CN101340774A

CN101340774A - 柔性无胶覆铜板及其制备方法

Info

Publication number: CN101340774A
Application number: CNA2008100632970A
Authority: CN
Inventors: 金浩; 王德苗; 任高潮; 顾为民; 冯斌
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2008-08-01
Filing date: 2008-08-01
Publication date: 2009-01-07

Abstract

本发明提供一种柔性无胶覆铜板及其制备方法；它包括柔性绝缘基板和铜晶粒层，所述柔性绝缘基板的两个面至少有一个为经过等离子处理的面，其特征在于在柔性绝缘基板等离子处理的面上镀覆有过渡层，在过渡层镀覆上有铜晶粒层，所述过渡层为二氧化硅薄膜层，其厚度为20－200nm，在铜晶粒层之上，可按照实际使用需要，采用电镀方法覆合上层铜层；本发明与现有技术相比具有铜和聚合物薄膜的结合力强、可靠性好、使用寿命长、和便于光刻腐蚀等优点，它是制作柔性印制电路板的理想材料之一。

Description

柔性无胶覆铜板及其制备方法

技术领域：

本发明涉及一种柔性覆铜板及其制备方法，特别是柔性无胶覆铜板及其制备方法。

技术背景：

柔性无胶覆铜板用来制作柔性印制电路板，可广泛应用于电子行业。美国专利6171714(中国专利ZL97190378.6)公开了一种柔性无胶覆铜板，其包括具有等离子处理表面的聚合物薄膜、粘附在上述等离子处理表面上的由镍或镍合金构成的粘结层、粘附在上述镍或镍合金粘结层上的铜晶粒层，以及可选的沉积于上述铜晶粒层上的另一层铜。其中镍合金的合金金属成分选自Cu、Cr、Fe、V、Ti、Al、Si、Pd、Ta、W、Zn、In、Sn、Mn、Co、或两种或两种以上上述金属的混合物。

中国专利ZL200410024098.0公开了一种柔性无胶覆铜板的制备方法，其特征在于在聚酰亚胺膜、聚酯膜或聚丙烯膜基体上真空镀铜、镍、金、银金属做导体，再连续复合镀铜、镍、金、银金属层。

申请中的中国专利(申请号：200580034530.7)公开了一种2层柔性基板，其特征在于，在绝缘体薄膜的至少单面上不经粘结剂直接形成基底金属层，接着在该基底金属层上形成铜覆盖膜层，上述基底金属层是由干镀法形成的，主要含有铬的比例是4～22重量％、钼的比例是5～40重量％、剩余部分为镍的镍-钒-钼合金，基底金属层膜厚3～50nm。

申请中的中国专利(申请号：200580034536.4)公开了一种2层柔性基板，其特征为，在绝缘体薄膜的至少一面上不经粘结剂直接形成基底金属层，接着在该基底金属层上形成铜覆盖膜层，上述基底金属层是由干镀法形成的，主要含有钒的比例是4～13重量％、钼的比例是5～40重量％、剩余部分为镍的镍-钒-钼合金，基底金属层膜厚3～50nm。

上述公开的四个专利具有一个共同的特征是：在绝缘薄膜上先形成一层金属过渡层，再在金属过渡层之上形成铜层，过渡层金属材料选择的不同是四个专利的最大区别。金属过渡层的目的是用来匹配绝缘薄膜与铜层的热膨胀系数。然而，采用金属作为过渡层有其不足之处：

由于印制电路板制作时需要采用光刻腐蚀工艺，而过渡层金属的腐蚀液配方往往与铜的腐蚀液配方不同，因此，增加了电路制备时工艺的复杂度，并且，腐蚀中极易造成线条的过蚀、残留或损伤。直接在有机薄膜上溅射过渡层金属膜时，容易造成有机物分解，会不同程度地破坏有机薄膜的绝缘性能，且分解的有机物影响金属过渡层的电导率，并使金属过渡层与有机薄膜之间地结合力下降。若如专利ZL200410024098.0所述，过渡层也采用铜，则在有机薄膜上直接镀覆铜膜制作完印制电路后，随着有机分子的扩散，铜膜线条的电导率和结合率都会逐步变差，严重影响电路的可靠性。

发明内容：

本发明的目的在于：提供一种绝缘强度高、结合力强、可靠性好、便于光刻腐蚀的柔性无胶覆铜板及其制备方法。

本发明所述柔性无胶覆铜板是采用这样的技术解决方案实现的：它包括柔性绝缘基板和铜晶粒层，所述柔性绝缘基板的两个面至少有一个为经过等离子处理的面，其特征在于在柔性绝缘基板等离子处理的面上镀覆有过渡层，在过渡层镀覆上有铜晶粒层，所述过渡层为二氧化硅薄膜层，其厚度为20～200nm。

本发明所述柔性无胶覆铜板的制备方法是采用这样的步骤实现的：其特征在于包括选择柔性绝缘基板、柔性绝缘基板表面的等离子处理、镀覆过渡层和镀覆铜晶粒层步骤；各步骤的具体内容如下：

选择柔性绝缘基板：按照要求，由市场购得合适的柔性绝缘基板；

柔性绝缘基板表面的等离子处理：将柔性绝缘基板放置在在线等离子处理器中，并至少对柔性绝缘基板的一面作等离子处理；或采用市售的已经过等离子处理的聚合物薄膜商品；

镀覆过渡层：在等离子处理过的柔性绝缘基板表面镀覆一层二氧化硅过渡层，其厚度为20～200nm；所述过渡层是采用溅射、真空蒸发、溶胶-凝胶、化学气相沉积中的任一种方法覆合在等离子处理过的柔性绝缘基板的表面；

镀覆铜晶粒层：在二氧化硅过渡层上，采用溅射和真空蒸发方法中的一种方法镀覆一层厚度为100nm～2um的铜晶粒层；

在所述铜晶粒层之上，可按照实际使用需要，采用电镀方法覆合上层铜层。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1.铜与聚合物薄膜的结合力强。因晶格常数不匹配等原因，直接在聚合物膜表面难以形成具有一定抗拉强度的铜薄膜层，而二氧化硅与聚合物膜、二氧化硅与铜都具有良好的结合力，因此，用二氧化硅作聚合物膜与铜膜之间的粘结、过渡层，能制备出具有强抗拉强度的柔性无胶覆铜板。

2.可靠性好，使用寿命长。由于二氧化硅具有阻挡作用，能有效阻挡铜原子与聚合物的相互扩散，从而大大提高了覆铜板的可靠性与使用寿命。

3.便于光刻腐蚀。本发明的无胶柔性覆铜板是单一铜膜覆铜板，不含其它金属，可大大简化光刻腐蚀工艺，有效防止穿蚀、过蚀等不良现象的发生。

附图说明

图1是本发明的柔性无胶覆铜板的结构示意图。

具体实施方式

本发明所述柔性无胶覆铜板包括柔性绝缘基板1和铜晶粒层3，所述柔性绝缘基板1的两个面至少有一个为经过等离子处理的面，在柔性绝缘基板1等离子处理的面上镀覆有过渡层2，在过渡层2镀覆上有铜晶粒层3，所述过渡层2为二氧化硅薄膜层，其厚度为20～200nm；

所述柔性绝缘基板1由1～3层聚合物薄膜覆合而成，其厚度为6～150um；所述聚合物薄膜由聚酰亚胺系薄膜、聚酰胺系薄膜、聚酯系薄膜、聚四氟乙烯系薄膜、聚苯硫醚系薄膜、聚萘二甲酸乙二醇系薄膜中1～3种聚合物薄膜覆合而成，各层薄膜的厚度为2～150um；所述铜晶粒层3厚度为100nm～2um；在所述铜晶粒层3之上，可按照实际使用需要覆合有上层铜层4，该上层铜层4的厚度为500nm～70um。

本发明所述柔性无胶覆铜板的制备方法包括选择柔性绝缘基板1、柔性绝缘基板1表面的等离子处理、镀覆过渡层2和镀覆铜晶粒层3步骤；各步骤的具体内容如下：

选择柔性绝缘基板1：按照要求，由市场购得合适的柔性绝缘基板1；

柔性绝缘基板1表面的等离子处理：将柔性绝缘基板1放置在在线等离子处理器中，并至少对柔性绝缘基板1的一面作等离子处理；或采用市售的已经过等离子处理的聚合物薄膜商品；如Dupont公司的Kapton FPC等；对柔性绝缘基板1表面进行等离子处理的作用在于增强后续膜层与其的结合力，分散膜层应力；

镀覆过渡层2：在等离子处理过的柔性绝缘基板1表面镀覆一层二氧化硅过渡层2，其厚度为20～200nm；所述过渡层2是采用溅射、真空蒸发、溶胶-凝胶、化学气相沉积中的任一种方法覆合在等离子处理过的柔性绝缘基板1的表面；

镀覆铜晶粒层3：在二氧化硅过渡层2上，采用溅射和真空蒸发方法中的一种方法镀覆一层厚度为100nm～2um的铜晶粒层3。

根据需要，在镀覆铜晶粒层步骤获得的铜晶粒层3上，采用电镀的方法镀覆上层铜层4，其厚度为500nm～70um。

实施例1：

聚酰亚胺薄膜柔性无胶覆铜板，方法如下：

1.基体：聚酰亚胺薄膜，厚度25um，宽度500mm；

2.单面在线等离子处理；

3.射频磁控溅射沉积SiO₂薄膜：500W射频电源，SiO₂柱形靶，Ar为工作气体，O₂为反应气体，室温沉积，本底气压5×10^-4Pa，工作气压3×10^-1Pa，SiO₂膜厚20nm；

4.直流磁控溅射沉积Cu膜：1Kw直流电源，Cu柱形靶，Ar为工作气体，室温沉积，本底气压5×10^-4Pa，工作气压3.5×10^-1Pa。Cu膜厚2um；

5.采用IPC-TM-650试验方法2.4.9中方法B和方法D，分别测得铜膜的初期抗剥强度和耐热抗剥强度为0.83N/mm和0.71N/mm；

6.采用IPC-TM-650试验方法2.4.13中方法B，通过288℃10s时间的焊锡浸润测试。

实施例2：

聚酯薄膜柔性无胶覆铜板，方法如下：

1.基体：聚酯薄膜，厚度50um，宽度250mm；

2.双面在线等离子处理；

3.双面射频磁控溅射沉积SiO₂薄膜：500W射频电源，SiO₂柱形靶，Ar为工作气体，O₂为反应气体，室温沉积，本底气压5×10^-4Pa，工作气压3×10^-1Pa；SiO₂膜厚35nm；

4.双面直流磁控溅射沉积Cu膜：1Kw直流电源，Cu柱形靶，Ar为工作气体，室温沉积，本底气压5×10^-4Pa，工作气压3.5×10^-1Pa。Cu膜厚1um。

5.双面电镀Cu膜：加厚Cu层厚度，使之达到12um；

6.采用IPC-TM-650试验方法2.4.9中方法B和方法D，分别测得铜膜的初期抗剥强度和耐热抗剥强度为0.78N/mm和0.65N/mm；

7.采用IPC-TM-650试验方法2.4.13中方法B，通过288℃10s时间的焊锡浸润测试。

Claims

1、柔性无胶覆铜板，包括柔性绝缘基板和铜晶粒层，所述柔性绝缘基板的两个面至少有一个为经过等离子处理的面，其特征在于在柔性绝缘基板等离子处理的面上镀覆有过渡层，在过渡层镀覆上有铜晶粒层，所述过渡层为二氧化硅薄膜层，其厚度为20-200nm。

2、根据权利要求1所述的柔性无胶覆铜板，其特征在于所述柔性绝缘基板由1～3层聚合物薄膜覆合而成，其厚度为6～150um。

3、根据权利要求1所述的柔性无胶覆铜板，其特征在于所述聚合物薄膜由聚酰亚胺系薄膜、聚酰胺系薄膜、聚酯系薄膜、聚四氟乙烯系薄膜、聚苯硫醚系薄膜、聚萘二甲酸乙二醇系薄膜中1～3种聚合物薄膜覆合而成，各层薄膜的厚度为2～150um。

4、根据权利要求1所述的柔性无胶覆铜板，其特征在于所述铜晶粒层厚度为100nm～2um。

5、根据权利要求1所述的柔性无胶覆铜板，其特征在于在所述铜晶粒层上覆合有上层铜层，该上层铜层的厚度为500nm～70um。

6、柔性无胶覆铜板的制备方法，其特征在于包括选择柔性绝缘基板、柔性绝缘基板表面的等离子处理、镀覆过渡层和镀覆铜晶粒层步骤；各步骤的具体内容如下：

镀覆过渡层：在等离子处理过的柔性绝缘基板表面镀覆一层二氧化硅过渡层，其厚度为20-200nm；

镀覆铜晶粒层：在二氧化硅过渡层上，采用溅射和真空蒸发方法中的一种方法镀覆一层厚度为100nm～2um的铜晶粒层。

7、根据权利要求6所述的柔性无胶覆铜板的制备方法，其特征在于所述镀覆过渡层步骤是采用溅射、真空蒸发、溶胶-凝胶、化学气相沉积中的任一种方法将过渡层覆合在等离子处理过的柔性绝缘基板的表面。

8、根据权利要求6所述的柔性无胶覆铜板的制备方法，其特征在于在镀覆铜晶粒层步骤获得的铜晶粒层上，采用电镀的方法镀覆上层铜层，其厚度为500nm～70um。