CN113365426A - 一种新型高频高速挠性覆铜板及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电子电路领域，具体涉及一种新型高频高速挠性覆铜板及其制备方法与应用。本发明采用硅烷偶联剂对陶瓷粉料进行表面处理，然后与聚四氟乙烯乳液均匀混合，得到改性处理聚四氟乙烯乳液；然后通过离子溅射和电镀在聚合物绝缘板材的双表面上形成铜导电层1，和铜箔层2，得到新型高频高速挠性覆铜板。本发明的工艺简单，节能环保，制得的覆铜板的介电常数和介质损耗一致性好，介质损耗低，大幅降低铜箔的厚度及粗糙度。

Description

一种新型高频高速挠性覆铜板及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于电子电路领域，具体涉及一种新型高频高速挠性覆铜板及其制备方法与应用。
背景技术
挠性覆铜板是指以绝缘材料为基材，表面覆以满足挠曲性能要求的薄铜箔导体而得到的单面挠性覆铜板或双面挠性覆铜板。相对于传统的刚性覆铜板而言，挠性覆铜板具有轻便、体积小和可挠性的优点，近年来被广泛应用于手机、数码相机、汽车卫星方向定位装置、液晶电视、笔记本电脑等电子产品中。除此之外，由挠性覆铜板加工而成的挠性印刷电路板(FPCB)还可以大量地减少组装次数，由此降低制造成本和提高最终产品组装的可靠性，并且可以在那些要求减少间隙和质量的地方进行使用。
按照产品结构不同，挠性覆铜板主要分为两大类：三层法挠性覆铜板(3L-FCCL)和两层法挠性覆铜板(2L-FCCL)。其中，三层法挠性覆铜板包括聚合物绝缘基膜、聚合物胶黏层和金属箔，三层法可适用于所有材料的挠性覆铜板的制造，也是目前最为广泛应用的制造方法。
而根据压制方式的不同，三层法挠性覆铜板又可分为两种类型，即间歇式的片状制造方法和连续式的卷状制造方法。前者的制备方法通常为：将聚合物绝缘基膜进行辐射处理，然后将可固化的树脂胶黏剂覆盖在聚合物绝缘基膜上，再与金属箔压合、高温固化，得到高频高速挠性覆铜板。这种挠性覆铜板的虽然介电常数低，可广泛运用与智能手机和航天设备等领域，具有设备投资少、生产品种容易变换、技术水平要求不高等优点，但也存在生产效率低、产品质量不稳定、成品合格率不高等缺点。此外，这种由聚合物绝缘基膜、胶黏剂和铜箔经过热压制备的挠性覆铜板，其损耗偏大，耐热性差，以及介电常数的稳定性差。
发明内容
为了解决上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种新型高频高速挠性覆铜板的制备方法。
本发明的另一目的在于提供上述制备方法制备得到的新型高频高速挠性覆铜板。
本发明的再一目的在于提供上述新型高频高速挠性覆铜板的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种新型高频高速挠性覆铜板的制备方法，包含如下步骤：
(1)采用硅烷偶联剂对陶瓷粉料进行表面处理，得到表面处理陶瓷粉料；
(2)把步骤(1)制得的表面处理陶瓷粉料与聚四氟乙烯乳液均匀混合，得到改性处理聚四氟乙烯乳液；
(3)将步骤(2)制得的改性处理聚四氟乙烯乳液流延、烧结，得到聚合物绝缘基材；
(4)通过离子溅射的方式在步骤(3)制得的聚合物绝缘板材的双表面上形成铜导电层1，然后通过电镀的方式在铜导电层1进一步形成铜箔层2，得到新型高频高速挠性覆铜板；
步骤(1)中所述的陶瓷粉料包含如下按质量百分比计的组分：
60～80％的二氧化硅、1～20％的氧化铝和1～20％的二氧化钛，三者的作用调节介电常数、增强聚四氟乙烯的硬度；
步骤(1)中所述的陶瓷粉料优选包含如下按质量百分比计的组分：
80％的二氧化硅、15～18％的氧化铝和2～5％的二氧化钛；
步骤(1)中所述的陶瓷粉料的介电常数温度系数为﹢50～400ppm/℃；
步骤(1)中所述的陶瓷粉料的介电常数温度系数优选为﹢50～150ppm/℃；
步骤(1)中所述的硅烷偶联剂优选为OFS-6032硅烷偶联剂；
步骤(1)中所述的硅烷偶联剂与陶瓷材料的质量比优选为5：95；
步骤(2)中所述的改性处理聚四氟乙烯乳液中，表面处理陶瓷粉料和聚四氟乙烯乳液固含量的质量比优选为(10～30)：(90～70)；
步骤(2)中所述的表面处理陶瓷粉料粒径D90优选为2μm，聚四氟乙烯乳液里聚四氟乙烯粒径D90优选为0.1～0.2μm，其中，聚四氟乙烯的小粒径容易包覆表面处理陶瓷粉料；
步骤(3)中所述的烧结的条件优选为330～380℃烧结10～60min；
步骤(4)中所述的聚合物绝缘基材的厚度为0.01～0.254mm，铜导电层1和铜箔层2的总厚度为2～12μm；
步骤(4)中所述的聚合物绝缘基材的厚度优选为0.02～0.05mm，铜导电层1和铜箔层2的总厚度优选为9μm，铜箔层2粗糙度Ra小于0.3μm；
步骤(4)中所述的铜导电层1的厚度优选为30～400nm；
常规的离子溅射和电镀工艺均可适用于本发明步骤(4)中所述的离子溅射和电镀；
一种新型高频高速挠性覆铜板，通过上述制备方法制备得到；
所述的新型高频高速挠性覆铜板在电子产品领域中的应用；
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明采用聚四氟乙烯乳液代替传统的聚四氟乙烯粉料，无需消泡剂既可以使树脂与无机填料充分混合，制得的覆铜板的介电常数和介质损耗一致性好。
(2)本发明采用聚四氟乙烯乳液代替传统的聚四氟乙烯粉料，流延后只需短时间烧结即可获得高性能聚合物绝缘基材，避免了烧结时间过长对基材性能的影响。
(3)本发明解决了传统挠性覆铜板的损耗大、耐热性差的问题，介质常数Dk为3.0时介质损耗Df仅为0.0013左右，且288℃漂锡时间达到70min。
(4)本发明精准控制离子溅射和电镀工艺制备平面轮廓铜箔，使得铜箔晶粒以纳米级均匀分布，铜箔结构为扁长型，铜箔与基材的结合力强，高频传输特性和蚀刻性能优异，挠曲性极佳。
(5)本发明制得的新型高频高速挠性覆铜板完全无卤，具有优异的离子迁移性能、耐热性和耐化学性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
以下实施例中，所用仪器：球磨砂磨机、流延机、离子溅射和电镀机均为本领域公知的设备。所用硅烷偶联剂为市售硅烷偶联剂6032。
实施例中所述的份数为质量份数。
实施例1
(1)制备表面处理陶瓷粉料：
①将80份二氧化硅、15份氧化铝和5份二氧化钛混合均匀，得到陶瓷粉料；其介电常数温度系数为﹢50ppm/℃；将陶瓷粉料加入蒸馏水中搅拌均匀，得到陶瓷粉料蒸馏水混合液；
②将硅烷偶联剂加入到步骤①制得的陶瓷粉料蒸馏水混合液中搅拌均匀，其中，硅烷偶联剂和陶瓷粉料质量比为5:95；将上述混合液烘干和粉碎过筛，得到表面处理陶瓷粉料；
(2)制备改性处理聚四氟乙烯乳液：
采用球磨砂磨机将30份步骤(1)制得的表面处理陶瓷粉料和70份聚四氟乙烯乳液混合均匀，得到改性处理聚四氟乙烯乳液；其中，表面处理陶瓷粉料粒径D90为2微米，聚四氟乙烯乳液里的聚四氟乙烯的粒径D90为0.2微米；
(3)制备新型高频高速挠性覆铜板：
①将步骤(2)制得的改性处理聚四氟乙烯乳液流延成型，得到0.02mm厚的薄膜，然后烘箱设定在350℃下烧结25min，烧结完成后即得到聚合物绝缘基材；
②通过离子溅射的方式在步骤(3)制得的聚合物绝缘板材的双表面上形成铜导电层1(厚度为300nm)，然后通过电镀的方式在铜导电层1进一步形成铜箔层2，即得到新型高频高速挠性覆铜板，铜箔层1+铜箔层2总厚度(单面)为9μm，铜箔层2粗糙度为0.2微米。
本实施例制得的新型高频高速挠性覆铜板产品的性能如表1所示。本发明进一步检测了本实施例不同批次的新型高频高速挠性覆铜板产品的介电常数和介质损耗，结果见表2。
表1实施例1制得的新型高频高速挠性覆铜板的各项性能
Figure BDA0002460177170000041
表2实施例1制得的新型高频高速挠性覆铜板(五次取样)的一致性数据
性能 第一批次 第二批次 第三批次 第四批次 第五批次
介电常数(Dk) 3.00±0.05 3.01±0.05 3.00±0.05 3.01±0.05 3.00±0.05
介质损耗(Df) 0.0013 0.0013 0.0013 0.0013 0.0013
从上述结果可以看出，本发明采用聚四氟乙烯乳液代替传统的聚四氟乙烯粉料，物料混合更均匀、介电常数和介质损耗一致性更好，烧结时间更短。
实施例2
(1)制备表面处理陶瓷粉料：
①将80份二氧化硅、18份氧化铝和2份二氧化钛混合均匀，得到陶瓷粉料；其介电常数温度系数为﹢80ppm/℃；将陶瓷粉料加入蒸馏水中搅拌均匀，得到陶瓷粉料蒸馏水混合液；
②将硅烷偶联剂加入到步骤①制得的陶瓷粉料蒸馏水混合液中搅拌均匀，其中，硅烷偶联剂和陶瓷粉料质量比为5:95；将以上混合液烘干和粉碎过筛，得到表面处理陶瓷粉料；
(2)制备改性处理聚四氟乙烯乳液：
采用球磨砂磨机将10份步骤(1)制得的表面处理陶瓷粉料和90份聚四氟乙烯乳液混合均匀，得到改性处理聚四氟乙烯乳液；其中，表面处理陶瓷粉料粒径D90为2微米，聚四氟乙烯乳液里的聚四氟乙烯的粒径D90为0.1微米；
(3)制备新型高频高速挠性覆铜板：
①将步骤(2)制得的改性处理聚四氟乙烯乳液流延成型，得到0.03mm厚的薄膜，烘箱设定在380℃下烧结10min，烧结完成后即得到聚合物绝缘基材；
②通过离子溅射的方式在步骤(3)制得的聚合物绝缘板材的双表面上形成铜导电层1(厚度为80nm)，然后通过电镀的方式在铜导电层1进一步形成铜箔层2，即得到新型高频高速挠性覆铜板，铜箔层1+铜箔层2总厚度(单面)为5μm，铜箔层2粗糙度为0.2微米。
本实施例制得的新型高频高速挠性覆铜板产品的性能如表3所示。本发明进一步检测了本实施例不同批次的新型高频高速挠性覆铜板产品的介电常数和介质损耗，结果见表4。
表3实施例2制得的新型高频高速挠性覆铜板的各项性能
Figure BDA0002460177170000051
Figure BDA0002460177170000061
表4实施例2制得的各批次新型高频高速挠性覆铜板的一致性数据
性能 第一批次 第二批次 第三批次 第四批次 第五批次
介电常数(Dk) 2.20±0.05 2.20±0.05 2.20±0.05 2.20±0.05 2.20±0.05
介质损耗(Df) 0.0008 0.0008 0.0008 0.0008 0.0008
从上述结果可以看出，本发明采用聚四氟乙烯乳液代替传统的聚四氟乙烯粉料，物料混合更均匀、介电常数和介质损耗一致性更好，烧结时间更短。
实施例3
(1)制备表面处理陶瓷粉料：
①将80份二氧化硅、16份氧化铝和4份二氧化钛混合均匀，得到陶瓷粉料；其介电常数温度系数为+70ppm/℃；将陶瓷粉料加入蒸馏水中搅拌均匀，得到陶瓷粉料蒸馏水混合液；
②将硅烷偶联剂加入到步骤①制得的陶瓷粉料蒸馏水混合液中搅拌均匀；其中硅烷偶联剂和陶瓷粉料质量比为5:95；将以上混合液烘干和粉碎过筛，得到表面处理陶瓷粉料；
(2)制备改性处理聚四氟乙烯乳液：
采用球磨砂磨机将20份步骤(1)制得的表面处理陶瓷粉料和80份聚四氟乙烯乳液混合均匀，得到改性处理聚四氟乙烯乳液；其中，表面处理陶瓷粉料粒径D90为2微米，聚四氟乙烯乳液里的聚四氟乙烯的粒径D90为0.15微米；
(3)制备新型高频高速挠性覆铜板：
①将步骤(2)制得的改性处理聚四氟乙烯乳液流延成型，得到0.02mm厚的薄膜，烘箱设定在330℃下烧结60min，烧结完成后即得到聚合物绝缘基材；
②通过离子溅射的方式在步骤(3)制得的聚合物绝缘板材的双表面上形成铜导电层1(厚度为400nm)，然后通过电镀的方式在铜导电层1进一步形成铜箔层2，即得到新型高频高速挠性覆铜板，铜箔层1+铜箔层2总厚度(单面)为9.6μm，粗糙度为0.2微米。
本实施例制得的新型高频高速挠性覆铜板产品的性能如表5所示。本发明进一步检测了本实施例不同批次的新型高频高速挠性覆铜板产品的介电常数和介质损耗，结果见表6。
表5实施例3制得的新型高频高速挠性覆铜板的各项性能
Figure BDA0002460177170000071
表6实施例3制得的各批次新型高频高速挠性覆铜板的一致性数据
性能 第一批次 第二批次 第三批次 第四批次 第五批次
介电常数(Dk) 2.55±0.05 2.56±0.05 2.55±0.05 2.54±0.05 2.55±0.05
介质损耗(Df) 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010
从上述结果可以看出，本发明采用聚四氟乙烯乳液代替传统的聚四氟乙烯粉料，物料混合更均匀、介电常数和介质损耗一致性更好，烧结时间更短。
对比实施例1
(1)制备表面处理陶瓷粉料：
①将80份二氧化硅、15份氧化铝和5份二氧化钛混合均匀，得到陶瓷粉料；其介电常数温度系数为﹢50ppm/℃；将陶瓷粉料加入蒸馏水中搅拌均匀，得到陶瓷粉料蒸馏水混合液；
②将硅烷偶联剂加入到步骤①制得的陶瓷粉料蒸馏水混合液中搅拌均匀，其中，硅烷偶联剂和陶瓷粉料质量比为5:95；将上述混合液烘干和粉碎过筛，得到表面处理陶瓷粉料；
(2)制备改性处理聚四氟乙烯粉料：
采用球磨砂磨机将30份表面处理陶瓷粉料及70份分散聚四氟乙烯粉料混合均匀，得到改性处理聚四氟乙烯粉料；其中，表面处理陶瓷粉料粒径D90为2微米，分散聚四氟乙烯粉料粒径D90为20微米。
(3)制备高频高速挠性覆铜板：
将步骤(2)制得的改性处理聚四氟乙烯粉料冷压成型制成0.02mm厚的薄膜，所用压力为100kg/cm；将板置于烧结炉中在380℃下烧结2h，烧结完成后即得到聚合物绝缘基材；
②通过离子溅射的方式在步骤(3)制得的聚合物绝缘板材的双表面上形成铜导电层1(厚度为300nm)，然后通过电镀的方式在铜导电层1进一步形成铜箔层2，即得到高频高速挠性覆铜板，铜导电层(铜箔层1+铜箔层2)为9μm，铜箔层2粗糙度为0.3微米。
本实施例制得的高频高速挠性覆铜板产品的性能如表7所示。本发明进一步检测了本实施例不同批次的高频高速挠性覆铜板产品的介电常数和介质损耗，结果见表8。
表7实施例3制得的高频高速挠性覆铜板的各项性能
Figure BDA0002460177170000081
Figure BDA0002460177170000091
表8实施例3制得的各批次高频高速挠性覆铜板的一致性数据
性能 第一批次 第二批次 第三批次 第四批次 第五批次
介电常数(Dk) 3.10±0.05 2.98±0.05 3.02±0.05 3.01±0.05 3.00±0.05
介质损耗(Df) 0.0023 0.0023 0.0023 0.0023 0.0023
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新型高频高速挠性覆铜板的制备方法，其特征在于包含如下步骤：
(1)采用硅烷偶联剂对陶瓷粉料进行表面处理，得到表面处理陶瓷粉料；
(2)把步骤(1)制得的表面处理陶瓷粉料与聚四氟乙烯乳液均匀混合，得到改性处理聚四氟乙烯乳液；
(3)将步骤(2)制得的改性处理聚四氟乙烯乳液流延、烧结，得到聚合物绝缘基材；
(4)通过离子溅射的方式在步骤(3)制得的聚合物绝缘板材的双表面上形成铜导电层1，然后通过电镀的方式在铜导电层1进一步形成铜箔层2，得到新型高频高速挠性覆铜板。
2.根据权利要求1所述的新型高频高速挠性覆铜板的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的陶瓷粉料包含如下按质量百分比计的组分：
60～80％的二氧化硅、1～20％的氧化铝和1～20％的二氧化钛。
3.根据权利要求1所述的新型高频高速挠性覆铜板的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的硅烷偶联剂为OFS-6032硅烷偶联剂。
4.根据权利要求1所述的新型高频高速挠性覆铜板的制备方法，其特征在于：
步骤(2)中所述的改性处理聚四氟乙烯乳液中，表面处理陶瓷粉料和聚四氟乙烯乳液固含量的质量比为(10～30)：(90～70)。
5.根据权利要求1所述的新型高频高速挠性覆铜板的制备方法，其特征在于：
步骤(2)中所述的表面处理陶瓷粉料粒径D90为2μm，聚四氟乙烯乳液里聚四氟乙烯粒径D90为0.1～0.2μm。
6.根据权利要求1所述的新型高频高速挠性覆铜板的制备方法，其特征在于：
步骤(3)中所述的烧结的条件为330～380℃烧结10～60min。
7.根据权利要求1所述的新型高频高速挠性覆铜板的制备方法，其特征在于：
步骤(4)中所述的聚合物绝缘基材的厚度为0.01～0.254mm，铜导电层1和铜箔层2的总厚度为2～12μm。
8.根据权利要求7所述的新型高频高速挠性覆铜板的制备方法，其特征在于：
步骤(4)中所述的铜导电层1的厚度为30～400nm。
9.一种新型高频高速挠性覆铜板，其特征在于通过权利要求1～8任一项所述的制备方法制备得到。
10.权利要求9所述的新型高频高速挠性覆铜板在电子产品领域中的应用。
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CN108901130A (zh) * 2018-05-18 2018-11-27 吴东建 一种高频高速挠性覆铜板及其制备方法
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