[发明专利]测定聚合物固化程度的无损检验方法

说明书

本发明涉及一种测定聚合物固化程度的无损检验方法。该方法尤其适合于聚合物薄膜或涂层发生固化的流水线制造工艺过程，例如，适用于制造多层印刷电路板。

在许多制造工艺过程中，保证能均匀而且重复再现地固化一个聚合物体系对生成的产品而言，即使不是决定性的，也是十分重要的。到目前为止测定聚合物固化程度的方法不仅费时间，而且有破坏性，不能用于在线测量。例如，一种现有技术方法是对聚合物薄膜进行溶剂抽提，测量溶解在溶剂中的未固化聚合物的重量，且与固化的和未固化的聚合物的总重进行比较，计算出溶解度百分数（%Sol）;另外，测定聚合物的玻璃化转变温度Tg，Tg直接与聚合程度有关。

在高密度多层印刷电路板的生产中，采用能光固化的聚合物介电薄膜来隔离导电层，最为关心的是，在进行叠层、形成电路和施用焊料掩膜等操作之前能够对电路板进行检验，以保证每块电路板质量的一致性以及保证达到合适的固化程度。在不同层中的导电通路由介电层中的光固化的微小通路有选择性地相互连接形成的。这些光固化介电层中所达到的固化程度对于多层印刷电路板的适当操作具有决定性的作用。而且，对用于这样的电路板中的可光固化聚合物层的固化程度进行有效的测试，能够提高产品的合格率。

1972年7月25日批准的美国专利第3679309号描述了一种测量荧光分子的分子取向的方法，但该专利没有提出任何有助于确定聚合物固化程度的方法（在对本发明讨论之后就会了解到该项先有技术的相关性。

现在，我们已发明了一种无损检验用的光学装置，可用来测定聚合物的固化程度，这种光学装置在生产工艺过程中可以进行在线实时检测，并以此来控制工艺过程。

在待固化的聚合物体系中，包含有少量的相容且无反应性的荧光材料（荧光团）。用线性或平面偏振光来激发聚合物中的荧光团，这种偏振光波长可使荧光团受激发发出荧光。在相对于激发射线的两个预定角度上测定从荧光团发射出的荧光，由这些测量来确定聚合物基体中荧光材料的自由旋转空间。因为随着聚合物产生固化及交联，荧光团旋转的能力会逐渐降低，因此，这种测定可用作聚合物固化程度的精确无损检验方法。这种实测量既可与事先确定的标准相比较，以获得一个固定程度和绝对值，又可以仅用于相对比较或保持整个生产工艺过程均匀一致的固化程度。

此外，本方法可用于控制聚合物的固化程度，将测试装置的输出加到一个诸如比较器的装置上，使能用来控制聚合物的固化程度。这个比较器与能将聚合物固化程度控制在一个预定水平上的装置连接起来。例如，比较器的输出与固化装置连接，该输出便用来启动、不启动或控制固化装置，以便控制固化条件，例如在用光化射线固化光敏聚合物的情况下，控制射线剂量或功率：或在用热固化聚合物的情况下，控制温度的循环变化。

图1为可用于测定聚合程度的设备的简单原理图。

图2为一种光敏聚合物在高强度和低强度光幅照情况下发生固化时，其极化值与光敏聚合物固化时间之间的函数曲线图，由此可测定固化程度。

图3为对如图2所示的同样聚合物固化时其浓解度百分数（破坏性溶剂抽提试验）与固化时间之间的函数曲线图，由此可表示其固化程度。

图4为以对应薄膜厚度校正过的极化值为纵座标，图2的重制曲线。

图5是极化值与加进聚合物体系中TMPTA的重量百分数之间的函数曲线图，由此表示其固化程度。

图6是极化值与固化时间之间的函数曲线图，由此表示聚合物的固化程度。

总的来说，我们已经表明，例如一种溶解于单体、低聚物或聚合物中的荧光染料，利用光学探测系统，通过测量荧光团的异向（A）或极化（P），可被用来无损监测聚合物的固化程度或聚合程度。进而该系统能用来控制一种装置以达到控制聚合程度的目的。这样一种方案对于监测印刷电路板上聚合物薄膜的固化特别有用。但应该知道，它的用途并不局限于此，事实上，它可在任何情况下应用于测定和/或控制聚合程度。尽管如此，它还是特别适用于聚合物薄膜。本方法是基于一种测量关系之上的，这种测量关系就是对聚合物固化过程中，由周围聚合物基体中的变化而引起对荧光团旋转运动产生相应限制的测量。随着聚合物固化，交联密度的增加导致产生一种限制荧光团运动的更紧密的基体。旋转自由度的减少引起受激荧光团荧光极化值的增加，该极化值由于荧光团在荧光状态寿命（tau）期间，运动受到更多的限制，将达到一个极限值（P₀）。把自动化比较器相接在一个反馈系统中（如图1所示），便可形成对有机聚合物涂层表面的在线测定和控制系统，而与所用的底材料无关。