CN113584467B - 一种提高光面铜结合力的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高光面铜结合力的方法，包括以下步骤：对铜表面进行等离子处理；将氨基硅烷偶联剂溶于溶剂中，形成混合溶液，且所述氨基硅烷偶联剂在混合溶液中的重量百分比为0.03％‑0.25％；将得到的混合溶液涂敷于铜表面上，而后使铜表面干燥；对涂敷了混合溶液的铜表面再次进行等离子处理。本发明方法采用氨基硅烷偶联剂作为键合剂，氨基分子端能与铜进行化学键合，硅烷端能与绝缘介质进行键合，实现光滑的铜面与树脂的高结合力，满足环保、成膜快速、成本低廉和易于批量生产的要求。
Description
技术领域
本发明涉及印制线路板制作技术领域，具体涉及一种提高光面铜结合力的方法。
背景技术
电路板主要是由铜与树脂等材料组成的，为了提高铜与树脂的结合力，可以通过增加铜表面粗糙度来实现。
但是，随着5G通信信号传输往高频高速化发展，信号传输的趋肤效应影响越来越大，铜表面层的粗糙度会造成信号损失，常规铜表面粗糙度造成信号传输损失占25％，印制电路板(PCB)铜导体表面粗糙度要求越来越小直至无粗糙度化。
解决无粗糙度的铜表面与绝缘介质层之间粘结并实现符合要求的结合强度的最佳方案是用化学方法取代传统的增加表面粗糙度的物理方法，在铜与绝缘层之间加入某种极薄的粘结层(键合剂)，它的一面能与铜表面进行结合，而另一面能与绝缘材料结合，这样的“共用”粘结层可以牢固地把铜导体与绝缘层结合在一起。
传统的工艺一般是采用棕化/超粗化/中粗化/微蚀药水等化学方法，或者磨刷/火山灰/喷砂等物理方法来粗化铜表面，此类工艺除了会导致高频信号在传输过程中产生大量衰减以外，还伴有污染大(高铜高酸废水)、成本高(需预先多电镀1～2微米铜，之后再把铜腐蚀掉或者打磨掉)等缺点。
发明内容
本发明针对上述现有的技术缺陷，提供一种提高光面铜结合力的方法，采用氨基硅烷偶联剂作为键合剂，氨基分子端能与铜进行化学键合，硅烷端能与绝缘介质进行键合，实现光滑的铜面与树脂的高结合力，满足环保、成膜快速、成本低廉和易于批量生产的要求。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种提高光面铜结合力的方法，应用于铜箔或板表面的铜面上，包括以下步骤：
S1、对铜表面进行等离子处理；
S2、将氨基硅烷偶联剂溶于溶剂中，形成混合溶液，且所述氨基硅烷偶联剂在混合溶液中的重量百分比为0.03％-0.25％；
S3、将得到的混合溶液涂敷于铜表面上，而后使铜表面干燥；
S4、对涂敷了混合溶液的铜表面再次进行等离子处理。
进一步的，步骤S1和S4中，在等离子处理前铜表面的水滴角为45-68°，等离子处理后铜表面的水滴角为11-26°。
进一步的，步骤S1和S4中，在进行等离子处理时，铜表面的传送速度为3m/min。
进一步的，步骤S1和S4中，采用旋转式的喷射头和由空气形成的等离子体对铜表面进行等离子处理，且在进行等离子处理时，喷射头的移动速度为50m/min，移动距离为280mm，喷射电压为215V，喷射电流为6.5A。
进一步的，步骤S2中，所述氨基硅烷偶联剂在混合溶液中的重量百分比为0.06％。
进一步的，步骤S2中，所述溶剂采用体积比为1：1的纯水和乙醇组成的混合溶剂。
进一步的，步骤S2中，氨基硅烷偶联剂采用KH-550硅烷偶联剂。
进一步的，步骤S2中，采用超声波分散的方式将氨基硅烷偶联剂溶解于溶剂中。
进一步的，步骤S3中，采用喷雾的方式或吸水滚轮将混合溶液涂敷于铜表面上，而后晾干或吹干铜表面。
进一步的，经过步骤S1-S4处理后的铜表面需在4小时内进行树脂层的粘接。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明方法采用氨基硅烷偶联剂作为键合剂，氨基分子端能与铜进行化学键合，硅烷端水解后能与绝缘介质进行键合，实现光滑的铜面与树脂的高结合力，且通过该方法处理后的铜表面不需要清洗和排水，满足环保、成膜快速、成本低廉和易于批量生产的要求；且通过优化，在混合溶液中采用合适浓度的氨基硅烷偶联剂，便于后期涂敷后的溶剂挥发干燥以及进行后处理；在涂敷后混合溶液再一次对铜表面进行等离子处理，以去除多余的氨基硅烷偶联剂和均匀化氨基硅烷偶联剂层，实现铜表面与氨基硅烷偶联剂的均匀结合，并使其形成单分子膜和活化铜表面，偶联剂分子与分子之间的结合力并不高，在铜与树脂之间只有单分子层的偶联剂才能起到提高结合力的作用，因此该处理后形成的单分子膜可提供与树脂层的高结合力。
附图说明
图1为具体案例1中铜箔剥离后其表面的局部电子扫描显微镜图像。
具体实施方式
为了更充分的理解本发明的技术内容，下面将结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步介绍和说明。
实施例
由于信号传输高频(或高速)化要求铜导体表面超低或无粗糙度，同时也为了避免或克服铜光面与树脂类间的结合强度或结合力的降低，最好的方法是在铜与树脂之间加入“自整合”单分子膜，在铜与树脂的结合力将由“物理(接触面积间)结合”道路走向化学结合(化学吸附、化学反应、化学改性等)方法，从而提高铜与树脂间的结合力(强度)。
采用氨基硅烷偶联剂涂敷和空气等离子体加工结合的方式，可以大大增强光面铜箔与树脂的结合力，而且达到更环保，成本更低的要求。
本实施例所示的一种提高光面铜结合力的方法，应用于铜箔或板表面的铜面上，包括以下步骤：
a、采用旋转式的喷射头和由空气形成的等离子体对铜表面进行等离子处理,以清洁和提高光滑铜面的亲水性，提高了铜表面的附着力,用于提供一个涂敷液可以迅速铺展开的表面，便于后期在铜表面上涂敷含有氨基硅烷偶联剂的混合溶液。
上述中，在等离子处理前铜表面的水滴角为45-68°，等离子处理后铜表面的水滴角为11-26°，在进行等离子处理时，铜表面的传送速度为3m/min，喷射头的移动速度为50m/min，移动距离为280mm，喷射电压为215V，喷射电流为6.5A；利用上述各参数的配合，使铜表面充分被等离子体处理，以改变铜表面性质，有利于改善胶接性能，提高胶接强度。
b、将氨基硅烷偶联剂采用超声波分散的方式溶于溶剂中，形成混合溶液，且所述氨基硅烷偶联剂在混合溶液中的重量百分比为0.03％-0.25％；该溶剂采用体积比为1：1的纯水和乙醇组成的混合溶剂。
上述中氨基硅烷偶联剂采用KH-550硅烷偶联剂。
c、采用喷雾的方式或吸水滚轮将上述得到的混合溶液涂敷于铜表面上，而后通过晾干或吹干使铜表面干燥；
d、对涂敷了混合溶液的铜表面再次进行等离子处理，具体过程与步骤a相同；以去除多余的氨基硅烷偶联剂和均匀化氨基硅烷偶联剂层，使其形成单分子膜和活化铜表面，偶联剂分子与分子之间的结合力并不高，在铜与树脂之间只有单分子层的偶联剂才能起到提高结合力的作用，因此该处理后形成的单分子膜可提供与树脂层的高结合力。
在一具体实施例中，氨基硅烷偶联剂在混合溶液中的重量百分比为0.06％。
在一具体实施例中，经过步骤a-d处理后的铜表面需在4小时内进行树脂层的粘接,即要在4小时内将其与树脂介质层结合。
具体案例1
采用上述实施例的方法在压合前对光面铜箔进行处理以提高PP与铜箔的结合力，光面铜箔的具体处理过程如下：
(1)、采用由空气形成的等离子体对光面铜箔的表面进行等离子处理；处理前光面铜箔表面的水滴角为60°，等离子处理后光面铜箔表面的水滴角为13°，用于喷出等离子体的喷射头的具体参数如上述的实施例所述。
(2)、先将体积比为1：1的纯水和乙醇混合后组成溶剂，利用体积比为1：1的纯水和乙醇组成溶剂，在确保溶剂具有一定的稳定性的情况下，提高溶剂的挥发性，便于后期其的挥发，减少后期光面铜箔的干燥时间；再把KH-550硅烷偶联剂通过超声波分散的方式溶解于溶剂中，形成混合溶液；其中，超声波分散的时间为10min，KH-550硅烷偶联剂在混合溶液中的重量百分比为0.06％。
(3)、采用喷雾的方式将前面得到的混合溶液喷涂到光面铜箔的表面，雾状溶液全部覆盖完全光面铜箔的表面，而后晾干10min，在晾干的过程中溶剂逐渐挥发，使光面铜箔干燥。
(4)、再次采用步骤(1)的方式对涂敷有偶联剂的光面铜箔表面进行等离子处理，以去除多余的氨基硅烷偶联剂和均匀化氨基硅烷偶联剂层，使其形成单分子膜和活化光面铜箔表面。
经过上述处理后，采用现有技术在3小时内将该处理后的光面铜箔与芯板和PP进行压合，使该光面铜箔与PP结合，通过实际剥离验证(铜箔剥离后其表面如图1所示)，压合后光面铜箔与PP之间的剥离强度为0.82N/mm，对比现有技术中直接采用未经过上述处理后的光面铜箔与压合后的剥离强度仅为0.2-0.3N/mm，由此可见上述中的方法有显著的增强铜箔表面与树脂层结合力的作用。
具体案例2
先通过现有技术制作出生产板，该生产板已经过表面处理，采用上述实施例的方法在阻焊前对线路表面进行处理以提高阻焊油墨与线路表面的结合力，线路表面的具体处理过程如下：
(1)、采用由空气形成的等离子体对阻焊丝印前的生产板表面进行等离子处理；处理前生产板表面的水滴角为60°，等离子处理后生产板表面的水滴角为13°，用于喷出等离子体的喷射头的具体参数如上述的实施例所述。
(2)、先将体积比为1：1的纯水和乙醇混合后组成溶剂，利用体积比为1：1的纯水和乙醇组成溶剂，在确保溶剂具有一定的稳定性的情况下，提高溶剂的挥发性，便于后期其的挥发，减少后期光面铜箔的干燥时间；再把KH-550硅烷偶联剂溶解于溶剂中，形成混合溶液；其中，溶解的时间为30min，KH-550硅烷偶联剂在混合溶液中的重量百分比为0.06％。
(3)、采用吸水滚轮吸取前面得到的混合溶液并涂敷到生产板的表面，而后吹干生产板，吹干温度为60-80℃，避免温度太高影响生产板的物理性质，以确保生产板的品质保持良好。
(4)、再次采用步骤(1)的方式对涂敷有偶联剂的生产板表面进行等离子处理，以去除多余的氨基硅烷偶联剂和均匀化氨基硅烷偶联剂层，使其形成单分子膜和活化生产板表面。
经过上述处理后，在1小时内在生产板上进行阻焊丝印加工，阻焊油墨固化后形成阻焊层，使生产板表面的铜面与阻焊层形成有效结合，而后进行化锡测试，生产板用上述方法处理之后的化锡药水渗入阻焊的深度为36微米；对比现有技术中未采用上述方法在阻焊前对生产板表面进行处理时，化锡药水渗入阻焊的深度为93微米，由此可见上述中的处理方法有显著的增强阻焊油墨与线路铜表面结合力的作用。
以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种提高光面铜结合力的方法，应用于铜箔或板表面的铜面上，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对铜表面进行等离子处理；在等离子处理前铜表面的水滴角为45-68°，等离子处理后铜表面的水滴角为11-26°；
S2、将氨基硅烷偶联剂溶于溶剂中，形成混合溶液，且所述氨基硅烷偶联剂在混合溶液中的重量百分比为0.03%-0.25%；
S3、将得到的混合溶液涂敷于铜表面上，而后使铜表面干燥；
S4、对涂敷了混合溶液的铜表面再次进行等离子处理,以去除多余的氨基硅烷偶联剂和均匀化氨基硅烷偶联剂层，使其形成单分子膜和活化光面铜箔表面；在等离子处理前铜表面的水滴角为45-68°，等离子处理后铜表面的水滴角为11-26°。
2.根据权利要求1所述的提高光面铜结合力的方法，其特征在于，步骤S1和S4中，在进行等离子处理时，铜表面的传送速度为3m/min。
3.根据权利要求1所述的提高光面铜结合力的方法，其特征在于，步骤S1和S4中，采用旋转式的喷射头和由空气形成的等离子体对铜表面进行等离子处理，且在进行等离子处理时，喷射头的移动速度为50m/min，移动距离为280mm，喷射电压为215V，喷射电流为6.5A。
4.根据权利要求1所述的提高光面铜结合力的方法，其特征在于，步骤S2中，所述氨基硅烷偶联剂在混合溶液中的重量百分比为0.06%。
5.根据权利要求1所述的提高光面铜结合力的方法，其特征在于，步骤S2中，所述溶剂采用体积比为1：1的纯水和乙醇组成的混合溶剂。
6.根据权利要求1所述的提高光面铜结合力的方法，其特征在于，步骤S2中，氨基硅烷偶联剂采用KH-550硅烷偶联剂。
7.根据权利要求1-6任一项所述的提高光面铜结合力的方法，其特征在于，步骤S2中，采用超声波分散的方式将氨基硅烷偶联剂溶解于溶剂中。
8.根据权利要求1所述的提高光面铜结合力的方法，其特征在于，步骤S3中，采用喷雾的方式或吸水滚轮将混合溶液涂敷于铜表面上，而后晾干或吹干铜表面。
9.根据权利要求1所述的提高光面铜结合力的方法，其特征在于，经过步骤S1-S4处理后的铜表面需在4小时内进行树脂层的粘接。
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