理较容易，
易科可制作较厚之产品，
< br>但其耐热性却较缩合型聚亚酰胺为差，
而且这种加成型
聚
亚酰胺几乎都是热固性者，
经过热亚酰化之后可交联形成网状结构，
这些交联的网状结构
非常脆且韧性不够为其缺点，
适合作为
成型材及积层板树脂材料，
一般应用于结构材，
如黏
着剂、
硬质多层电路板等结构材。
但此类加成型聚
亚酰胺如与其他树脂或无机玻纤与碳纤组
合形成高性能复合材料，其应用可扩展至航空太
空材料、汽车、精密机械等高级结构材料，
是一种具有耐高温、拥有优异机械特性的工程
材料。
3.3
变形型聚亚酰胺
变形型的聚亚酰胺是针对聚亚酰胺在应用时之缺失
而发展出来的产品，
其中最著名的
就是在聚亚酰胺分子链上导入
感光基，
赋予聚亚酰胺感旋旋光性，
使其同时具有光阻与绝缘<
/p>
材料二种特性，此种感旋旋光性聚亚酰胺自
80
< br>年代开始已成功应用于半导体制程，可减少
绝缘材料应用时之流程，
对于制造成本与良率都有显着效益。
另外亦有在聚亚酰胺分子链中
导入含硅烷
（
Siloxane
< br>）
之二胺，
进行共聚合反应，
以
硅烷之官能机加强与半导体硅、
陶瓷、
金属等附着力，
改善聚亚酰胺与其接着接口的接着可靠性。
一般方向族聚亚酰胺并不融于
普
通的有机溶剂，
因此有前述的一些加工缺点，
若能开发出低沸点溶剂可溶的聚亚酰胺，
即可
省去储存
、
高温亚酰胺化及除水等缺点，
只须在制程成品之后烤干溶剂即
可，
如此将可增加
聚亚酰胺的应用场合。
目前提高聚亚酰胺溶解度的方法以改变化学结构的研究最多，
选择较
< br>不对称的单体结构以提升其可溶性，另以一步聚合法（
One-Step
Single-Stage
Method
）在
180
～220℃的高沸点溶剂中合成，反应过程中链
成长聚合与亚酰胺化反应自发地同时进行，
再将亚酰胺化所产生的水分分离出即可，常用
地溶剂包括硝基苯、
α
-
氯基、及间<
/p>
-
甲基酚。
此法对反应性低的单体二酸<
/p>
酐及二胺特别有用，
但前提是所选择的聚亚酰胺单体机构必须可<
/p>
溶。
一般缩合型聚亚酰胺比加成型聚亚酰胺具有较高
Tg
、
高热氧化安定性及优越的机械特
性与电气特性，成膜性亦佳，故主要应
用于电子与光电等需要较高耐热与可靠性的领域上，
但其技术困难点在于加热环化
（亚酰胺化）
过程中，
如何确保环化的安全性
及薄膜的平整性，
以达到产品质量的要求是困难的挑战。
PI
膜的种类繁多，在不同配方（
< br>Recipe
）、制程（制程技术与制程条件）与处理方法
（如后处理、
表面处理）
不同而有不同产品特性，
故各厂的差异性应在于研发与制程能力高
低，亦是竞争力所在。聚亚酰胺薄
膜最常见的制造方法，是以芳香族二酸酐（如
PMDA
）
及芳香族二胺
（如
ODA
）
为原料，
使用极性溶剂
（如
NMP
）
先聚合成
Polyamic Acid
（
PAA
）
,
-
-
-
-
-
-
-
-
-
上一篇：分子动力学模拟及其在材料中的研究进展
下一篇：AT45DB321中英对照