CN101535043A - 塑料-金属薄膜及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及塑料－金属薄膜及其制造方法，其通过等离子体处理，在塑料基材表面上产生反应性作用基，并在所述塑料基材上涂敷含有可同所述反应性作用基进行化学结合的反应性物质的粘合剂组合物，并将所述塑料基材和金属薄膜粘合，从而提高塑料基材和金属薄膜间的接合强度。

Description

塑料-金属薄膜及其制造方法
技术领域：
本发明涉及塑料-金属薄膜及其制造方法。特别涉及通过等离子体处理在塑料基材表面上生成反应性作用基，并通过粘合剂组合物接合所述塑料基材和金属薄膜，以提高所述塑料基材与金属薄膜间的接合强度的塑料-金属薄膜及其制造方法。其中，粘合剂组合物含有可同所述反应性作用基进行化学结合的硅烷类反应性物质。
背景技术：
随着电子装置的轻薄化，目前的印刷电路板(PCB，Printed CircuitBoard)中有很多部分被FCCL(Flexible Copper Clad Laminates，软性铜面基层板)取代。
在所述FCCL上使用的塑料材料需要即使在SMT(SurfaceMounting Technology，表面贴装技术)后的焊接温度下也要具有稳定的耐热性并具有可降低阻抗的低介电率等特性。而能够满足这些特性的代表性塑料材料有聚酰亚胺(Polyimide)、特氟纶(Teflon)、硅(Silicone)等材料。
但是上述塑料材料的表面疏水性(IIydrophobic Property)较强，在涂敷粘合剂时由于其固有的离型性，很难被接合到其它材料上，从而被剥离，也不易把金属薄膜轻松地接合到所述塑料材料上。
为了解决上述问题，并制造质量优异的FCCL，目前普遍被采用的方法如下：通过化学方法或电晕(Corona)、常压等离子体(Atmospheric Plasma)等电学方法蚀刻塑料基材表面后，采用化学真空蒸镀法(Chemical Vapor Deposition，CVD)蒸镀金属薄膜，或者在所述经蚀刻的塑料基材表面上涂敷硬化性物质后层压金属薄膜，之后硬化所述被涂敷的硬化性物质。
但是通过所述真空蒸镀法制造的塑料-金属薄膜由于其采用真空蒸镀方法将金属薄膜蒸镀到通过蚀刻增加了表面积的塑料基材上，因此被蒸镀的金属薄膜由于其金属挠性而被推到其受压方向。而且，当涂敷所述硬化性物质并层压金属薄膜后硬化时，由于通过简单的物理结合力来结合，因此如果反复施加温度冲击等，从而使之进行反复的弛缓及收缩，塑料基材与金属薄膜很容易被剥离。
发明内容：
技术问题：
本发明的目的是提供一种塑料基材与金属薄膜间具有优异的结合强度的塑料-金属薄膜。
本发明的另一个目的是提供一种所述塑料-金属薄膜的制造方法。
技术方案：
本发明所提供一种塑料-金属薄膜，其特征是，通过粘合剂组合物粘合表面上具有反应性作用基的塑料基材和金属薄膜，所述粘合剂含有同所述塑料基材的反应性作用基进行化学结合的硅烷类反应性物质。
而且，本发明提供了一种塑料-金属薄膜制造方法，包括以下步骤：
i)通过等离子体处理，在塑料基材表面上生成反应性作用基；及
ii)在所述塑料基材或金属薄膜上涂敷含有同所述反应性作用基进行化学结合的反应性物质的粘合剂组合物，并接合所述塑料基材和金属薄膜。
下面，按本发明的制造该薄膜的方法中的每个步骤，详细说明本发明。
i)通过等离子体处理，在塑料基材表面上生成反应性作用基。
在本步骤中，为了提高塑料基材和金属薄膜间的接合强度，对所述塑料基材表面进行等离子体处理。通过此处理，在所述塑料基材表面上生成反应性作用基，而所述反应性作用基可以是-OH、-OOH、-COOH、-C-O-、-C＝O、-O-C-O-等含氧反应性作用基。
但反应性作用基并不仅限于上述作用基，能够与将在后面提到的硅烷类反应性物质进行化学结合的作用基均可使用。
所述等离子体处理可以在常规条件下进行，但为了在塑料基材表面上有效地产生反应性作用基，优选在等于或低于1×10-3torr压力下进行。这是因为，若在高于所述压力的条件下进行等离子体处理，可能会因杂质而导致电弧放电(arc discharge)，或者由于散射而导致所产生反应性作用基密度下降的问题。
在所述等离子体处理中，无需特别限制注入离子枪(ion gun)的氧气和氩气含量，但所使用氧气和氩气重量比优选为1:1至4:1。
当产生等离子体时的施加电压越高，等离子体的放电密度也就越高，从而在塑料基材表面上产生的反应性作用基的量随之增多，因此所施加电压优选为10-4000W，更优选为100-3000W。
通常认为经过等离子体处理后会产生表面蚀刻，但如图1到图3所示，针对塑料基材进行等离子体处理之前(图1)、刚刚经过等离子体处理之后(图2)及经过等离子体处理后搁置24小时之后(图3)，所述塑料基材的表面接触角分别为109.46°、24.25°、40.37°。这表示经过上述等离子体处理的塑料基材表面上会产生反应性作用基，但随着时间的推移，所述反应性作用基会因与大气中的物质进行反应而减少。
由此可以确认，根据本发明对塑料进行等离子体处理后，会在其表面上产生反应性作用基。
所述塑料基材不受特别的限制，不仅可以使用表面上具有极性基的薄膜，还可以使用具有非极性基的烯烃类薄膜。特别优选用作电子材料的薄膜，优选聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚苯乙烯膜、聚酯膜、聚酰胺膜、聚酰亚胺膜(polyimide film)、聚碳酸盐膜(polycarbonate film)、四乙酰纤维素膜(tetra acetyl cellulose film)、特氟纶膜或硅薄膜等。
ii)将含有可同反应性作用基进行化学结合的反应性物质的粘合剂组合物涂敷到塑料基材或金属薄膜后，将所述塑料基材和金属薄膜粘合。
在本步骤中，将含有硅烷类反应性物质的粘合剂组合物涂敷到塑料基材或金属薄膜上后，将二者粘合。其中硅烷类反应性物质可和所述塑料基材表面上产生的反应性作用基进行化学结合。
所述粘合剂不受特别的限制，但可以采用包含丙烯酸类或乙烯基的液相硅类粘合剂。
而且，所述硅烷类反应性物质的代表物是由以下化学式1表示的化合物。
【化学式1】
(其中，R1表示氢或乙烯基；R2至R4表示碳原子数为1到18的烷基，或者末端具有环氧基且碳原子数为3到18的烷基。)
所述硅烷类反应性物质和通过等离子体处理在塑料基材上产生的反应性作用基进行化学结合，并与金属薄膜及粘合剂进行化学结合，因此和仅采用粘合剂的情况相比更能增加塑料基材和金属薄膜间的结合强度。
相对于粘合剂组合物总量，所述硅烷类反应性物质的含量可为0.1-30重量％，优选为0.5-15重量％。
若所述反应性物质的含量低于0.1重量％，其接合强度会下降；若超过30重量份，由于副产物，会产生气泡，因此接合强度也会下降。
所述粘合剂组合物可进一步包含锡类催化剂，从而使所述硅烷类反应性物质和所述塑料基材表面上的反应性作用基容易反应。所述锡类催化剂的代表物是以下化学式2所示化合物。
【化学式2】
Figure A200780040693D00081
(其中，R5至R8表示碳原子数为1到18的烷基。)
相对于含所述催化剂的粘合剂组合物总量，所述锡类催化剂的含量可为0.01-5重量％，优选为0.1-2重量％。
而且根据需要，所述粘合剂组合物还可进一步包含硬化剂、无机填料(filler)及物理性质改良剂等。
而且所述金属薄膜不受特别的限制，但可以是选自铜、铝、镍及铬中的至少一种金属。
而且，为了提高与被粘物之间的粘合力，可采用硫酸等化合物来氧化所述金属薄膜的某一表面，但也可以不受这种限制。
在金属薄膜或塑料基材中的某一个上涂敷该粘合剂组合物，并将二者层压后，在80-150℃温度下将其硬化。
所述粘合剂组合物的涂敷厚度可以是约1-100μm。
附图说明：
以下接合附图说明本发明的优选实施例，以便突出本发明的上述目的和其它目的、特点和优点，其中：
图1是表示进行等离子体处理之前的塑料基材表面接触角的图片。
图2是表示本发明中刚刚经过等离子体处理之后的塑料基材表面接触角的图片。
图3是表示本发明中经过等离子体处理后搁置24小时之后的塑料基材表面接触角的图片。
具体实施方式：
下面，结合附图详细说明本发明的实施例。
[实施例]
实施例1
通过等离子体处理装置在特氟纶(Teflon)薄膜表面上生成反应性作用基。所述等离子体处理装置所使用的氧气和氩气的重量比为4:1，所施加电压为1000V/0.2-1.0A(200-1000W)。
然后把由丙烯酸类粘合剂99.4重量份、由上述化学式1表示的硅烷类反应性物质(其中R1至R3表示甲基，R4表示丙烯酰基(acrylbase))0.5重量份、由上述化学式2表示的锡类催化剂(其中R5至R6表示丁基，R7至R8表示十二烷基)0.1重量份组成的粘合剂组合物以5μm厚度涂敷于经所述等离子体处理的特氟纶(Teflon)薄膜表面上，并在其上层压12μm厚度的铜箔后，在100℃温度下硬化5分钟，制备塑料-金属薄膜。
实施例2
除了使用由丙烯酸类粘合剂69.9重量份、硅烷类反应性物质30重量份及锡类催化剂0.1重量份组成的粘合剂组合物外，采用了和实施例1相同的方法制备塑料-金属薄膜。
实施例3
在上述实施例1中，除了使用由丙烯酸类粘合剂84.9重量份、硅烷类反应性物质15重量份及锡类催化剂0.1重量份组成的粘合剂组合物外，采用了和实施例1相同的方法制备塑料-金属薄膜。
实施例4
除了使用由丙烯酸类粘合剂83重量份、硅烷类反应性物质15重量份及锡类催化剂2重量份组成的粘合剂组合物，并对厚度为12μm的铜薄膜的一面进行氧化处理外，采用了和实施例1相同的方法制备塑料-金属薄膜。
实施例5
除了使用由包含乙烯基的液相硅75重量份以取代丙烯酸类粘合剂，硅烷类反应性物质0.5重量份、锡类催化剂0.1重量份，且在此基础上再使用硬化剂[聚甲基羟基硅氧烷-二甲基硅氧烷共聚物(poly(methyl hydrosiloxane-co-dimethyl siloxane)]3重量份、无机填料氧化铝20重量份、铂类硬化催化剂0.5重量份及物理性质改良剂硅石纳米粒子0.9重量份组成的粘合剂组合物外，采用了和实施例1相同的方法制备塑料-金属薄膜。
[比较例]
比较例1
将由丙烯酸类粘合剂99.4重量份、硅烷类反应性物质0.5重量份及锡类催化剂0.1重量份组成的粘合剂组合物以50μm厚度涂敷于未经等离子体表面处理的特氟纶(Teflon)薄膜表面，并在其上层压12μm厚度的铜箔后，在100℃温度下硬化5分钟，制备塑料-金属薄膜。
比较例2
除了使用未包含硅烷类反应性物质及锡类催化剂的丙烯酸类粘合剂100重量份外，采用了和比较例1相同的方法制备塑料-金属薄膜。
[实验例]
测试由所述实施例1-5及比较例1、2制得的塑料-金属薄膜是否被剥离，实验条件和时间为i)刚刚制造后；ii)制造后经过24小时；iii)制造后分别经过100小时、500小时、1000小时，温度为120℃，实验结果请看表1。
[表1]
Figure A200780040693D00111
[工业实用性]
根据利用本发明制备的塑料-金属薄膜，通过等离子体处理在塑料基材表面上产生反应性作用基，并在粘合剂组合物中加入了一定量的硅烷类反应性物质，因此所述硅烷类反应性物质和所述塑料基材表面的反应性作用基进行化学结合，由此可以大幅提高塑料基材和金属薄膜间的结合强度。

Claims (9)

1、一种塑料-金属薄膜，其特征在于，通过粘合剂组合物粘合表面上具有反应性作用基的塑料基材和金属薄膜，所述粘合剂组合物含有同所述塑料基材的反应性作用基进行化学结合的硅烷类反应性物质。
2、根据权利要求1所述的塑料-金属薄膜，其特征在于：其中所述塑料基材为选自聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚碳酸盐、四乙酰纤维素、特氟纶及硅中的至少一种。
3、根据权利要求1所述的塑料-金属薄膜，其特征在于：其中所述硅烷类反应性物质具有以下化学式1所示结构：
[化学式1]
其中，R1表示氢或乙烯基，R2至R4表示碳原子数为1至18的烷基、或碳原子数为3到18、末端具有环氧基的烷基。
4、根据权利要求1所述的塑料-金属薄膜，其特征在于：其中在所述粘合剂组合物总量中，所述硅烷类反应性物质的重量百分比为0.1-30％。
5、根据权利要求1所述的塑料-金属薄膜，其特征在于：所述粘合剂组合物进一步含有由以下化学式2表示的锡类催化剂，
[化学式2]
Figure A200780040693C00022
其中，R5至R8表示碳原子数为1至18的烷基。
6、根据权利要求5所述的塑料-金属薄膜，其特征在于：其中在所述粘合剂组合物总量中，所述锡类催化剂的重量百分比为0.01-5％。
7、根据权利要求1所述的塑料-金属薄膜，其特征在于：其中所述金属薄膜为选自铜、铝、镍及铬中的至少一种。
8、一种塑料-金属薄膜的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
i)通过等离子体处理，在塑料基材表面上生成反应性作用基；及
ii)在所述塑料基材或金属薄膜上涂敷含有同所述反应性作用基进行化学结合的反应性物质的粘合剂组合物，并接合所述塑料基材和金属薄膜。
9、根据权利要求8所述的塑料-金属薄膜的制造方法，其特征在于：在低于1×10-3torr的低压条件下进行所述等离子体处理。
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