CN113840725A - 多层片材、制造方法和由其形成的制品 - Google Patents

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Z·陈
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Abstract

制造具有导电图案的多层片材的方法包括将第一聚合物层和第二聚合物组合物进料到压延叠层，第一聚合物层具有布置在其上的内部导电图案，第一聚合物层包含第一聚合物组合物，第一聚合物组合物含有具有第一玻璃化转变温度的第一聚合物，并且第二聚合物组合物包含第二聚合物和激光直接结构添加剂(LDS)，第二聚合物具有低于第一玻璃化转变温度50至100℃的第二玻璃化转变温度；将第一聚合物层和第二聚合物组合物压在一起以将包含第二聚合物组合物的第二聚合物层层压到第一聚合物层上，第二聚合物层具有面向第一聚合物层的内部导电图案的内表面和相对的外表面；在第二聚合物层的外表面上形成活化的表面图案；并在活化的表面图案上施加导电金属，其中所述第一聚合物层与第二聚合物层直接物理接触。

Description

多层片材、制造方法和由其形成的制品
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年3月28日提交的EP EP19165987.9的益处，其全部内容通过引用并入本文。
背景技术
本公开涉及多层片材、由其形成的制品及其制造方法，特别是具有导电图案的多层片材、由其形成的制品及其制造方法。
热塑性塑料已在各种电子组件中用作电路路径的基板材料。例如，移动天线通常放置在单个热塑性载体片上。如今，对电子组件执行多种功能的需求日益增加。同时，可以安装电子组件的空间变得更加有限。因此，需要具有各种服务功能且尺寸减小的电子组件。
WO 2016/092472公开了一种聚合物片材，其包括具有相对侧面的基层以及接触基层的相对侧面的第一和第二盖层，其中第一盖层包含第一激光直接添加剂，并且第二盖层包含第二LDS添加剂。WO 2018/026601公开了一种叠层，其包括具有第一层的聚合物膜，该第一层含有热塑性聚合物和激光直接结构添加剂；基板；以及布置在聚合物薄膜与基板之间的粘合层。US 2013/168133公开了一种用于产生电路载体的方法，所述方法包括提供含有热塑性组合物的模制部件，所述热塑性组合物包括热塑性树脂和激光直接结构添加剂，并用激光辐射照射部件的将在其上形成导电轨道的区域，并且然后金属化照射区域。
发明内容
公开了一种制造具有导电图案的多层片材的方法。该方法包括将第一聚合物层和第二聚合物组合物进料到压延叠层，第一聚合物层具有外表面和其上布置有内部导电图案的内表面，第一聚合物层包含第一聚合物组合物，所述第一聚合物组合物含有具有第一玻璃化转变温度的第一聚合物，并且第二聚合物组合物包含第二聚合物和激光直接结构添加剂，第二聚合物具有低于第一玻璃化转变温度50至100℃的第二玻璃化转变温度，其中所述玻璃化转变温度通过差示扫描量热法根据ASTM D3418-15以20℃/min的加热速率来确定；将第一聚合物层和第二聚合物组合物压在一起以将包含第二聚合物组合物的第二聚合物层层压到第一聚合物层，第二聚合物层具有面向第一聚合物层的内部导电图案的内表面和相对的外表面；通过用激光机活化第二聚合物层的外表面上的激光直接结构添加剂的一部分形成活化的表面图案；和在活化的表面图案上施加导电金属以在第二聚合物层的外表面上产生第二导电图案；和其中所述第一聚合物层与第二聚合物层直接物理接触。
还公开了一种多层片材。该多层片材包含：具有内表面和相对的外表面的第一聚合物层，该第一聚合物层包含含有第一激光直接结构添加剂和具有第一玻璃化转变温度的第一聚合物的第一聚合物组合物；具有内表面和相对的外表面的第二聚合物层，该第二聚合物层包含第二聚合物组合物，该第二聚合物组合物包含第二激光直接结构添加剂和具有第二玻璃化转变温度的第二聚合物；布置在第一聚合物层的内表面上、在第一聚合物层和第二聚合物层的内表面之间的第一导电图案；和布置在第二聚合物层的外表面上的第二导电图案，其中所述第一聚合物层与第二聚合物层直接物理接触；并且其中所述第二玻璃化转变温度低于第一玻璃化转变温度50至100℃，如通过差示扫描量热法根据ASTM D3418-15以20℃/min的加热速率测定。
附图说明
提供示例性而非限制性附图的描述，其中：
图1是本公开的一个实施方案的多层片材的分解图；
图2是具有三层的多层片材的分解图。
图3A、3B、3C和3D示出根据本公开的实施方案的制造多层片材的过程；
图4是实施例1的多层片材的横截面的扫描电子显微镜(SEM)图像；和
图5是实施例1的多层片材的横截面的光学显微镜(OM)图像。
具体实施方式
提供具有导电图案的多层片材。与单层片材相比，多层片材可以将多个电路路径集成到一个组件中，每一层带有相同或不同的导电图案，例如优选地在不同层上具有不同的导电图案。由于尺寸减小和功能集成，如本文公开的多层片材可以是各种电子设备提供更灵活的设计。此外，通过仔细选择每一层的载体材料，如本文所公开的多层片材可以例如经由连续过程容易地制造，这在商业环境中通常是需要的。
根据本公开的多层片材包含具有内表面和相对的外表面的第一聚合物层，该第一聚合物层包含第一聚合物组合物，该第一聚合物组合物包含第一聚合物和第一激光直接结构(LDS)添加剂；第二聚合物层具有内表面和相对的外表面，第二聚合物层包含第二聚合物组合物，该第二聚合物组合物含有第二聚合物和第二激光直接结构添加剂；布置在第一聚合物层的内表面上并面向第二聚合物层的内表面的第一导电图案；以及布置在第二聚合物层的外表面上的第二导电图案。如本文所用，“布置”或“布置于”包括嵌入或部分嵌入。任选地，多层片材还包括布置在第一聚合物层的外表面上的第三聚合物层和布置在第一聚合物层的外表面上并面向第三聚合物层的第三导电图案。第三聚合物层包含第三聚合物组合物，第三聚合物组合物包含第三聚合物和任选的第三激光直接结构添加剂。如果需要，多层片材可以包含附加层。例如，替代地或另外地，多层片材可以包含布置在第二或第三聚合物层的外表面上的另外的聚合物层，其中另外的聚合物层包含含有另外的聚合物的另外的聚合物组合物。
为了制造具有结构完整性的多层片材，第二和第三聚合物多层片材各自独立地具有低于第一聚合物的玻璃化转变温度50至100℃或60至90℃的玻璃化转变温度(Tg)，如通过差示扫描量热法(DSC)根据ASTM D3418-15以20℃/min的加热速率测定。第二和第三聚合物层可以包含相同或不同的材料。如果存在，另外的聚合物具有低于第二和第三聚合物的玻璃化转变温度50至100℃或60至90℃的玻璃化转变温度，如通过差示扫描量热法(DSC)根据ASTM D3418-15以20℃/min的加热速率测定。不希望受理论束缚，据信当第一和第二/第三聚合物之间的Tg差在所述范围内时，第二和第三聚合物层可以在热层压过程期间在不损害第一聚合物层的材料和结构完整性的情况下热层压到第一聚合物层的相对侧。同样，当第二/第三聚合物和另外的聚合物之间的Tg差在所述范围内时，另外的聚合物层可以在不损害第二/第三聚合物层的材料和结构完整性的情况下热层压到第二聚合物层上。
第一聚合物包含聚醚酰亚胺、聚烯烃、聚醚醚酮、液晶聚合物或聚邻苯二甲酰胺中的至少一种。基于第一聚合物层的总重量，第一聚合物可以80至99重量％、85至95重量％或90至95重量％的量存在于第一聚合物层中。
第二、第三或另外的聚合物层可分别包含第二、第三或另外的聚合物组合物。(统称为“聚合物组合物”)第二、第三或另外的聚合物组合物包含第二、第三或另外的聚合物，它们各自独立地可以是聚碳酸酯或聚酯中的至少一种。任选地，第二、第三和另外的聚合物组合物各自独立地进一步包含抗冲改性剂。在使用时，聚碳酸酯与抗冲改性剂的重量比为50:1至2:1或10:1至3:1。当这些组合物不含抗冲改性剂时，第二、第三和另外的聚合物组合物可分别包含80至99重量％、85至95重量％或90至95重量％的第二、第三或另外的聚合物。当存在抗冲改性剂时，基于第二、第三或另外的聚合物的总重量，第二、第三或另外的聚合物组合物包含60至95重量％或70至90重量％的第二、第三或另外的聚合物组合物。
聚(醚酰亚胺)包括聚醚酰亚胺均聚物和共聚物，例如聚(醚酰亚胺砜)和聚(醚酰亚胺-硅氧烷)。此类聚醚酰亚胺描述于例如US 9,006,319、WO 2009/10537和US 8937,127中。
聚醚酰亚胺包含多于1个，例如2至1000，或5至500，或10至100个式(1)的结构单元
Figure BDA0003321522080000041
其中每个R独立地相同或不同，并且是被取代或未被取代的二价有机基团，例如被取代或未被取代的C6-20芳烃基团、被取代或未被取代的直链或支链C4-20亚烷基，被取代或未被取代的C3-8亚环烷基，特别是前述任一项的卤化衍生物。优选地，R是下式(2)中的一个或多个的二价基团
Figure BDA0003321522080000042
其中Q1是-O-、-S-、-C(O)-、-SO2-、-SO-、-P(Ra)(＝O)-，其中Ra是C1-8烷基或C6-12芳基，-CyH2y-，其中y是1至5的整数或其卤代衍生物(包括全氟亚烷基)，或-(C6H10)z-，其中z是1至4的整数。R的具体实例包括间亚苯基、对亚苯基或二亚芳基砜，特别是双(4,4'-亚苯基)砜、双(3,4'-亚苯基)砜、双(3,3'-亚苯基))砜，或包含至少一种上述物质的组合。至少10摩尔％或至少50摩尔％的R基团可以含有砜基团。或者，没有R基团含有砜基团。
进一步在式(1)中，T是-O-或式-O-Z-O-的基团，其中-O-或-O-Z-O-基团的二价键在3,3'、3,4'、4,3'或4,4'位置，并且Z是芳族C6-24单环或多环部分，任选地被1至6个C1-8烷基、1至8个卤素原子或包含前述中的至少一个的组合取代，前提是不超过Z的化合价。示例性基团Z包括式(3)的基团
Figure BDA0003321522080000043
其中Ra和Rb各自独立地相同或不同，并且是例如卤素原子或一价C1-6烷基；p和q各自独立地是0至4的整数；c是0至4；并且X a是连接所述羟基取代的芳族基团的桥连基团，其中桥连基团和各C6亚芳基的羟基取代基被彼此邻位、间位或对位(特别是对位)布置在C6亚芳基上。桥接基团Xa可以是单键、-O-、-S-、-S(O)-、-S(O)2-、-C(O)-或C1-18有机桥接基团。C1-18有机桥连基团可以是环状或非环状、芳香族或非芳香族的，并且可以进一步包含杂原子，例如卤素、氧、氮、硫、硅或磷。C1-18有机基团可以布置成使得与其连接的C6亚芳基各自连接到共同的亚烷基碳或连接到C1-18有机桥连基团的不同碳。Z基团的具体实例是式(3a)的二价基团
Figure BDA0003321522080000051
其中Q是-O-、-S-、-C(O)-、-SO2-、-SO-、-P(Ra)(＝O)-，其中Ra是C1-8烷基或C6-12芳基，或-CyH2y-，其中y是1至5的整数或其卤代衍生物(包括全氟亚烷基)，且任选地式(3a)中Q是2,2-异亚丙基。
优选地，在式(1)中，R是间亚苯基、对亚苯基或包含前述至少一种的组合，且T是-O-Z-O-，其中Z是式(3a)的二价基团且Q是2,2-异亚丙基。此类材料可从SABIC以商品名ULTEMTM获得。聚醚酰亚胺还可以是包含式(1)的附加结构聚醚酰亚胺单元的共聚物，其中至少50摩尔百分比(mol％)的R基团是双(4,4'-亚苯基)砜、双(3,4'-亚苯基)砜、双(3,3'-亚苯基)砜或包含前述至少一种的组合且其余R基团是对亚苯基、间亚苯基或包含前述至少一种的组合；并且Z是2,2-(4-亚苯基)异亚丙基，即双酚A部分，其实例可从SABIC以商品名EXTEM商购获得。
聚烯烃可以是α-烯烃如聚乙烯、聚丙烯和聚丁烯的聚合物。聚烯烃也可以是两种或更多种烯烃的共聚物。优选地，聚烯烃是聚乙烯或聚丙烯。
聚醚醚酮包含式(4)的重复单元
Figure BDA0003321522080000052
其中每次出现的Ar、Ar1和Ar2独立地是具有6至30个碳的被取代或未被取代的单环或多环芳族基团。Ar、Ar1和Ar2基团包括但不限于苯基、甲苯基、萘基和联苯基。Ar、Ar1和Ar2可以彼此相同或不同。另外，Ar、Ar1和Ar2中的两个可以彼此相同而第三个可以不同。优选Ar、Ar1和Ar2是苯基，例如未被取代的苯基。
聚邻苯二甲酰胺是芳香族聚酰胺，其可通过将酸例如对苯二甲酸、间苯二甲酸或其组合与胺缩合而制备。聚邻苯二甲酰胺包含具有式(5)的重复单元
Figure BDA0003321522080000061
其中每个G1独立地是支化或未支化的C4-8烷基，例如1,6-己基。聚邻苯二甲酰胺可以是包含式(5)单元和式(6)单元的均聚物或嵌段共聚物或无规共聚物
Figure BDA0003321522080000062
其中每个G2和G3独立地是支化或未支化的C4-12烷基。
如本文所用，“聚碳酸酯”是指具有式(7)的重复结构碳酸酯单元的均聚物或共聚物
Figure BDA0003321522080000063
其中R1基团总数的至少60％是芳香族，或每个R1含有至少一个C6-30芳香族基团。聚碳酸酯及其制造方法是本领域已知的并且例如已在WO 2013/175448 A1、美国2014/0295363和WO 2014/072923中描述。聚碳酸酯通常由双酚化合物，例如2,2-双(4-羟基苯基)丙烷(“双酚-A”或“BPA”)、3,3-双(4-羟基苯基)邻苯二甲酰亚胺、1,1-双(4-羟基-3-甲基苯基)环己烷，或1,1-双(4-羟基苯基)-3,3,5-三甲基环己烷(异佛尔酮)制成，或也可以使用包含至少一种上述双酚化合物的组合。聚碳酸酯可以是衍生自BPA的均聚物；衍生自BPA和另一种双酚或二羟基芳族化合物如间苯二酚的共聚物；或衍生自BPA和任选的另一种双酚或二羟基芳族化合物的共聚物，并且还包含非碳酸酯单元，例如芳族酯单元，例如间苯二酚对苯二甲酸酯或间苯二甲酸酯，基于C6-20脂族二酸的芳族-脂族酯单元，聚硅氧烷单元例如聚二甲基硅氧烷单元，或包含前述至少一种的组合。聚碳酸酯的玻璃化转变温度可以是120℃至180℃，如通过差示扫描量热法(DSC)根据ASTM D3418-15以20℃/min的加热速率测定。聚碳酸酯的具体实例是双酚A聚碳酸酯均聚物。
聚酯包括衍生自含有2至约10个碳原子的脂族、脂环族或芳族二醇或其混合物和脂族、脂环族或芳族二羧酸的那些，并具有以下通式的重复单元：
Figure BDA0003321522080000064
其中n是2至6的整数，且R1和R2各自独立地是二价C1-C20脂族基团、C2-C12脂环族烷基或C6-C24芳族基团。
聚酯可由对苯二甲酸以及乙二醇和环己二甲醇的组合形成；优选由对苯二甲酸和乙二醇、二乙二醇和环己二甲醇的组合形成。聚酯的实例包括聚(对苯二甲酸乙二醇酯)、聚对苯二甲酸亚环己基二亚甲基二醇酯、聚(1,4-亚环己基二亚甲基1,4-环己烷二甲酸酯)、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸亚环己基二亚甲基二醇酯、聚对苯二甲酸亚环己基二亚甲基酯或聚对苯二甲酸乙二醇酯与二乙二醇中的至少一种。优选地，聚酯包括聚(对苯二甲酸乙二醇酯)(“PET”)，例如未改性的PET、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)等。
抗冲改性剂包括但不限于例如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物(ABS)、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸丁酯(ASA)聚合物、甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(MABS)聚合物、甲基丙烯酸甲酯甲基丙烯酸酯-丁二烯-苯乙烯(MBS)聚合物和丙烯腈-乙烯-丙烯-二烯-苯乙烯(AES)聚合物。另一方面，抗冲改性剂是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物(“ABS聚合物”)。另一方面，抗冲改性剂是本体聚合的ABS聚合物(“BABS聚合物”或“本体ABS聚合物”)。
第一、第二、第三和任何另外的聚合物层中的激光直接结构(LDS)添加剂可以相同或不同。选择激光直接结构添加剂，使得在用激光活化后，可以通过随后的金属化或电镀过程形成导电路径。具体地，当激光直接结构添加剂暴露于激光时，元素金属被释放或活化；并且在未暴露于激光束的区域，没有金属原子被释放或活化。因此，激光在聚合物层上绘制图案并留下含有释放或活化金属颗粒的粗糙表面。这些金属颗粒在随后的金属化或电镀过程中充当晶体生长的核。
激光直接结构添加剂的实例包括金属氧化物，例如重金属的氧化物，例如铬、铜或其组合，或铜盐，例如氢氧化磷酸铜、磷酸铜、硫酸铜、硫氰酸亚铜或包括至少一种上述LDS添加剂的组合。这些激光直接结构添加剂也可以具有尖晶石型晶体结构。优选地，激光直接结构添加剂包含铜铬氧化物，更优选具有尖晶石型晶体结构的铜铬氧化物。可商购的激光直接结构添加剂包含可从美国Ferro Corp.商购的PK3095黑色颜料(CAS#68186-91-4)和可从Shepherd Color公司商购的Black 1G颜料黑28(CAS#68186-91-4)。
激光直接结构添加剂可以基于聚合物层或聚合物组合物的总重量1重量％至15重量％、3重量％至10重量％或5重量％至10重量％的量存在于聚合物层或聚合物组合物中。不同聚合物层中激光直接结构添加剂的量可以相同或不同。
除了热塑性聚合物和LDS添加剂外，聚合物层或聚合物组合物可以包括通常掺入这种类型的聚合物组合物中的各种添加剂，条件是选择的添加剂不会对聚合物层中的聚合物的所需的性质产生不利影响。可以在混合组分以形成聚合物层期间，在适当时间混合此类添加剂。示例性添加剂包括填料、增强剂、抗氧化剂、热稳定剂、光稳定剂、紫外线(UV)光稳定剂、增塑剂、润滑剂、脱模剂、抗静电剂、着色剂(例如炭黑和有机染料)、表面效应添加剂、辐射稳定剂(例如红外线吸收剂)、阻燃剂和抗滴落剂。可使用添加剂的组合，例如热稳定剂、脱模剂和紫外线稳定剂的组合。基于聚合物层的组合物或聚合物组合物的总重量，添加剂(除任何抗冲改性剂、填料或增强剂外)的总量可以是0.001重量百分比(重量％)至5重量％。
由激光结构化添加剂形成的导电图案可以与相邻的聚合物层直接物理接触，并且不使用粘合剂。例如，第一导电图案可以与第一聚合物层的内表面和第二聚合物层的内表面两者直接物理接触。第二导电图案可以与第二聚合物层的外表面直接物理接触。同样，第三导电图案可以与第一聚合物层的外表面和第三聚合物层的内表面直接物理接触。如果需要，可以存在另外的聚合物层和导电图案。一方面，两个相邻的聚合物层都包含激光结构化添加剂。相邻的聚合物层之间没有布置粘合剂或基板或其他层，并且相邻的聚合物层彼此直接物理接触。例如，第一和第二聚合物层中的每一个都包含激光结构化添加剂，并且第一和第二聚合物层彼此直接物理接触。
导电图案可以在路径、形状和功能方面变化。如本文所用，导电图案包括电路路径。导电图案可用作微波/毫米波电路、接地层、互连结构、贴片天线层等。
根据多层片材的最终用途，不同层的导电图案可以电隔离或电连接。当不同层的导电图案电连接时，可以通过LDS和电镀过程在叠层的侧表面上产生另外的导电图案来连接图案。替代地或另外地，不同层的导电图案可以通过渗透穿过层的导电路径连接。例如，可以先在叠层上钻孔，并且然后通过孔形成导电通路(例如，使用LDS和电镀过程以在孔的内壁上形成导电线以在不同层上连接导电图案)来形成连接。
导电图案包括导电金属。如本文所用，导电金属是指具有在20℃下大于1x106西门子每米(S/m)、大于5x106S/m或大于1x107S/m的导电率的金属或金属合金。导电金属的实例包括铜、金、镍、银、锌、钯、铬、锡或它们的合金。可以使用金属的组合。特别提到铜。导电图案中的导电金属可以与LDS添加剂中的金属相同或不同。
多层片材的总厚度可达甚至超过几毫米。更具体地，多层片材可具有200微米至1毫米，并且具体地300微米至600微米的厚度(例如，规格)。根据片材的最终用途，也可以制造具有其他厚度的多层片材。每个聚合物层可以具有100微米到500毫米，特别是150到300微米的厚度。当聚合物层的厚度小于100微米时，激光可能会在LDS过程过程中穿透聚合物层。布置在每个聚合物层上的导电图案的厚度可以是2至15微米或5至10微米。
图1是根据本公开的实施方案的多层片材的分解图。如图1所示，多层片材50具有第一聚合物层54、第二聚合物层52、布置在第一聚合物层54的内表面54A上并面向第二聚合物层52的内表面52A的第一导电图案53；以及布置在第二聚合物层52的外表面52B上的第二导电图案51。另一个导电图案(未示出)可以任选地形成在第一聚合物层54的外表面54B上。
图2是具有至少三个聚合物层65、62和64的多层片材的分解图。多层片材还具有布置在表面62B和面层65上的第一导电图案61和布置在表面62A和面层64上的第二导电图案63。任选地，可以在表面65B或64B上形成另外的导电图案。
有利地，如本文所公开的多层片材可以通过热层压制造。该方法包括将第一聚合物层和第二聚合物组合物进料到压延叠层，第一聚合物层具有外表面和其上布置有内部导电图案的内表面，第一聚合物层包含第一聚合物组合物，该第一聚合物组合物含有具有第一玻璃化转变温度的第一聚合物，并且第二聚合物层包含含有第二聚合物的第二聚合物组合物和激光直接结构添加剂，第二聚合物具有低于第一玻璃化转变温度50至100℃的第二玻璃化转变温度，其中玻璃化转变温度通过差示扫描量热法根据ASTM D3418-15以20℃/min的加热速率测定；将第一聚合物层和第二聚合物组合物压在一起以将含有第二聚合物组合物的第二聚合物层层压到第一聚合物层，第二聚合物层具有面向第一聚合物层的内部导电图案的内表面和相对的外表面；通过用激光机活化第二聚合物层的外表面上的激光直接结构添加剂的一部分形成活化的表面图案；和在活化的表面图案上施加导电金属以在第二聚合物层的外表面上产生第二导电图案。另外的聚合物层可如本文所述层压。
进料到压延叠层、具有具有布置在其上的内部导电图案的内表面和相对的外表面的第一聚合物层，可以通过从包含第一聚合物和激光直接结构添加剂的第一聚合物组合物注射成型、挤出、旋转成型、吹塑成型、热成型等制造。然后用激光机活化第一聚合物层内表面上的激光直接结构添加剂，形成活化表面；并且导电金属被施加到(例如，镀在)活化表面上以在第一聚合物层上形成内部导电图案。
进料到压延叠层的第二聚合物组合物可以是通过挤出形成的层或熔融组合物的形式。优选地，在挤出后立即将熔融的第二聚合物组合物与包含导电图案的第一聚合物层一起进料到压延叠层。熔融的第二聚合物组合物也可以在通过模具后首先冷却以形成第二聚合物层，然后再将其与第一聚合物层一起进料到压延叠层。当第二聚合物组合物与所述第一聚合物层一起进料到压延叠层时，第二聚合物组合物可具有第二聚合物Tg和第二聚合物的Tg-50℃之间，第二聚合物Tg和第二聚合物的Tg-20℃之间，或第二聚合物Tg和第二聚合物Tg-10℃之间的表面温度，其中所述第二聚合物Tg是所述第二聚合物的玻璃化转变温度，如通过差示扫描量热法(DSC)根据ASTM D3418-15以20℃/min的加热速率测定。
在连续过程中，挤出机(例如，单螺杆挤出机)可以将聚合物熔体(例如，第二聚合物熔体)供应到挤出机设备的进料块中。模具形成熔融聚合物组合物，然后将其与第一聚合物层一起进料到压延叠层。
压延堆叠可以包括二到四个反向旋转的圆柱形辊。适用于辊的材料包括塑料、金属(例如铬、不锈钢、铝等)、橡胶(例如EPDM)、陶瓷材料等。优选地，辊由金属(例如钢)或涂有橡胶的金属制成。通常注意到，辊的尺寸、辊的材料、辊的数量、围绕辊的薄膜缠绕等可随所采用的系统而变化。可以适当地加热或冷却每个辊。
可以在压延辊之间连续挤压第一聚合物层和第二聚合物组合物以形成叠层。辊的温度可以基于第二聚合物的Tg来设定。接触第一聚合物层的辊可以具有第二聚合物Tg-50℃至第二聚合物Tg+10℃，第二聚合物Tg-20℃至第二聚合物Tg+10℃或第二聚合物Tg-10℃至第二聚合物Tg+10℃的温度。接触第二聚合物组合物的辊可以具有第二聚合物Tg-50℃至第二聚合物Tg，第二聚合物Tg-20℃至第二聚合物Tg或第二聚合物Tg-10℃至第二聚合物Tg的温度。作为一个具体的实例中，第一聚合物层包含具有190-225℃的Tg的聚醚酰亚胺，并且第二聚合物层或熔融组合物包含聚碳酸酯(具有120-180℃的Tg)时，接触第一聚合物层的辊的温度可以是130-140℃，并且接触第二聚合物层/熔融组合物的辊的温度可以是120-130℃。
在通过辊间间隙(“辊隙”)后，可以将叠层冷却(例如，到低于熔融材料的Tg的温度)，然后可以通过牵引辊。辊隙压力可以是1巴(100,000帕斯卡)至20巴(2,000,000帕斯卡)。线速度可根据挤出机类型、产量、片材厚度进行调整。通常1米/分钟(m/min)至30m/min的线速度是优选的。可以任选地将掩模施加到冷却的叠层以保护叠层免受损坏或污染。
接下来，进行激光直接结构(LDS)过程以在第二聚合物层的外表面上形成导电路径。最初，将激光束施加到第二聚合物层的外表面以根据预定图案活化激光直接添加剂以形成活化或蚀刻的表面。该过程也可称为激光蚀刻。激光蚀刻可以在激光参数的宽广范围内进行，例如在1瓦(W)至10W的功率与30千赫兹(kHz)至110kHz的频率和1米/秒(m/s)至5m/s的速度下。优选地，激光蚀刻以1W至10W的功率以40kHz至100kHz的频率和2m/s至4m/s的速度进行。
激光蚀刻后会形成粗糙的表面。如本文所用，“粗糙表面”是指已被激光蚀刻并且具有大于其在激光蚀刻前的表面粗糙度的表面粗糙度的表面。
可将本文所述的导电金属施加在活化表面上以形成导电图案。例如，可以使用电镀过程。任选地，在电镀过程中可以使用化学镀铜浴。电镀温度可以是50至80℃或60至70℃。
可将包含导电图案(优选包含至少两个导电图案)的多层片材置于卷绕机上以提供卷状产品，在线切割成片状材料，或任选地离线将卷状物成片并切成适合搬运的长度。
多层片材可包括另外的聚合物层。例如，该方法还可包括将第三聚合物层层压到第一聚合物层的外表面上。所述第三聚合物层包含第三聚合物组合物，第三聚合物组合物包括第三聚合物和任选的激光直接结构添加剂，其中所述第三聚合物具有低于所述第一聚合物的玻璃化转变温度50至100℃的第三玻璃化转变温度。第二和第三聚合物组合物可以相同或不同。
第二和第三聚合物层可以同时层压到第一聚合物层上。在这种情况下，可以首先在第一聚合物层的相对侧上形成相同或不同的导电图案以提供图案化的第一聚合物层，然后将图案化的第一聚合物层、第二聚合物组合物和布置在所述第一聚合物层的相对图案化表面上的第三聚合物组合物进料到压延叠层以将包含第二聚合物组合物的第二聚合物层、包含第三聚合物组合物的第三聚合物层层压到第一聚合物层的相对侧。在层压后，可以在第二或第三聚合物层的外表面上形成另外的导电图案。
或者，第二和第三聚合物层可以顺序地层压到第一聚合物层上。在这种情况下，可以根据本文所述的方法将第二聚合物层首先层压到第一聚合物层上。然后在层压第三聚合物层前，如果在第一聚合物层层压到第二聚合物层前尚未形成外部导电图案，则可以例如经由LDS以及如本文所述的电镀过程在第一聚合物层的外表面上形成。可以通过将第三聚合物组合物和第一和第二聚合物层的叠层进料到压延叠层中，将第三聚合物层层压到第一聚合物层上。在层压后，可以在第二或第三聚合物层的外表面上形成另外的导电图案。
该过程可以是连续过程或不连续过程。制造如本文所公开的多层片材的过程的具体实例在图3A-3D中示出。如这些图中所示，首先提供一卷第一聚合物层10。通过LDS过程在第一聚合物层10的内表面21上形成导电图案22以提供图案化的第一聚合物层20。接着，由模具33形成的熔融的第二聚合物组合物32与图案化的第一聚合物层20一起被进料到压延叠层31，其中导电图案22面向熔融的第二聚合物组合物。在穿过压延叠层31后，形成叠层35。然后通过LDS过程在叠层35的外表面36上形成导电图案42以形成多层片材40。
多层片材可用于生产各种制品的组件。组件的一个实例是天线。示例性制品包括计算机设备、家用电器、装饰设备、电磁干扰设备、印刷电路、Wi-Fi设备、蓝牙设备、GPS设备、蜂窝天线设备、智能电话设备、汽车设备、军事设备、航空航天设备、医疗设备、例如助听器、传感器设备、安全设备、屏蔽设备、RF天线设备或RFID设备。
实施例
实施例1-3
实施例中使用的材料在表1中描述。
表1.
Figure BDA0003321522080000121
表2中所示的各种多层片材是在其中指出的条件下构造的。LDS通过激光束活化，然后通过化学镀过程对激光活化区域进行电镀。镀覆温度为60℃至70℃，并且电镀溶剂含有铜盐。电镀过程持续1.5小时。电镀金属的厚度为5至10微米(μm)。
实施例1的多层片材的横截面的扫描电子显微镜(SEM)图像和光学显微镜(OM)图像分别在图4和图5中显示。
表2：
Figure BDA0003321522080000131
这些实施例表明，可以通过挤出和热层压过程容易地制造具有多个导电图案的多层片材。每层的导电图案可以通过调整激光活化图案来定制设计。多层片材还具有如图4和5所示的结构完整性。
下面阐述的是本公开的各个方面。
方面1.一种制造具有导电图案的多层片材的方法，所述方法包括：将第一聚合物层和第二聚合物组合物进料到压延叠层中，第一聚合物层具有外表面和其上布置有内部导电图案的内表面，第一聚合物层包含第一聚合物组合物，第一聚合物组合物包含具有第一玻璃化转变温度的第一聚合物，并且第二聚合物组合物包含第二聚合物和激光直接结构添加剂，第二聚合物具有低于所述第一玻璃化转变温度50至100℃的第二玻璃化转变温度，其中所述玻璃化转变温度通过差示扫描量热法根据ASTM D3418-15以20℃/min的加热速率测定；将第一聚合物层和第二聚合物组合物压在一起以将含有第二聚合物组合物的第二聚合物层层压到第一聚合物层上，第二聚合物层具有面向第一聚合物层的内部导电图案的内表面和相对的外表面；通过用激光机活化第二聚合物层的外表面上的激光直接结构添加剂的一部分形成活化的表面图案；在活化的表面图案上施加导电金属以在第二聚合物层的外表面上产生第二导电图案，其中所述第一聚合物层与第二聚合物层直接物理接触。
方面2.方面1的方法，还包括通过挤出形成第二聚合物组合物。
方面3.方面1或方面2的方法，其中第二聚合物组合物在与第一聚合物层一起进料到压延叠层时处于熔融状态。
方面4.方面1至3中任一项的方法，还包括通过以下方式在第一聚合物层的内表面上形成内导电图案：通过用激光机活化第一聚合物层的内表面上的第一激光直接结构添加剂的一部分来形成第一活化的表面图案；以及在第一聚合物层上的第一活化的表面图案上施加第一导电金属以在第一聚合物层的内表面上产生内部导电图案。
方面5.方面1至4中任一项的方法，其中所述第一聚合物层还具有布置在所述第一聚合物层的外表面上的外部导电图案。
方面6.方面1至5中任一项的方法，还包括将第三聚合物层层压到第一聚合物层的外表面上，其中第三聚合物层包含第三聚合物组合物，所述第三聚合物组合物包含具有低于第一玻璃化转变温度50至100℃的第三玻璃化转变温度的第三聚合物。
方面7.方面6的方法，其中第二和第三聚合物层同时层压到第一聚合物层。
方面8.方面6的方法，其中第二和第三聚合物层顺序地层压到第一聚合物层。
方面9.方面1至8中任一项的方法，还包括将另外的聚合物层层压到第二聚合物层的外表面上，其中另外的聚合物层包含另外的聚合物组合物，所述另外的聚合物组合物包含具有低于第二玻璃化转变温度50至100℃的另外的玻璃化转变温度的另外的聚合物。
方面10.方面1至9中任一项的过程，其中所述过程为连续过程。
方面11.方面1至10中任一项的方法，其中所述第一聚合物包含聚醚酰亚胺、聚烯烃、聚醚醚酮、液晶聚合物或聚邻苯二甲酰胺中的至少一种。
方面12.方面6至11中任一项的方法，其中第二聚合物、第三聚合物和另外的聚合物各自独立地包含聚碳酸酯或聚酯中的至少一种，并且优选地其中第二聚合物、第三聚合物和另外的聚合物各自独立地包含具有120℃至180℃的玻璃化转变温度的聚碳酸酯，通过差示扫描量热法根据ASTM D3418-15以20℃/min的加热速率测定。
方面13.方面12的方法，其中第二、第三和另外的聚合物组合物各自独立地进一步包含抗冲改性剂，并且其中任选地，所述抗冲改性剂包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯和丙烯腈-乙烯-丙烯-二烯-苯乙烯中的至少一种。
方面14.方面1至13任一项的方法，其中所述激光直接结构添加剂包含铬的氧化物、铜的氧化物、铬和铜的氧化物、氢氧化磷酸铜、磷酸铜、硫酸铜，或硫氰酸亚铜中的至少一种。
方面15.一种通过方面1至14中任一项的方法形成的多层片材。
方面16.一种多层片材，包含：具有内表面和相对的外表面的第一聚合物层，所述第一聚合物层包含第一聚合物组合物，所述第一聚合物组合物包含第一激光直接结构添加剂和具有第一玻璃化转变温度的第一聚合物；具有内表面和相对的外表面的第二聚合物层，所述第二聚合物层包含第二聚合物组合物，所述第二聚合物组合物含有第二激光直接结构添加剂和具有第二玻璃化转变温度的第二聚合物；布置在第一聚合物层的内表面上、在第一聚合物层和第二聚合物层的内表面之间的第一导电图案；布置在第二聚合物层的外表面上的第二导电图案，其中所述第一聚合物层与所述第二聚合物层直接物理接触；并且其中所述第二玻璃化转变温度低于第一玻璃化转变温度50至100℃，如通过差示扫描量热法根据ASTM D3418-15以20℃/min的加热速率测定。
方面17.方面16的多层片材，其中所述第一聚合物层还具有布置在第一聚合物层的外表面上的外部导电图案，并且多层片材还包括布置在第一聚合物层的外表面上的第三聚合物层。
方面18.方面17的多层片材，其中所述第一聚合物包含聚醚酰亚胺或聚烯烃中的至少一种，并且第二聚合物和第三聚合物各自独立地包含聚碳酸酯，并且第一和第二激光直接结构添加剂各自独立地包含铬的氧化物、铜的氧化物、铬和铜的氧化物、氢氧化磷酸铜、磷酸铜、硫酸铜或硫氰酸亚铜中的至少一种。
方面19.一种制品，包括方面第15至18中任一项的多层片材。
单数形式“一个”、“一种”以及“所述”包括复数指示物，除非上下文另外清楚地指明。“或”是指“和/或”，除非上下文另有明确说明。除非另有限定，否则本文使用的技术和科学术语具有与本发明所属领域的技术人员通常理解的相同的含义。“组合”包括共混物、混合物、合金、反应产物等。“上述一项或多项”是指至少一种所列材料。
除非本文另有说明，否则对标准、法规、测试方法等的任何引用均指在提交本申请时有效的最新标准、法规、指南或方法。
所有引用的专利、专利申请和其他参考文献均通过引用整体并入本文。然而，如果本申请中的术语与并入的参考文献中的术语相矛盾或冲突，来自本申请的术语优先于来自并入参考文献的冲突术语。
尽管出于说明的目的已经阐述典型的实施方案，但不应将前述描述视为对本文范围的限制。因此，在不脱离本文的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以想到各种修改、改变和替代。

Claims (14)

1.一种具有导电图案的多层片材的制造方法，所述方法包括：
将第一聚合物层和第二聚合物组合物进料到压延叠层，
所述第一聚合物层具有外表面和其上布置有内部导电图案的内表面，所述第一聚合物层包含第一聚合物组合物，所述第一聚合物组合物包含具有第一玻璃化转变温度的第一聚合物，并且
所述第二聚合物组合物包含第二聚合物和激光直接结构添加剂，所述第二聚合物具有低于所述第一玻璃化转变温度50至100℃的第二玻璃化转变温度，其中所述玻璃化转变温度通过差示扫描量热法根据ASTM D3418-15以20℃/min的加热速率确定；
将所述第一聚合物层和所述第二聚合物组合物压在一起以将含有所述第二聚合物组合物的第二聚合物层层压到所述第一聚合物层上，所述第二聚合物层具有面向所述第一聚合物层的内部导电图案的内表面和相对的外表面；
通过用激光机活化所述第二聚合物层的外表面上的激光直接结构添加剂的一部分形成活化的表面图案；和
在所述活化的表面图案上施加导电金属以在所述第二聚合物层的外表面上产生第二导电图案；
其中所述第一聚合物层与所述第二聚合物层直接物理接触。
2.根据权利要求1所述的方法，其中当与所述第一聚合物层一起进料到所述压延叠层时，所述第二聚合物组合物处于熔融状态。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，还包括通过以下步骤在所述第一聚合物层的内表面上形成所述内部导电图案：
通过用激光机活化所述第一聚合物层内表面上的第一激光直接结构添加剂的一部分形成第一活化的表面图案；和
在所述第一聚合物层上的第一活化的表面图案上施加第一导电金属以在所述第一聚合物层的内表面上产生所述内部导电图案。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述第一聚合物层还具有布置在所述第一聚合物层的外表面上的外部导电图案。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，还包括将第三聚合物层层压到所述第一聚合物层的外表面上，其中所述第三聚合物层包含第三聚合物组合物，所述第三聚合物组合物包含具有低于所述第一玻璃化转变温度50至100℃的第三玻璃化转变温度的第三聚合物。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，还包括将另外的聚合物层层压到所述第二聚合物层的外表面上，其中所述另外的聚合物层包含另外的聚合物组合物，所述另外的聚合物组合物包含具有低于所述第二玻璃化转变温度50至100℃的另外的玻璃化转变温度的另外的聚合物。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述方法为连续方法。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述第一聚合物包含聚醚酰亚胺、聚烯烃、聚醚醚酮、液晶聚合物或聚邻苯二甲酰胺中的至少一种。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其中所述第二聚合物、所述第三聚合物和所述另外的聚合物各自独立地包含聚碳酸酯或聚酯中的至少一种，并且优选地其中所述第二聚合物、所述第三聚合物和另外的聚合物各自独立地包含具有120℃至180℃的玻璃化转变温度的聚碳酸酯，如通过差示扫描量热根据ASTM D3418-15以20℃/min的加热速率测定，并且任选地，其中所述第二、第三和另外的聚合物组合物各自独立地进一步包含抗冲改性剂，所述抗冲改性剂包含丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯或丙烯腈-乙烯-丙烯-二烯-苯乙烯中的至少一种。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述激光直接结构添加剂包含铬的氧化物、铜的氧化物、铬和铜的氧化物、氢氧化磷酸铜、磷酸铜、硫酸铜，或硫氰酸亚铜中的至少一种。
11.一种多层片材，包含：
具有内表面和相对的外表面的第一聚合物层，所述第一聚合物层包含第一聚合物组合物，所述第一聚合物组合物包含第一激光直接结构添加剂和具有第一玻璃化转变温度的第一聚合物；
具有内表面和相对的外表面的第二聚合物层，所述第二聚合物层包含第二聚合物组合物，所述第二聚合物组合物包含第二激光直接结构添加剂和具有第二玻璃化转变温度的第二聚合物；
布置在所述第一聚合物层的内表面上、在所述第一聚合物层和所述第二聚合物层的内表面之间的第一导电图案；和
布置在所述第二聚合物层的外表面上的第二导电图案，
其中所述第一聚合物层与所述第二聚合物层直接物理接触；和
所述第二玻璃化转变温度低于所述第一玻璃化转变温度50至100℃，如通过差示扫描量热法根据ASTM D3418-15以20℃/min的加热速率测定。
12.根据权利要求11所述的多层片材，其中所述第一聚合物层还具有布置在所述第一聚合物层的外表面上的外部导电图案，并且所述多层片材还包括布置在所述第一聚合物层的外表面上的第三聚合物层。
13.根据权利要求12所述的多层片材，其中所述第一聚合物包含聚醚酰亚胺或聚烯烃中的至少一种，并且所述第二聚合物和所述第三聚合物各自独立地包括聚碳酸酯，并且所述第一和第二激光直接结构添加剂各自独立地包括铬的氧化物、铜的氧化物、铬和铜的氧化物、氢氧化磷酸铜、磷酸铜、硫酸铜或硫氰酸亚铜中的至少一种。
14.包含权利要求11至13中任一项的多层片材的制品。
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