CN108718479A - 一种液晶聚合物银浆的柔性电路基板及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种液晶聚合物银浆的柔性电路基板及其制备方法和应用，该柔性电路基板以液晶聚合物LCP薄膜为核心基板，采用干法处理对液晶聚合物LCP薄膜进行表面处理，干法处理方法为低温等离子体蚀刻方法，然后在其单面或双面涂布银浆，制作柔性电路基板，并制作成不同形状，与金属部件组成各种电子电路元器件。与现有技术相比，本发明能够显著改善金属层与液晶聚合物之间的粘结力，此外，可以作用在多层叠结构的聚合物基板间通孔实现导电性导通处理，进一步提高了液晶聚合物与金属层的粘结力。
Description
技术领域
本发明涉及一种柔性电路基板，尤其是涉及一种液晶聚合物银浆的柔性电路基板及其制备方法和应用。
背景技术
无线网络、卫星通讯的日益发展使得信息产品走向高速与高频化，传统的无线局域网已经不能满足用户对高速无线数据传输和多媒体数据宽带传输的需求。目前，无线频谱资源的瓶颈效应日益明显，低频段的系统和服务已接近饱和，导致其应用快速向微波、毫米波方向进展。人们在提高已有频谱利用率的同时，也在开发更宽的频带，超宽带技术和60GHz技术由于其超高速的数据传输能力，成为第五代无线通信技术的代表，引发了学术界和工业界的研究热潮。与此同时，高速、高频和宽带系统的趋势也刺激了微波、毫米波系统中集成技术以及封装基板的发展。目前可用于微波、毫米波系统的封装材料要么价格昂贵，要么高频性能不够优异。因此，开发性能优异，可满足各种要求的高频封装基板且在该基板上实现射频通讯天线功能已成为当务之急。
现有技术中柔性电路基板最常用的生产方式是将PI膜及Cu箔，搭配不同的高分子粘结剂(AD,Adhesive)用热压机完成其制造。其中，作为基材的PI膜的最大缺点是高的吸湿性有可能导致在高湿条件下柔性电路基板的可靠性降低，也包括水汽在高温时的蒸发所造成Cu层的剥离以及导致Cu层被氧化等现象。除此之外，PI薄膜吸潮后造成的捲曲现象，都会造成PI材料在使用方案的困扰。所以业界正持续努力开发新的高性能的高分子材料，以希望取代PI材料，其中最有影响的为液晶聚合物。
液晶聚合物(LCP,Liquid Crystal Polymer)材料具有聚合物材料和液晶的双重特性，其性能与其液晶态的分子排布密切相关。一般性地，液晶聚合物带有刚性链 (或半刚性链)，在一定条件下会形成取向结构，形成液晶的分子结构单元一般是棒状或板条状的，并且具有适合的长径比。图1给出了液晶聚合物的典型分子结构，可以看出，它主要由刚性和柔性单体组成，刚性单体给予了液晶聚合物优异的耐高温和机械性能，而柔性单体则有益于加工成型。正是分子中的刚性棒状结构是的液晶聚合物分子能够以液晶态存在。当液晶聚合物在液晶态流动时，其刚性单体会在剪切方向有序排列，这使得液晶聚合物产生了优异的特性。因此，若分子取向是双轴的液晶聚合物，则会具有好的横向(TD,TransverseDirection)和纵向(MD, Machine Direction,也称薄膜厚度方向)特性，这种双轴薄膜分子能够在横向和纵向两个不同方向上排列，而单轴薄膜分子只能在薄膜厚度方向上排列。这种双轴液晶聚合物薄膜非常适用于制作柔性电路基板。大多数用于基板的液晶聚合物产品是纯LCP薄膜，单面覆铜的LCP薄膜或双面覆铜的LCP薄膜。通常，熔点高的I 型LCP薄膜可以作为核心基板，而稍薄的且熔点低的II型LCP薄膜可以用作介电层(或者叫粘结层)，这样制作成多层LCP基板，液晶聚合物基板由于其优异的电性能、热性能、物理性能、机械性能以及化学性能，已经引起了业界的广泛关注。然而，液晶聚合物还存在一些缺点，如与金属弱的粘结力，通孔的工艺问题等。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种粘结力强的液晶聚合物银浆的柔性电路基板及其制备方法和应用。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种液晶聚合物银浆的柔性电路基板，其特征在于，该柔性电路基板以液晶聚合物LCP薄膜为核心基板，在其单面或双面涂布银浆。
所述的银浆为具有高附着力和导电性的银浆。
所述的银浆为市售产品，或专利CN103571274A或CN103571267A中公开的银浆，该银浆油墨中银粉的形貌呈现片状，增加银颗粒之间的结合面积银含量为 76～80％wt。
所述的液晶聚合物LCP薄膜为采用低温等离子体蚀刻方法处理的市售LCP薄膜。
所述的液晶聚合物LCP薄膜上设有至少一个供银浆从一面流至另一面的通孔，该通孔呈锥形结构，大头直径为1～1.2mm，小头直径为0.3～0.6mm，在大头端设有倒角，倒角半径为0.1～1mm。
上述液晶聚合物银浆的柔性电路基板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对液晶聚合物LCP薄膜采用丙酮和超纯水进行清洁处理，经过烘干后的 LCP薄膜置于等离子体处理的专用固定盘上，推入等离子体容器内，并固定在两电极之间，关闭真空容器，启动真空泵使真空度达到0.1-0.01Pa之间，通入气体，接上射频电源，使两电极之间产生高频高压电场，从而形成等离子体，并对置于两电极之间的LCP薄膜进行蚀刻处理；
(2)将银浆涂布在步骤(1)处理后的液晶聚合物LCP薄膜上，再烘干加热至高温临界熔融状态后冷却，再在液晶聚合物LCP薄膜上涂覆树脂，经干燥、亚胺化形成绝缘薄膜层而制成金属导电化柔性电路基板。
步骤(1)所述的等离子体容器内通入的气体为氧气或氩气或者两种气体的混合气体。
步骤(1)在蚀刻处理过程中不断抽去蚀刻所形成的气体，同时送入新鲜的所选气体，采用仪器反应性离子刻蚀机(Vacute Reactive Ion Etcher)，其工艺条件为： RF功率设定为100w，操作压力为100mTorr，表面处理是在30sccm O2氧气中进行，且处理时间为1～10分钟。
步骤(2)所述的高温为银浆的临界温度范围为320℃±10℃；所述的树脂为带有刚性棒状单体的热致性芬芳聚酰胺树脂(例如VectraTM)，该类型树脂将银浆覆盖在聚合物LCP薄膜上，具有较高的热阻，熔点温度为300～350℃；所述的亚胺化为常规化学亚胺化法，经脂肪族羧酸酐脱水和叔胺催化作用即可环化，脱水剂一般采用乙酸酐，而常用的催化剂为吡啶、取代吡啶和三乙胺。
上述液晶聚合物银浆的柔性电路基板的应用，其特征在于，将银浆按设定电路图案印刷在液晶聚合物LCP薄膜上，制作柔性电路基板，并制作成不同形状，与金属部件组成各种电子电路元器件。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明利用银浆在液晶聚合物基板上制作高性能柔性电路基板，不但具有独特的分子结构和热行为，而且是一种薄的柔性结构。液晶聚合物LCP综合性能十分优异，具有高强度、高模量和自增强性能，有杰出的耐高温和冷热交变性能，优异的阻燃性、耐腐蚀性、耐磨性、电性能、阻隔性和成型加工性能，线膨胀系数和摩擦系数小，尺寸稳定性高，抗辐射，耐微波等。将液晶聚合物作为柔性电路板材料，不但需要获得均匀厚度的金属层在LCP薄膜上，而且还需要在LCP薄膜与金属层之间有足够强的粘合力。因此为了提高液晶聚合物LCP薄膜与金属层的粘结力，采用低温等离子体蚀刻对液晶聚合物LCP薄膜与金属层的粘结力。此外，还引入高附着力的导电性银浆，而且该银浆印刷技术是成熟的通讯天线制造工艺，可以得到超薄超细的线宽/间距的电路图形。
(2)尽管液晶聚合物材料有优异的基板特性，但液晶聚合物和金属层之间弱的粘结力阻止了它作为微波、毫米波基板的应用。本发明就是为了克服上述现有技术存在的缺陷，针对载体为液晶聚合物提出了一种利用具有导电性、高附着力的银浆在液晶聚合物基板的表面以及多层间通孔上制作处理的方法。该方法能够显著改善金属层与液晶聚合物之间的粘结力，此外，可以作用在多层叠结构的聚合物基板间通孔实现导电性导通处理，进一步提高了液晶聚合物与金属层的粘结力。
附图说明
图1为液晶态聚合物的分子结构(刚性和柔性单体)；
图2为本发明液晶聚合物银浆的柔性电路基板的结构示意图；
图3为通孔的结构示意图；
图4为液晶聚合物LCP表面SEM图片(a)未经等离子刻蚀处理；(b)经等离子刻蚀处理1分钟；(c)经等离子刻蚀处理5分钟；(d)经等离子刻蚀处理10分钟；
图5为银浆的SEM图片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
尽管液晶聚合物材料有优异的基板特性，但液晶聚合物和金属层之间弱的粘结力阻止了它作为微波、毫米波基板的应用。本发明就是为了克服上述现有技术存在的缺陷，针对载体为液晶聚合物提出了一种利用具有导电性、高附着力的银浆在液晶聚合物基板的表面以及多层间通孔上制作处理的方法。该方法能够显著改善金属层与液晶聚合物之间的粘结力，此外，可以作用在多层叠结构的聚合物基板间通孔实现导电性导通处理，进一步提高了液晶聚合物与金属层的粘结力。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：其中本文所述的高附着力导电性的银浆来自于专利号CN103571274A和CN103571267A描述配比的银浆油墨，所述的银浆油墨中银粉的形貌呈现片状，增加银颗粒之间的结合面积银含量为 76～80％wt。银浆的SEM图片如图5所示。但不以任何形式其他可能性新型的银浆配比限制本发明/发明专利，应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明/发明专利构思的前提下，还可以做出若干变化和改进，这些都属于本发明/发明专利的保护范围。
本发明公开了一种使用银浆结合液晶聚合物基板制作柔性电路基板及其制作成不同形状与金属部件组成各种电子电路(元器件)的新型处理工艺。聚合物表面一般具有表面低能、化学惰性、表面污染以及弱的边界层等特点，为了改善聚合物表面的性能，进而提高其粘附性，需要对聚合物表面进行处理，不但能改变表面化学组成、增加表面能、改善结晶形态和表面的几何性质，而且可以清楚杂质或脆弱的边界层。表面处理方法有很多种，主要可以分为湿法处理和干法处理两大类。本发明涉及的表面处理方式采用干法处理。而在众多干法处理方法中最合适的方法是等离子体表面改性技术，该技术可以使聚合物表面交联，由于反应发生在聚合物表面，因此对本体的损伤不大，反应引入极性基团可以改善表面的润湿性和与其他材料的粘结性，对表面极端惰性的聚合物将会有明显的改性效果。
实施例1
一种液晶聚合物银浆的柔性电路基板的制备方法，包括以下步骤：
首先，对液晶聚合物LCP薄膜采用丙酮和超纯水进行清洁处理，经过烘干后的LCP薄膜置于等离子体处理的专用固定盘上。推入等离子体容器内，并固定在两电极之间。关闭真空容器，启动真空泵使真空度达到0.1-0.01Pa之间，通入气体。接上射频电源，使两电极之间产生高频高压电场，从而形成等离子体，并对置于两电极之间的LCP薄膜进行蚀刻处理，时间约视需要而定。在此过程中不过抽去蚀刻所形成的气体和送入新鲜的所选气体。实际上，自关闭真空容器后，等离子体设备所配备的电脑，能按所制定的各种参数自动地进行控制与操作。从而保证有较高的速率和较高的生产率，更重要的是能保证很好的可重复性和产品加工质量。对液晶聚合物LCP表面等离子处理可以采用氧气或氩气或者两种气体的混合气体，经研究LCP的表面形貌与氧气含量相关，氧气含量越高，表面改性结果越好。在本具体实施案例中只采用氧气对LCP表面进行等离子处理。经过低温等离子体表面处理后，液晶聚合物LCP薄膜的表面形态采用扫面电镜方法进行分析。本具体实施案例中采用JEOLJSM-6301F扫描电子显微镜，分别对经过1分钟、5分钟、10分钟等离子体刻蚀处理的LCP薄膜进行SEM分析，同时作为对照组对未经过处理的LCP薄膜进行SEM分析。从图4的(c)和(d)中可见，经过氧气等离子体处理后，液晶聚合物LCP薄膜表面变得比较粗糙，有山峰状在表面出现，并且随着处理时间的增加，表面更加粗糙，山峰状也更加明显。这是由于等离子体不但清洁了LCP薄膜的表面，而且在处理过程中对其进行了蚀刻，激活了表面颗粒。一旦液晶聚合物表面足够改性后，就能够采用不同方法进行金属化制作。通常可以采用的方法有涂覆法、层压法、电镀法、化学镀(自催化镀)法、化学气相沉积法、真空蒸发镀膜以及溅射镀膜等方式方法。
本发明采用银浆涂覆法，其具体实施案例如下：直接将所述银浆涂布在液晶聚合物LCP材料，再烘干加热至高温临界熔融状态后冷却，再在液晶聚合物LCP材料上涂覆树脂，经干燥、亚胺化形成绝缘薄膜层而制成金属导电化柔性电路基板。这种工艺可以获得高的银导线剥离强度及很薄的膜层，并可以通过多次涂覆印刷银浆获得所需要厚度的膜层。如图2-3所示，银浆涂覆法制作两面银浆的柔性电路基板时，先在液晶聚合物材料1(厚度约为10–50μm)做通孔3(通孔直径0.5mm，如图2-3设计规范)再在液晶聚合物材料1表面及其通孔3处涂覆一层粘结性高的银浆2待稳定后，然后再涂上一层胶黏剂4，反面印刷银浆后加热烘干而制成。其中通孔3的结构如图3所示，通孔3呈锥形结构，上大下小，大头31直径为1～1.2mm，小头32直径为0.3～0.6mm，在大头端设有倒角33，倒角33半径为0.1～1mm。
实施例2
一种液晶聚合物银浆的柔性电路基板的制备方法，包括以下步骤：
(1)对液晶聚合物LCP薄膜采用丙酮和超纯水进行清洁处理，经过烘干后的 LCP薄膜置于等离子体处理的专用固定盘上，推入等离子体容器内，并固定在两电极之间，关闭真空容器，启动真空泵使真空度达到0.1-0.01Pa之间，通入气体，接上射频电源，使两电极之间产生高频高压电场，从而形成等离子体，并对置于两电极之间的LCP薄膜进行蚀刻处理；所述的等离子体容器内通入的气体为氧气或氩气或者两种气体的混合气体。在蚀刻处理过程中不断抽去蚀刻所形成的气体，同时送入新鲜的所选气体。采用仪器Vacute ReactiveIon Etcher，其工艺条件为：RF 功率设定为100w，操作压力为100mTorr，表面处理是在30sccm O2氧气中进行，且处理时间为1～10分钟。
(2)将银浆涂布在步骤(1)处理后的液晶聚合物LCP薄膜上，再烘干加热至高温临界熔融状态后冷却，再在液晶聚合物LCP薄膜上涂覆树脂，经干燥、亚胺化形成绝缘薄膜层而制成金属导电化柔性电路基板。所述的高温为银浆的临界温度请补充具体温度范围为320℃±10℃；所述的树脂为带有刚性棒状单体的热致性芬芳聚酰胺树脂(例如VectraTM)，该类型树脂将银浆覆盖在聚合物LCP薄膜上，具有较高的热阻，熔点温度为300～350℃；所述的亚胺化为化学亚胺化法，经脂肪族羧酸酐脱水和叔胺催化作用即可环化，脱水剂一般采用乙酸酐，而常用的催化剂为吡啶、取代吡啶和三乙胺。
所述的液晶聚合物LCP薄膜上设有至少一个供银浆从一面流至另一面的通孔，该通孔呈锥形结构，大头直径为1～1.2mm，小头直径为0.3～0.6mm，在大头端设有倒角，倒角半径为0.1～1mm。
将银浆按设定电路图案印刷在液晶聚合物LCP薄膜上，制作柔性电路基板，并制作成不同形状，与金属部件组成各种电子电路元器件。
Claims (10)
1.一种液晶聚合物银浆的柔性电路基板，其特征在于，该柔性电路基板以液晶聚合物LCP薄膜为核心基板，在其单面或双面涂布银浆。
2.根据权利要求1所述的一种液晶聚合物银浆的柔性电路基板，其特征在于，所述的银浆为具有高附着力和导电性的银浆。
3.根据权利要求2所述的一种液晶聚合物银浆的柔性电路基板，其特征在于，所述的银浆为市售产品，或专利CN103571274A或CN103571267A中公开的银浆。
4.根据权利要求1所述的一种液晶聚合物银浆的柔性电路基板，其特征在于，所述的液晶聚合物LCP薄膜为采用低温等离子体蚀刻方法处理的市售LCP薄膜。
5.根据权利要求1所述的一种液晶聚合物银浆的柔性电路基板，其特征在于，所述的液晶聚合物LCP薄膜上设有至少一个供银浆从一面流至另一面的通孔，该通孔呈锥形结构，大头直径为1～1.2mm，小头直径为0.3～0.6mm，在大头端设有倒角，倒角半径为0.1～1mm。
6.一种如权利要求1所述的液晶聚合物银浆的柔性电路基板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对液晶聚合物LCP薄膜采用丙酮和超纯水进行清洁处理，经过烘干后的LCP薄膜置于等离子体处理的专用固定盘上，推入等离子体容器内，并固定在两电极之间，关闭真空容器，启动真空泵使真空度达到0.1-0.01Pa之间，通入气体，接上射频电源，使两电极之间产生高频高压电场，从而形成等离子体，并对置于两电极之间的LCP薄膜进行蚀刻处理；
(2)将银浆涂布在步骤(1)处理后的液晶聚合物LCP薄膜上，再烘干加热至高温临界熔融状态后冷却，再在液晶聚合物LCP薄膜上涂覆树脂，经干燥、亚胺化形成绝缘薄膜层而制成金属导电化柔性电路基板。
7.根据权利要求6所述的一种液晶聚合物银浆的柔性电路基板，其特征在于，步骤(1)所述的等离子体容器内通入的气体为氧气或氩气或者两种气体的混合气体。
8.根据权利要求6所述的一种液晶聚合物银浆的柔性电路基板，其特征在于，步骤(1)在蚀刻处理过程中不断抽去蚀刻所形成的气体，同时送入新鲜的所选气体，采用仪器为反应性离子刻蚀机，其工艺条件为：RF功率设定为100w，操作压力为100mTorr，表面处理是在30sccm O2氧气中进行，且处理时间为1～10分钟。
9.根据权利要求6所述的一种液晶聚合物银浆的柔性电路基板，其特征在于，步骤(2)所述的高温为银浆的临界温度范围为320℃±10℃；所述的树脂为带有刚性棒状单体的热致性芬芳聚酰胺树脂，该类型树脂将银浆覆盖在聚合物LCP薄膜上，具有较高的热阻，熔点温度为300～350℃。
10.一种如权利要求1所述液晶聚合物银浆的柔性电路基板的应用，其特征在于，将银浆按设定电路图案印刷在液晶聚合物LCP薄膜上，制作柔性电路基板，并制作成不同形状，与金属部件组成各种电子电路元器件。
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