縮醛漆包線

微連接是微電子封裝及互連的重要部分,由于連接對(duì)象的微小精細(xì),在傳統(tǒng)煙接技術(shù)中可以忽略的因素,如溶解量、擴(kuò)散層厚度、表面張力、應(yīng)變量等都會(huì)對(duì)材料的 接性、岸接質(zhì)量產(chǎn)生不可忽視的影響。絕大多數(shù)微連接用于異種材料之間的連接,連接時(shí)除了強(qiáng)度要求以外,更重要的是可靠性和電氣連接性,連接過程不應(yīng)對(duì)器件功能產(chǎn)生任何影響。微連接涵蓋了非常廣闊的領(lǐng)域,對(duì)于制造小型器件、裝置和系統(tǒng)尤為關(guān)鍵。

縮醛漆包線傳統(tǒng)的連接方法

傳統(tǒng)的漆包線連接方法中,必須先將妨礙導(dǎo)電和影響接頭可靠性的高分子絕緣薄膜去除,然后再用釬傳等其他微連接方法實(shí)現(xiàn)連接。絕緣薄膜的去除通常采用以下幾種方法:

機(jī)械法去除。機(jī)械法去除漆包線絕緣薄膜是指用磨輪或刮刀除去漆包線絕緣薄膜。漆包線線徑大小不同,機(jī)械法去除絕緣薄膜的方法也不相同。當(dāng)線徑大于120um時(shí),通常用砂輪可有效地磨除絕緣薄膜;當(dāng)線徑小于120um時(shí),一般采用微噴砂的方法去除絕緣薄膜。機(jī)械法去除絕緣薄膜工作量繁重,易產(chǎn)生氧化層和污染物,并且會(huì)不可避免地?fù)p傷導(dǎo)體部分或出現(xiàn)去除不盡的現(xiàn)象,留下應(yīng)力傷痕,降低漆包線的強(qiáng)度,影響接頭性能。

化學(xué)法去除。即利用脫漆劑與高聚物大分子的聚合、溶解,在大分子鏈段之間的間隙中滲透、浸蝕,使大分子的分子鏈段溶脹、拉伸,產(chǎn)生自發(fā)的收縮應(yīng)力,從而解除漆膜與導(dǎo)體間的附著力,實(shí)現(xiàn)漆膜與導(dǎo)體分離。脫漆過程是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過程。較機(jī)械法,化學(xué)法可以批量去除絕緣薄膜,提高了生產(chǎn)效率和質(zhì)量。對(duì)于線徑非常小的漆包線,化學(xué)法是去除絕緣薄膜最好的方法。但是,化學(xué)法去除絕緣薄膜后要對(duì)漆包線進(jìn)行嚴(yán)格的清洗,否則殘留的化學(xué)試劑會(huì)對(duì)漆包線導(dǎo)體部分產(chǎn)生腐燭或氧化,導(dǎo)致斷線故障。并且,這些化學(xué)試劑大部分對(duì)人體有害,廢液也會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。

準(zhǔn)分子激光去除。準(zhǔn)分子激光器是一種能發(fā)射多個(gè)紫外激光波長(zhǎng)的短脈沖寬度、高峰功率激光脈沖的激光器,它可以高重復(fù)頻率地運(yùn)行。云南大學(xué)的史明霞[8]等人對(duì)不同能量密度、不同頻率的準(zhǔn)分子激光作用漆包線的情況進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,得出用激光精細(xì)剝漆的最佳能量密度,且用最佳能量密度對(duì)不同粗細(xì)、不同漆厚的漆包線進(jìn)行剝漆處理,發(fā)現(xiàn)剝漆所需的脈沖個(gè)數(shù)與絕緣薄膜厚度有著密切的關(guān)系。初步分析了各種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。采用準(zhǔn)分子激光進(jìn)行加工,其邊緣整齊,精度較高,對(duì)材料內(nèi)部及邊緣的熱損傷非常小。準(zhǔn)分子激光去除是目前唯一能精密去除絕緣薄膜而不損傷漆包線導(dǎo)體部分的方法。但是,該方法費(fèi)用高昂,并且,這種設(shè)備需要很多保護(hù)措施來防護(hù)操作人員受到激光的輻射。

傳統(tǒng)的漆包線連接方法除了上述預(yù)先去除絕緣薄膜工藝帶來的諸多不便之外,釬焊也有其本身的缺點(diǎn)和局限。釬焊前必須對(duì)工件進(jìn)行細(xì)致加工和嚴(yán)格清洗,除去油污和過厚的氧化膜,保證接口裝配間隙。隨著社會(huì)對(duì)環(huán)境問題的日益關(guān)注,對(duì)釬料和釬劑的要求也越來越茍刻。另外,由于釬煙燥點(diǎn)容易發(fā)生脫落失效,對(duì)被輝件的氧化和污染也比較嚴(yán)重,在某些場(chǎng)合如航空航天、醫(yī)療器械、核電設(shè)施等,不允許采用釬焊工藝。

縮醛漆包線漆包線的其他微連接工藝

激光微擇接和激光軟釬焊(Flashsoldering or Lasersoldering)

激光微接和激光軟釬掉都是用激光作為熱能將絕緣薄膜燒除,然后實(shí)現(xiàn)偉接的技術(shù)。用激光作為傳接能源,熱量集中,能夠快速使漆包線的絕緣薄膜氣化,無須預(yù)先去除絕緣薄膜而能直接實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的連接。因?yàn)?接時(shí)間短,整個(gè) 接過程產(chǎn)生的高溫來不及傳導(dǎo)給周圍器件,從而避免了爆接對(duì)元器件的熱損傷。師文慶等通過3種不同的方式對(duì)激光直接偉接的方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究和理論分析,獲得了直徑為0.10 mm的極細(xì)銅芯漆包線在不去除絕緣漆的情況下直接焊接到銀引腳上的方法和途徑。Steimneier D 等通過電鏡掃描等實(shí)驗(yàn)說明了激光軟釬輝無需預(yù)先去除絕緣薄膜而能直接連接細(xì)小的漆包線,使漆包線和電子元器件終端形成持久、可靠接頭的原因。BohmS等采用楊氏激光,證明了激光軟釬輝適合各種漆包線的接,一般 接過程的平均時(shí)間只需20ms。激光軟釬傳屬非接觸輝接,不會(huì)給產(chǎn)品帶來接觸污染,同時(shí)也克服了傳統(tǒng)釬揮釬料容易引起短路的問題,具有能同時(shí)除漆和焊接等優(yōu)點(diǎn),但激光掉接對(duì)煌件加工、組裝、定位要求均很高,且燥接成本相對(duì)較高。它常用于片式或梁式引線的燥接,而不太適合細(xì)線間的接。

超聲熱壓焊

超聲波焊接是利用超聲波的高頻機(jī)械振動(dòng)能量,對(duì)工件接頭進(jìn)行內(nèi)部加熱和表面清理,同時(shí)對(duì)工件施加壓力來實(shí)現(xiàn)煙接的一種壓煌方法。超聲傳主要用于IC芯片互連工藝中的引線鍵合,即用金線、鍋線、或銅線實(shí)現(xiàn)芯片和引線框架之間電氣連接因?yàn)轭A(yù)熱能使超聲鍵合接頭性能更好,所以超聲熱壓煌是超聲波煌接的主流。芯片塑封時(shí),具有一定長(zhǎng)度的金屬絲弧在塑封料流動(dòng)沖擊下會(huì)發(fā)生絲擺現(xiàn)象,由于目前采用的鍵合線表面通常沒有絕緣層,間距變小容易引起相鄰引線間短路,絲擺嚴(yán)重時(shí)將會(huì)導(dǎo)致金屬線間發(fā)生接觸從而導(dǎo)致短路lisj。近年來,隨著微電子器件集成度的提高,微芯片的尺寸在不斷縮小,芯片電路越來越復(fù)雜,引線線徑越來越小,對(duì)絲擺現(xiàn)象的控制要求也越來越高II9]。采用漆包線進(jìn)行引線鍵合連接可有效解決以上矛盾,并由此出現(xiàn)了 X-Wire技術(shù)2006年國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)藍(lán)圖(The 2006 ITRS Roadmap)認(rèn)為漆包線是25 u m引線鍵合的潛在解決辦法,特別是用漆包銅線來替代金線迅速成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。Song, W. H. 等用表面沒有絕緣薄膜的金線和有絕緣薄膜的金線作了對(duì)比實(shí)驗(yàn),研究了它們?cè)跓嵊绊憛^(qū)、金絲球的可變形性等方面的差別。Lee,Jaesik等從工藝參數(shù)的角度研究了表面有絕緣薄膜的金線的燒接性能。通過對(duì)勞刀的改進(jìn),有效地提高了漆包線在超聲鍵合工藝中得接性能。

縮醛漆包線是世界上發(fā)展最早的品種之一,1930年已由德國(guó)、美國(guó)分別投放市場(chǎng),蘇聯(lián)也發(fā)展很快,有聚乙烯醇縮甲醛和聚乙烯醇縮乙醛兩種,我國(guó)也在60年代研究成功。該漆包線雖耐溫等級(jí)低(105°C,120°C),但由于其具有優(yōu)良的耐高溫水解性能而廣泛的應(yīng)用于油浸變壓器中,這一特性得到了世界各國(guó)的公證,我國(guó)仍有少量生產(chǎn),特別是縮醛漆包扁線用來制作換位導(dǎo)線,用于大型變壓器中。

縮醛漆包線縮醛線的工藝特點(diǎn)

縮醛漆分為大線漆和小線漆兩種,大線漆具有較各種漆包線漆更大的粘度,適合于使用模具法在立式車上涂制,而細(xì)線漆則粘度小適合于在臥式漆包機(jī)上用毛氈法生產(chǎn)。多年來涂制大線漆的生產(chǎn)實(shí)踐創(chuàng)造了使用模具法的很多經(jīng)驗(yàn),這種方法具有很多特點(diǎn):

1.用模具法涂線時(shí),當(dāng)模具孔徑配合適當(dāng)以后,漆包線的漆層厚度可以保持長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定,不需象用毛氈法那樣經(jīng)常進(jìn)行厚度的調(diào)整。

2.可使漆包線表面保持均勻光滑,很少出現(xiàn)不光、氣泡、粒子等缺陷。在爐溫、速度和銅線質(zhì)量基本穩(wěn)定的情況下,它比其他類型漆包線有更高的正品率。

3.模具法涂線時(shí),可使用原漆,涂線的固體含量可提高,這樣既可節(jié)約溶劑,又可減少調(diào)漆工藝。

4.模具在使用一段時(shí)間后也需要清洗,但一般可維持場(chǎng)天。與毛氈在使用天后即要更換相比,可減少換毛氈時(shí)的廢絲,節(jié)約被毛氈吸收的漆液。

5.模具本身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本很低,一套模具配好以后可應(yīng)用七、八年或更長(zhǎng)時(shí)間并不損壞,而毛氈每年在漆包線廠的消耗量卻是相當(dāng)可觀的。

當(dāng)然在縮醛大線的生產(chǎn)中如批量小,規(guī)格多,由于更換模具會(huì)給生產(chǎn)上帶來一定困難,這也是實(shí)際存在的一個(gè)間題,但如象北京電力器材一廠那樣,在生產(chǎn)安排上考慮更適當(dāng)些,這種情況還是可以改變的。因此,從國(guó)內(nèi)外的發(fā)展來看,模具法很有推廣應(yīng)用和加強(qiáng)研究的必要。

聚酯漆包線與縮醛漆包線在含水的變壓器油中進(jìn)行了模擬老化試驗(yàn),以106~1100老化7天為一周期,試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)聚酯漆包線在12個(gè)周期后,電氣性能顯著下降,而縮醛線仍保持了較好的性能。將各種漆包線按標(biāo)準(zhǔn)制成擊穿電壓的紋線試樣,放入功30X20毫米的黃銅圓筒容器中,并加入1毫升經(jīng)真空干燥處理的腸號(hào)變壓器油,在1℃老化500小時(shí)后,測(cè)漆包線擊穿電壓之變化。

縮醛漆包線縮醛漆包線的特性和應(yīng)用

縮醛漆包線是最早的高強(qiáng)度漆包線,具有較高的機(jī)械強(qiáng)度,能滿足一般高速自動(dòng)繞組裝置對(duì)漆包線強(qiáng)度的要求;此外,它的漆膜又較柔軟,對(duì)銅線也有良好的附著力,所以也能滿足微電機(jī)端部整形的要求。但是它最大的特點(diǎn)是具有極優(yōu)異的耐油性與耐熱沖擊性。

一般的高強(qiáng)度漆包線均有較好的耐油性,但在油浸式變壓器中以及充油電機(jī)中,由于漆包線長(zhǎng)期浸于高溫密閉的油里,不同漆包線的耐油性則顯然不同。從國(guó)外報(bào)導(dǎo)來看,美國(guó)在1963年的第4次絕緣材料會(huì)議上就作了這樣的結(jié)論:在所有的試驗(yàn)中,不管是否用紙,聚醋漆包線的漆層全開裂了,它與變壓器油系統(tǒng)是完全不相容的;相反,縮醛漆包線與聚丙烯酸系的漆包線(Loot)n在試驗(yàn)后較全面地保持了原有的性能。從日本1973年的報(bào)導(dǎo)來看,占漆包線品種總量30界的縮醛線主要用于油浸式變壓器,而聚醋則較成功地在E級(jí)電機(jī)與干式變壓器中獲得了廣泛的應(yīng)用。在歐洲也是這樣,油浸式變壓器全部使用縮醛線。

漆包線是電機(jī)、電器和家用電器等產(chǎn)品的主要原材料,特別是近幾年電力工業(yè)實(shí)現(xiàn)了持續(xù)快速增長(zhǎng),家用電器的迅速發(fā)展,給漆包線的應(yīng)用帶來較廣闊的領(lǐng)域,隨之而來的是對(duì)漆包線提出了更高的要求。為此漆包線的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)正不可避免,與之配合的原材料(銅、漆),漆包工藝,工藝裝備和檢測(cè)手段等也急待開發(fā)研究。

漆包線,有時(shí)也叫電磁線(Magnetwire)或絕緣線(Insulatedwire),是一種表面覆有絕緣薄膜的導(dǎo)線。漆包線的導(dǎo)體部分一般是經(jīng)退火處理的未摻雜的純金屬,特別是銅和招,某些場(chǎng)合也使用銅合金、金、銀、鎳、不銹鋼等材料,根據(jù)工作電壓和工作溫度的不同,漆包線常采用聚氨酷、聚酷、聚酷亞胺、聚酰亞胺等聚合物作為絕緣薄膜材料。漆包線廣泛應(yīng)用于電子、電氣、醫(yī)療器具和半導(dǎo)體的生產(chǎn)中(如傳感器、變壓器、線圈、繞組、植入電極、芯片互聯(lián)引線等),充當(dāng)內(nèi)部基礎(chǔ)元件的一部分,或者作為元件內(nèi)外連接的導(dǎo)體介質(zhì)。當(dāng)作為內(nèi)外連接的介質(zhì)時(shí),漆包線的末端必須和金屬終端(如插片、針、箱等)實(shí)現(xiàn)電接觸,并滿足一定的力學(xué)性能、導(dǎo)電性能和耐溫度疲勞性能等要求。因此,它們之間的連接性能直接影響到整個(gè)產(chǎn)品的性能。

外層采用聚酷漆的復(fù)合層漆包線,具有更高的耐熱性。出人意料的是:復(fù)合層與單一涂層的聚酷相比.還具有較高的耐熱性(300~500“C),因?yàn)樵谶@種情況一下復(fù)合絕緣不是與低耐熱性相比,而是與高耐熱性的混合物相比。試驗(yàn)是采用直徑為1.0毫米線制成的扭紋對(duì)試樣,然后通以34安的電流,經(jīng)過一段時(shí)間后進(jìn)行擊穿電壓試驗(yàn),取擊穿電壓降到1000伏的時(shí)間。獲得如下結(jié)果:單一聚醋漆包線為5分鐘,復(fù)合層為12~21鐘在縮醛漆外面涂上聚酞亞胺漆。同樣對(duì)扭絞對(duì)試樣進(jìn)行了耐壓110伏的超負(fù)荷試驗(yàn),當(dāng)電流為37安時(shí),縮醛漆為425次,外層為聚酞亞胺的復(fù)合層漆包線為2700次,聚酞亞胺漆包線為1900次。按照NEMAMW17一C明標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的外層為尼龍的復(fù)合層漆包線,按技術(shù)要求,復(fù)合層漆包線與單一涂層的縮醛漆包線相比沒有更多的優(yōu)越性 。

李福、徐進(jìn)法 等。

上海電纜研究所、無錫錫洲電磁線有限公司等。