CN110027299A - 一种液晶高分子高频双面覆铜板及其制备方法与压合装置 - Google Patents

一种液晶高分子高频双面覆铜板及其制备方法与压合装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种液晶高分子高频双面覆铜板及其制备方法与压合装置，所述液晶高分子高频双面覆铜板包括两组单面覆铜板，所述单面覆铜板包括铜箔及附在铜箔表面的液晶高分子复合材料层，两组单面覆铜板涂覆有液晶高分子复合材料层的一面相对叠层放置，形成从上至下依次为铜箔、液晶高分子复合材料层、液晶高分子复合材料层和铜箔的结构；制备方法为，将液晶高分子复合材料经由涂布工艺涂布于铜箔上，经过烘烤、退火处理形成液晶高分子复合材料层，获得单面覆铜板，取两组单面覆铜板，并将涂覆有液晶高分子复合材料层的一面相对叠层放置，再高温压合；同时，本发明还提供了一种高温压合装置。

Description

一种液晶高分子高频双面覆铜板及其制备方法与压合装置
技术领域
本发明属于电子材料技术领域，具体地说，涉及一种液晶高分子高频双面覆铜板及其制备方法。
背景技术
液晶高分子，也叫液晶聚合物，英文是Liquid Crystal Polymer，缩写为LCP，是一种新型的高分子材料，在一定的加热状态下一般会变成液晶的形式。随着光电、航天、国防及行动通讯于高频传输等领域快速发展，针对高性能工程塑料需求大幅提升，液晶高分子(LCP)因具备低吸湿、耐化性、高阻气性以及低介电常数/介电耗损因子等特性，成为主要开发材料之一。
近年来，网通市场蓬勃发展，带动高频基板材料的整体产值提升，在数据接口高速化趋势下，终端天线、高速接口传输线、服务器内部传输线等应用对高频高速软板的替代需求日益增加，构成对传统传输线的替代逻辑，高频高速和小型化需求下，高频传输及低损耗材料将全面替代传输线。液晶高分子(LCP)与低粗糙度的铜箔搭配时可达高传输的特性，利用涂布与压合工艺制作成高频双面覆铜板，足以符合整个市场的趋势。
传统的双面覆铜板的制备方法是：直接购买LCP膜，通过高温压合法制作成高频覆铜板，目前此方法中LCP膜多为挤出成膜，难以制备较薄的膜，且技术与成本都掌握在供货商手上，不利于生产过程中的品控和成本管理，而由此方法制备的双面覆铜板传输性能还是较为一般，不能满足市场的要求。
在前期研究中，发明人开发了一种高频双面覆铜板及其制备方法与应用的专利，提供了一种高频双面覆铜板，从上至下依次包括铜箔、聚酰亚胺层、热塑高频胶层、聚酰亚胺层、铜箔，制备方法是将液晶高分子(LCP)组合物涂布在铜箔表面经过加热高温环化形成聚酰亚胺层，然后在聚酰亚胺层上经由涂布工艺涂布热塑低介电高分子复合材料组合物，经过高温环化形成热塑高频胶层，获得单面覆铜板，最后将两个上述单面覆铜板涂覆有涂层的一面相对叠层放置，经过压合获得高频双面覆铜板。这种涂布压合法制备的双面覆铜板，很好地提高了基板的传输性，但制备过程繁杂，且增加了双面覆铜板的厚度，限制了应用场合。
因此，有必要在此基础上进一步优化工艺，在提高基板传输性的同时，简化制备过程，使之更轻薄，从而更好地满足市场的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种液晶高分子高频双面覆铜板。
本发明的另一个目的是提供一种所述高频双面覆铜板的制备方法。
本发明的再一个目的是提供一种所述高频双面覆铜板的高温压合装置。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明的第一个方面提供了一种液晶高分子高频双面覆铜板，包括两组单面覆铜板，所述单面覆铜板包括铜箔及附在铜箔表面的液晶高分子复合材料层，两组单面覆铜板涂覆有液晶高分子复合材料层的一面相对叠层放置，形成从上至下依次为铜箔、液晶高分子复合材料层、液晶高分子复合材料层和铜箔的结构。
进一步的，所述液晶高分子复合材料层是由液晶高分子复合材料涂布在铜箔表面经过烘烤、退火处理形成。
更进一步的，所述液晶高分子复合材料是由以下重量份数的组分制成：100份液晶高分子材料和0.1-30份填充物；所述液晶高分子复合材料的固体份为8-30％，黏度为1200-2000CPs。
再进一步的，所述液晶高分子材料购自日本住友商事株事会社，牌号为VR300，固体份为8％，粘度为300-1200CPs；所述填充物为熔融石英、改性铁氟龙、氢氧化铝。
进一步的，所述液晶高分子复合材料层的厚度为12-50μm，所述铜箔的厚度为12-18μm。
更进一步的，所述铜箔为日本三井金属矿业株式会社的型号为TQ-M7-VSP的电解铜、日本福田金属箔粉工业株式会社的型号为CF-H9A-DS-HD2R的电解铜、日本日矿金属株式会社的型号为JXEF-V2的电解铜日本、日矿金属株式会社的型号为BHFX-92F-HA-V2的压延铜中的一种。
本发明的第二个方面提供了上述液晶高分子高频双面覆铜板的制备方法，包括以下步骤：将所述液晶高分子复合材料经由涂布工艺涂布于铜箔上，经过烘烤、退火处理形成液晶高分子复合材料层，获得单面覆铜板，取两组单面覆铜板，并将涂覆有液晶高分子复合材料层的一面相对叠层放置，经过压合获得所述液晶高分子高频双面覆铜板。
进一步的，所述涂布工艺的条件：温度为90℃，保温20min；所述烘烤的条件：温度为90℃，保温20min；所述退火处理的温度为300℃，保温3h；所述压合的温度为300-350℃。
进一步的，所述两组单面覆铜板均为同一工艺条件制得。
本发明的第三个方面提供了上述高频双面覆铜板的高温压合装置，也即上述液晶高分子高频双面覆铜板的制备方法中，300-350℃压合步骤所用的高温压合装置，包括第一保护膜输入辊、第二保护膜输入辊、第一保护膜导向辊、第二保护膜导向辊、第一单面覆铜板输入辊、第二单面覆铜板输入辊、上高温压轮、下高温压轮、第一保护膜支撑辊、第二保护膜支撑辊、第一保护膜收卷辊、第二保护膜收卷辊、双面覆铜板收卷辊；
所述第一保护膜输入辊、第一保护膜导向辊、第一单面覆铜板输入辊、上高温压轮、第一保护膜支撑辊和第一保护膜收卷辊分别与第二保护膜输入辊、第二保护膜导向辊第二单面覆铜板输入辊、下高温压轮、第二保护膜支撑辊和第二保护膜收卷辊按双面覆铜板收卷辊所在水平面呈对称设置；
所述第一单面覆铜板输入辊和第二单面覆铜板输入辊分别设置在第一保护膜导向辊的正下方和第二保护膜导向辊的正上方；
所述下高温压轮设有高度调节装置，所述下高温压轮高度上限为与上高温压轮紧紧时的高度；
所述上高温压轮和下高温压轮均为中空结构，内部均设有温度传感器和控温装置，所述传感器与外部中控装置相连；
所述第一保护膜输入辊、第二保护膜输入辊、第一单面覆铜板输入辊、第二单面覆铜板输入辊、上高温压轮、下高温压轮、第一保护膜收卷辊、第二保护膜收卷辊和双面覆铜板收卷辊上均设有驱动装置，并连接在同一外部驱动设备上。
由于采用上述技术方案，本发明具有以下优点和有益效果：
1、本发明的液晶高分子高频双面覆铜板，轻薄且传输性能好，应用范围广；
2、本发明的液晶高分子高频双面覆铜板的制备方法，突破了传统技术中的对压困难，简化了生产工艺，降低了生产成本，提高了生产效率。
3、本发明的退火处理，使得原本随机排列的液晶高分子复合材料分子具有方向性(如图1所示)，解决了液晶高分子复合材料因为材质刚硬而不容易对压甚至爆板的问题。
4、本发明的高温压合装置，由同一驱动设备对输入辊、高温压轮和收卷辊进行驱动，保证了保护膜和单面覆铜板在同一线速度下转动，使得保护膜可以有效地保护单面覆铜板在压合时不受损伤；下高温压轮设置成高度可调模式，方便了不同厚度的基材进行压合，适用性更为广泛；上、下高温压轮内部均设置温度传感器和温控装置，充分保证了上、下高温压轮的工作温度，进而保证了单面覆铜板的对压温度；导向辊和支撑辊均给保护膜一定的张力，以免松弛而无法和单面覆铜板保持同步。
附图说明
图1是本发明的覆铜板的制备方法中，液晶高分子复合材料分子排列为随机，经退火处理后分子排列为方向性的示意图。
图2是本发明液晶高分子高频双面覆铜板的工艺流程图。
图3是本发明的高温压合装置及其工作流程示意图。
附图标记：第一保护膜输入辊1、第二保护膜输入辊2、第一保护膜导向辊3、第一单面覆铜板输入辊4、第二单面覆铜板输入辊5、第二保护膜导向辊6、上高温压轮7、下高温压轮8、第一保护膜支撑辊9、第一保护膜收卷辊10、第二保护膜收卷辊11、第二保护膜支撑辊12、双面覆铜板收卷辊13、第一保护膜14、第二保护膜15、第一单面覆铜板16、第二单面覆铜板17、双面覆铜板18、下高温压轮高度81。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
制作双面高频覆铜板最主要的是采用低介电常数和逸散因子的液晶高分子材料与软性铜箔复合，但在软性铜箔上涂布液晶高分子层形成单面覆铜板后直接进行对压比较困难，因而现有技术中是通过涂布一层热塑高频胶来降低对压的难度，本发明是在此基础上进行改进，不需要通过热塑高频胶便可直接进行对压。
实施例1-3
本发明实施例中的铜箔可电解或压延，如下表1所示，但不以此为限：
表1
中文名称 型号 厂商
电解铜 TQ-M7-VSP 日本三井金属矿业株式会社
电解铜 CF-H9A-DS-HD2R 日本福田金属箔粉工业株式会社
电解铜 JXEF-V2 日本日矿金属株式会社
压延铜 BHFX-92F-HA-V2 日本日矿金属株式会社
本发明实施例中的填充物如下表2所示，但不以此为限：
表2
本发明所用液晶高分子材料购自日本住友商事株事会社，牌号为VR300，具体性质如下表3所示：
表3
测试项目 单位 VR300
黏度 CPS 300-1200
固成份 ％ 8
热膨胀系数 PPM/℃ 29
介电常数Dk(10GHZ) - 3.4
逸散因子Df(10GHZ) - 0.003
本发明实施例中的液晶高分子复合材料是由液晶高分子材料和填充物制备而成的，制备方法为：按表4所述重量比，于500mL反应瓶中分别加入液晶高分子和填充物，均匀搅拌分散，1小时后即配置完成液晶高分子复合材料组成物，所述液晶高分子复合材料的固体份为8-30％，黏度为1200-2000CP。
表4
如图2所示，本发明提供的一种液晶高分子高频双面覆铜板的制备方法，包括以下步骤：
将上述液晶高分子复合材料经由涂布工艺涂布于铜箔上，经过烘烤(所述烘烤的条件：温度为90℃，保温20min)、退火处理(所述退火处理的温度为300℃，保温3h)形成液晶高分子复合材料层，获得单面覆铜板，将两组相同工艺条件下获得的单面覆铜板涂覆有液晶高分子复合材料层的一面相对叠层放置，经过压合(温度为300-350℃)获得高频双面覆铜板。
制备的液晶高分子高频双面覆铜板，从上至下依次包括铜箔、液晶高分子复合材料层、液晶高分子复合材料层、铜箔，所述铜箔的厚度为12-18μm，铜箔型号为BHFX-92F-HA-V2-12μm，RZ＝1.1；所述液晶高分子复合材料层的厚度为12-50μm。
比较例1
如表5所示：
表5
厂商 Azotek(台湾佳胜科技有限公司)
型号 LDS
Dk(10GHz) 2.8
Df(10GHz) 0.004
剥离强度(Kgf/cm) 0.55
热重量损失℃(Td5％) 432
漂锡测试 320℃10sec PASS
实施例1-3与比较例1的性能测试
对实施例1-3制备的液晶高分子高频双面覆铜板以及比较例1的覆铜板测试Dk与Df，然后测试剥离强度，热重量损失，最后进行漂锡测试，本发明中Dk与Df测试所依据规范为：JISC2565，判定方法为：Dk与Df越低越好，Dk越低，信号的传送速率越快，Df越低，介质电导和介质极化滞后效应越小，电能损耗或信号损失越少；剥离强度测试所依据规范为：IPC-TM650 2.4.9，判定方法为：剥离强度>0.5Kgf/cm；热重量损失测试所依据规范为：IPC-TM650 2.4.24.6，判定方法为：失重率为5％时，失重温度越大，材料的热稳定越好；漂锡测试所依据规范为：IPC-TM650 2.4.13，判定方法为：在温度320℃条件持续10sec，表示通过，测试结果如表4所示。
从表4中可以看出，实施例1-3与比较例1均通过了漂锡测试，且Dk与Df均比较低，表明信号的传送速率快传输损失少；相较于比较例1，实施例1-3的剥离强度均较强，表明实施例1-3的液晶高分子高频双面覆铜板制作基板时更不易分层；且实施例1-3热重量损失较比较例1更高一些高，说明实施例1-3的液晶高分子高频双面覆铜板的耐热性更为优异。
实施例4
为了制备实施例1-3的液晶高分子高频双面覆铜板，本发明还提供了一种所述高频双面覆铜板的高温压合装置，如图3所示，包括第一保护膜输入辊1、第二保护膜输入辊2、第一保护膜导向辊3、第二保护膜导向辊6、第一单面覆铜板输入辊4、第二单面覆铜板输入辊5、上高温压轮7、下高温压轮8、第一保护膜支撑辊9、第二保护膜支撑辊12、第一保护膜收卷辊10、第二保护膜收卷辊11、双面覆铜板收卷辊13；
所述第一保护膜输入辊1、第一保护膜导向辊3、第一单面覆铜板输入辊4、上高温压轮7、第一保护膜支撑辊9和第一保护膜收卷辊10分别与第二保护膜输入辊2、第二保护膜导向辊6、第二单面覆铜板输入辊5、下高温压轮8、第二保护膜支撑辊12和第二保护膜收卷辊11按双面覆铜板收卷辊13所在水平面呈对称设置；
所述第一单面覆铜板输入辊4和第二单面覆铜板输入辊5分别设置在第一保护膜导向辊3的正下方和第二保护膜导向辊6的正上方；
所述下高温压轮8设有高度调节装置81，所述下高温压轮8的高度上限为与上高温压轮7紧紧相靠时的高度；
所述上高温压轮7和下高温压轮8均为中空结构，内部均设有温度传感器和控温装置，所述传感器与外部中控装置相连；
所述第一保护膜输入辊1、第二保护膜输入辊2、第一单面覆铜板输入辊4、第二单面覆铜板输入辊5、上高温压轮7、下高温压轮8、第一保护膜收卷辊10、第二保护膜收卷辊11和双面覆铜板收卷辊13上均设有驱动装置，并连接在同一外部驱动设备上。
工作原理：将第一保护膜14放入第一保护膜输入辊1，经由第一保护膜导向辊3、上高温压轮7、第一保护膜支撑辊9，固定至第一保护膜收卷辊10；将第二保护膜15放入第二保护膜输入辊2，经由第二保护膜导向辊6、下高温压轮8、第二保护膜支撑辊12，固定至第二保护膜收卷辊11；将第一单面覆铜板16和第二单面覆铜板17分别放入第一单面覆铜板输入辊4和第二单面覆铜板输入辊5，且铜箔的一侧向外放置，分别贴合第一保护膜14和第二保护膜15，穿过上、下高温压轮(7、8)固定至双面覆铜板收卷辊13上；根据生产要求调整下高温压轮高度81，进而来调节上、下高温压轮(7、8)之间形成的层压压力，确保最终经层压后的产品符合要求。
设定上、下高温压轮(7、8)的温度，以使高温压轮外表面产生符合生产要求的高温，在本实施例中，高温层压时要求的温度为300-380℃。当温度达到设定值，开启驱动装置，使第一保护膜输入辊1、第二保护膜输入辊2、第一单面覆铜板输入辊4、第二单面覆铜板输入辊5、上高温压轮7、下高温压轮8、第一保护膜收卷辊10、第二保护膜收卷辊11和双面覆铜板收卷辊13同时以同一线速度顺时针旋转。而第一保护膜导向辊3、第一保护膜支撑辊9和第二保护膜导向辊6、第二保护膜支撑辊12则分别给予第一保护膜14和第二保护膜15提供一定的张力，防止第一保护膜14和第二保护膜15在运行过程中蜷曲而不能有效地贴合铜箔。
所述第一保护膜14、第一单面覆铜板16、第二单面覆铜板17和第二保护膜15在上、下高温压轮(7、8)处汇集在一起，经过高温层压，所述第一单面覆铜板16的液晶高分子层与第二单面覆铜板17的液晶高分子层发生熔融反应粘合在一起，而第一保护膜14和第二保护膜15分别贴合在第一单面覆铜板16和第二单面覆铜板17的铜箔表面以防止铜箔在高温层压时表面被划伤。
经过高温层压后，贴合在铜箔表面的第一保护膜14和第二保护膜15分别与铜箔分离，并分别经由第一保护膜支撑辊9、第二保护膜支撑辊12收卷在第一保护膜收卷辊10和第二保护膜收卷辊11上；而第一单面覆铜板16和第二单面覆铜板17经过高温层压后获得的双面覆铜板18则收卷在双面覆铜板收卷辊13上。
在高温层压过程中，上、下高温压轮(7、8)内部的温度传感器在温度偏离设定值时，将自动调节上、下高温压轮(7、8)的温度，以维持温度的稳定，从而控制成品质量的稳定。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种液晶高分子高频双面覆铜板，其特征在于：包括两组单面覆铜板，所述单面覆铜板包括铜箔及附在铜箔表面的液晶高分子复合材料层，两组单面覆铜板涂覆有液晶高分子复合材料层的一面相对叠层放置，形成从上至下依次为铜箔、液晶高分子复合材料层、液晶高分子复合材料层和铜箔的结构。
2.根据权利要求1所述的液晶高分子高频双面覆铜板，其特征在于：所述液晶高分子复合材料层是由液晶高分子复合材料涂布在铜箔表面经过烘烤、退火处理形成。
3.根据权利要求2所述的液晶高分子高频双面覆铜板，其特征在于：所述液晶高分子复合材料是由以下重量份数的组分制成：100份液晶高分子材料和0.1-30份填充物；所述液晶高分子复合材料的固体份为8-30％，黏度为1200-2000CPs。
4.根据权利要求3所述的液晶高分子高频双面覆铜板，其特征在于：所述液晶高分子材料购自日本住友商事株事会社，牌号为VR300，固体份为8％，粘度为300-1200CPs；所述填充物为熔融石英、改性铁氟龙、氢氧化铝。
5.根据权利要求2所述的液晶高分子高频双面覆铜板，其特征在于：所述液晶高分子复合材料层的厚度为12-50μm，所述铜箔的厚度为12-18μm。
6.根据权利要求5所述的液晶高分子高频双面覆铜板，其特征在于：所述铜箔为日本三井金属矿业株式会社的型号为TQ-M7-VSP的电解铜、日本福田金属箔粉工业株式会社的型号为CF-H9A-DS-HD2R的电解铜、日本日矿金属株式会社的型号为JXEF-V2的电解铜日本、日矿金属株式会社的型号为BHFX-92F-HA-V2的压延铜中的一种。
7.如权利要求1至6任一项所述的液晶高分子高频双面覆铜板的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：将所述液晶高分子复合材料经由涂布工艺涂布于铜箔上，经过烘烤、退火处理，形成液晶高分子复合材料层，获得单面覆铜板，取两组单面覆铜板，并将涂覆有液晶高分子复合材料层的一面相对叠层放置，经过压合获得所述液晶高分子高频双面覆铜板。
8.根据权利要求7所述的液晶高分子高频双面覆铜板，其特征在于：所述涂布工艺的条件：温度为90℃，保温20min；所述烘烤的条件：温度为90℃，保温20min；所述退火处理的温度为300℃，保温3h；所述压合的温度为300-350℃。
9.根据权利要求7所述的液晶高分子高频双面覆铜板，其特征在于：所取的两组单面覆铜板均为同一工艺条件下制得。
10.一种制备如权利要求1至6任一项所述的高频双面覆铜板的高温压合装置，其特征在于：包括第一保护膜输入辊、第二保护膜输入辊、第一保护膜导向辊、第二保护膜导向辊、第一单面覆铜板输入辊、第二单面覆铜板输入辊、上高温压轮、下高温压轮、第一保护膜支撑辊、第二保护膜支撑辊、第一保护膜收卷辊、第二保护膜收卷辊、双面覆铜板收卷辊；
所述第一保护膜输入辊、第一保护膜导向辊、第一单面覆铜板输入辊、上高温压轮、第一保护膜支撑辊和第一保护膜收卷辊分别与第二保护膜输入辊、第二保护膜导向辊第二单面覆铜板输入辊、下高温压轮、第二保护膜支撑辊和第二保护膜收卷辊按双面覆铜板收卷辊所在水平面呈对称设置；
所述第一单面覆铜板输入辊和第二单面覆铜板输入辊分别设置在第一保护膜导向辊的正下方和第二保护膜导向辊的正上方；
所述下高温压轮设有高度调节装置，所述上高温压轮和下高温压轮均为中空结构，内部均设有温度传感器和控温装置，所述传感器与外部中控装置相连；
所述第一保护膜输入辊、第二保护膜输入辊、第一单面覆铜板输入辊、第二单面覆铜板输入辊、上高温压轮、下高温压轮、第一保护膜收卷辊、第二保护膜收卷辊和双面覆铜板收卷辊上均设有驱动装置，并连接在同一外部驱动设备上。
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