CN106903944A - 单、双面无胶挠性覆铜板及其制作方法 - Google Patents

单、双面无胶挠性覆铜板及其制作方法 Download PDF

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Abstract

一种生产工艺用时短、铜箔与软板之间结合强度高且在生产过程中有利于提高良率、产率和在以后的使用过程中贴装元器件时减少鼓泡、软板铜箔错位废品的单、双面无胶挠性覆铜板及其制作方法。双面无胶挠性覆铜板由已制作好的两张单层无胶挠性覆铜板在300℃‑400℃和压力为60‑120吨/cm2的条件下经热压合构成的五层绝缘基层。其在热压合阶段可以大大缩短压合前的预热过程和压合时的压合温度，提高生产效率，降低能量消耗。生产效率可提高5－10倍。而且，产品平整性能好，鼓泡不良大大减少。

Description

单、双面无胶挠性覆铜板及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种单、双面无胶挠性覆铜板(简称FCCL)及制造方法，特别涉及一种在双面铜箔之间叠置有至少三层热塑性聚酰亚胺层的双面无胶挠性覆铜板及制造方法。
背景技术
目前全球电子产业的发展趋势向轻薄短小、高耐热性、多功能性、高密度化、高可靠性、且低成本的方向发展，因此基板的选用就成为很重要的影响因素。而良好的基板必须具备高热传导性、高尺寸安定性、高遮色效果、高散热性、高耐热性及低热膨胀系数的材料特性。聚酰亚胺树脂热稳定性高且具有优异的散热性、机械强度、及粘着性，常运用于多种电子材料，如用于软性印刷电路板(Flexible Printed Circuit)。
而由聚酰亚胺(包括多层热塑性聚酰亚胺,简称TPI，和多层热固性聚酰亚胺，简称PI)作为介于双铜箔层1之间的绝缘膜(软板2)而构成的双面无胶挠性覆铜板投入市场至今，约10年时间，大致分如下二代产品：
1、第一代产品周期在5-7年，其是将铜箔层1、由TPI+PI+TPI事先制作好的软板2和另一铜箔层1同时送入压合机，经热压后构成双面无胶挠性覆铜板(参阅图1所示)。
优点：实现无胶双面铜板。
缺点：
1)生产过程中工艺控制难度大，由于将三张板(二张铜板和一张软板2)同时送入压合机热压，因此，设备张紧装置(即三张板的收卷装置)的张力控制难度大，在压合较长的覆铜板时，易产生折皱。
2)压合时，收卷速度不宜过快，否则易导致成品不平整，因此，控制速度在1-3米/分钟，致生产效率低下。
2、第二代产品沿用至今，如中国实用新型专利(专利号为：CN200720138928，名称为《无接着剂型双面铜箔基板》)揭示的一种双面无胶挠性覆铜板(参阅图2、3所示)。
其是利用喷头以机械喷涂手段在铜箔层1的一表面涂敷一层PI层(热固性聚酰亚胺层)，采用风干手段将该PI层固化，之后，再在PI层上采用上述涂敷和风干手段形成TPI层(即热塑性聚酰亚胺层)，构成单层无胶挠性覆铜板。
将上述两张单层无胶挠性覆铜板，以第一张中的TPI层与第二张中的TPI层相接贴合的方式，采用连续高温预热并在氮气环境下高温压合后构成无接着剂型双面铜箔基板(即第二代产品，其实为由Cu+PI+TPI+TPI+PI+Cu叠置的五层结构，其中间的两层TPI经热压后形成一层)。
优点：由于PI与铜箔层之间的热膨胀系数差值较小，因此，其解决了第一代产品分层爆板的缺陷。另外，由于送入压合机的是两张单层无胶挠性覆铜板，压合时，对收卷设备张力的调整相对一代产品而言好调些(少了一张软板2)，因此，收卷速度较一代产品快些，由此，相对的提高了生产效率，通常，其收卷速度在3-5米/分钟。
缺点：
1)由于PI的玻璃化转变温度(简称Tg温度)太高，所以其与铜层之间的剥离力偏低(剥离力又称剥离强度，其是指粘贴在一起的材料，从接触面进行单位宽度剥离时所需要的最大力，它反应材料之间的粘结强度)。
如此，PI与铜箔层1之间的剥离力偏低，容易导致线路脱落，特别是在导电线路为细线路时。
2)高温压合速度慢导致生产效率低。
由于PI层的玻璃化转变温度很高，通常在摄氏380度以上，在将两张单层无胶挠性覆铜板压合成无接着剂型双面铜箔基板时，若压合时的温度较低，处于Tg温度以下的PI层与铜箔层1之间近乎刚性粘贴结构(此时的PI层为玻璃态)，在高压辊压时，其间极易产生错位剥离，因此，为了避免出现剥离废品，需要在压合前对单层无胶挠性覆铜板进行由低温至高温的预热过程(压合时的温度通常需在摄氏400度以上)，这样将导致生产能耗加大。
由于预热过程是在单层无胶挠性覆铜板进带速度较慢的情况下完成的，因此，导致其生产效率不高(若进带速度过快，在PI层刚性程度较强的情况下强行压合，会导致所构成的无接着剂型双面铜箔基板平整度差且结合力低)。
3)用户使用上述无接着剂型双面铜箔基板过程中，在贴装元器件高温打件或过回流焊时，容易产生鼓泡。
其原因是：高温打件或过回流焊时的温度在摄氏280度左右，而PI层的Tg温度在摄氏380度以上，此时，PI层的刚性程度较强(此时PI层为玻璃态，相较于其在Tg温度以上的高弹态而言，刚性程度较强)，由于PI层与铜层之间的剥离力偏低，因此，在一定压力的作用和高温热冲击下，刚性的PI层与铜箔层1易产生分离，即所述的鼓泡。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种生产工艺用时短、铜箔与软板之间结合强度高且在生产过程中有利于提高良率、产率和在以后的使用过程中贴装元器件时减少鼓泡、软板铜箔错位废品的单、双面无胶挠性覆铜板及其制造方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
本发明的单层无胶挠性覆铜板，包括铜箔层和固接在该铜箔层一表面上的绝缘基层，其特征在于：所述绝缘基层依次为第一热塑层、热固层和第二热塑层的复合层，其中，热固层分别与第一热塑层、第二热塑层的相接面为相互交融的渗透层；所述第一热塑层与第二热塑层为热塑性聚酰亚胺层，热固层为热固性聚酰亚胺层。
第一热塑层厚度为1μm至5μm，第二热塑层的厚度为1μm至5μm；热固层的厚度为3μm至20μm。
第一热塑层与所述铜箔层之间的剥离强度不小于1.0kgf/cm。
第一热塑层和第二热塑层的Tg温度低于330℃，热固层的Tg温度高于380℃。
所述铜箔层为压延铜箔、电解铜箔和高延展铜箔中的一种，且该铜箔的厚度为7.5μm-35μm。
本发明的双面无胶挠性覆铜板，其由本发明的所述单层无胶挠性覆铜板以其中的第二热塑层相接的方式在300℃-400℃和压力为60-120吨/cm2的条件下经热压合构成的五层绝缘基层的双面覆铜板，其分别依次为顶层铜箔、热塑上层、热固上层、热塑中层、热固下层、热塑下层和底层铜箔，其中，热塑中层由两层所述的第二热塑层经热压合融为一体构成；热固上层分别与热塑上层、热塑中层的相接面为相互交融的渗透层，热固下层分别与热塑中层、热塑下层的相接面为相互交融的渗透层。
本发明的双面无胶挠性覆铜板的制作方法，有以下步骤：
1)制作单层无胶挠性覆铜板：
使用包含放卷、涂布、干燥和收卷功能于一体的涂布机，将热塑性聚酰亚胺和热固性聚酰亚胺的液态分散体采用一次或多次涂布方式，在铜箔层的一表面上形成第一热塑层、热固层和第二热塑层；
2)制作双面无胶挠性覆铜板：
将两张制作好的所述单层无胶挠性覆铜板，以其中的第二热塑层相接的方式在300℃-400℃和压力为60-120吨/cm2的条件下，以1-30m/min的速度压合构成五层绝缘基层的双面覆铜板，其分别依次为顶层铜箔、热塑上层、热固上层、热塑中层、热固下层、热塑下层和底层铜箔，其中，热塑中层由两层所述的第二热塑层经热压合融为一体构成；热固上层分别与热塑上层、热塑中层的相接面为相互交融的渗透层，热固下层分别与热塑中层、热塑下层的相接面为相互交融的渗透层。
本发明的方法中，所述单层无胶挠性覆铜板的长度范围在100m-5000m。
本发明的方法中，涂布热塑性聚酰亚胺和热固性聚酰亚胺的液态分散体所用的喷嘴采用三合一涂布喷嘴一次性将所述液态分散体喷涂至铜箔层表面，该喷嘴包括壳体、分别位于壳体前部和后部的出液头和供液接口，所述出液头的形状为扁平锥形体，在出液头的前端由上至下依次设有相互独立的上嘴、中嘴和下嘴，在所述供液接口处也设有三个与所述上嘴、中嘴和下嘴对应的液体进口；出液头至供液接口之间的壳体内腔为三个相互隔离的送液通道，所述的上嘴、中嘴和下嘴分别对应一个送液通道。
与现有技术相比，本发明的双面无胶挠性覆铜板是采用三合一涂布喷嘴一次性将TPI材料、PI材料和TPI材料依次涂布在单层铜箔上先构成单层无胶挠性覆铜板，然后，再将两张单层无胶挠性覆铜板压合在一起构成本发明的产品。从结构上讲，本发明由Cu+TPI+PI+TPI+TPI+PI+TPI+Cu六层构成，实际上，在压合后，中间的两层TPI融为一层，又由于所有的PI和TPI是在流动状态下一次性喷涂，所以相邻的TPI层与PI层之间会有微量级的相互渗透，由此，不仅使其热膨胀系数、玻璃化转变温度等特性在此渗透区发生渐变，而且使其间的结合力得到提升。另外，由于TPI层与铜箔层相接，而TPI的Tg温度在280度左右，无论是在生产阶段的热压合过程或者在以后使用时的高温打件或过回流焊过程中，因TPI层的温度≧Tg温度，其处于高弹态，因此，其与铜箔之间的相接面在受压情况下并不会出现刚性分层或错位现象，其间依然可以保持很高的粘结力。同样，TPI层与PI层之间的相接面也处于弹性相接状态，同理，在受压情况下也不会出现刚性分层或错位现象。该结构可使软板与铜箔之间的结合力提高60％。
本发明的双面无胶挠性覆铜板在热压合阶段可以大大缩短压合前的预热过程和压合时的压合温度，由此，既可以提高生产效率，又可以降低能量消耗。将两张单层无胶挠性覆铜板压合时，温度只需控制在TPI的Tg温度偏上即可，而生产速度(即单层无胶挠性覆铜板的进带速度)可提高至10－15米/分钟，与现有技术相比，生产效率可提高5-10倍。
由于压合时的温度不高，相应的，也解决了高温时软板与铜箔之间产生鼓泡的问题。提高产品的平整性能。同时，由于预热和压合过程温度不高，铜箔的刚性较强，压合前，收卷设备的张力容易调整到位且压合后铜箔冷缩效应小，由此可减少压合后双面无胶挠性覆铜板的板面不平整的问题。
附图说明
图1为第一代双面无胶挠性覆铜板的制造及结构示意图。
图2为第二代双面无胶挠性覆铜板中单层覆铜板的制造及结构示意图。
图3为第二代双面无胶挠性覆铜板制造及结构示意图。
图4为本发明的双面无胶挠性覆铜板中单层覆铜板的制造及结构示意图。
图5为本发明的双面无胶挠性覆铜板制造及结构示意图。
附图标记如下：
铜箔层1、软板2、涂布喷嘴3、烘干设备4、压机5、TPI层TPI、PI层PI。
具体实施方式
如图4、5所示，本发明的双面无胶挠性覆铜板是将事先制作好的单层无胶挠性覆铜板叠合在一起，再经热压合制成，其制作过程如下：
一、制作单层无胶挠性覆铜板
使用包含放卷、涂布、干燥和收卷功能于一体的涂布机，将热塑性聚酰亚胺(英文简称TPI)和热固性聚酰亚胺(英文简称PI)的液态分散体采用一次或多次涂布方式，在铜箔层1的一表面上形成与其固定连接的绝缘基层，该绝缘基层为依次叠置在一起的第一热塑层、热固层和第二热塑层。其中，所述第一热塑层与第二热塑层为热塑性聚酰亚胺层(简称TPI层，下同)，热固层为热固性聚酰亚胺层(简称PI层，下同)。
该绝缘基层可以采用三合一涂布喷嘴3一次性将上述三层涂布于所述铜箔层1表面上；也可以采用二合一涂布喷嘴3先将上述三层中的二层涂布于所述铜箔层1表面上，再将其中的另一层涂布于构成的二层外表面上；还可以按常规涂布方法一次一次的涂布，即按先后顺序依次涂布第一热塑层、热固层和第二热塑层。
第一热塑层厚度为1μm至5μm，第二热塑层的厚度为1μm至5μm；热固层的厚度为3μm至20μm。
第一热塑层与所述铜箔层1间的剥离强度不小于1.0kgf/cm。
第一热塑层和第二热塑层的Tg温度低于330℃，热固层的Tg温度高于380℃。
所述铜箔层1为压延铜箔、电解铜箔和高延展铜箔中的一种，且该铜箔层1的厚度为7.5μm-35μm。
所述单层无胶挠性覆铜板的长度范围在100-1000m。
本发明优先采用三合一涂布喷嘴3，该三合一涂布喷嘴3包括壳体、分别位于壳体前部和后部的出液头和供液接口，所述出液头的形状为扁平锥形体，在出液头的前端由上至下依次设有相互独立的上嘴、中嘴和下嘴，在所述供液接口处也设有三个与所述上嘴、中嘴和下嘴对应的液体进口；出液头至供液接口之间的壳体内腔为三个相互隔离的送液通道，所述的上嘴、中嘴和下嘴分别对应一个送液通道，每个送液通道输送一种所述的液态分散体。
上述涂布方式不论是采用一次涂布还是采用分次涂布，所述绝缘基层中各层之间在微观尺寸内形成相互交融的渗透层，由此，在层与层之间形成特性(如热膨胀系统、玻璃化转变温度)过渡区域(即热固层与第一热塑层的相接面，热固层与第二热塑层的相接面)。
二、制作双面无胶挠性覆铜板(如图5所示)
1、取两张制作好的所述单层无胶挠性覆铜板，以其中的第二热塑层相接的方式，将其端部穿过压机5的两个压辊之间的缝隙夹持在收卷机上。
2、对待压合的单层无胶挠性覆铜板加热至300℃-400℃。
3、调节两个压辊之间的压力到60-120吨/cm2。
4、采用1-30m/min的速度收卷。
5、即构成五层绝缘基层的双面覆铜板，其分别依次为顶层铜箔、热塑上层、热固上层、热塑中层、热固下层、热塑下层和底层铜箔，其中，热塑中层由两张单层无胶挠性覆铜板中的两层第二热塑层经热压合融为一体构成。

Claims (9)

1.一种单层无胶挠性覆铜板，包括铜箔层(1)和固接在该铜箔层(1)一表面上的绝缘基层，其特征在于：所述绝缘基层依次为第一热塑层、热固层和第二热塑层的复合层，其中，热固层分别与第一热塑层、第二热塑层的相接面为相互交融的渗透层；所述第一热塑层与第二热塑层为热塑性聚酰亚胺层，热固层为热固性聚酰亚胺层。
2.根据权利要求1所述的单层无胶挠性覆铜板，其特征在于：第一热塑层厚度为1μm至5μm，第二热塑层的厚度为1μm至5μm；热固层的厚度为3μm至20μm。
3.根据权利要求2所述的单层无胶挠性覆铜板，其特征在于：第一热塑层与所述铜箔层(1)之间的剥离强度不小于1.0kgf/cm。
4.根据权利要求2所述的单层无胶挠性覆铜板，其特征在于：第一热塑层和第二热塑层的Tg温度低于330℃，热固层的Tg温度高于380℃。
5.根据权利要求1所述的单层无胶挠性覆铜板，其特征在于：所述铜箔层(1)为压延铜箔、电解铜箔和高延展铜箔中的一种，且该铜箔(1)的厚度为7.5μm-35μm。
6.一种双面无胶挠性覆铜板，其特征在于：其由两张如权利要求1－5中任一项所述的单层无胶挠性覆铜板以其中的第二热塑层相接的方式在300℃-400℃和压力为60-120吨/cm2的条件下经热压合构成的五层绝缘基层的双面覆铜板，其分别依次为顶层铜箔、热塑上层、热固上层、热塑中层、热固下层、热塑下层和底层铜箔，其中，热塑中层由两层所述的第二热塑层经热压合融为一体构成；热固上层分别与热塑上层、热塑中层的相接面为相互交融的渗透层，热固下层分别与热塑中层、热塑下层的相接面为相互交融的渗透层。
7.一种双面无胶挠性覆铜板的制作方法，有以下步骤：
1)制作单层无胶挠性覆铜板：
使用包含放卷、涂布、干燥和收卷功能于一体的涂布机，将热塑性聚酰亚胺和热固性聚酰亚胺的液态分散体采用一次或多次涂布方式，在铜箔层的一表面上形成第一热塑层、热固层和第二热塑层；
2)制作双面无胶挠性覆铜板：
将两张制作好的所述单层无胶挠性覆铜板，以其中的第二热塑层相接的方式在300℃-400℃和压力为60-120吨/cm2的条件下，以1-30m/min的速度压合构成五层绝缘基层的双面覆铜板，其分别依次为顶层铜箔、热塑上层、热固上层、热塑中层、热固下层、热塑下层和底层铜箔，其中，热塑中层由两层所述的第二热塑层经热压合融为一体构成；热固上层分别与热塑上层、热塑中层的相接面为相互交融的渗透层，热固下层分别与热塑中层、热塑下层的相接面为相互交融的渗透层。
8.根据权利要求7所述的双面无胶挠性覆铜板的制作方法，其特征在于：所述单层无胶挠性覆铜板的长度范围在100m-5000m。
9.根据权利要求8所述的双面无胶挠性覆铜板的制作方法，其特征在于：涂布热塑性聚酰亚胺和热固性聚酰亚胺的液态分散体所用的喷嘴采用三合一涂布喷嘴(3)一次性将所述液态分散体喷涂至铜箔层(1)表面，该喷嘴包括壳体、分别位于壳体前部和后部的出液头和供液接口，所述出液头的形状为扁平锥形体，在出液头的前端由上至下依次设有相互独立的上嘴、中嘴和下嘴，在所述供液接口处也设有三个与所述上嘴、中嘴和下嘴对应的液体进口；出液头至供液接口之间的壳体内腔为三个相互隔离的送液通道，所述的上嘴、中嘴和下嘴分别对应一个送液通道。
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