CN109640513B - 一种自弹性轴向伸缩软性电路板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自弹性轴向伸缩软性电路板，包括卷成圆筒状的、可以前后自伸缩的高分子弹性绝缘软性电路板和延伸出的排线，高分子弹性绝缘软性电路板包括软性电路板和软性电路板外表面贴合的一层高分子弹性材料层以及高分子弹性材料层外表面贴合的一层高分子绝缘材料层。其具有结构简单、体积小、自弹性好、耐高温、绝缘、对电联接和电磁信号不发生干扰的优点，适于在细长的可伸缩电器部件中使用，尤其是电子探针内部。本发明还公开了上述自弹性轴向伸缩软性电路板的制备方法，具有工艺简洁、制备出的自弹性轴向伸缩软性电路板具有较高的紧密度以及弹性。
Description
技术领域
本发明涉及电路板技术领域，特别是涉及一种自弹性轴向伸缩软性电路板及其制备方法。
背景技术
随着科技的发展，越来越多的电器件趋向于小型化、超薄化发展，而线路板相应的发挥着越来越重要的作用。
软性电路板作为信号连接，具有三维安装方便，节省空间的优势，但是某种特殊的应用场合，比如在探针回起始位置时，连接的线路板必须同步回到起始位置。一般的方法是采用另外加装复位机构（比如复位弹簧）等，如中国专利200320131902.6公开了一种软性印刷电路板的自动伸缩机构，该机构结构复杂、成本高，体积大，只适合在需要强力伸缩功能的大体积电器中使用。但是，一方面复位机构体积相对较大，另一方面如今探针逐渐微型化，因此特殊的探针受空间和电联接的要求限制，不能加装复位装置。
因此，开发出体积小、适应微型探针结构的软性电路板是刻不容缓的。
中国专利200910146697.2公开了一种软性电路板，其通过伸缩区的波浪折叠设置来得到伸缩的功能，但是该软性电路板弹性差，软性电路板过度对折会导致排线的损伤以及弹性材料的对折出现的白痕而失去弹性，因此需要非轴向的位移才能实现伸缩运动，不适于在固定的、狭小的空间内使用，并且，必须通过额外的复位机构才能实现良好的使用。中国专利200410034830.2公开了一种液晶显示器用软性电路板，其将弹性区设计为“几”字结构，以实现伸缩功能，但是这种设计只能在空间充足的显示器内部使用。一般的，因为热压方式方便、合格率高，因此高分子材料的结构层都是使用热压的方式压合到基板上的。中国专利200510087917.0公开了一种软性反射式显示装置的制造方法，其中，薄膜型胶黏层为热压的方式。
等离子气体活化技术已经实用化很久了，但是该技术一般应用在高分子弹性体的原料改性中，如中国专利201010523275.5，主要使用等离子体对填充剂分体进行表面处理，以得到良好的结合性能，大幅降低模量。等离子表面活化技术也应用在金属表面的改性中，中国专利201410027135.7公开了一种大气压冷等离子体射流将含有活性氧离子喷向金属表面，将含氧官能团引入金属表面。中国专利201110415841.5公开了使用等离子体曝光聚二甲基硅氧烷弹性体表面，进行皱纹化，但是该专利并没有公开其具体的等离子处理方法以及所用的等离子试剂。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种自弹性轴向伸缩软性电路板，其具有结构简单、体积小、自弹性好、耐高温、绝缘、对电联接和电磁信号不发生干扰的优点，适于在细长的可伸缩电器部件中使用，尤其是电子探针内部。
本发明的另一目的在于，提供上述自弹性轴向伸缩软性电路板的制备方法，具有工艺简洁、制备出的自弹性轴向伸缩软性电路板具有较高的紧密度以及弹性。
一种自弹性轴向伸缩软性电路板，包括卷成圆筒状的、可以轴向自伸缩的高分子弹性绝缘软性电路板和延伸出的排线，高分子弹性绝缘软性电路板包括软性电路板和软性电路板外表面贴合的一层高分子弹性材料层以及高分子弹性材料层外表面贴合的一层高分子绝缘材料层。
优选的，所述的高分子绝缘材料层仅覆盖了需要自伸缩的部分高分子弹性材料层。
自弹性轴向伸缩软性电路板的直径为5mm-30mm。
本发明的自弹性轴向伸缩软性电路板的制备方法，包括以下步骤：
A）在软性电路板上压合一层高分子弹性材料层；
B）卷成圆筒状后加热到205-215℃定型，再冷却到20-40℃；
C）将高分子弹性材料层烘烤至缺水汽状态，再采用等离子方法，用一定比例的氢气、氮气、四氟化碳混合气体对高分子弹性材料层表面进行粗化和活化；
D）再将高分子绝缘材料层贴合在高分子弹性材料层上；
E）再卷成需要大小直径的圆筒状放入夹具内，在205-215℃下烘烤1-2小时；
F）冷却至20-40℃后得到自弹性轴向伸缩软性电路板。
在A）步骤后，先将压合好的材料卷成圆筒状后加热到205-215℃定型，可以进一步提高软性电路板和高分子弹性材料层之间的接合度，其温度的选择是可以充分软化高分子弹性材料层但是不会破坏其内部高分子微观结构且表面不会熔化，使其冷却后材料可以紧密卷成圆筒状，而且可以顺畅自伸缩，缩回后可以紧密复原为圆筒状。
氢气、氮气、四氟化碳的比例为1:1:1 -1:30:50；所述的等离子方法为将气体电离化达到等离子状态后对高分子弹性材料层进行粗化和活化。本发明使用的等离子试剂（气体）为氢气、氮气、四氟化碳的混合气体，缺一不可，也不能包括其他气体，进行等离子工艺时需要多次“抽真空-充氮气”将空气排除，才能进行良好的表面处理。上述比例为摩尔比，也可换算成体积比。
等离子处理过后的高分子弹性材料层表面不仅具有更好的吸附力和结合强度，贴合后的弹性也得到了加强。
氢气、氮气、四氟化碳按比例充入真空腔体中混合，在高压电的作用下形成等离子状态物质，等离子体状态中的大量不同离子、激发态的分子、自由基等活性粒子对高分子弹性材料表面进行轰击，将表面形成微观的坑洼形态大大增加了比表面积以及提高表面的湿润性能和活性。氢气、氮气、四氟化碳的比例是关键，可以通过流量计、等离子状态的颜色进行控制比例。处理完毕后使用电子显微镜和达因笔对处理的样品进行检测是否达到了所需的效果。
优选的，在所述的C）步骤后2小时内进行D）步骤。
在粘合高分子绝缘材料层之前，先对高分子弹性材料层表面进行粗化和活化，可以提高高分子弹性材料层和高分子绝缘材料层之间的结合度。但是，粗化和活化后进行贴合的窗口期只有2个小时，因此必须在这两个小时内进行高分子弹性材料层和高分子绝缘材料层之间的贴合，如果超过两个小时，结合强度将会下降，并且弹性也会下降。
在205-215℃温度下，高分子弹性材料层软化成度最佳，冷却后自弹性轴向伸缩软性电路板的定型效果最好，具有长期的形状稳定性，伸缩后可以实现完全的恢复，经测试，伸缩次数可达5000次；而且，经过200℃以上温度处理过后，自弹性轴向伸缩软性电路板在低于200℃环境下工作时具有长时间的耐受性。
优选的，所述的D）是采用辊压方式使高分子绝缘材料贴合在高分子弹性材料上。
软性电路板和高分子弹性材料层结合后高温定型，此时呈圆筒状，贴合高分子绝缘材料使用辊压的方式，能够最大程度上保持圆筒状。
本发明具有如下有益效果：
本发明提供了一种自弹性轴向伸缩软性电路板，其具有结构简单、体积小、自弹性好、耐高温、绝缘、对电联接和电磁信号不发生干扰的优点，适于在细长的可伸缩电器部件中使用，尤其是电子探针内部。卷成圆筒的设计，圆筒内部的软性电路板可以轴向伸缩，当撤去外力时，由于具有弹性的软性电路板会复位为最初的圆筒状。并且，圆筒状的设计，可以保证弹性材料不会过度弯折而出现白痕失去弹性，以保证长期的伸缩软性能，也不会造成排线的损伤。本发明还提供了上述自弹性轴向伸缩软性电路板的制备方法，具有工艺简洁、制备出的自弹性轴向伸缩软性电路板具有较高的紧密度以及弹性，并且恢复性强。
附图说明
图1：自弹性轴向伸缩软性电路板伸出后的状态侧面示意图；
图2：自弹性轴向伸缩软性电路板正面示意图；
图3：三层结构的自弹性轴向伸缩软性电路板板材剖面结构示意图。
具体实施方式
如图1和图3所示，一种自弹性轴向伸缩软性电路板，包括卷成圆筒状的、可以前后自伸缩的高分子弹性绝缘软性电路板1和延伸出的排线5，高分子弹性绝缘软性电路板1包括软性电路板2和软性电路板2外表面贴合的一层高分子弹性材料层3以及高分子弹性材料层3外表面贴合的一层高分子绝缘材料层4。
在软性电路板外粘合高分子弹性材料层和高分子绝缘材料层，不会影响电联接和干扰电磁信号。卷成圆筒的设计，圆筒内部的软性电路板可以轴向伸缩，当撤去外力时，由于具有弹性的软性电路板会复位为最初的圆筒状。并且，圆筒状的设计，可以保证弹性材料不会过度弯折而出现白痕失去弹性，以保证长期的伸缩软性能，也不会造成排线的损伤。
优选的，所述的高分子绝缘材料层4仅覆盖了需要自伸缩的部分高分子弹性材料层3。
一般情况下，本发明中卷成圆筒状的高分子弹性绝缘软性电路板的最外面一层裸露部分不需要额外的高分子绝缘材料层，因此，为了使电路板更细长以减少体积来适应更狭长的探针，只有自伸缩的部分高分子弹性材料层覆盖了高分子绝缘材料层。这样，即节约了材料，也减少了直径。
自弹性轴向伸缩软性电路板的直径为0.5-30mm。
本发明的轴向伸缩软性电路板的直径可以做到0.5mm，可以在器械探针、或者其他可伸缩电子元器件内部使用。
工艺具体实施方式：
实施例1：一种自弹性轴向伸缩软性电路板的制备方法，步骤如下：
A）在软性电路板上压合一层高分子弹性材料层；
B）卷成圆筒状后加热到208-212℃定型，再冷却到30℃；
C）采用等离子方法，用氢气、氮气、四氟化碳的混合气体对高分子弹性材料层表面进行粗化和活化。
D）对高分子弹性材料层表面进行粗化和活化1小时后，采用辊压方式将高分子绝缘材料层贴合在高分子弹性材料层上；
E）再卷成需要大小直径的圆筒状放入夹具内，在208-212℃下烘烤1.5小时。
F）冷却至30℃后得到自弹性轴向伸缩软性电路板。
实施例2：一种自弹性轴向伸缩软性电路板的制备方法，步骤如下：
A）在软性电路板上压合一层高分子弹性材料层；
B）卷成圆筒状后加热到205-207℃定型，再冷却到30℃；
C）采用等离子方法，用氢气、氮气、四氟化碳的混合气体对高分子弹性材料层表面进行粗化和活化。
D）对高分子弹性材料层表面进行粗化和活化1小时后，采用辊压方式将高分子绝缘材料层贴合在高分子弹性材料层上；
E）再卷成需要大小直径的圆筒状放入夹具内，在205-207℃下烘烤1.5小时。
F）冷却至30℃后得到自弹性轴向伸缩软性电路板。
实施例3：一种自弹性轴向伸缩软性电路板的制备方法，步骤如下：
A）在软性电路板上压合一层高分子弹性材料层；
B）卷成圆筒状后加热到208-212℃定型，再冷却到30℃；
C）采用等离子方法，用氢气、氮气、四氟化碳的混合气体对高分子弹性材料层表面进行粗化和活化。
D）对高分子弹性材料层表面进行粗化和活化3小时后，采用压合方式将高分子绝缘材料层贴合在高分子弹性材料层上；
E）再卷成需要大小直径的圆筒状放入夹具内，在208-212℃下烘烤1.5小时。
F）冷却至30℃后得到自弹性轴向伸缩软性电路板。
对比例1：一种自弹性轴向伸缩软性电路板的制备方法，步骤如下：
A）在软性电路板上压合一层高分子弹性材料层；
B）卷成圆筒状后加热到208-212℃定型，再冷却到30℃；
D）采用辊压方式将高分子绝缘材料层贴合在高分子弹性材料层上；
E）再卷成需要大小直径的圆筒状放入夹具内，在208-212℃下烘烤1.5小时。
F）冷却至30℃后得到自弹性轴向伸缩软性电路板。
对比例2：
A）在软性电路板上压合一层高分子弹性材料层；
B）卷成圆筒状后加热到208-212℃定型，再冷却到30℃；
C）采用等离子方法，用氢气、氮气、四氟化碳、空气的混合气体对高分子弹性材料层表面进行粗化和活化。
D）对高分子弹性材料层表面进行粗化和活化3小时后，采用压合方式将高分子绝缘材料层贴合在高分子弹性材料层上；
E）再卷成需要大小直径的圆筒状放入夹具内，在208-212℃下烘烤1.5小时。
F）冷却至30℃后得到自弹性轴向伸缩软性电路板。
实施例3得到的自弹性轴向伸缩软性电路板，其弹性、耐久度比实施例1和实施例2差。对比例1在贴合高分子绝缘材料层前不对高分子弹性材料层进行等离子活化表面，因此得到的自弹性轴向伸缩软性电路板耐久度、弹性都差于实施例1-3，容易开卷。对比例2中，气体中混有大量空气，会导致高分子弹性材料层表面氧化严重，弹性、结合力都下降了。本发明还对二氧化碳、一氧化碳、三氟化氮等气体进行了对比试验，实验结果为差。
Claims (4)
1.一种自弹性轴向伸缩软性电路板的制备方法，其特征在于，所述的自弹性轴向伸缩软性电路板包括卷成圆筒状的、可以轴向自伸缩的高分子弹性绝缘软性电路板（1）和延伸出的排线（5），高分子弹性绝缘软性电路板（1）包括软性电路板（2）和软性电路板（2）外表面贴合的一层高分子弹性材料层（3）以及高分子弹性材料层（3）外表面贴合的一层高分子绝缘材料层（4），其中，所述的高分子绝缘材料层（4）仅覆盖了需要自伸缩的部分高分子弹性材料层（3）；
自弹性轴向伸缩软性电路板的直径为5mm-30mm；
制备方法包括以下步骤：
A）在软性电路板上压合一层高分子弹性材料层；
B）卷成圆筒状后加热到205-215℃定型，再冷却到20-40℃；
C）将高分子弹性材料层烘烤至缺水汽状态，再采用等离子方法，用一定比例的氢气、氮气、四氟化碳混合气体对高分子弹性材料层表面进行粗化和活化；
D）再将高分子绝缘材料层贴合在高分子弹性材料层上；
E）再卷成需要大小直径的圆筒状放入夹具内，在205-215℃下烘烤1-2小时；
F）冷却至20-40℃后得到自弹性轴向伸缩软性电路板。
2.根据权利要求1所述的自弹性轴向伸缩软性电路板的制备方法，其特征在于，氢气、氮气、四氟化碳的比例为1:1:1-1:30:50；所述的等离子方法为将气体电离化达到等离子状态后对高分子弹性材料层进行粗化和活化。
3.根据权利要求2所述的自弹性轴向伸缩软性电路板的制备方法，其特征在于，在所述的C）步骤后2小时内进行D）步骤。
4.根据权利要求1所述的自弹性轴向伸缩软性电路板的制备方法，其特征在于，所述的D）是采用辊压方式使高分子绝缘材料贴合在高分子弹性材料上。
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