用于板級emi屏蔽的復合膜的制作方法

專利名稱：用于板級emi屏蔽的復合膜的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于屏蔽電子器件諸如電腦、通訊裝置、打印機、攝像機等使其不能發射電磁輻射(EMI)的膜。
背景技術：
電子器件發射能夠干擾電視、無線電廣播及其他通訊工具的電磁輻射。政府規定了 EMI的水平，因此要求電子器件的制造商限制他們的器件所產生的EMI水平。限制EMI的第二個理由為器件內的寄生信號能夠引起內部干擾或串擾。目前采用兩種方案來限制EMI:在源頭抑制電磁輻射，或約束輻射使得其不逸出器件。按照法拉第定律通過將發射器件封入完全導電的屏蔽體(如金屬罐或保形涂層)能夠達到約束的目的。然而，金屬罐并非最適宜的，因為總有輻射可以逸出的區域，其增加了電子器件的成本和重量，并且不適合用于柔性基板。此外，如果需要再加工，該金屬罐必須脫焊接然后重焊接，這樣增加了損害有源器件的危險。保形涂層也存在缺點。它們通常被施加于多個層(介電的絕緣層和導電層)中，這需要多個處理步驟。導電層通常以液體油墨形式施加，若非仔細地控制則可能導致沉積在不希望的區域中并引起線路中的短路。用于印刷的導電油墨的干燥/固化時間在10至30分鐘的范圍內，比期望的時間長，并且導電油墨可能含有揮發性的有機溶劑。將介電層插入導電層和線路之間以防止該導電層電接觸線路和基板的預定區域。為了克服EMI屏蔽的現存缺點，公開并要求保護本發明。

發明內容
本發明為屏蔽EMI的復合膜，供制造印刷電路板(PCB)之用。該膜具有至少兩層:在所有方向上導電的(各向同性)頂層，和在熱壓縮后僅在Z(厚度)方向上導電的(各向異性)底層。(熱壓縮為施用加熱和加壓。)該底層與電子器件的線路的接地墊(groundingpad)接觸。導電頂層類似于金屬盒起作用，既防止電磁福射進入盒內也防止電磁福射逸出到周圍環境中。在熱壓縮后，底層使該頂部導電層與PCB上的接地墊互聯，使得由頂層收集的電磁波經由該底層引導并釋放至PCB接地墊。該底層中的導電填充物的量低于在未施用熱壓縮的情況下會引起器件的線路電短路的量。也就是說，對于那些在接地墊外并且因此未遭受熱壓縮處理的基板和線路的區域，底層中的導電填充物的量過低而不能導電。然而，當將熱壓縮處理施加于局部區域時，在那些局部區域的加壓和加熱引起那些局部中的導電填充物熔結并互聯，從而使得有源器件與頂部導電層連接。熱壓縮的水平為使得頂層和底層之間的導電填充物粒子互聯的有效水平。該導電頂層類似于金屬罐或金屬箱起作用，并且含有有效量的導電填充物以防止電磁輻射進入或泄露(在未熱壓縮的情況下)。
具體實施例方式EMI屏蔽膜的頂層能夠在供選擇的建立各向同性導電性的實施方案中組成。在一個實施方案中，該頂層包含以可有效建立各向同性導電性的填充量填充有導電粒子的聚合物樹脂。該聚合物樹脂包含至少一種熱固性樹脂和/或至少一種熱塑性樹脂。示例性的適合的熱固性樹脂包括乙烯樹脂、丙烯酸系樹脂、酚醛樹脂、環氧樹脂、順丁烯二酰亞胺樹脂、聚酰亞胺樹脂或含硅樹脂。示例性的適合的熱塑性樹脂包括丙烯酸系樹脂、苯氧樹脂、熱塑性聚酯、聚酰胺、聚氨酯、聚烯烴、聚硫橡膠和丁腈橡膠。用于頂層的導電填充物粒子可為提供各向同性導電性的任何有效填充量的任何有效填充物。適合的填充物包括銀、鎳、銅、石墨、碳納米管或芯/殼粒子。如果使用芯/殼粒子，所述芯可為無機粒子如二氧化硅、玻璃、氮化硼或金屬，或者其可為有機樹脂如聚乙烯、聚苯乙烯、酚醛樹脂、環氧樹脂、丙烯酸系樹脂或苯并胍胺樹脂；所述殼可為導電元素，如銀、鎳或銅。適合的導電填充物的填充量相對于頂層的全部組合物為15體積％或更多，這取決于該導電填充物的形狀和規格。涂覆銀的銅(Ag/Cu)是適合的。在另一實施方案中，頂層可為金屬箔或金屬網，如銅或鋁。在再一個實施方案中，頂層可為金屬箔或金屬網和填充有導電粒子的聚合物樹脂的組合。該EMI屏蔽膜的底層將具有足夠的粘合性，以將復合膜連接至屏蔽EMI的部件或基板。該底層包含以在施用熱壓縮時可有效建立各向異性導電性的填充量填充有導電粒子的粘合性聚合物樹脂。該底層聚合物樹脂包含至少一種熱固性樹脂和/或至少一種熱塑性樹脂。示例性的適合的熱固性樹脂包括乙烯樹脂、丙烯酸系樹脂、酚醛樹脂、環氧樹脂、順丁烯二酰亞胺樹脂、聚酰亞胺樹脂或含硅樹脂。示例性的適合的熱塑性樹脂包括丙烯酸系樹月旨、苯氧樹脂、熱塑性聚酯、聚酰胺、聚氨酯、聚烯烴、聚硫橡膠和丁腈橡膠。用于底層的導電填充物通常以相對于該底層的全部組合物2至20體積％的量填充。在一個實施方案中，該用于底層的導電填充物以約I至約5體積％的量存在。當填充量在本范圍內時，粒子被充分地分散在聚合物樹脂中，以免彼此側向接觸，由此避免χ-y導電性。底層填充物的粒子直徑選擇為小于底層的厚度。適合的粒徑在Ιμπι至125 μ m范圍內。適合的底層填充物包括銀、銅、鎳和石墨。還可使用具有導電殼和導電或介電的芯的導電填充物。實例包括涂覆金的聚合物球、涂覆銀的硅酸鹽、涂覆碳化鎢(WC)的鋁和涂覆石墨的金屬。其它適合的底層填充物包括具有介電的外涂層以進一步確保不可能出現線路短路的銀、銅、鎳和石墨。如果使用這樣的介電外涂層，則應該對其進行選擇以在加壓時易于解體或加熱時熔融掉，使得當在局部區域中施加熱壓縮時，能夠形成導電的互聯。除導電填充物之外，底層可還含有導熱但非導電(介電)的填充物以增強包裝的導熱性。示例性的導熱絕緣的填充物包括氮化硼、氧化鋁、氮化鋁和涂有這些材料的粒子。當存在導熱介電填充物時，它們存在的量相對于底層的全部組合物在10至80重量％的范圍內。該導熱介電填充物(或其它功能性的非導電填充物)具有的最大粒徑小于該底層中的導電填充物的粒徑。在底層的一個制備方法中，將熱熔樹脂與導電填充物勻質化(比如使用加熱混合機器)。將該熱熔混合物通過狹縫模具擠塑至指定的厚度，并且將該經擠塑的膜進一步壓延以減小厚度。在底層的另一制備方法中，由一種或多種無溶劑的可B階段處理的(B-stageable)液態熱固性樹脂、或熱固性樹脂和熱塑性樹脂的組合制備底層。使用傳統的混合容器和槳片將導電填充物分散至所述液態樹脂中。將該混合物直接置于頂層上，或置于防粘襯里(release liner)上。使用加熱或紫外輻射，將所述底層固化以形成經B-階段處理的(B-staged)涂層或膜。如果將所述底層混合物置于防粘襯里上，則使其在B-階段處理后接觸所述頂層，將所述底層和頂層進行層壓，并且除去所述防粘襯里。在EMI組裝中發生熱壓縮工藝過程期間，或者如果有后固化步驟的話則稍后，將所述底層進一步交聯以提供可靠的互聯。或者，可由基于溶劑的熱塑性或熱固性樹脂體系制備所述底層。使用傳統的混合容器和槳片將導電填充物分散在溶劑和樹脂混合物中。將該混合物置于頂層上或置于防粘襯里上，接著進行溶劑蒸發以形成膜。如果將該混合物置于防粘襯里上，則在溶劑蒸發和成膜后，使底層接觸該頂層，將這兩層進行層壓，并且稍后除去該防粘襯里。在另一實施方案中，底層可采用含有不同層的復合物的形式制備，其中例如:第一層為由活性樹脂制備的膜并且第二層為由固化劑制備的膜；任選地，可將由惰性材料制備的第三層插入第一層和第二層之間，以防止那些層之間的預反應，從而延長該底層復合膜的儲存期限。在本文中所公開的底層的所有實施方案中，在溶劑蒸發之后、在加熱或紫外線B-階段處理之后、或在熱熔擠出和冷卻之后，該底層實質上是觸摸干燥的。頂層和底層的復合膜通過將導電頂層層壓至底層制備，或通過將底層直接涂覆在頂層上制備。在一個實施方案中，底層厚度為50 μ m或更厚，并且頂層厚度在10-100 μ m之間，這取決于對膜電導率和屏蔽效率的要求。在一些實施方案中，可將對加壓敏感的第三層添加在底層以下，以在裝配工藝期間控制定位。可將該復合膜縱切至期望的寬度并分割至期望的長度，并且將其封裝在卷軸上。該復合膜作為EMI屏蔽體用于印刷電路板(PCB)的應用可存在于數個實施方案中。在一個實施方案中，在焊接所有PCB部件并且完成功能測試之后，取出EMI屏蔽復合膜并將其置于該PCB之上。通過從頂部和/或底部將該組件加熱至比該復合膜的軟化溫度高30°至50° C的溫度以軟化該膜。該經軟化的膜與需要EMI屏蔽防護的部件的外形相符。熱空氣流或具有與PCB布局相匹配的外形的旁熱式金屬塊可用作熱源。導電頂層與PCB接地墊之間的互聯通過熱壓縮建立，也就是說，通過采用熱源(如旁熱式金屬棒或高壓熱空氣流)將該復合膜熱壓縮至PCB接地墊而建立。在一個實施方案中，所述膜的軟化/保形(conforming)和互聯在單個步驟中進行。在又一個實施方案中，如果在施用EMI屏蔽復合膜前不需要進行PCB的功能測試，則可以取出該復合膜并將其置于期望的基板，并且該軟化/保形步驟可與所有部件的回流焊和電連接一起實施。在回流焊工藝過程之后的冷卻期期間，金屬棒可用于建立如上所述的互聯。該組裝方案和當前的金屬罐工藝過程完全相容。在另一實施方案中，如果選擇的填充物為一種尖銳且硬的填充物，例如碳化鎢涂覆的鋁，并且底部介電膜在室溫下具有合適的軟度，則首先進行冷沖壓工藝、隨后對介電樹脂進行熱固化的工藝過程可用于使頂部導電層和PCB接地墊之間互聯。繼冷沖壓之后的熱固化確保了該互聯并且提供穩固的粘合。在這樣的情況中，不需要熱壓縮步驟。在一個實施方案中，在放置EMI屏蔽復合膜前，可將催化劑或促進劑分配到PCB接地墊以進一步改善底層的固化速度。可將所提出的復合膜夾成波浪狀。與平板狀膜相比，波浪狀膜的優點是提供了擴展空間，其更好地適應了 EMI復合膜下面的任何三維的電子元件。
權利要求
1.用于EMI屏蔽的復合膜，所述復合膜具有至少兩層:在所有方向上導電的(各向同性)頂層，和在熱壓縮后僅在Z方向上導電的(各向異性)底層。
2.權利要求1的復合膜，其中所述頂層包含以可有效建立各向同性導電性的填充量填充有導電填充物粒子的聚合物樹脂。
3.權利要求2的復合膜，其中所述頂層的聚合物樹脂包含至少一種熱固性樹脂、或至少一種熱塑性樹脂、或熱固性樹脂和熱塑性樹脂的組合。
4.權利要求3的復合膜，其中所述頂層的熱固性樹脂選自乙烯樹脂、丙烯酸系樹脂、酚醛樹脂、環氧樹脂、順丁烯二酰亞胺樹脂、聚酰亞胺樹脂、和含有硅的樹脂，所述頂層的熱塑性樹脂選自丙烯酸系樹脂、苯氧樹脂、熱塑性聚酯、聚酰胺、聚氨酯、聚烯烴、聚硫橡膠和丁腈橡膠。
5.權利要求2的復合膜，其中所述頂層的導電填充物粒子選自銀、鎳、銅、石墨、碳納米管和芯/殼粒子， 在所述芯/殼粒子中所述芯選自二氧化硅、玻璃、氮化硼、金屬、聚乙烯、聚苯乙烯、酚醛樹脂、環氧樹脂、丙烯酸系樹脂和苯并胍胺樹脂，并且所述殼選自銀、鎳和銅。
6.權利要求1的復合膜，其中所述頂層的導電填充物用量相對于所述頂層的全部組合物為15體積％或更多。
7.權利要求1的復合膜，其中所述頂層為金屬箔或金屬網、或者金屬箔或金屬網與填充有導電粒子的聚合物樹脂的組合。
8.權利要求1的復合膜，其中所述底層包含以在施用熱壓縮時可有效建立各向異性導電性的填充量填充有導電粒子的粘合性聚合物樹脂。
9.權利要求8的復合膜，其中所述底層的聚合物樹脂包含至少一種熱固性樹脂、或至少一種熱塑性樹脂、或熱固性樹脂和熱塑性樹脂的組合，其中所述底層實質上是觸摸干燥的。
10.權利要求9的復合膜，其中所述底層的熱固性樹脂選自乙烯樹脂、丙烯酸系樹脂、酚醛樹脂、環氧樹脂、順丁烯二酰亞胺樹脂、聚酰亞胺樹脂、和含有硅的樹脂，所述底層的熱塑性樹脂選自丙烯酸系樹脂、苯氧樹脂、熱塑性聚酯、聚酰胺、聚氨酯、聚烯烴、聚硫橡膠和丁腈橡膠。
11.權利要求8的復合膜，其中所述底層的導電填充物的填充量相對于所述底層的全部組合物為2至20體積％。
12.權利要求8的復合膜，其中所述底層的導電填充物粒子的直徑在Iμ m至125 μ m的范圍內。
13.權利要求8的復合膜，其中所述底層的導電填充物選自銀、鎳、石墨和芯/殼粒子， 其中所述芯/殼粒子具有導電的殼和導電或介電的芯。
14.權利要求13的復合膜，其中所述底層的導電填充物為選自如下的芯/殼粒子:涂覆金的聚合物球、涂覆銀的硅酸鹽、涂覆碳化鎢(WC)的鋁和涂覆石墨的金屬。
15.權利要求8的復合膜，其中所述底層還包含粒徑小于所述導電填充物的粒徑的介電填充物，并且所述介電填充物以基于所述底層的組合物10重量％至80重量％范圍內的填充量存在，其中所述介電填充物選自氮化硼、氧化鋁、氮化鋁和涂覆有這些材料的粒子。
全文摘要
供印刷電路板用的EMI屏蔽復合膜，其具有至少兩層在所有方向上導電的(各向同性)頂層，和在熱壓縮后僅在Z(厚度)方向上導電的(各向異性)底層。該底層與待屏蔽的電子器件的電路的接地墊接觸。該導電頂層類似于金屬盒起作用，既防止電磁輻射進入盒中也防止電磁輻射逸出到周圍環境中。在熱壓縮后，底層使頂部導電層與PCB上的接地墊互聯，以使得由頂層收集的電磁波經由該底層引導并釋放至PCB接地墊。
文檔編號H05K3/28GK103190209SQ201180051609
公開日2013年7月3日 申請日期2011年10月24日 優先權日2010年10月26日
發明者C-M·鄭, B·夏, G·托馬斯 申請人:漢高公司