CN116134603A - 模制互连器件 - Google Patents

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Abstract

提供了一种模制互连器件，其包括衬底和设置在衬底上的导电元件。衬底包括聚合物组合物，聚合物组合物包含包括热致性液晶聚合物的聚合物基质和每100重量份聚合物基质约10重量份至约80重量份。矿物填料的平均直径为约25微米或更小。聚合物组合物包含约1,000ppm或更少的量的铜和约2,000ppm或更少的量的铬，并且还表现出根据IEC62631‑3‑1:2016测定的约1×1014欧姆或更大的表面电阻率。

Description

模制互连器件
相关申请的交叉引用
本申请要求序列号为63/057,345(申请日为2020年7月28日)、63/057,349(申请日为2020年7月28日)、63/057,353(申请日为2020年7月28日)的美国临时专利申请和序列号为17/178,292(申请日为2021年2月18日)、17/178,295(申请日为2021年2月18日)、17/178,312(申请日为2021年2月18日)和17/184,948(申请日为2021年2月25日)的美国专利申请的申请权益，通过引用将其全部并入本文。
背景技术
为了形成各种电子部件，通常形成包含塑料衬底的模制互连器件(MID，moldedinterconnect device)，在该塑料衬底上形成导电元件或路径。因此，此类MID器件是具有集成印刷导体或电路布局的三维模制品。MID通常使用激光直接成型(“LDS”，laser directstructuring)工艺来形成，在此工艺中，计算机控制的激光束在塑料衬底上传播，以在导电路径所处的位置激活其表面。已经提出各种材料以用于形成激光直接成型器件的塑料衬底。例如，一种这类材料是聚碳酸酯、丙烯腈丁二烯苯乙烯和亚铬酸铜(Cu2CrO4)的共混物。在激光直接成型工艺中，亚铬酸铜裂开以释放出金属原子，该金属原子在随后的无电解镀铜工艺中可以充当晶体生长的核。尽管具有益处，但是激光直接成型材料的局限之一是尖晶石晶体在某些情况下倾向于不利地影响组合物的性能。此外，由于潜在的环境担忧，越来越期望最大程度地减少重金属如铜和铬的使用。因此，目前需要一种模制互连器件，在其中可以容易地形成导电元件而无需使用传统的LDS工艺。
发明内容
根据本发明的一个实施方式，公开了一种模制互连器件，其包括衬底和设置在衬底上的导电元件。衬底包括聚合物组合物，聚合物组合物包含包括热致性液晶聚合物的聚合物基质和每100重量份聚合物基质约10重量份至约80重量份的矿物填料。矿物填料的平均直径为约25微米或更小。聚合物组合物包含约1,000ppm或更少的量的铜和约2,000ppm或更少的量的铬，并且还表现出根据IEC 62631-3-1:2016测定的约1×1014欧姆或更大的表面电阻率。
在下面更详细地阐述本发明的其它特征和方面。
附图说明
在说明书的其余部分，包括参照附图，更具体地阐述包括对本领域技术人员而言最佳模式的本发明的完整且可行的披露，其中：
图1是可以用于形成电子器件的制造工艺的一个实施方式的流程图；
图2是图1所示的制造工艺的立体图，其中示出在形成电子器件期间各个阶段的载体上的衬底；
图3为与载体分离后的图2所示的电子器件的立体图；
图4是可以用于图1所示制造工艺的卷对卷的载体的一个实施方式的立体图；
图5是在衬底上形成导电元件的一个实施方式的示意图；
图6是示出可以用于图1的制造工艺的附加步骤的流程图；
图7是汽车车灯形式的电子器件的一个实施方式的立体图；和
图8是图7所示电子器件的分解立体图。
具体实施方式
本领域普通技术人员应当理解，本讨论仅仅是对示例性实施方式的描述，并不旨在限制本发明的更广泛的方面。
一般而言，本发明涉及一种模制互连器件，其包括衬底和设置在衬底上的导电元件。该衬底包含聚合物组合物，该聚合物组合物包含矿物填料和聚合物基质，该聚合物基质包括热致性液晶聚合物。通过选择性地控制聚合物组合物的这些和其它组分的具体性质以及它们的相对浓度，本发明人已经发现，所得的组合物能够在不使用常规激光直接成型系统下的情况下容易地被镀覆。例如，矿物填料的尺寸可以足够小，以使其基本上不干扰用于在衬底上形成互连图案的技术(例如，激光烧蚀)。更具体地，矿物填料的中值直径可以为约25微米或更小，在一些实施方式中为约0.1微米至约15微米，在一些实施方式中为约0.5微米至约14微米，并且在一些实施方式中为约1微米至约13微米，如通过激光衍射分析仪(例如，Microtrac S3500)测定的。除了不干扰互连图案的形成之外，认为具有上述尺寸特征的矿物填料还可以更容易地在模制装置中移动，这增强了聚合物基质内的分布并且使表面缺陷的产生最小化。
由于衬底可以在不使用激光直接成型系统的情况下进行镀覆，聚合物组合物有利地可以在不使用亚铬酸铜(CuCr2O4)作为激光活化添加剂的情况下形成。在这方面，所得的聚合物组合物通常可以不含铬和/或铜。例如，铬在组合物中的存在量可以为约2,000百万分率(“ppm”)或更少，在一些实施方式中为约1,500ppm或更少，在一些实施方式中为约1,000ppm或更少，并且在一些实施方式中为约0.001ppm至约500ppm；而铜在组合物中的存在量通常为约1,000ppm或更少，在一些实施方式中为约750ppm或更少，在一些实施方式中为约500ppm或更少，并且在一些实施方式中为约0.001ppm至约100ppm。铜和铬的含量可以使用已知技术进行确定，例如通过X射线荧光检查法(例如，具有Si-PiN二极管检测器的Innov-X Systems Model a-2000X射线荧光光谱仪)。当然，除了亚铬酸铜之外，聚合物组合物通常也可以不含其它类型的常规激光活化添加剂，如具有式AB2O4的尖晶石晶体，其中A是2价的金属阳离子(例如，镉、铬、锰、镍、锌、铜、钴、铁、镁、锡或钛)并且B是3价的金属阳离子(例如，铬、铁、铝、镍、锰或锡)(例如，MgAl2O4、ZnAl2O4、FeAl2O4、CuFe2O4、MnFe2O4、NiFe2O4、TiFe2O4、FeCr2O4或MgCr2O4)。聚合物组合物可以不含此类尖晶石晶体(即，0wt.％)，或者此类晶体可以仅以小浓度存在，如存在量为约1wt.％或更少，在一些实施方式中为约0.5wt.％或更少，并且在一些实施方式中为约0.001wt.％至约0.2wt.％。
聚合物组合物还可以表现出相对较高程度的电阻，以帮助为衬底提供良好的绝缘性能，以用于模制互连器件。例如，表面电阻率可以为约1×1014欧姆或更大，在一些实施方式中为约1×1015欧姆或更大，在一些实施方式中为约1×1016欧姆或更大，并且在一些实施方式中为约1×1017欧姆或更大，如根据IEC 62631-3-1:2016在约20℃的温度下测定的。体积电阻率同样可以为约1×1012欧姆-米或更大，在一些实施方式中为约1×1013欧姆-米或更大，在一些实施方式中为约1×1014欧姆-米或更大，并且在一些实施方式中为约1×1015欧姆-米或更大，如根据IEC 62631-3-1:2016在约20℃的温度下测定的。为了帮助实现这些值，通常期望组合物通常不含具有高度导电性的常规材料。例如，聚合物组合物通常可以不含有本征体积电阻率(intrinsic volume resistivity)小于约1欧姆-厘米，在一些实施方式中约小于约0.1欧姆-厘米，并且在一些实施方式中约1×10-8至约1×10-2欧姆-厘米的导电填料，如在约20℃的温度下测定的。此类导电填料的实例可以包括例如：导电性碳材料，如石墨、导电性炭黑、碳纤维、石墨烯、碳纳米管等；金属(例如，金属颗粒、金属薄片、金属纤维等)；离子液体；等等。虽然通常期望最大程度地减少此类导电性材料的存在，但是在某些实施方式中它们可以以相对较小的百分比存在，例如存在量为聚合物组合物的约5wt.％或更少，在一些实施方式中为约2wt.％或更少，在一些实施方式中为约1wt.％或更少，在一些实施方式中为约0.5wt.％或更少，并且在一些实施方式中为约0.001wt.％至约0.2wt.％。
现在将更详细地描述本发明的各种实施方式。
I.聚合物组合物
A.聚合物基质
聚合物基质通常包括一种或多种液晶聚合物，其量通常为聚合物组合物的约30wt.％至约90wt.％，在一些实施方式中为约30wt.％至约80wt.％，在一些实施方式中为约40wt.％至约75wt.％，并且在一些实施方式中为约50wt.％至约70wt.％。液晶聚合物通常被归类为“热致性”，在这个意义上它们可以拥有棒状结构并且在其熔融状态(例如，热致向列状态)下表现出结晶行为。聚合物具有相对较高的熔融温度，例如约280℃或更高，在一些实施方式中为约280℃至约400℃，在一些实施方式中为约290℃至约390℃，并且在一些实施方式中为约300℃至约380℃。此类聚合物可以由本领域已知的一种或多种类型的重复单元形成。例如，液晶聚合物可以包含一种或多种通常由下式(I)表示的芳香族酯重复单元：
Figure BDA0004113678980000041
其中，
环B是取代或未取代的6元芳基(例如，1,4-亚苯基或1,3-亚苯基)、与取代或未取代的5元或6元芳基稠合的取代或未取代的6元芳基(例如，2,6-萘)、或与取代或未取代的5元或6元芳基键接的取代或未取代的6元芳基(例如，4,4-亚联苯基)；以及
Y1和Y2独立地是O、C(O)、NH、C(O)HN或NHC(O)。
通常，Y1和Y2中的至少一个是C(O)。这类芳香族酯重复单元的实例可以包括例如芳香族二羧基重复单元(式I中的Y1和Y2为C(O))、芳香族羟基羧基重复单元(在式I中Y1是O并且Y2是C(O))＝)，以及它们的各种组合。
可以使用例如衍生自芳香族羟基羧酸(例如4-羟基苯甲酸；4-羟基-4'-联苯羧酸；2-羟基-6-萘甲酸；2-羟基-5-萘甲酸；3-羟基-2-萘甲酸；2-羟基-3-萘甲酸；4'-羟基苯基-4-苯甲酸；3'-羟基苯基-4-苯甲酸；4'-羟基苯基-3-苯甲酸等，及其烷基、烷氧基、芳基和卤素取代物，及其组合)的芳香族羟基羧基重复单元。特别合适的芳香族羟基羧酸是4-羟基苯甲酸(“HBA”)和6-羟基-2-萘甲酸(“HNA”)。在使用时，衍生自羟基羧酸(例如，HBA和/或HNA)的重复单元通常占聚合物的约40mol.％或更多，在一些实施方式中为约45mol.％或更多，并且在一些实施方式中为约50mol.％至100mol.％。在一个实施方式中，例如，衍生自HBA的重复单元可以占聚合物的约30mol.％至约90mol.％，在一些实施方式中占聚合物的约40mol.％至约85mol.％，并且在一些实施方式中占聚合物的约50mol.％至约80mol.％。衍生自HNA的重复单元同样可以占聚合物的约1mol.％至约30mol.％，在一些实施方式中占聚合物的约2mol.％至约25mol.％，并且在一些实施方式中占聚合物的约3mol.％至约15mol.％。
也可以使用衍生自芳香族二羧酸(例如对苯二甲酸、间苯二甲酸、2,6-萘二羧酸、二苯基醚-4,4'-二羧酸、1,6-萘二羧酸、2,7-萘二羧酸、4,4'-二羧基联苯、双(4-羧基苯基)醚、双(4-羧基苯基)丁烷、双(4-羧基苯基)乙烷、双(3-羧基苯基)醚、双(3-羧基苯基))乙烷等，及其烷基、烷氧基、芳基和卤素取代物，及其组合)的芳香族二羧基重复单元。特别合适的芳香族二羧酸可以包括例如对苯二甲酸(“TA”)、间苯二甲酸(“IA”)和2,6-萘二羧酸(“NDA”)。在使用时，衍生自芳香族二羧酸(例如，IA、TA和/或NDA)的重复单元通常占聚合物的约1mol.％至约50mol.％，在一些实施方式中为约2mol.％至约40mol.％，并且在一些实施方式中为约5mol.％至约30mol.％。
其它重复单元也可以用于聚合物中。在某些实施方式中，例如，可以使用衍生自芳香族二醇(例如对苯二酚、间苯二酚、2,6-二羟基萘、2,7-二羟基萘、1,6-二羟基萘、4,4'-二羟基联苯(或4,4'-联苯酚)、3,3'-二羟基联苯、3,4'-二羟基联苯、4,4'-二羟基联苯醚、双(4-羟基苯基)乙烷等，及其烷基、烷氧基、芳基和卤素取代物，及其组合)的重复单元。特别合适的芳香族二醇可以包括例如对苯二酚(“HQ”)和4,4'-联苯酚(“BP”)。在使用时，衍生自芳香族二醇(例如，HQ和/或BP)的重复单元通常占聚合物的约1mol.％至约30mol.％，在一些实施方式中为约2mol.％至约25mol.％，并且在一些实施方式中为约5mol.％至约20mol.％。也可以使用例如衍生自芳香族酰胺(例如，对乙酰氨基酚(“APAP”))和/或芳香族胺(例如，4-氨基苯酚(“AP”)、3-氨基苯酚、1,4-亚苯基二胺、1,3-亚苯基二胺等的那些)的重复单元。在使用时，衍生自芳香族酰胺(例如，APAP)和/或芳香族胺(例如，AP)的重复单元通常占聚合物的约0.1mol.％至约20mol.％，在一些实施方式中为约0.5mol.％至约15mol.％，并且在一些实施方式中为约1mol.％至约10mol.％。还应当理解，可以将各种其它单体重复单元合并到聚合物中。例如，在某些实施方式中，聚合物可以含有衍生自非芳香族单体(例如，脂肪族或脂环族的羟基羧酸、二羧酸、二醇、酰胺、胺等)的一种或多种重复单元。当然，在其它实施方式中，聚合物可以是“全芳香族”的，因为它没有衍生自非芳香族(例如，脂肪族或脂环族)单体的重复单元。
尽管不是必需的，但是液晶聚合物可以是“低环烷”聚合物，在这个意义上其包含相对低含量的衍生自环烷羟基羧酸和环烷二羧酸(如萘-2,6-二羧酸(“NDA”)、6-羟基-2-萘甲酸(“HNA”)或其组合)的重复单元。即，衍生自环烷羟基羧酸和/或环烷二羧酸(例如，NDA、HNA或HNA和NDA的组合)的重复单元的总量通常占聚合物的约15mol.％或更少，在一些实施方式中为约10mol.％或更少，并且在一些实施方式中为约1mol.％至约8mol.％。
B.矿物填料
如上所述，聚合物组合物还含有分布在聚合物基质中的一种或多种矿物填料。此类矿物填料通常占每100重量份聚合物基质的约10份至约80份，在一些实施方式中为约20份至约70份，并且在一些实施方式中为约30份至约60份。矿物填料可以例如占聚合物组合物的约5wt.％至约70wt.％，在一些实施方式中为约10wt.％至约60wt.％，在一些实施方式中为约10wt.％至约55wt.％，并且在一些实施方式中为约25wt.％至约40wt.％。
聚合物组合物中使用的矿物填料的性质可以变化，例如矿物颗粒、矿物纤维(或“晶须”)等，及其共混物。合适的矿物纤维例如可以包括衍生自硅酸盐的那些，例如岛状硅酸盐(neosilicate)、俦硅酸盐(sorosilicate)、链状硅酸盐(inosilicate)(例如，链状硅酸钙，如硅灰石；钙镁链状硅酸盐，如透闪石；钙镁铁链状硅酸盐，如阳起石；镁铁链状硅酸盐，如直闪石；等等)，层状硅酸盐(phyllosilicate)(例如，层状硅酸铝，如坡缕石)，网状硅酸盐(tectosilicate)等；硫酸盐，如硫酸钙(例如，脱水或无水石膏)；矿物棉(例如，岩棉或矿渣棉)；等等。特别合适的是链状硅酸盐(例如链状硅酸钙或CaSiO3)，例如可从NycoMinerals以商品名
Figure BDA0004113678980000061
(例如，
Figure BDA0004113678980000062
4W或
Figure BDA0004113678980000063
8)获得的硅灰石纤维。这样的硅灰石纤维例如可以含有约50％的CaO、约50％的SiO2和各种其它痕量组分，例如Fe2O3、Al2O3、MnO、MgO、TiO2和K2O。如所指出的，矿物纤维通常具有小尺寸，例如中值直径为约25微米或更小，在一些实施方式中为约0.1微米至约15微米，在一些实施方式中为约0.5微米至约14微米，并且在一些实施方式中为约1微米至约13微米，例如通过激光衍射分析仪(例如，Microtrac S3500)测定的。矿物纤维也可以具有窄的尺寸分布。即，至少约60体积％的纤维，在一些实施方式中至少约70体积％的纤维，并且在一些实施方式中至少约80体积％的纤维可以具有在上述范围内的尺寸。除了具有如上所述的小中值直径之外，矿物纤维还可以具有相对较高的纵横比(中值长度除以中值直径)，以帮助进一步改善所得聚合物组合物的性能。例如，矿物纤维的纵横比可以为约1.1至约100，在一些实施方式中为约2至约50，在一些实施方式中为约4至约30，并且在一些实施方式中为约8至约20。此类矿物纤维的中值长度例如可以在约1微米至约300微米的范围内，在一些实施方式中为约5微米至约250微米，在一些实施方式中为约40微米至约220微米，并且在一些实施方式中为约60微米至约200微米，例如通过激光衍射分析仪(例如Microtrac S3500)测定的。
其它合适的矿物填料是矿物颗粒。如上所述，矿物颗粒的中值直径可以为约25微米或更小，在一些实施方式中为约0.1微米至约15微米，在一些实施方式中为约0.5微米至约14微米，并且在一些实施方式中为约1微米至约13微米，例如通过激光衍射分析仪(例如，Microtrac S3500)测定的。颗粒的形状可以根据需要变化，例如粒状、片状等。例如，使用的片状颗粒可以具有相对较高的纵横比(例如，平均直径除以平均厚度)，如约4或更大，在一些实施方式中为约8或更大，并且在一些实施方式中为约10至约500。这种片状颗粒的平均厚度同样可以为约2微米或更小，在一些实施方式中为约5纳米至约1微米，并且在一些实施方式中为约20纳米至约500纳米。无论它们的形状和尺寸如何，颗粒通常由天然和/或合成的二氧化硅或硅酸盐矿物(例如滑石、云母、埃洛石、高岭石、伊利石、蒙脱石、蛭石、坡缕石、叶蜡石、硅酸钙、硅酸铝、硅灰石、二氧化硅等)形成。滑石、云母和二氧化硅是特别合适的。通常可以使用任何形式的云母，包括例如白云母(KAl2(AlSi3)O10(OH)2)、黑云母(K(Mg,Fe)3(AlSi3)O10(OH)2)、金云母(KMg3(AlSi3)O10(OH)2)、锂云母(K(Li,Al)2-3(AlSi3)O10(OH)2)、海绿石(K,Na)(Al,Mg,Fe)2(Si,Al)4O10(OH)2)等。基于白云母的云母特别适合用于聚合物组合物。
通过选择性地调整矿物填料的类型和相对量，本发明人不仅已经发现聚合物组合物可以被镀覆，而且还可以增加热导率而不显著影响聚合物组合物的其它性能。除其它事项外，这使得该组合物能够创建热路径，以将热量从所得电子器件传递出去，从而可以快速消除“热点”并降低使用过程中的整体温度。该组合物可以例如约1W/m-K或更大，在一些实施方式中约1.2W/m-K或更大，在一些实施方式中约1.5W/m-K或更大，在一些实施方式中约1.8W/m-K或更大，并且在一些实施方式中为约2W/m-K至约5W/m-K的面内热导率，如根据ASTM E1461-13测定的。该组合物还可以表现出约0.2W/m-K或更大，在一些实施方式中约0.3W/m-K或更大，在一些实施方式中约0.4W/m-K或更大，并且在一些实施方式中约0.5W/m-K至约2W/m-K的贯通面热导率，如根据ASTM E 1461-13测定的。值得注意的是，已经发现，可以在不使用具有高度的本征热导率(intrinsic thermal conductivity)的常规材料的情况下实现这样的热导率。例如，聚合物组合物通常可以不含本征热导率为50W/m-K或更大、在一些实施方式中为100W/m-K或更大、并且在一些实施方式中为150W/m-K或更大的填料。这种高本征热导率的材料的实例可以包括例如氮化硼、氮化铝、氮化硅镁、石墨(例如，膨胀石墨)、碳化硅、碳纳米管、氧化锌、氧化镁、氧化铍、氧化锆、氧化钇、铝粉和铜粉。虽然通常期望最大程度地减少这种高本征热导率的材料的存在，但是在某些实施方式中它们可以以相对较小的百分比存在，例如存在量为聚合物组合物的约5wt.％或更少，在一些实施方式中为约2wt.％或更少，在一些实施方式中为约1wt.％或更少，在一些实施方式中为约0.5wt.％或更少，并且在一些实施方式中为约0.001wt.％至约0.2wt.％。
C.可选组分
聚合物组合物中还可以包含各种各样的附加添加剂，例如玻璃纤维、抗冲改性剂、润滑剂、颜料(例如炭黑)、抗氧化剂、稳定剂、表面活性剂、蜡、阻燃剂、抗滴落添加剂、成核剂(例如氮化硼)，以及为提高性能和加工性而添加的其它材料。例如，润滑剂可以以聚合物组合物的约0.05wt.％至约1.5wt.％，并且在一些实施方式中约0.1wt.％至约0.5wt.％(按重量计)的量用于聚合物组合物中。这种润滑剂的实例包括脂肪酸酯、其盐、酯、脂肪酸酰胺、有机磷酸酯和烃蜡(在工程塑料材料加工中通常用作润滑剂的类型)，包括它们的混合物。合适的脂肪酸通常具有约12至约60个碳原子的主链碳链，例如肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、花生酸、褐煤酸、十八烷酸(octadecinic acid)、杷荏酸(parinric acid)等。合适的酯包括脂肪酸酯、脂肪醇酯、蜡酯、甘油酯、二醇酯和复合酯。脂肪酸酰胺包括脂肪伯酰胺、脂肪仲酰胺、亚甲基和亚乙基双酰胺、和链烷醇酰胺，例如棕榈酸酰胺、硬脂酸酰胺、油酸酰胺、N,N'-亚乙基双硬脂酰胺等。还合适的是脂肪酸的金属盐，例如硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸镁等；烃蜡，包括石蜡、聚烯烃蜡和氧化聚烯烃蜡，以及微晶蜡。特别合适的润滑剂是硬脂酸的酸、盐或酰胺，例如季戊四醇四硬脂酸酯、硬脂酸钙、或N,N'-亚乙基双硬脂酰胺。
可以将聚合物组合物的组分(例如，一种或多种液晶聚合物、一种或多种矿物填料等)熔融加工或共混在一起。可以将组分单独地或组合地供给至挤出机，该挤出机包括可旋转地安装并容纳在机筒(例如，圆柱形机筒)内的至少一个螺杆并且可以限定进料段和沿着螺杆的长度位于进料段下游的熔融段。挤出机可以是单螺杆或双螺杆挤出机。可以选择螺杆的速度，以实现期望的停留时间、剪切速率、熔体加工温度等。例如，螺杆速度可以在约50至约800转/分钟(“rpm”)的范围内，在一些实施方式中为约70rpm至约150rpm，并且在一些实施方式中为约80rpm至约120rpm。熔融共混期间的表观剪切速率也可以在约100秒-1至约10,000秒-1的范围内，在一些实施方式中为约500秒-1至约5000秒-1，并且在一些实施方式中为约800秒-1至约1200秒-1。表观剪切速率等于4Q/πR3，其中Q是聚合物熔体的体积流速(“m3/s”)，R是毛细管(例如，挤出机模头)的半径(“m”)，熔融的聚合物从毛细管中流过。不管聚合物组合物形成的具体方式如何，所得聚合物组合物可以具有优异的热性能。例如，聚合物组合物的熔体粘度可以足够低，使得其可以容易地流入具有小尺寸的模具的腔体中。在一个具体实施方式中，聚合物组合物的熔体粘度可以为约10Pa-s至约250Pa-s，在一些实施方式中为约15Pa-s至约200Pa-s，在一些实施方式中为约20Pa-s至约150Pa-s，并且在一些实施方式中为约30Pa-s至约100Pa-s，如在1,000秒-1的剪切速率下测定的。熔体粘度可以根据ISO测试号11443:2014在比组合物的熔融温度高15℃的温度(例如，对于约325℃的熔融温度，约340℃)下测定。
II.衬底
如上所述，将聚合物组合物用于衬底中，在该衬底上镀覆有导电元件。可以使用多种不同的模制技术来形成衬底。合适的技术可以包括，例如，注射模制、低压注射模制、挤出压缩模制、气体注射模制、泡沫注射模制、低压气体注射模制、低压泡沫注射模制、气体挤出压缩模制、泡沫挤出压缩模制、挤出模制、泡沫挤出模制、压缩模制、泡沫压缩模制、气体压缩模制等。例如，可以使用注射模制系统，该注射模制系统包括可以将聚合物组合物注射至其中的模具。可以控制和优化注射器内的时间，使得聚合物基质不被预固化。当达到循环时间并且机筒装满以进行排放时，可以使用活塞以将组合物注射至模腔中。也可以使用压缩模制系统。与注射模制一样，将聚合物组合物成型为期望制品也是在模具内发生的。可以使用任何已知技术将组合物置于压缩模具中，例如通过自动机械臂进行拾取。模具的温度可以保持在聚合物基质的凝固温度或高于聚合物基质的凝固温度，持续期望的时间段，以允许进行凝固。然后可以通过将模制品置于低于熔融温度的温度下，来固化模制品。所得产品可以进行脱模。可以调整每个模制过程的循环时间，以适应聚合物基质，以实现足够的结合，并增强整体工艺生产率。
所得的聚合物组合物可以表现出多种有益的机械性能。例如，该组合物可以表现出约10kJ/m2，在一些实施方式中约15kJ/m2至约60kJ/m2，并且在一些实施方式中约20kJ/m2至约50kJ/m2的根据ISO测试号179-1:2010在23℃下测量的夏比无缺口冲击强度。该组合物还可以表现出：约20MPa至约500MPa，在一些实施方式中约50MPa至约400MPa，并且在一些实施方式中约60MPa至约350MPa的拉伸强度；约0.5％或更大，在一些实施方式中约0.8％至约15％，并且在一些实施方式中约1％至约10％的拉伸断裂应变；和/或约5,000MPa至约30,000MPa，在一些实施方式中约7,000MPa至约25,000MPa，并且在一些实施方式中约10,000MPa至约20,000MPa的拉伸模量。拉伸性能可以根据ISO测试号527:2019在23℃下测定。该组合物还可以表现出：约40MPa至约500MPa，在一些实施方式中约50MPa至约400MPa，并且在一些实施方式中约100MPa至约350MPa的弯曲强度；约0.5％或更大，在一些实施方式中约0.8％至约15％，并且在一些实施方式中约1％至约10％的弯曲断裂应变；和/或约7,000MPa或更大，在一些实施方式中约9,000MPa或更大，在一些实施方式中约10,000MPa至约30,000MPa，并且在一些实施方式中约12,000MPa至约25,000MPa的弯曲模量。弯曲性能可以根据ISO测试号178:2019在23℃下测定。该组合物可以还表现出约180℃或更高，并且在一些实施方式中约190℃至约280℃的载荷下挠曲温度(DTUL)，如根据ASTM D648-07(技术上等同于ISO测试号75-2:2013)在1.8MPa的指定载荷下测量的。
在某些情况下，聚合物组合物还可以具有良好的电性能，特别是当期望在天线系统中使用模制互连器件时。例如，聚合物组合物可以表现出约4或更大，在一些实施方式中约5或更大，在一些实施方式中约6或更大，在一些实施方式中约8至约30，在一些实施方式中约10至约25，并且在一些实施方式中约12至约24的高介电常数，如在2GHz的频率下通过分裂后谐振器方法(split post resonator method)测定的。这种高介电常数可以促进形成薄衬底的能力，并且还允许采用在具有最低水平的电干扰的情况下同时操作的多个导电元件(例如，天线)。耗散因数，一种能量损失率的量度，也可以相对较低，例如约0.3或更小，在一些实施方式中约0.2或更小，在一些实施方式中约0.1或更小，在一些实施方式中约0.06或更小，在一些实施方式中约0.04或更小，并且在一些实施方式中约0.001至约0.03，如在2GHz的频率下通过分裂后谐振器方法测定的。值得注意的是，即使在暴露于各种温度(例如约-30℃至约100℃的温度)时，介电常数和耗散因数也可以保持在上述范围内。例如，在经历如本文所述的热循环测试时，热循环后的介电常数与初始介电常数的比率可以为约0.8或更大，在一些实施方式中为约0.9或更大，并且在一些实施方式中为约0.95至约1.1。同样，暴露于高温后的耗散因数与初始耗散因数的比率可以为约1.3或更小，在一些实施方式中为约1.2或更小，在一些实施方式中为约1.1或更小，在一些实施方式中为约1.0或更小，在一些实施方式中为约0.95或更小，在一些实施方式中为约0.1至约0.95，并且在一些实施方式中为约0.2至约0.9。耗散因数的变化(即，初始耗散因数-热循环后的耗散因数)也可以在约-0.1至约0.1的范围内，在一些实施方式中为约-0.05至约0.01，并且在一些实施方式中为约-0.001至0。
III.导电元件
可以使用各种已知的金属沉积技术中的任一种(如，镀覆(例如，电解镀、非电解镀等)、印刷(例如，数字印刷、气溶胶喷射印刷等)等等)将一个或多个导电元件沉积在衬底上。导电元件可以包含多种导电材料中的一种或多种，例如金属，例如金、银、镍、铝、铜，以及它们的混合物或合金。在一个实施方式中，例如，导电元件可以包括铜和/或镍(例如，纯的或它们的合金)。如果需要，可以首先在衬底上形成籽晶层，以促进金属沉积过程。当将镀覆用作沉积技术时，该工艺可以根据需要变化。在某些实施方式中，例如，该工艺可以包括首先基于期望的电路互连图案在衬底的表面上形成图案。这可以使用各种已知技术(如激光烧蚀或图案化、等离子蚀刻、紫外光处理、酸蚀刻等)来完成。
无论如何，在衬底上形成期望的图案后，图案化区域可以可选地经受活化工艺，以为随后的金属沉积作准备。在此过程中，图案化衬底可以与包含金属的活化溶液接触，金属例如为钯、铂、铱、铑等，及其混合物。钯是特别合适的。一旦已经如上所述对表面进行调节，之后就可以在图案化衬底的该表面上形成第一金属层，例如通过无电解镀和/或电解镀形成。无电解镀可以通过自催化反应进行，在自催化反应中，沉积在表面上的金属充当进一步沉积的催化剂。通常，将镍和/或铜无电解镀到图案化衬底的表面上。无电解镀镍可以例如使用包含镍盐(例如，硫酸镍)的溶液来完成。也可以采用电解镀，在电解镀期间，使图案化衬底与金属溶液接触并且经受电流以引发金属的沉积。如果需要，图案化衬底也可以经受一个或多个附加步骤，以形成最终的金属涂层(一层或多层)。例如，可以将第二金属层电解沉积在第一金属层上(例如，电解和/或无电解镀铜和/或镀镍)。第二金属层可以包括例如铜或镍。在某些实施方式中，也可以将一种或多种附加金属层(一层或多层)，例如铜和/或镍，电解沉积在第二金属层上。
参照图1、图4和图5，更加详细地示出了用于形成具有衬底和导电元件的模制互连器件的工艺的一个实施方式。如图1的步骤1所示，提供了载体40，该载体包括外部区域，臂56从该外部区域延伸以形成引线框54。如图4所示，载体40可以例如从批量源卷筒(bulksource reel)68a展开并随后收集在第二卷筒68b中。载体40通常由金属(例如，铜或铜合金)或其它合适的导电材料形成。如果需要，臂56也可以含有设置在其中的开孔58。载体孔52同样可以位于载体40的外部部分，以允许其以连续方式沿着生产线横向穿过。在图1的步骤2中，衬底42可以随后模制(例如，包覆模制(overmolded))在引线框54上，衬底42可以由本发明的聚合物组合物形成。开孔60可以设置于基本42中，其对应于指状物56中的开孔58。
一旦衬底42被模制在引线框54上，随后就可以形成导电元件(电路迹线)。这类导电元件可以通过多种已知的金属沉积技术形成，例如镀覆(例如，电解镀、无电镀覆等)、印刷(例如，数字印刷、气溶胶喷射印刷等)等等。如果需要，籽晶层可以首先形成于衬底上，以有利于金属沉积过程。例如，在图1的步骤3和步骤3A中，籽晶层44可以首先沉积于衬底42的表面上，这允许由载体40形成的内部汇流条43电连接至籽晶层44。然后，籽晶层44可以沉积有金属(例如，铜、镍、金、银、锡、铅、钯等)以形成含有导电元件62的零件46(步骤4)。例如，在一个实施方式中，电镀可以通过向载体40施加电压电位并且随后将其放置于电解镀浴中进行。可选地，也可以将通孔模制至衬底的表面中，以在导电元件(迹线)与电路的内部层之间建立电气通路。这些导电元件形成用于载体部分的“电汇流条”，这使得能够在施加沉积的导电浆料之后对它们进行镀覆。如果需要，衬底的表面可以使用多种已知技术(诸如激光烧蚀、等离子蚀刻、紫外光处理、氟化等)在镀覆之前进行粗糙化。此外，这样的粗糙化有助于在所需互连图案中进行镀覆。例如，参考图5，更详细地示出了出于此目的而使用激光的工艺的一个实施方式。更具体地，如图5的步骤9所示，可以首先使用激光70来烧蚀衬底42的表面，以建立形成互连图案66的沟道72。在图5的步骤10中，可以随后通过任何已知技术(例如，通过喷墨工艺、气溶胶工艺或网版印刷工艺)将导电浆料74设置于沟道72内。可替代地，代替使用浆料和/或除使用浆料之外，也可以使用镀覆工艺(例如，无电解镀覆)。然而，当使用时，沉积的浆料74可以可选地通过如图5的步骤11中所说明的激光或快速加热76进行烧结，以帮助确保浆料74充分粘附至衬底42。一旦可选地进行了烧结，就如图5的步骤12所示的那样用金属镀覆(例如，电解镀)浆料74以形成导电元件62(电子电路迹线)。
IV.电子部件
本发明的模制互连器件可以用于各种电子部件，例如印刷电路板、柔性电路、连接器、热管理特征(thermal management feature)、EMI屏蔽、大电流导体、RFID设备、天线、无线供电装置、传感器、MEMS设备、LED器件、微处理器、存储器件、ASIC、无源器件、阻抗控制器件、机电设备、传感器或其组合。在某些实施方式中，可以将电子部件的衬底模制到“单一化的载体部分”上，这通常意味着该载体部分已经从更大的载体(例如，连结的或连续的)分离出。
例如，再次参照图1，电子部件可以通过使用多种技术中的任一种(如焊接、引线接合等)将一个或多个附加部分50连接到衬底42(步骤6)来形成。在某些实施方式中，在连接部分50之前，可以可选地施加焊接掩模48(步骤5)。然后所得的电子部件可以与载体40分离。例如，图2至图3示出了电子部件22在其形成的各个阶段期间的一个实施方式。例如，在步骤A，示出在模制前的载体40。步骤B示出在已经被模制到载体部分40上并施加导电元件62后的衬底42。在步骤C和D，可以添加可选的引脚触点和电路金属化，以形成完整的电子器件(步骤E)。完整的电子部件22然后可以与邻接的载体40分离，如图3所示，以形成包含单一化的载体部分40的电子部件22。所得的电子部件包含各种类型的电子部分，例如灯(隧道灯头灯等)或者其他电子设备(例如，用于计算机、电话、电子控制单元等)的光源(例如，发光二极管(“LED”))的壳体。这类产品可以特别适用于车辆(例如，汽车、公共汽车、摩托车、船等)，例如电动车辆(EV)、混合电动车辆(HEV)、插入式混合电动车辆(PHEV)或使用电力推进的其他类型的车辆(统称为“电动车辆”)。
例如，参照图7至图8，示出了用于汽车产品的灯20的形式的电子部件的一个实施方式。灯20包括壳体24、电子器件22(也参见图2)和灯管28。壳体24可以形成为如图8所示的两部分24a和24b。壳体24具有形成贯穿其的通道34的壁32和穿过壁32延伸且与通道34连通的开孔36。开孔36可以横向于通道34。电子部件22可以安装在壳体30的通道34内。灯管28穿过壳体30中的开孔36延伸并且安装在发光二极管(LED)38的上方，该发光二极管作为如本文所述的电子部件22的一个或多个部分50而形成。图6提供了用于形成灯20的代表性工艺。例如，步骤7和8示出电子部件22从其他它器件单一化并且与壳体24和灯管28一起组装。在形成部件22之后，将它安装在通道34内并且与壳体24的部分24a和24b组装在一起。引脚触点64保持暴露。灯管28穿过开孔36安装于壳体24中并且设置在一个LED或多个LED38上方。
电子部件也可以用于各种其它类型的装置，例如台式计算机、便携式计算机、手持电子装置、汽车装置等。在一种合适的构造中，电子部件形成于相对紧凑的便携式电子部件的壳体中，该壳体中可用的内部空间相对较小。合适的便携式电子部件的实例包括蜂窝电话、膝上型计算机、小型便携式计算机(例如，超便携式计算机、上网本计算机和平板计算机)、腕表装置、悬吊式装置、耳机和听筒装置、具有无线通信能力的媒体播放器、掌上计算机(有时也称为个人数字助理)、遥控器、全球定位系统(GPS)装置、掌上游戏装置等。电子部件还可以与其它部件(例如，手持装置的相机模块、扬声器或电池盖)集成。
参照以下实施例可以更好地理解本发明。
测试方法
熔体粘度：熔体粘度(Pa-s)可以根据ISO测试号11443:2021在1,000s-1的剪切速率和高于熔融温度15℃的温度下使用Dynisco LCR7001毛细管流变仪来进行测定。流变仪孔口(模头)的直径为1mm，长度为20mm，长径比(L/D)为20.1，并且进入角为180°。机筒的直径为9.55mm+0.005mm并且杆的长度为233.4mm。
熔融温度：熔融温度(“Tm”)可以通过本领域已知的差示扫描量热法(“DSC”)来进行测定。熔融温度是根据ISO测试号11357-2:2020测定的差示扫描量热法(DSC)峰值熔融温度。在DSC程序下，使用在TAQ2000仪器上进行的DSC测量以20℃/分钟加热和冷却样品，如ISO标准10350中所陈述的。
载荷下挠曲温度(“DTUL”)：载荷下挠曲温度可以根据ISO测试号75-2:2013(技术上等同于ASTM D648)进行测定。更具体地，可以对具有80mm的长度、10mm的厚度和4mm的宽度的测试条样品进行沿边三点弯曲测试，其中指定载荷(最大外部纤维应力)为1.8兆帕。可以将试样降入硅油浴中，其中温度以2℃/分钟升高，直到试样挠曲0.25mm(针对ISO测试号75-2:2013为0.32mm)。
拉伸模量、拉伸应力和拉伸伸长率：拉伸性能可以根据ISO测试号527:2019(技术上等同于ASTM D638)来进行测试。模量和强度测量可以在长度为80mm、厚度为10mm和宽度为4mm的同一测试条样品上进行。测试温度可以是23℃，并且测试速度可以是1mm/min或5mm/min。
弯曲模量、弯曲应力和弯曲伸长率：弯曲性能可以根据ISO测试号178:2019(技术上等同于ASTM D790)来进行测试。该测试可以在64mm的支撑跨度上进行。测试可以在未切割的ISO 3167多用途杆的中心部分上进行。测试温度可以是23℃，并且测试速度可以是2mm/min。
无缺口和缺口夏比冲击强度：夏比性能可以根据ISO测试号ISO 179-1:2010(技术上等同于ASTM D256-10，方法B)来进行测试。该测试可以使用1型试样尺寸(长度为80mm，宽度为10mm，厚度为4mm)来进行。在测试缺口冲击强度时，缺口可以是A型缺口(0.25mm基圆半径)。可以使用单齿铣床从多用途杆的中心切割试样。测试温度可以是23℃。
介电常数(“Dk”)和耗散因数(“Df”)：介电常数(或相对静态电容率)和耗散因数是使用已知的分裂后介电谐振器技术进行测定的，例如在Baker-Jarvis等人,IEEE Trans.onDielectric and Electrical Insulation,5(4),p.571(1998)和Krupka等人,Proc.7thInternational Conference on Dielectric Materials:Measurements andApplications,IEEE Conference Publication No.430(1996年9月)中描述的。更具体地，将尺寸为80mm×90mm×3mm的板样品插入两个固定的介电谐振器之间。谐振器测量试样的平面内的电容率分量。测试了五(5)个样品并且记录平均值。分裂后谐振器可以用于在低千兆赫范围(例如，从2GHz至1GHz)内进行介电测量。为了在热循环后测试这些特性，可以将试样放置在温度控制室中并且在-30℃至100℃的温度范围内加热和冷却。首先，将样品加热，直到达到100℃的温度，在达到该温度后立即冷却。在温度达到-30℃时，立即再次加热试样，直至达到100℃。可以在3小时的时间段内进行二十三(23)个加热和冷却循环。
表面/体积电阻率：表面电阻率值和体积电阻率值通常根据IEC 62631-3-1:2016或ASTM D257-14进行测定。根据该程序，将标准试样(例如，1立方米)放置在两个电极之间。施加电压六十(60)秒，并且测量电阻。表面电阻率是电势梯度(单位为V/m)与每单位电极长度的电流(单位为A/m)的商，通常表示漏电流沿绝缘材料的表面的电阻。因为电极的四(4)端限定正方形，所以商中的长度抵消，并且表面电阻率以欧姆为单位进行报告，尽管通常看到更加描述性的单位欧姆/平方。体积电阻率也被确定为平行于材料中的电流的电势梯度与电流密度的比率。在SI单位中，体积电阻率在数值上等于一立方米材料的相对面之间的直流电阻(欧姆-米)。
实施例
形成样品以用于如本文所述的模制互连器件的衬底。样品包含液晶聚合物(“LCP1”)、NyglosTM 8(硅灰石纤维，中值直径为12μm，纵横比为13:1，中值长度为156μm)、炭黑颜料和GlycolubeTM P。LCP 1由60mol.％的HBA、5mol.％的HNA、12mol.％的BP、17.5mol.％的TA和5mol.％的APAP形成。使用18mm单螺杆挤出机进行配混。样品被注射模制成板(60mm×60mm)。
表1
Figure BDA0004113678980000141
Figure BDA0004113678980000151
测试所得样品的热性能和机械性能。结果列于下表2中。
表2
样品性能
面内热导率(W/m-K) 2.5
贯通面热导率(W/m-K) 0.6
表面电阻率(ohm) <![CDATA[1.9×10<sup>17</sup>]]>
体积电阻率(ohm-m) <![CDATA[3.7×10<sup>14</sup>]]>
<![CDATA[缺口夏比(kJ/m<sup>2</sup>)]]> 10
<![CDATA[无缺口夏比v(kJ/m<sup>2</sup>)]]> 29
拉伸强度(MPa) 143
拉伸模量(MPa) 14,000
拉伸伸长率(％) 2.7
弯曲强度(MPa) 160
弯曲模量(MPa) 13,000
熔融温度(℃，DSC的第一次加热) 330
DTUL(1.8MPa，℃) 240
在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域的普通技术人员可以实施本发明的这些和其它的修改和变化。此外，应当理解，各种实施方式的方面可以全部或部分互换。此外，本领域的普通技术人员将理解，前述描述仅作为示例，并不旨在限制在此类所附权利要求中进一步描述的本发明。

Claims (27)

1.一种模制互连器件，包括：
衬底，所述衬底包括聚合物组合物，所述聚合物组合物包含包括热致性液晶聚合物的聚合物基质和每100重量份所述聚合物基质约10重量份至约80重量份的矿物填料，其中所述矿物填料的平均直径为约25微米或更小，其中所述聚合物组合物包含约1,000ppm或更少的量的铜和约2,000ppm或更少的量的铬，并且进一步地其中所述聚合物组合物表现出根据IEC62631-3-1:2016测定的约1×1014欧姆或更大的表面电阻率；以及
设置在所述衬底上的导电元件。
2.根据权利要求1所述的模制互连器件，其中所述聚合物组合物不含式为AB2O4的尖晶石晶体，其中A是2价的金属阳离子并且B是3价的金属阳离子。
3.根据权利要求1所述的模制互连器件，其中所述聚合物组合物不含亚铬酸铜。
4.根据权利要求1所述的模制互连器件，其中所述聚合物组合物表现出根据IEC62631-3-1:2016测定的约1×1012欧姆-米或更大的体积电阻率。
5.根据权利要求1所述的模制互连器件，其中所述聚合物组合物表现出根据IEC62631-3-1:2016测定的约1×1016欧姆或更大的表面电阻率。
6.根据权利要求1所述的模制互连器件，其中所述聚合物组合物不含本征体积电阻率小于约0.1欧姆-厘米的导电填料。
7.根据权利要求1所述的模制互连器件，其中所述聚合物组合物不含导电碳材料。
8.根据权利要求1所述的模制互连器件，其中所述聚合物基质占所述聚合物组合物的约30wt.％至约80wt.％。
9.根据权利要求1所述的模制互连器件，其中所述液晶聚合物具有约280℃或更高的熔融温度。
10.根据权利要求1所述的模制互连器件，其中所述液晶聚合物包含一种或多种衍生自芳香族羟基羧酸的重复单元，其中所述羟基羧酸的重复单元占所述聚合物的约40mol.％或更多。
11.根据权利要求10所述的模制互连器件，其中所述液晶聚合物包含衍生自4-羟基苯甲酸、6-羟基-2-萘甲酸或其组合的重复单元。
12.根据权利要求11所述的模制互连器件，其中所述液晶聚合物包含所述聚合物的约30mol.％至约90mol.％的量的衍生自4-羟基苯甲酸的重复单元，并且包含所述聚合物的约1mol.％至约30mol.％的量的衍生自6-羟基-2-萘甲酸的重复单元。
13.根据权利要求10所述的模制互连器件，其中所述液晶聚合物还包含衍生自对苯二甲酸、间苯二甲酸、2,6-萘二羧酸、对苯二酚、4,4'-联苯酚、对乙酰氨基酚、4-氨基苯酚或其组合的重复单元。
14.根据权利要求1所述的模制互连器件，其中所述聚合物组合物表现出根据ASTME1461-13测定的约1W/m-K或更大的面内热导率和/或根据ASTM E1461-13测定的约0.2W/m-K或更大的贯通面热导率。
15.根据权利要求1所述的模制互连器件，其中所述矿物填料包含矿物颗粒。
16.根据权利要求14所述的模制互连器件，其中所述矿物颗粒包括滑石、云母、二氧化硅或其组合。
17.根据权利要求1所述的模制互连器件，其中所述矿物填料包括矿物纤维。
18.根据权利要求17所述的模制互连器件，其中所述矿物纤维包括硅灰石。
19.根据权利要求17所述的模制互连器件，其中所述矿物纤维具有约40微米至约220微米的中值长度。
20.根据权利要求17所述的模制互连器件，其中所述矿物纤维具有约2至约50的纵横比。
21.根据权利要求1所述的模制互连器件，其中所述聚合物组合物具有根据ISO测试号11443:2014在1,000s-1的剪切速率下和高于所述组合物的熔融温度15℃的温度下测定的约10Pa-s至约250Pa-s的熔体粘度。
22.根据权利要求1所述的模制互连器件，其中所述导电元件包含金属。
23.根据权利要求1所述的模制互连器件，其中互连图案形式的通道形成在所述衬底中，并且其中所述导电元件设置在所述通道内。
24.根据权利要求23所述的模制互连器件，其中所述导电元件包括第一金属层和第二金属层。
25.一种用于形成根据权利要求1所述的模制互连器件的方法，所述方法包括：用激光烧蚀所述衬底的表面以形成互连图案，并且在所述衬底上将所述导电元件沉积在所述互连图案内。
26.根据权利要求25所述的方法，所述导电元件通过一工序形成，该工序包括在所述互连图案内沉积籽晶层，然后将金属电解镀在所述籽晶层上。
27.根据权利要求26所述的方法，其中所述籽晶层包括导电浆料。
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