缩醛漆包线

微连接是微电子封装及互连的重要部分,由于连接对象的微小精细,在传统烟接技术中可以忽略的因素,如溶解量、扩散层厚度、表面张力、应变量等都会对材料的 接性、岸接质量产生不可忽视的影响。绝大多数微连接用于异种材料之间的连接,连接时除了强度要求以外,更重要的是可靠性和电气连接性,连接过程不应对器件功能产生任何影响。微连接涵盖了非常广阔的领域,对于制造小型器件、装置和系统尤为关键。

缩醛漆包线传统的连接方法

传统的漆包线连接方法中,必须先将妨碍导电和影响接头可靠性的高分子绝缘薄膜去除,然后再用钎传等其他微连接方法实现连接。绝缘薄膜的去除通常采用以下几种方法:

机械法去除。机械法去除漆包线绝缘薄膜是指用磨轮或刮刀除去漆包线绝缘薄膜。漆包线线径大小不同,机械法去除绝缘薄膜的方法也不相同。当线径大于120um时,通常用砂轮可有效地磨除绝缘薄膜;当线径小于120um时,一般采用微喷砂的方法去除绝缘薄膜。机械法去除绝缘薄膜工作量繁重,易产生氧化层和污染物,并且会不可避免地损伤导体部分或出现去除不尽的现象,留下应力伤痕,降低漆包线的强度,影响接头性能。

化学法去除。即利用脱漆剂与高聚物大分子的聚合、溶解,在大分子链段之间的间隙中渗透、浸蚀,使大分子的分子链段溶胀、拉伸,产生自发的收缩应力,从而解除漆膜与导体间的附着力,实现漆膜与导体分离。脱漆过程是一个复杂的物理化学过程。较机械法,化学法可以批量去除绝缘薄膜,提高了生产效率和质量。对于线径非常小的漆包线,化学法是去除绝缘薄膜最好的方法。但是,化学法去除绝缘薄膜后要对漆包线进行严格的清洗,否则残留的化学试剂会对漆包线导体部分产生腐烛或氧化,导致断线故障。并且,这些化学试剂大部分对人体有害,废液也会对环境造成污染。

准分子激光去除。准分子激光器是一种能发射多个紫外激光波长的短脉冲宽度、高峰功率激光脉冲的激光器,它可以高重复频率地运行。云南大学的史明霞[8]等人对不同能量密度、不同频率的准分子激光作用漆包线的情况进行了实验研究,得出用激光精细剥漆的最佳能量密度,且用最佳能量密度对不同粗细、不同漆厚的漆包线进行剥漆处理,发现剥漆所需的脉冲个数与绝缘薄膜厚度有着密切的关系。初步分析了各种实验现象。采用准分子激光进行加工,其边缘整齐,精度较高,对材料内部及边缘的热损伤非常小。准分子激光去除是目前唯一能精密去除绝缘薄膜而不损伤漆包线导体部分的方法。但是,该方法费用高昂,并且,这种设备需要很多保护措施来防护操作人员受到激光的辐射。

传统的漆包线连接方法除了上述预先去除绝缘薄膜工艺带来的诸多不便之外,钎焊也有其本身的缺点和局限。钎焊前必须对工件进行细致加工和严格清洗,除去油污和过厚的氧化膜,保证接口装配间隙。随着社会对环境问题的日益关注,对钎料和钎剂的要求也越来越苟刻。另外,由于钎烟燥点容易发生脱落失效,对被辉件的氧化和污染也比较严重,在某些场合如航空航天、医疗器械、核电设施等,不允许采用钎焊工艺。

缩醛漆包线漆包线的其他微连接工艺

激光微择接和激光软钎焊(Flashsoldering or Lasersoldering)

激光微接和激光软钎掉都是用激光作为热能将绝缘薄膜烧除,然后实现伟接的技术。用激光作为传接能源,热量集中,能够快速使漆包线的绝缘薄膜气化,无须预先去除绝缘薄膜而能直接实现对工件的连接。因为 接时间短,整个 接过程产生的高温来不及传导给周围器件,从而避免了爆接对元器件的热损伤。师文庆等通过3种不同的方式对激光直接伟接的方法进行了实验研究和理论分析,获得了直径为0.10 mm的极细铜芯漆包线在不去除绝缘漆的情况下直接焊接到银引脚上的方法和途径。Steimneier D 等通过电镜扫描等实验说明了激光软钎辉无需预先去除绝缘薄膜而能直接连接细小的漆包线,使漆包线和电子元器件终端形成持久、可靠接头的原因。BohmS等采用杨氏激光,证明了激光软钎辉适合各种漆包线的接,一般 接过程的平均时间只需20ms。激光软钎传属非接触辉接,不会给产品带来接触污染,同时也克服了传统钎挥钎料容易引起短路的问题,具有能同时除漆和焊接等优点,但激光掉接对煌件加工、组装、定位要求均很高,且燥接成本相对较高。它常用于片式或梁式引线的燥接,而不太适合细线间的接。

超声热压焊

超声波焊接是利用超声波的高频机械振动能量,对工件接头进行内部加热和表面清理,同时对工件施加压力来实现烟接的一种压煌方法。超声传主要用于IC芯片互连工艺中的引线键合,即用金线、锅线、或铜线实现芯片和引线框架之间电气连接因为预热能使超声键合接头性能更好,所以超声热压煌是超声波煌接的主流。芯片塑封时,具有一定长度的金属丝弧在塑封料流动冲击下会发生丝摆现象,由于目前采用的键合线表面通常没有绝缘层,间距变小容易引起相邻引线间短路,丝摆严重时将会导致金属线间发生接触从而导致短路lisj。近年来,随着微电子器件集成度的提高,微芯片的尺寸在不断缩小,芯片电路越来越复杂,引线线径越来越小,对丝摆现象的控制要求也越来越高II9]。采用漆包线进行引线键合连接可有效解决以上矛盾,并由此出现了 X-Wire技术2006年国际半导体技术蓝图(The 2006 ITRS Roadmap)认为漆包线是25 u m引线键合的潜在解决办法,特别是用漆包铜线来替代金线迅速成为当前研究的热点。Song, W. H. 等用表面没有绝缘薄膜的金线和有绝缘薄膜的金线作了对比实验,研究了它们在热影响区、金丝球的可变形性等方面的差别。Lee,Jaesik等从工艺参数的角度研究了表面有绝缘薄膜的金线的烧接性能。通过对劳刀的改进,有效地提高了漆包线在超声键合工艺中得接性能。

缩醛漆包线是世界上发展最早的品种之一,1930年已由德国、美国分别投放市场,苏联也发展很快,有聚乙烯醇缩甲醛和聚乙烯醇缩乙醛两种,我国也在60年代研究成功。该漆包线虽耐温等级低(105°C,120°C),但由于其具有优良的耐高温水解性能而广泛的应用于油浸变压器中,这一特性得到了世界各国的公证,我国仍有少量生产,特别是缩醛漆包扁线用来制作换位导线,用于大型变压器中。

缩醛漆包线缩醛线的工艺特点

缩醛漆分为大线漆和小线漆两种,大线漆具有较各种漆包线漆更大的粘度,适合于使用模具法在立式车上涂制,而细线漆则粘度小适合于在卧式漆包机上用毛毡法生产。多年来涂制大线漆的生产实践创造了使用模具法的很多经验,这种方法具有很多特点:

1.用模具法涂线时,当模具孔径配合适当以后,漆包线的漆层厚度可以保持长时间的稳定,不需象用毛毡法那样经常进行厚度的调整。

2.可使漆包线表面保持均匀光滑,很少出现不光、气泡、粒子等缺陷。在炉温、速度和铜线质量基本稳定的情况下,它比其他类型漆包线有更高的正品率。

3.模具法涂线时,可使用原漆,涂线的固体含量可提高,这样既可节约溶剂,又可减少调漆工艺。

4.模具在使用一段时间后也需要清洗,但一般可维持场天。与毛毡在使用天后即要更换相比,可减少换毛毡时的废丝,节约被毛毡吸收的漆液。

5.模具本身结构简单,成本很低,一套模具配好以后可应用七、八年或更长时间并不损坏,而毛毡每年在漆包线厂的消耗量却是相当可观的。

当然在缩醛大线的生产中如批量小,规格多,由于更换模具会给生产上带来一定困难,这也是实际存在的一个间题,但如象北京电力器材一厂那样,在生产安排上考虑更适当些,这种情况还是可以改变的。因此,从国内外的发展来看,模具法很有推广应用和加强研究的必要。

聚酯漆包线与缩醛漆包线在含水的变压器油中进行了模拟老化试验,以106~1100老化7天为一周期,试验结果证实聚酯漆包线在12个周期后,电气性能显著下降,而缩醛线仍保持了较好的性能。将各种漆包线按标准制成击穿电压的纹线试样,放入功30X20毫米的黄铜圆筒容器中,并加入1毫升经真空干燥处理的肠号变压器油,在1℃老化500小时后,测漆包线击穿电压之变化。

缩醛漆包线缩醛漆包线的特性和应用

缩醛漆包线是最早的高强度漆包线,具有较高的机械强度,能满足一般高速自动绕组装置对漆包线强度的要求;此外,它的漆膜又较柔软,对铜线也有良好的附着力,所以也能满足微电机端部整形的要求。但是它最大的特点是具有极优异的耐油性与耐热冲击性。

一般的高强度漆包线均有较好的耐油性,但在油浸式变压器中以及充油电机中,由于漆包线长期浸于高温密闭的油里,不同漆包线的耐油性则显然不同。从国外报导来看,美国在1963年的第4次绝缘材料会议上就作了这样的结论:在所有的试验中,不管是否用纸,聚醋漆包线的漆层全开裂了,它与变压器油系统是完全不相容的;相反,缩醛漆包线与聚丙烯酸系的漆包线(Loot)n在试验后较全面地保持了原有的性能。从日本1973年的报导来看,占漆包线品种总量30界的缩醛线主要用于油浸式变压器,而聚醋则较成功地在E级电机与干式变压器中获得了广泛的应用。在欧洲也是这样,油浸式变压器全部使用缩醛线。

漆包线是电机、电器和家用电器等产品的主要原材料,特别是近几年电力工业实现了持续快速增长,家用电器的迅速发展,给漆包线的应用带来较广阔的领域,随之而来的是对漆包线提出了更高的要求。为此漆包线的产品结构调正不可避免,与之配合的原材料(铜、漆),漆包工艺,工艺装备和检测手段等也急待开发研究。

漆包线,有时也叫电磁线(Magnetwire)或绝缘线(Insulatedwire),是一种表面覆有绝缘薄膜的导线。漆包线的导体部分一般是经退火处理的未掺杂的纯金属,特别是铜和招,某些场合也使用铜合金、金、银、镍、不锈钢等材料,根据工作电压和工作温度的不同,漆包线常采用聚氨酷、聚酷、聚酷亚胺、聚酰亚胺等聚合物作为绝缘薄膜材料。漆包线广泛应用于电子、电气、医疗器具和半导体的生产中(如传感器、变压器、线圈、绕组、植入电极、芯片互联引线等),充当内部基础元件的一部分,或者作为元件内外连接的导体介质。当作为内外连接的介质时,漆包线的末端必须和金属终端(如插片、针、箱等)实现电接触,并满足一定的力学性能、导电性能和耐温度疲劳性能等要求。因此,它们之间的连接性能直接影响到整个产品的性能。

外层采用聚酷漆的复合层漆包线,具有更高的耐热性。出人意料的是:复合层与单一涂层的聚酷相比.还具有较高的耐热性(300~500“C),因为在这种情况一下复合绝缘不是与低耐热性相比,而是与高耐热性的混合物相比。试验是采用直径为1.0毫米线制成的扭纹对试样,然后通以34安的电流,经过一段时间后进行击穿电压试验,取击穿电压降到1000伏的时间。获得如下结果:单一聚醋漆包线为5分钟,复合层为12~21钟在缩醛漆外面涂上聚酞亚胺漆。同样对扭绞对试样进行了耐压110伏的超负荷试验,当电流为37安时,缩醛漆为425次,外层为聚酞亚胺的复合层漆包线为2700次,聚酞亚胺漆包线为1900次。按照NEMAMW17一C明标准生产的外层为尼龙的复合层漆包线,按技术要求,复合层漆包线与单一涂层的缩醛漆包线相比没有更多的优越性 。

李福、徐进法 等。

上海电缆研究所、无锡锡洲电磁线有限公司等。