CN117659800A - 一种柔性电路板防护涂层剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柔性电路板防护涂层剂,由改性氟聚合物和溶解组分组成,所述的改性氟聚合物由氟酯单体、第一不饱和共聚单体、第二不饱和共聚单体和氟改性单体构成,本发明的柔性电路板防护涂层剂具有优异的疏水疏油性、耐腐蚀性、可重涂性且散热效果良好。
Description
技术领域
本发明涉及高端电子元器件防护技术领域,具体涉及一种柔性电路板防护涂层剂。
背景技术
柔性电路板简称“软板”,即FPC板,是用柔性的绝缘基材制成的印刷电路。FPC作为PCB中增速最快的子行业,发展势头乐观。相对于硬性线路板,以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成的柔性线路板可以自由弯曲、卷绕、折叠,可以承受数百万次的动态弯曲而不损坏导线,可依照空间布局要求任意安排,并在三维空间任意移动和伸缩,从而达到元器件装配和导线连接的一体化。
基于FPC轻薄、可弯曲的特点,苹果公司从iPhone 4开始大量使用FPC替代硬板,包括天线、摄像头、显示模组、触控模组等。在苹果公司的引领下,三星、国产手机也开始加大FPC的用量。智能机的各项创新也驱动FPC的用量快速突破,带来新的增量如无线充电技术,OLED与全面屏以及高端汽车电子化如表板显示、音响、显示器和近年来越来越普及的穿戴电子设备等。如同OLED取代LED一样,FPC也会大规模取代部分高端的PCB电路板。
柔性电路板在实际使用过程中经常受到外界环境的破坏,如暴露在腐蚀、水汽、汗渍、高温高湿的环境中和不规律的震动、弯曲拉伸等。没有防护的电子器件很容易就产生腐蚀、短路等使电气系统瘫痪,造成重大损失。复杂的使用环境对FPC提出了越来越严格的要求。
目前,通常以表面防护涂层来延长PCB使用寿命,即所谓的“三防漆”。三防漆涂覆于线路板中使线路板达到防潮、防污、防盐雾、绝缘等多重保护,以达到提高线路板稳定性、安全性和使用寿命的作用。传统的三防涂层如聚氨酯、有机硅、环氧树脂等价格相对较低,但是其涂覆厚度一般超过20~50um甚至更高,总体成本上升,且不符合当代电子元件轻量化、小型化的高端趋势。另外,此种涂层的散热成为了集成电路的一大痛点,因此其逐渐成为历史。
如专利CN104073101A属不含氟三防漆类型,综合了有机硅树脂和丙烯酸树脂的优点,体系相容性好,添加罗勒烯辅助成膜,并且是水性涂层,能与柔性电路板全面贴合,震动,弯曲过程中不易开裂。但是涂层厚度过大,对于柔性面、焊接点处的散热极为不利,并且含有有机溶剂形成的共溶体系,难以去除,不环保,另外不易去除修补。
又如专利CN 115873503 A公开了一种柔性线路板用有机硅三防漆及其制备方法与应用。将叔胺吡啶环接枝到了甲基乙烯基MQ型硅树脂上,通过硅氢加成方式以化学链接的方式融入有机硅骨架结构,保证粘接剂叔胺吡啶环对柔性线路板聚酰亚胺膜的粘接更牢固。该有机硅三防漆无色透明、无溶剂、低粘度,而且低硬度韧性好,可以满足柔性线路板高频率、高强度的弯折条件下不开裂、不脱层,持久有效发挥保护功能。不足之处是:(1)其不能重涂修补;(2)其中的硅油、含氢硅油、硅氧烷由于硅基主链的影响活性较低,单体转化并不完全,导致具有小分子的单体以及金属催化剂残留,对防腐蚀以及介电性能具有较大的影响;(3)由于具有与空气、水分发生反应的硅烷氧基基团,在生产和储存中的技术难度增大,容易出现合成中的自交联以及储存不稳定的问题,(4)粘度大导致涂层厚度大,不利于散热,尤其不利于精微设备的连接器等高频散热的使用。
含氟树脂的防护涂层近年来受到了重点关注,其具有良好的电阻隔性能、疏水疏油性以及极佳的耐腐蚀性能。但是通用的氟系树脂防护涂层主要针对硬质板PCB,其涂层成膜后的硬度高,在受到外力后容易产生内应力而剥落或者开裂,不能够应用在FPC中。
如专利CN116239924A公开了一种电子级防护剂,含有氟聚合物和挥发性溶剂,氟聚合物的原料含有氟单体和不饱和非氟单体,氟单体含有全氟聚醚基单体和氟烷基单体。其具有优异的疏水疏油性、耐腐蚀性,可以有效防止被防护产品在生产和使用中的恶劣环境、水汽侵染,化学腐蚀等状况下的破坏;此外,该电子防护剂可以实现检修重涂修补。但是该涂层剂中的氟烷基单体具有刚性,共聚单体中也具有刚性特点,在硬质PCB板上使用具有良好的效果,使用在FPC中持久性不高。
综合现有技术的分析来看,现有的“三防”涂层剂大多仅适用于硬质PCB板,并且普遍存在刚性大,涂层厚度高散热困难,交联密度高难以修复重涂和不具备可视化检漏等缺陷,难以应用在越来越精密化、微型化、高端化的柔性电路板FPC的长期使用防护中。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的“三防”涂层剂存在的在FPC中持续防护性差,易脱落开裂、散热困难,不可目视化检测检漏和重涂性不好的的实际问题,提供一种柔性电路板防护涂层剂。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案为:一种柔性电路板防护涂层剂,由改性氟聚合物和溶解组分组成,所述的改性氟聚合物由氟酯单体、第一不饱和共聚单体、第二不饱和共聚单体和氟改性单体构成。
作为本发明的优选实施方式,所述的改性氟聚合物的重量百分含量为0.5~20%。
作为本发明的优选实施方式,所述的改性氟聚合物的重均分子量为10000-500000。
作为本发明的优选实施方式,以所述的改性氟聚合物的总重量为基准,所述的第一不饱和共聚单体和所述的第二不饱和共聚单体的总含量为4.5-35%,所述的氟改性单体的含量为0.5-5%。
作为本发明的优选实施方式,所述的氟酯单体的结构式为:
其中,PFPE表示全氟聚醚基团,R1为H、CH3、CH2CH3、Cl中的一种,R1更优选为H或Cl。
作为本发明的优选实施方式,所述的全氟聚醚基团为Z型、Y型、K型和D型中的一种,其重均分子量为500-3000。
作为本发明的优选实施方式,所述的第一不饱和共聚单体为含有聚醚基团的不饱和单体,所述的第二不饱和共聚单体为N-(甲氧基甲基)甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺中的一种或两种,所述的第一不饱和共聚单体与所述的第二不饱和共聚单体的重量比为0.8-2:1。
作为本发明的优选实施方式,所述的第一不饱和共聚单体为重均分子量为600-1500的聚乙二醇甲醚(甲基)丙烯酸甲酯、异戊烯基聚乙二醇醚、羟丁基乙烯基聚乙二醇醚、乙氧基乙烯基聚乙二醇醚中的一种或多种。
作为本发明的优选实施方式,所述的氟改性单体的结构式为:
其中Rf为2-氟苯酚、3-氟苯酚、4-氟苯酚、4-三氟甲基苯酚、五氟苯酚基团中的一种。
作为本发明的优选实施方式,所述溶解组分选自HFE-7200、HFE-7100、HFE-347、HFE-458、HFE-374、HFE-449和HFE-356mec中的一种或多种。
本发明的柔性电路板防护涂层剂由改性氟聚合物和溶解组分组成,其中所述的改性氟聚合物由氟酯单体、第一不饱和共聚单体、第二不饱和共聚单体和氟改性单体构成。本发明不限制所述改性氟聚合物的具体制备方法,可以为本领域常规的溶液聚合和乳液聚合。在本发明具体的实施方式中,以溶液聚合为例,所述氟聚合物的制备方法包括以下步骤:将所述氟酯单体和第一不饱和共聚单体、第二不饱和共聚单体以及氟改性单体按照比例加入到带有搅拌器、回流冷凝管以及温度计的夹套釜中,再加入溶剂和引发剂,然后用氮气置换至水分含量≤20ppm,密封后加热升温至反应温度(60~90℃)并保持至规定反应时间(3~12h),得到一定固含量的氟聚合物溶液。其中,所述溶剂为HFE-7200、HFE-7100、HFE-347、HFE-458、HFE-374、HFE-449和HFE-356mec中的一种或多种。可以理解的是,所述溶剂和引发剂的具体加入量、具体反应温度和反应时间,可根据氟酯单体和第一不饱和共聚单体、第二不饱和共聚单体以及氟改性单体的加入量和具体选择而定,只要使其反应完全即可。所述的改性氟聚合物的重量百分含量优选为0.5~20%。所述的改性氟聚合物的重均分子量优选为10000-500000。改性氟聚合物分子量过小,成膜性变差,不能够成为连续的膜层,对防护性能产生不利影响;分子量过大,一方面溶解性变差,分散体系不均匀甚至析出,另一方面分散液黏度偏大,影响其成膜过程中的流平性,容易产生涂层的缺陷。
本发明所述的氟酯单体具有长链的全氟聚醚基团,表面张力低,成膜过程中含氟部分链段由于自分层效应而凸出朝向空气,随着溶剂组分的挥发而位置相对固定并卷曲收缩,形成纳米微凸的上层膜层,从而具有超强的疏水疏油性。氟酯单体的另一端为具有不饱和基团的丙烯酸酯,一方面提供了可聚合的基础,另一方面丙烯酸酯基团具有相对较好的成膜性质。
本发明所述的第一不饱和共聚单体为含有聚醚基团的不饱和单体,即含有长链结构的柔性链不饱和单体,经过聚合之后一方面能够形成大量的氢键,另一方面柔性长链具有一定的类可塑性,成膜后与第二不饱和共聚单体由自分层效应的作用堆积在下层,提高了与柔性电路板基材的附着力,长链的缠绕也能够使柔性电路板在震荡、弯曲等外力作用时具有一定的缓冲作用,而不会发生应力开裂甚至脱落,所述的第一不饱和共聚单体为重均分子量为600-1500的聚乙二醇甲醚(甲基)丙烯酸甲酯、异戊烯基聚乙二醇醚、羟丁基乙烯基聚乙二醇醚、乙氧基乙烯基聚乙二醇醚中的一种或多种。所述的第二不饱和共聚单体为N-(甲氧基甲基)甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺中的一种或两种,其中的酰胺基团提供了氢键的位点,从而使本发明所述的柔性电路板防护涂层成膜后分子间由于酰胺键等存在下形成多个氢键,可以作为物理交联点获得良好的机械性能和结合强度,同时还赋予优异的自修复性能,经过弯曲、震动、拉伸等物理作用时可解离,外力消失后错位甚至微断面间氢键的重新形成及分子链的缠绕作用使聚合物可以实现快速、高效的自修复,树脂长分子链间作用加强而使涂层的强度增加,延长了使用期限。所述的第一不饱和共聚单体与第二不饱和共聚单体的重量比优选为0.8-2:1。
本发明的氟改性单体是一种苝酰亚胺衍生的活性单体,其制备途经可简单表示为(Rf以4-三氟甲基苯酚为例):
氟改性单体是一种具有杂环结构与苝酰亚胺衍生物结构的片状结构物质,能够参与改性氟聚合物的聚合过程而存在于聚合物中,其中的Rf为为2-氟苯酚、3-氟苯酚、4-氟苯酚、4-三氟甲基苯酚、五氟苯酚基团的一种,经过部分氟化改性后提高了聚合物的体系相容性,成膜过程中有利于形成整体均一的膜层。氟改性单体的片状结构能够延长污染物、水汽、化学剂等的侵蚀路径从而提高了耐腐蚀性,另外由于结构中含有的Rf与氟酯单体的吸引作用和苯环平面与苝环平面之间存在大的夹角,破坏了苝酰亚胺分子的平面性,再加上刚性的氟代苯环大的空间位阻作用而降低了结晶性从而使Rf向上趋向于直立,其中酰胺键与涂层下层的极性键的相互作用而形成氢键,以将片状单体相对的固定在中间层,也使涂层的整体性更强而不出现明显的膜内分层,强化了涂层的保护性能。并且本发明的氟改性单体中的苝环具有超强的荧光效应,使涂层具有良好的检测漏涂的特殊性质,相较于外添加荧光组分的形式,内添加的荧光检测更具代表性也即更实用。
此外,现有的防护剂在产品上形成防护层后难以被除去,如此,当部分防护层遭到破坏后,几乎不能返修,使用成本高;而本发明提供的柔性电路板防护涂层剂所形成的防护涂层为非化学交联结构,可以实现检修重涂修补,减少了使用成本。同时涂层体系中的溶剂组分为环保型的氟碳溶剂,环境友好,不含氯、溴或碘等破坏臭氧层的原子,对臭氧层没有破坏作用,ODP值为零,安全无毒,更符合现代绿色工业发展趋势。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
1、本发明的柔性电路板防护涂层剂具有优异的疏水疏油性。氟酯单体具有长链的全氟聚醚基团,表面张力低,成膜过程中含氟部分链段由于自分层效应而凸出朝向空气,随着溶剂组分的挥发而位置相对固定并卷曲收缩,形成纳米微凸的上层膜层,从而具有超强的疏水疏油性,能够保护元器件的安全运行。
2、本发明的柔性电路板防护涂层剂具有优异的耐腐蚀性。氟改性单体是一种具有杂环结构与苝酰亚胺衍生物结构的片状结构物质,能够参与改性氟聚合物的聚合过程而存在于聚合物中,经过部分氟化改性后提高了聚合物的体系相容性,成膜过程中有利于形成整体均一的膜层,氟改性单体的片状结构能够延长污染物、水汽、化学剂等的侵蚀路径从而提高了耐腐蚀性;另外由于结构中含有的Rf与氟酯单体的吸引作用和苯环平面与苝环平面之间存在大的夹角,破坏了苝酰亚胺分子的平面性,再加上刚性的氟代苯环大的空间位阻作用而降低了结晶性从而使Rf向上趋向于直立,其中酰胺键与涂层下层的极性键的相互作用而形成氢键,以将片状单体相对的固定在中间层,也使涂层的整体性更强而不出现明显的膜内分层,强化了涂层的保护性能,且散热效果良好。
3、本发明的柔性电路板防护涂层剂所形成的防护涂层为非化学交联结构,具有可重涂性,可以实现检修重涂修补,减少因防护层破坏而必须更换元器件的成本;同时涂层体系中的溶剂组分为环保型的氟碳溶剂,环境友好,ODP值为零,安全无毒,更符合现代绿色工业发展趋势。
4、本发明的柔性电路板防护涂层剂使用寿命长,成膜后分子间由于酰胺键等存在下形成多个氢键,可以作为物理交联点获得良好的机械性能和结合强度,同时还赋予优异的自修复性能,经过弯曲、震动、拉伸等物理作用时可解离,外力消失后错位甚至微断面间氢键的重新形成及分子链的缠绕作用使聚合物可以实现快速、高效的自修复,树脂长分子链间作用加强而使涂层的强度增加,延长了使用期限。
5、本发明的柔性电路板防护涂层剂涂层成膜过程中的自分层效应使含氟部分向上并卷曲缠绕,形成纳米级微突,提高了防水防油性;中间层片状强化了耐腐蚀性,且具有荧光效应,内添加的形式使防护涂层剂体系相容性极好,可以实现可视化的检测漏涂;极性强的链段部分向下,具有与柔性板良好的附着力;聚合物涂层具有协同效应,片状单体的酰胺键以及碳氧键等之间的氢键加强了涂层剂的结合密度,使用性能更佳。
6、本发明的柔性电路板防护涂层剂具有良好的渗透性,能够在狭小或复杂结构的接触点、焊接点等易漏涂的部位迅速铺开形成保护膜层。本发明的柔性电路板防护涂层剂的改性氟聚合物具有良好的相容性和流动触变性,加之使用环保型氟碳溶剂形成极佳的溶解体系,涂层剂溶液借助足够低的表面张力快速流平、渗透,防止漏涂,防护性能更佳。
附图说明
图1为本发明的柔性电路板防护涂层剂的成膜结构示意图;
图2为国内某牌智能手机的主板与内屏的柔性连接线路,用以性能测试;
图3为ICP-B-24型电路板,用以性能测试。
图中:柔性板基材1,下层不含氟链段2,Mi片状结构基团3,含氟链段部分4,氢键位点5,Rf直立结构6。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的技术方案进行进一步清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。
发明实施例和对比例中所用原料均可市售取得,其中部分原料说明如下:
(1)实施例和对比例中氟酯单体Mf的结构式为:
其中,PFPE表示全氟聚醚基团。
氟酯单体Mf的构成如表1所示。
表1氟酯单体Mf的构成
Mf | PFPE类型 | 分子量Mw | R1 |
P-1 | Z | 2500 | H |
P-2 | Y | 500 | CH3 |
P-3 | K | 1500 | CH3 |
P-4 | Y | 1000 | CH2CH3 |
(2)实施例和对比例中的氟改性单体Mi的结构式为:
(3)实施例和对比例中的共聚单体Mco的组成如表2所示。
表2共聚单体Mco的组成
实施例1-7
实施例中柔性电路板防护涂层剂和改性氟聚合物的组成如表3所示,表3中含量及比例均以重量计。
表3实施例1-7防护涂层剂及改性氟聚合物组成
对比例1-4
对比例中柔性电路板防护涂层剂和改性氟聚合物的组成如表4所示,表4中含量及比例均以重量计。
表4对比例1-4防护涂层剂及改性氟聚合物组成
性能测试
1、物化性能测试样片、样板的制备:
(1)将国内某牌智能手机的主板与内屏的柔性连接线路(图2)作为耐弯折和震荡的运行测试片,将柔性连接线路片以丙酮清洗,再用HFE-7100清洗烘干,再将柔性连接线路片浸渍于实施例和对比例的柔性电路板防护涂层剂中,室温下晾干,制得测试样片,备用;
(2)将ICP-B-24型电路板(图3)以丙酮清洗,再用HFE-7100清洗烘干,再将电路板浸渍于实施例和对比例的柔性电路板防护涂层剂后,室温下晾干,制得样板,备用。
2、测试方法
(1)防护涂层剂外观:目测或用普通手电筒照射观测防护涂层剂的透明性。
(2)防护涂层表观测试:在10-100倍放大镜下观测涂层表面是否有开裂、脱落等现象。
(3)荧光特性:用紫外光手电筒(中心波长≈365nm)照射防护涂层表面,观测是否具有荧光显色性,有明显的显色标“Y”,无显色或显色不明显标“N”。
(4)疏水性:上海中晨JC2000D1型动态接触角测量仪,测定对于液滴容量2μL的水的静态接触角。
(5)疏油性:上海中晨JC2000D1型动态接触角测量仪,测定对于液滴容量2μL的n-十六烷的静态接触角。
(6)耐盐水腐蚀性:按照中性盐水喷雾试验GB/T 2423.17-2008标准模拟近海环境的耐久性;对样片、样板的外观按以下标准进行评价:样片、样板几乎无变化为“无”,样片腐蚀点或面达到整个样板面积的1~10%为“+”,10%以上为“++”;
(7)耐弯折测试:RW-8619S FPC耐弯折测试仪,取FPC器件,将涂覆实施例和对比例的柔性电路板防护涂层剂的样片固定在测试仪上。将器件匀速50次/min弯折,砝码100g,定义0°/90°/180°/0°为一次弯折,分别弯折50、100次后,在显微镜下观察涂层表面状态。
(8)自修复性测试:将经过耐弯折100次测试后的样片进行表面形态、疏水疏油性以及耐盐雾性测试。
(9)水汽震荡试验:将涂层样片两端用夹具固定在SHZ-A水浴振荡器的水面之上3-5cm,以60℃恒温100次/min回旋震荡800h,加速模拟在高温运输以及温湿使用条件下的动态防护效果。
(10)将上述测试后的样片按照程序连接手机内屏,然后通电测试,屏幕亮,标“√”,屏幕不亮,标“×”。
3、测试结果
(1)将制备得到的样板进行上述性能测试,样板的测试结果如表4所示。
表4涂层样板的测试结果
序号 | 外观 | 荧光显色性 | 疏水疏油性(水/油)° | 耐盐雾144h |
实施例1 | 无色透明 | Y | 117/69 | 无 |
实施例2 | 无色透明 | Y | 118/69 | 无 |
实施例3 | 无色透明 | Y | 116/71 | 无 |
实施例4 | 无色透明 | Y | 119/68 | 无 |
实施例5 | 无色透明 | Y | 116/67 | 无 |
实施例6 | 无色透明 | Y | 120/69 | 无 |
实施例7 | 无色透明 | Y | 117/67 | 无 |
对比例1 | 无色透明 | Y | 119/68 | + |
对比例2 | 无色透明 | Y | 118/68 | + |
对比例3 | 无色透明 | N | 118/67 | ++ |
对比例4 | 近无色透明 | Y | 118/67 | + |
(2)将制备得到的的样片进行耐弯折和耐水汽震荡试验后的结果如表5所示。
表5涂层样片运行性能
注:“-”表示未测试。
从上表中可以看出,实施例的柔性电路板防护涂层剂均具有良好的性能表现,而对比例1中的共聚单体没有添加丙烯酰胺类的单体,氢键的点位少,自修复性能明显收到了影响,从而影响了使用的持久性。对比例2中的共聚单体没有添加长链的聚醚基团单体,涂层的附着力和柔性变差,在弯曲试验中很快出现了开裂甚至脱落。对比例3中没有添加氟改性单体Mi,所制备的防护涂层没有荧光特性,并且耐腐蚀性变差。对比例4中的Mi并没有与氟化改性的苯酚键接,涂层的相容性受到了一定的影响,并且耐腐蚀性也有一定程度上变差。因此,本发明的各组分以及比例具有良好的协同作用性,只有在全部组分同时存在下才能够展现出最佳的性能特点。
Claims (10)
1.一种柔性电路板防护涂层剂,由改性氟聚合物和溶解组分组成,其特征在于,所述的改性氟聚合物由氟酯单体、第一不饱和共聚单体、第二不饱和共聚单体和氟改性单体构成。
2.根据权利要求1所述的柔性电路板防护涂层剂,其特征在于,所述的改性氟聚合物的重量百分含量为0.5~20%。
3.根据权利要求1所述的柔性电路板防护涂层剂,其特征在于,所述的改性氟聚合物的重均分子量为10000-500000。
4.根据权利要求1所述的柔性电路板防护涂层剂,其特征在于,以所述的改性氟聚合物的总重量为基准,所述的第一不饱和共聚单体和所述的第二不饱和共聚单体的总含量为4.5-35%,所述的氟改性单体的含量为0.5-5%。
5.根据权利要求1所述的柔性电路板防护涂层剂,其特征在于,所述的氟酯单体的结构式为:
其中,PFPE为全氟聚醚基团,R1为H、CH3、CH2CH3、Cl中的一种。
6.根据权利要求5所述的柔性电路板防护涂层剂,其特征在于,所述的全氟聚醚基团为Z型、Y型、K型和D型中的一种,其重均分子量为500-3000。
7.根据权利要求1所述的柔性电路板防护涂层剂,其特征在于,所述的第一不饱和共聚单体为含有聚醚基团的不饱和单体,所述的第二不饱和共聚单体为N-(甲氧基甲基)甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺中的一种或两种,所述的第一不饱和共聚单体与所述的第二不饱和共聚单体的重量比为0.8-2:1。
8.根据权利要求7所述的柔性电路板防护涂层剂,其特征在于,所述的第一不饱和共聚单体为重均分子量为600-1500的聚乙二醇甲醚(甲基)丙烯酸甲酯、异戊烯基聚乙二醇醚、羟丁基乙烯基聚乙二醇醚、乙氧基乙烯基聚乙二醇醚中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的柔性电路板防护涂层剂,其特征在于,所述的氟改性单体的结构式为:
其中Rf为2-氟苯酚、3-氟苯酚、4-氟苯酚、4-三氟甲基苯酚、五氟苯酚基团中的一种。
10.根据权利要求1所述的柔性电路板防护涂层剂,其特征在于,所述溶解组分选自HFE-7200、HFE-7100、HFE-347、HFE-458、HFE-374、HFE-449和HFE-356mec中的一种或多种。
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