CN1096824C - 用于柔韧印刷电路的复合片及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

柔韧印刷电路包含一塑料膜片和一导电层，其中塑料膜片显示热收缩率椭圆偏心率不大于0.7且最好显示超声波传播速率不大于0.4且极化微波传导强度椭圆偏心率不大于0.55。由于塑料膜片的尺寸稳定性，柔韧印刷电路具有改进的尺寸准确性。

Description

用于柔韧印刷电路的复合片及其制作方法
技术领域
本发明涉及主要用于电的及电子设备中功能部件的柔韧印刷电路的复合片及其制作方法。
背景技术
柔韧印刷电路(FPC)在电及电子设备领域已获广泛应用。柔韧印刷电路通常具有包含有塑料膜和如薄金属片的导电层的层状结构，在图6(A)中显示了柔韧印刷电路的图例，其中柔韧印刷电路1包含由聚酰亚胺和聚酯等制成的塑料基膜4其上有通过印制工艺，刻蚀工艺等形成的导体电路3等，及传导电路3上覆盖有与基片4相似的塑料覆盖膜2。顺便说说，图6(A)中的粘附层省去。
图6(B)显示了柔韧印刷电路的简略图。在图6(B)中，在塑料基片4上具有可借助它对导体电路进行叠片的粘附层6，在塑料覆盖膜2的一面也形成有另一粘附层6。也就是，塑料基片2和4和他们各自面对的粘附层连接在一起。另外，假如需要导体电路3与其它电子元件电连接，可以除去一部分的塑料覆盖膜2(在图6(A)和图6(B)中用数码5表示)。
由于需要在柔韧印刷电路上以小的间距安装如半导体装置的电子元件或者因为柔韧印刷电路只能用小的间距经过导体与电子设备相接，因此柔韧印刷电路的尺寸的需要十分准确。由于如具有代表性的在图6(A)到(C)中所显示的柔韧印刷电路具有包含塑料膜片和导电层的多层结构，它们的尺寸准确度主要取决于使用的塑料膜片的尺寸的准确度，因为在柔韧印刷电路制作中，塑料膜片通常处于高温情况，因此，在柔韧印刷电路中使用的塑料膜片需要具有尺寸稳定性，特别是抗热性。
在具有改进的尺寸准确度的柔韧印刷电路制造出之前需要选择具有令人满意的尺寸稳定性的塑料膜片，因此，对塑料膜片的尺寸稳定性的精确判断将是很必要的。
然而，在使用传统塑料膜片的柔韧印刷电路的制作过程中，塑料膜片因受热而产生的尺寸的变化通常导致产品的规格发生变化，引起柔韧印刷电路和其它电子元件的线连之间的错误的电连接。
发明内容
本发明的目的在于通过使用具有改进后的尺寸稳定性尤其是抗热性的塑料膜片形成的具有改进后的尺寸准确度的柔韧印刷电路。
本发明的另一个目的在于提供一种生产具有改进的尺寸准确性的柔韧印刷电路的方法。
本发明的以上目的是通过制造包含层压塑料膜片和导电层的柔韧印刷电路的方法来实现的，其中塑料膜片显示热收缩率椭圆的偏心率不大于0.7。
附图说明
在附图中：
图1显示了在极坐标上的塑料膜片的热收缩率椭圆曲线；
图2显示了在极坐标上的塑料膜片的超声波传播速率的椭圆曲线。
图3显示了在极坐标上的塑料膜片的极化微波传导强度的椭圆曲线。
图4(A)到4(D)显示了制造柔韧印制电路的制作方法的横截面图，图4(A)是塑料基膜借助一粘附层其上具有铜薄片，图4(B)是一塑料片具有构成电路图形的铜薄片。图4(C)显示在基膜上层压的塑料覆盖膜，且图4(D)是一完成的柔韧印刷电路；
图5显示了一具有弯曲形式的柔韧印刷电路。
图6(A)到6(C)显示了柔韧印刷电路的截面图，其中图6(A)是一基本结构，图6(B)是含有两个塑料膜片的结构，每个膜片上具有一粘附层，且图6(C)是含有三个塑料膜片的结构，每个膜片具有一粘附层；
图7用以测量热收缩率的塑料膜片的实验件的尺寸；
图8(A)和8(B)各自显示了双轴拉伸塑料膜片在机加工方向和横向方向的热收缩率椭圆的偏心率的变化，超声波传播速率椭圆的偏心率的变化，极化微波传导强度椭圆的偏心率的变化；且
图9图示了在极化微波传导强度的测量中极化的微波穿透塑料膜片。
具体实施方式
本发明的范围下包括的柔韧印刷电路具有如图4(B)显示的一导电层和一塑料膜片，图6(B)中显示的两个塑料膜片，图6(C)中显示的三个塑料膜片或甚至更多膜片的层压结构。如这里使用的柔韧印刷电路本身意思是指不只包括如通常表示通过导电层构成电路图形的柔韧印刷电路，还包括在电路图形形成之前的层压板。
可以按照以下的方法在极坐标上描给出塑料膜片的热收缩率椭圆。
在被拉伸的塑料膜片表面在拉伸方向绘出参考轴。在轴上任意设置参考点P，在与通过参考点P的轴形成θ角的方向上测量膜片的热收缩率。将热收缩率的测量值作为离开点P的距离r，距离r绘制在角度θ的方向上。在不同的角度θ上重复测量和绘制。将在每个角度绘制的平均值连接起来以围绕参考点P给出分析的椭圆。在对未拉伸膜片进行试验时，可人为设置参考轴。
如下测量热收缩率。薄料膜片的试验件上标有两个参考点。在向试验件提供130℃×1kg/mm2的热和拉伸载荷1分钟后，测得参考点之间的距离(L1)以微米(um)为单位。然后在没有施加拉伸载荷下在150℃将膜加热1小时，且测得参考点之间的距离(L2)，以微米(μm)为单位。根据等式(1)可获得热收缩率(R；％)：
        R＝(L1-L2)/L1×100             …(1)
用于测量热收缩率的塑料膜片的试验件具有图7中显示的形状，图7中的试验件长度为140mm且宽度为20mm并标有距离为80mm两个参考点(每个孔的中心具有0.6mm的直径)
通常，椭圆的偏心率(ε)在等式(2)给出：
               ε＝(a2-b2)1/2/a
其中a是长轴半径，且b是短轴半径。
本发明的柔韧印制电路通过至少对一层塑料膜片和一导电层层压而制得。在层压之前通常测出使用的塑料膜片的热收缩率椭圆偏心率。由于偏心率几乎不受层压的影响，可以在制得的柔韧印制电路上割下一条塑料膜片对它进行测量。
本发明的技术观点解释如下。为了解决柔韧印制电路的尺寸的准确性的难题，发明者对尺寸缺陷的起因进行了广泛的调查，结果他们发现尺寸的缺陷是由塑料膜片的热收缩率在平面上的各向异性引起的。考虑到在通常柔韧电路的制造过程中，塑料膜片暴露在高温下，很容易预料到塑料膜片的热收缩率直接与膜片的尺寸稳定性相关联。为了防止特别是具有密集和精细导体印刷电路的柔韧印刷电路的错误连接，现已发现不仅应该适当的考虑热收缩率，还要考虑热收缩率的定向性，即热收缩的平面内的各向异性。
在柔韧印制电路中通常使用双轴拉伸膜片。当双轴拉伸情况稍微变化时，热收缩率的各向异性根据测量的位置而变化。因此，在使用双轴拉伸膜片时，需要预先考虑热收缩率的各向异性。
发明者通过以上描述的方法根据热收缩率的随圆偏心率而测定热收缩率的平面各向异性。在这种情况下。偏心率越大，各向异性就越显著，且反之亦然。
这种收缩率椭圆的例子显示于图1。“θ”是在参考轴和测量热收缩率的方向之间形成的一个角度。“r”是热收缩率，标绘为离开参考点的距离(由空心圆表示)。
当然收缩率的椭圆偏心率是0.7或更小时，最好是0.6或更小时，产生的柔韧印刷电路显示令人满意的尺寸准确性，且有效地阻止了出现与如导体的其它电子元件的错误连接。
相反，假如使用其偏心率超过0.7的塑料膜片，由于热收缩率在平面内的大的变化，产生的柔韧印刷电路其尺寸准确性较差，引起了的错误连接。
在本发明中，通过测量与塑料膜片的热收缩率密切相关的特征值可以确定塑料膜片的热收缩率，所以，通过与如上描述的同样的方法使用通过这样一个特征值而制得的椭圆偏心率，可以测得塑料膜片的热收缩率的各向异性的在线值。
特征值与热收缩率密切的相关且根据它可相应地确定热收缩率。特征值包括超声波在平面内传播速度(下文中称作超声波传播速率)，极化微波的传播强度(下文称为极化微波传导强度)及杨氏模数，为了测量方便起见最好优选超声波传播速率和极化微波传导强度。
这里使用的“超声波传播速率”本身表示超声脉冲波(频率：25kHz)在23±2℃时传播过距离为75毫米的塑料膜片所需的时间(秒)或是从其中计算的传播速率(米/秒)。Nomura shojikk得到的声片试验机(SST)能在短时间内容易地测出超声波传播速率。
与图1的热收缩率椭圆相似，根据以下的方法在极坐标上绘出超声波传播速率椭圆，例子在图2中显示。
在塑料膜片的表面任意地设置参考点P，通过参考点P，在任意的方向绘出参考轴。在与通过参考点P的轴形成的夹角为θ的方向上，测量出超声波传播速率。测量值作为离开点P的距离r，在角度θ的方向上绘出距离r，在角度θ的方向上给出距离r。并在各个不同的角度θ上重复地测量和给出。将每个角度上的点的平均值加以连接以围绕参考点P绘出分析椭圆。
当超声波传播速率椭圆的偏心率是0.4或更小，最好是0.3或更小时，则所产生的柔韧印刷电路显示出令人满意的尺寸准确性，有效防止出现与其它电子元件的连线之间的错误连接。
相反，假如在柔韧印刷电路中使用偏心率超过0.4的塑料膜片，则膜片因热收缩率而具有大的平面内的变化，因此产生的柔韧印刷电路具有较差的尺寸准确性，经常引起错误连接。
这里使用的“极化微波传导强度”本身表示如图9中显示具有从12到13GHz中注意选定的频率的极化微波在厚度方向在23±2℃时传导通过塑料膜片的强度。通过使用从Oji keisokuki k.k.得到的MOA系列分子定向测量仪可在短时间内容易地测出极化微波传导强度。
与图1中的热收缩率椭圆相似，在图3中显示的一个例子是按照以下方法在极坐标上绘出极化微波传导强度椭圆。由于角度θ的变化是连续的，所以在图3中没有标绘出空心圆圈。
在塑料片表面上任意地设置参考点，且通过参考点P在任意的方向绘出参考轴。极化微波在厚度方向通过参考点P并且测量传导的微波的强度。将测量值作为离开点P的距离r，在角度θ的方向上标绘出距离r。在参考轴和极化的微波的电场方向之间所形成的各个不同的角度θ上重量地测量和标绘。将在每个角度上的点的平均值加以连接以围绕参考点P绘出分析椭圆。
当极化微波传导强度椭圆的偏心率是0.55或更小时，最好为0.45或更小，则产生的柔韧印刷电路显示出令人满意的尺寸准确性，且可有效地避免出现与其它电子元件的连接导线之间的错误连接。
相反，假如使用偏心率超过0.55的塑料膜片，则膜片因热收缩率而具有平面内的大的变化，因此产生的柔韧印刷电路具有较差的尺寸稳定性，经常引起错误连接。
通常在对塑料膜片进行层压之前测量其超声波传播速率或极化的微波传导椭圆的偏心率。由于这些椭圆的偏心率几乎不受层压的影响，所以可以从制成的柔韧印刷电路上割下一条塑料膜片，对它进行测量。
按照本发明的柔韧印刷电路是塑料膜片和导电层的层压制品。最好使用双轴拉伸塑料膜片拉伸率通常是1.05到10，最好是在机加工方向(MD)为1.2到9且在横向的方向(TD)为1.2到9。MD/TD拉伸比率最好是7/10到10/7。
塑料膜片具有热收缩率椭圆的偏心率不大于0.7，且最好有超声波传播速率椭圆偏心率不大于0.4，或极化微波传播强度椭圆偏心率不大于0.55。在具有双轴拉伸的塑料膜片时如图8(A)显示，在机加工方向，热收缩率椭圆偏心率，超声波传播速率椭圆偏心率，及极化微波传导强度椭圆偏心率是恒定的。而它们在横向是变化的，如在图8(B)中显示在中心显示最小值而在两端显示最大值。因此，在使用双轴拉伸膜片时，需要在(椭圆)长轴方向的两端的热收缩率椭圆偏心率不大于0.7，且最好为在宽度方向，在椭圆长轴方向的两端超声波传播速率椭圆偏心率和极化微波传导强度椭圆各自偏心率不大于0.4和不大于0.55。
在柔韧印刷电路制造中使用的塑料膜片通常分开制备。在一些情况中，塑料成膜材料直接施于作为传导层的金属薄片上并引起聚合而制成膜片。
用作塑料膜片的材料的例子包括聚酰亚胺、聚醚腈、聚醚砜、聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚萘二甲酸二乙酯及聚氯乙烯。塑料膜片最好具有不低于300kg/mm2的弹性模量，线性膨胀系数不高于3×10-5/℃且玻璃转换温度不低于70℃。经综合考虑耐热性，尺寸稳定性、电性能、机械强度，耐化学品及成本后，在以上提到的塑料材料中，最好选择聚对苯二甲酸乙二醇醇，聚苯二甲酸二乙酯和聚酰亚胺。塑料膜片通常具有的厚度为0.01到0.3毫米，最好为0.025到0.125毫米。
作为导电层使用的金属包括铜、金、不锈钢、铝、镍及这些金属的合金。考虑到柔软性，可加工性、电性能以及成本最好选择铜和铜合金。金属导体电路通常具有厚度为0.002到0.100毫米，最好为0.005到0.070毫米。按金属薄片进行测量，导体电路通常具有弹性模量为2000到20000千克/毫米2，最好为4000到12000千克/毫米2。可以按照ASTM D-882-83，用拉伸试验机(Tensilon试验机)测量弹性模量。在层压或形成电路之后再测量金属导体电路或金属薄膜的弹性模量，即通过等离子蚀刻或激光蚀刻去除除了金属电路或金属薄膜之外的部分后，只有金属电路和金属薄膜时再经受上述描述的测量。
通常用粘附剂来完成塑料膜片和导电层的层压工艺。合适的粘附剂的例子包括热固性粘附剂(例如包含了其中加入异氰酸盐硬化剂的聚酯树脂的环氧橡胶粘附剂和聚酯粘附剂)，热塑性粘附剂(例如：合成橡胶粘附剂)；和粘附剂(压敏粘附剂，例如丙烯型粘附剂)。热固性粘附剂由于其具有令人满意粘着力性能，耐热性，耐湿热性，可加工性和寿命，最宜于选用。
将如图6(B)显示的层压结构作为例子描述本发明的柔韧印刷电路的制作方法。
准备好塑料膜片2和4。最好选用聚酰亚胺膜片。塑料膜片必须满足按上面描述的方法获得的热收缩率椭圆偏心率不大于0.7的条件。塑料膜片要求由以上描述的方法获得的超声波传播速率椭圆具有的偏心率不大于0.4且/或由以上描述的方法获得的极化微波传导强度椭圆偏心率不大于0.55。使用本发明中规定的在热收缩率上具有如此小的各向异性的塑料膜片导致减少了柔韧印刷电路和其它电子元件的连接线之间的错误连接。
如图4(A)显示，在塑料膜片4上形成粘附层6。形成粘合层6是通过向塑料膜片4上施用粘合剂随后干燥或是在塑料膜片4上粘着上形成于剥离层之上的粘着层，然后剥掉剥离层。粘附层6通常具有的厚度为0.003到0.2毫米，最好为0.005到0.05毫米。然后在粘附层6上形成导电层3a。例如，如铜薄片的金属薄片放在粘附层6上且通过滚轧粘附到其上。也可以通过电镀或喷涂形成导电层。在这种情况下，导电层3a直接形成于塑料膜片4之上，不需要粘附层6。如图4(B)显示，导电层3a须经如印刷过程，刻蚀过程或附加的过程等常规技术制作布线图案以形成导体电路3。
粘附层6分别地形成于塑料膜片2之上以覆盖它。如图4(C)所示产生的具有粘附层6的塑料膜片2和具有导体电路3的塑料膜片4通过前者的粘附层6后者的导体电路面面面相对进行层压。
两个塑料膜片在加热同时加压连接(压力连接)或通过滚压后再加热和/或压力。因此产生了如图4(D)或图6(B)显示的柔韧印刷电路。按照塑料膜片和粘附层的种类选择合适的层压方法和条件。
根据它的用途和其它因素，柔韧印刷电路的厚度通常为50到800um，最好为100到600um，没有特别限制柔韧印刷电路的形状且根据用途，柔韧印刷电路能具有不同的形状，包括如图5显示的弯曲形式。也没有限制尺寸。例如，柔韧印刷电路限定最小的四边形具有长边长度L10到1000毫米，最好为30到600毫米(见图5)。
现在参考实施例和对比实施例详细说明本发明，但应该了解到本发明并不只限于此。
用图4来表示
例子1
准备0.025毫米厚的双轴拉伸聚酰亚胺原料膜片卷(第1批)和同样的另一批(第2批)。
按照以上描述的方法测量热收缩率，超声波传播速率及极化微波传导强度以得到它们的椭圆，且计算出每个椭圆的偏心率。在椭圆长轴方向(TD)包括两端点测量20个点获得偏心率。测量的结果显示如下。
    第一批     第二批
    热收缩率椭圆最大最小平均标准偏差 0.6580.4570.5680.068 0.6690.4500.5750.072
超声波传播速率椭圆最大最小平均标准偏差 0.3460.2290.2910.040 0.3530.2220.2950.042
极化微波传导强度椭圆最大最小平均标准偏差 0.4850.3620.4240.042 0.4930.3560.4270.045
从N0.1批的聚酰亚胺原料膜片卷中切出250×120毫米的覆盖膜2，从第2批聚酰亚胺原料膜片卷切出同样尺寸的基膜4。
环氧型热固性粘附剂旋用于覆盖膜片2的表面且干燥及形成原度为0.015毫米的附层6。在基膜4的表面采用环氧型热固性粘附层且干燥及形成原度为0.025毫米原度的附层6。
在基膜4的附层6上放置原度为0.035毫米的原度的铜薄片3a且通过滚子表面温度120℃时的滚压使之粘着。铜薄片3a通过蚀刻过程以形成图4(B)显示的印刷电路3。膜片2和膜片4通过粘附层6进行层压而同时在150℃×1小时×30kg/cm2的条件下，如图4(C)显示膜片2的粘附层4的电路面对面地加压连接以制备具有图4(D)的结构的柔韧印刷电路。
从产生的柔韧印刷电路上除去塑料覆盖膜2和塑料基膜4，用如上描述的同样的方法测量每个膜片的热收缩率的平面各向异性。结果基本上和各自的原料膜片相同。也就是，热收缩率椭圆的偏心率不大于0.7，超声波传播速率椭圆的偏心率不大于0.4，极化微波传导强度椭圆的偏心率不大于0.55。
测量如此制造的21000个已精加工的柔韧印刷电路的尺寸，没有发现它们中有任何一个超出了规格中所要求的0.15毫米尺寸畸变或更大的误差。
对比实施例1
准备好在实施例1中使用的同种但不同生产批号(第3批)的原料膜片卷，与实施例1中同样的方法获得的每个特征椭圆的偏心率。获得的结果如下。热收缩率椭圆：
最大＝0.908     最小＝0.502  平均＝0.719
标准偏差＝0.123超声波传播速率椭圆：
最大＝0.561     最小＝0.252  平均＝0.399
标准偏差＝0.093
极化微波传导强度椭圆：
最大＝0.827     最小＝0.383  平均＝0.567
标准偏差＝0.134
从第三批聚酰亚胺原料膜卷上切下250×120毫米的覆盖膜2，并从在实施例1中使用第一批的聚酰亚胺原料薄膜卷切下同样大小的基膜4，且由实施例1的同样方法制作的柔韧印刷电路其结构是显示于图4(C)。
在测量尺寸时，21000个柔韧印刷电路中有2054个产生了或者比规格0.15毫米要大些的尺寸畸变，且该2054个柔韧印刷电路中的39显示0.18毫米或更大的尺寸畸变。
如上所述，本发明的柔韧印刷电路及按照本发明制作它们的制作方法特征在于这里使用的塑料膜片显示热收缩率椭圆其偏心率在特定范围内。由于这种塑料膜片的热收缩率的平面内各向异性减少，产生的柔韧印刷电路具有改进的尺寸准确性且因此避免了与其它电子元件的连接线之间的错误连接。
当详细地并参照本发明的特定实施例描述本发明时，很明显对熟悉本领域的技术人员而言对本发明还可作出的各种变化和修改而并不脱离本发明的实质和范围。例如，本发明不仅可应用于柔韧印刷电路而且还可应用于普通合成板材。按照本发明合成板材也可用于IC卡，信用卡或此类物。

Claims (5)

1、一复合片，其特征在于包含：
一塑料膜片；及一导电层；
其中所说的塑料膜片具有热收缩率椭圆的偏心率不大于0.7。
2、按照权利要求1所说的复合片，其特征在于，其中所说的塑料膜片是双轴拉伸膜片。
3、一种制作复合片的制法，其特征在包括步骤有：
制作导电层；
制作塑料膜片具有热收缩率椭圆的偏心率不大于0.7；且
对塑料膜片和导电层进行层压。
4、按照权利要求3的制作方法，其特征在于，其中制作塑料膜片的步骤包括以下步骤：
在塑料膜片的拉伸方向绘制一参考轴；
在参考轴上任意地设置一参考点；
在相对于参考轴具有测量角度θ的方向上测量塑料膜片的热收缩率；
绘制离开参考点的一组距离，该距离代表热收缩率值以获得塑料膜片的热收缩率椭圆。
计算热收缩率椭圆偏心率；且
选择具有热收缩率椭圆的偏心率不大于0.7的膜片。
5、按照权利要求4所说的制作方法，其特征在于，它进一步包括双轴拉伸塑料膜片的步骤。
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