CN1820942A - 用于制造具提高剥离强度的覆铜箔层压板的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于制造覆铜箔层压板的设备和方法，所述设备和方法可以大大提高热塑性液晶聚合物与铜箔之间的剥离强度。所述设备包括：一个涂覆装置，用于以热塑性液晶聚合物溶液薄薄地涂覆铜箔的表面；一个溶剂去除装置，用于干燥所涂覆的液晶聚合物溶液而去除所涂覆溶液的溶剂；以及一个热压装置，用于采用加热辊在铜箔上层压和热压一个热塑性液晶聚合物膜，从而制造覆铜箔层压板。

Description

用于制造具提高剥离强度的覆铜箔层压板的设备和方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造覆铜箔层压板的设备和方法；并且更具体地，涉及一种用于制造覆铜箔层压板的设备和方法，该设备和方法可以大大地提高热塑性液晶聚合物与铜箔之间的剥离强度。
技术背景
通常，印刷电路板指通过采用诸如形成布线图案(patterning)和蚀刻之类的技术在覆铜箔层压板上形成电路而得到的产品，其中所述覆铜箔层压板是由层压在一种譬如酚醛纸树脂(paper phenol resin)或者玻璃环氧树脂(glass epoxy resin)之类材料上的铜箔构成。
随着电子技术的发展，现在的印刷电路板重量越来越轻且尺寸越来越小，以便以高的集成度安装部件，并且印刷电路板作为提高集成度的基本因素越来越重要。
由于印刷电路板的这种重要性，也用各种各样的方式来制造和使用覆铜箔层压板。特别是，随着半导体集成电路的集成度令人惊奇地增加以及用于直接安装小芯片部件的表面贴装技术的发展，诸如移动通信装置之类的电子产品的重量和尺寸正在快速地降低。因此，在电子制品内的安装比刚性印刷电路板(刚性PCB)方便得多的柔性印刷电路板的使用正在增加。还有，为了达到电路布线的高集成度，多层柔性PCB或者刚性-柔性多层PCB的使用现在也在迅猛增长。
同时，通常还将聚酰亚胺用作这些柔性和刚性-柔性印刷电路板的材料。然而，由于高的吸水率，使用聚酰亚胺在尺寸稳定性上存在问题，并且一个缺点是聚酰亚胺在高频范围(GHz范围)内介电常数(Dk)和耗散因数(Df)劣化。因此，人们注重于用热塑性液晶聚合物(LCP)作为聚亚酰胺的替代材料。
热塑性液晶聚合物具有：由于低的吸水率(＜0.1％)而得到的高尺寸稳定性、与铜箔相似的热膨胀系数(16-18ppm/℃)，以及在高频范围(GHz)范围内的低介电常数(Dk)和耗散因数(Df)。鉴于这些优势，不仅期望热塑性液晶聚合物在柔性以及柔性-刚性印刷电路板中替代聚酰亚胺，还期望它用作用于移动电话、半导体(例如BGA、CSP等)，网络基底(network substrate)以及类似物的HDI中的绝缘材料。
近来，全球主要的化学公司，包括蒂科纳工程塑料(Ticona-Polyplastics)、住友(Sumitomo)和杜邦都在生产和销售热塑性液晶聚合物树脂。还有包括可乐丽(Kuraray)、新日本制铁化学公司(Nippon Steel Chemical Co.，)、罗杰斯(Rogers)，以及高泰克斯(Goretex)等公司都使用热塑性液晶聚合物树脂来制造绝缘膜和柔性覆层层压板(FCCL)，以应用到板材。
用于制造柔性覆铜箔层压板的现有技术方法可以大致地分为以下两类：(1)制造方法1，包括在一个铜箔(12或18微米)上形成粗糙不平并且借助于两个加热辊在所述铜箔上热压一个热塑性液晶聚合物膜；和(2)制造方法2，使用用于制造譬如FR4层压板那样的覆铜箔层压板的压制法。
通过在铜箔表面上形成粗糙不平并且在铜箔上热压一个热塑性液晶聚合物膜而制造覆铜箔层压板的第一类方法在图1中示出。如图1中所示，为了在通过驱动辊子126a和126b而在卷轴124a和124b之间输送的热塑性液晶聚合物膜110的一面或者双面上形成电路布线，铜箔112经过上压辊120和下压辊122，并且在此同时，层压到热塑性液晶聚合物膜110上，从而制造柔性覆铜箔层压板(FCCL)100。
使用在制造FR4覆铜箔层压板时所采用的压制法来制造覆铜箔层压板的所述第二类方法在图2A中示出。如图2A中所示，该制造方法包括以下步骤：准备具有平坦表面的第一和第二坚固金属压板；准备第一和第二平坦加热板；准备第一和第二铜箔；并且在第一和第二铜箔之间夹入一个热塑性液晶聚合物膜并且在真空中用第一和第二金属压板把第一和第二铜箔热压到热塑性液晶聚合物膜上，从而形成一个柔性的覆铜箔层压板。
在现有技术的压制法中，优点在于可以方便地制造覆铜箔层压板，因为使用与制造诸如FR4层压板之类的覆铜箔层压板的现有技术方法相似的方式来同时地压所述铜箔和热塑性液晶聚合物膜。然而，压制法具有缺点：由于热塑性液晶聚合物与FR4之间特性上的差异(例如，由于温度变化导致的热变形)，所以难于得到具有均匀的尺寸稳定性的制品，并且其生产率要低于通过用加热辊进行热压而制造覆铜箔层压板的方法。
特别地，对于柔性或者刚性-柔性的PCB而言，期望转变成辊对辊的工艺，从而，需要有一种能够制造辊式柔性覆铜箔层压板的方法。
另外，所述采用加热辊的方法包括：在热压之前在铜箔的表面形成粗糙不平，以增加铜箔与热塑性液晶聚合物膜之间的剥离强度。还有，鉴于压制法会出现低尺寸稳定性的问题，在热压以前进行一个预热步骤，以解决由高温热压所引起的快速热膨胀的问题。
日本的株式会社可乐丽具有数个涉及用热塑性液晶聚合物膜和铜箔制得覆铜箔层压板的待批专利申请(日本专利公开号：2000-263577、2000-343610、2001-079946、2001-079947和2003-103700)。
然而，在通过所述压制法以及通过所述采用加热辊的热压法而制造的覆铜箔层压板中，铜箔与热塑性液晶聚合物膜之间显示出的剥离强度远小于0.8kN/m，而0.8kN/m是对于PCB材料的最低水准。因此，有必要提高该剥离强度。
发明内容
因此，提出本发明以解决现有技术中出现的上述问题，并且本发明的目的是提供一种用于制造覆铜箔层压板的设备和方法，所述设备和方法可以大大提高热塑性液晶聚合物与铜箔之间的剥离强度，从而使覆铜箔层压板能够用作PCB材料。
为了实现上述的目的，在一个方面，本发明提供一种用于制造覆铜箔层压板的设备，该设备包括：一个涂覆装置，用于用热塑性液晶聚合物溶液薄薄地涂覆铜箔的表面；一个溶剂去除装置，用于干燥所涂覆的液晶聚合物溶液而去除所涂覆溶液的溶剂；和一个热压装置，用于采用加热辊在铜箔上层压和热压一个热塑性液晶聚合物膜，从而制造覆铜箔层压板。
在另一个方面，本发明提供一种用于制造覆铜箔层压板的方法，该方法包括以下步骤：(1)在铜箔的具有粗糙不平的表面上涂覆热塑性液晶聚合物溶液到一个薄的厚度；(2)干燥所涂覆的液晶聚合物溶液以去除所述聚合物溶液的溶剂；以及(3)通过加热辊在铜箔上层压和热压一个热塑性液晶聚合物膜，从而制造覆铜箔层压板。
附图说明
从下面结合附图对本发明所作的详细说明，可以更清晰地理解本发明的上述目标和其它目标以及本发明的其它特征和优点，在所述附图中：
图1示出一种用于根据现有技术使用辊子制造覆铜箔层压板的方法；
图2A至图2B示出一种用于根据现有技术使用压力制造覆铜箔层压板的方法；
图3示出一种根据本发明的一个实施方式的用于制造具有改进的剥离强度的覆铜箔层压板的设备的结构；而
图4为一流程图，示出一种根据本发明的一个实施方式的用于制造具有改进的剥离强度的覆铜箔层压板的方法。
具体实施方式
下面参考图3和图4详细地说明本发明的一个优选实施方式。
图3示出一种根据本发明的一个实施方式的用于制造覆铜箔层压板的设备的结构。如图3中所示，所述制造设备包括：一个铜箔进给辊301；一个热塑性液晶聚合物膜进给辊302；一个覆铜箔层压板储存辊303；一个用于加热涂覆有热塑性液晶聚合物的铜箔313的加热单元324；铜箔输送辊326a和326b，用于使得从铜箔进给辊301馈给的铜箔310可以通过一个涂覆单元328；加热辊320和322，用于在已经经过加热单元324的覆有热塑性液晶聚合物的铜箔上面层压一个热塑性液晶聚合物膜，并且挤压和加热该层压板；以及一个覆铜箔层压板输送辊326c，用于将覆铜箔层压板314从加热辊320和322输送到覆铜箔层压板储存辊303。
随着铜箔从铜箔进给辊301馈送出来，铜箔输送辊326a和326b使得铜箔310经过涂覆单元328。在此时，从铜箔进给辊301馈送的铜箔310具有一形成于其表面上的粗糙不平，并且由于这种粗糙不平，稍后要施加的热塑性液晶聚合物溶液将会良好地粘着到铜箔的表面上。
然后，在涂覆单元328中，使铜箔310薄薄地涂覆以热塑性液晶聚合物溶液。由于所涂覆的聚合物溶液，所制得覆铜箔层压板的剥离强度可以较现有技术大大地提高。
该热塑性液晶聚合物溶液可以含有0-30％体积的填料，其中所述填料起降低热膨胀系数和翘曲性的作用。
可以用于本发明的填料的例子包含无机材料，譬如二氧化硅、氧化铝、二氧化钛和碳酸钙，以及有机材料，譬如碳和石墨。在表面上形成有粗糙不平的铜箔上涂覆所述液晶聚合物溶液可以采用辊子涂覆、浸渍涂覆、喷雾涂覆、离心式涂覆(spinner coating)、幕式涂覆、缝隙涂覆(slot coating)或者丝网印刷工艺。
在用热塑性液晶聚合物溶液涂覆所述铜箔以后，在加热单元324中以50-100℃预干燥30分钟到2小时，然后在250-300℃完全干燥1-4小时，从而去除所述聚合物溶液的溶剂。
然后，通过加压辊320和322，把从热塑性液晶聚合物膜进给辊302馈送来的热塑性液晶聚合物膜312层压到已经经过涂覆单元且所涂覆的热塑性液晶溶液已经干燥的铜箔313上，然后，该层压板经受热压(即加热且加压)，从而制成覆铜箔层压板314。
在通过加热辊320和322把热塑性液晶聚合物膜312热压到铜箔313上的工艺中，所述热压在高于液晶聚合物膜的热变形温度的温度下进行。如上所述地在涂覆工艺后进行热压工艺的原因在于只通过涂覆而不经热压制造的覆铜箔层压板会具有以下的问题：覆铜箔层压板表面平坦性和厚度不均匀的问题；以及在去除溶剂的干燥过程中由于热塑性液晶聚合物的皱缩引起的翘曲问题。
由于在涂覆单元中涂施的热塑性液晶聚合物溶液与由加热辊320和322热压的热塑性液晶聚合物膜采用相同材料制造，通过以比其热变形温度更高的温度、1至5米/分钟的速度、以及和1至10Mpa的压力来热压可以在其间获得足够的粘着力。
图4是一流程图，示出一种根据本发明一个实施方式的用于制造具有提高的剥离强度的覆铜箔层压板的方法。
如图4中所示，从所述铜箔进给辊馈送一个厚度例如是12微米的铜箔，所述铜箔输送辊使得该铜箔经过涂覆单元。在涂覆单元内，为所述铜箔薄薄地涂覆一层热塑性液晶聚合物溶液(步骤S110)。
所述热塑性液晶聚合物溶液可以含有0-30％体积的填料，其中，所述填料起降低热膨胀系数的作用。
然后，在所述加热单元中，通过例如在80℃预干燥1小时，然后在250℃完全干燥2小时(步骤S112)而去除所涂覆热塑性液晶聚合物溶液的溶剂。
然后，在270℃的温度、1米/分钟的速度和3Mpa的压力下，借助于热压辊，在已经过涂覆单元且所涂覆的热塑性液晶溶液已经干燥的铜箔上，热压一个从热塑性聚合物膜进给辊馈送而来的热塑性液晶聚合物膜，所述热塑性液晶聚合物膜具有例如25微米的厚度、例如260℃的热变形温度和例如283℃的熔点，从而制造一种具有例如45微米的均匀厚度的覆铜箔层压板(步骤S114和S116)
根据IPC-TM-6502.4.8标准来测量采用上述的本发明实施方式制造的覆铜箔层压板的剥离强度，测量结果示于下面的表1中。在表1中，对照例1是按照IPC-TM-6502.4.8标准来对采用在一个具有粗糙(Rz：2微米)表面的12微米厚铜箔上热压一个热塑性液晶聚合物膜(熔点：309℃)而制造的覆铜箔层压板进行测量的结果。对照例2是按照IPC-TM-6502.4.8标准来对采用在一个具有粗糙(Rz：2微米)表面的18微米厚铜箔上热压一个热塑性液晶聚合物膜(热变形温度为275℃，且熔点为395℃)而制造的覆铜箔层压板进行测量的结果。
(表1)
  本发明   对照例1   对照例2
  剥离强度(kN/m)   0.8   0.33   0.3
  测量方法   IPC2.4.8   IPC2.4.8   IPC2.4.8
如在表1中可见，对本发明实施方式测得的剥离强度是0.8kN/m，对于对照例1测得剥离强度的是0.33kN/m，而对于对照例2测得的剥离强度是0.3kN/m，这表明本发明的实施方式在剥离强度上有很大的提高。
如上所述，根据本发明，采用具有一个粗糙表面的铜箔和热塑性液晶聚合物溶液来解决在热压制造的现有技术覆铜箔层压板中的热塑性液晶聚合物和铜箔之间分低剥离强度的问题。还有，通过用加热辊来热压所述热塑性液晶聚合物膜叠层，解决了在涂覆时可能发生的非均匀厚度和翘曲的问题。因此，本发明使得可以制造具有高的剥离强度、平坦的表面且和厚度均匀的覆铜箔层压板，并且同时没有翘曲问题。
还有，由于提高的剥离强度，本发明的覆铜箔层压板将可以用于柔性和刚性-柔性印刷电路板，并且所述粗糙的铜箔表面在制造多层PCB时将使层压工艺容易。
尽管为阐述的目的说明了本发明的一个优选实施方式，本领域内普通技术人员将会理解在不偏离所附权利要求书中揭示的本发明范畴和精神的情况下可能有各种各样的修改、补充和替代。

Claims (11)

1.一种用于制造覆铜箔层压板的设备，包括：
一个涂覆装置，用于以热塑性液晶聚合物溶液薄薄地涂覆铜箔的表面；
一个溶剂去除装置，用于干燥所涂覆的液晶聚合物溶液而去除所涂覆聚合物溶液的溶剂；和
一个热压装置，用于采用加热辊在铜箔上层压和热压一个热塑性液晶聚合物膜，从而制造覆铜箔层压板。
2.如权利要求1所述的设备，其中，所述涂覆装置包括：
一个涂覆单元，用于将热塑性液晶聚合物溶液涂布到其上粗糙不平的铜箔上而对铜箔进行涂覆；和
铜箔传送辊，用于将来自一个铜箔进给辊的铜箔传送至所述涂覆单元。
3.如权利要求1所述的设备，其中，所述溶剂去除装置用于通过以一个第一温度进行一个第一预定时间段的预干燥并且然后以一个第二温度进行一个第二预定时间段的完全干燥而去除所述溶剂。
4.如权利要求3所述的设备，其中，第一温度为50-1,000℃，第一预定时间段是30分钟至2小时，第二温度是250-300℃，而第二预定时间段是1-4小时。
5.如权利要求1所述的设备，其中，所述热压装置用于通过以高于所述聚合物膜热变形温度的温度、1-5米/分钟的速度、以及1-10Mpa的压力来热压制造所述覆铜箔层压板。
6.如权利要求1所述的设备，其中，在所述涂覆装置中使用的热塑性液晶聚合物溶液还包含用于降低热膨胀系数的填料。
7.一种用于制造覆铜箔层压板的方法，包括以下步骤：
(1)在所述铜箔的具有粗糙不平的表面上薄薄地涂覆热塑性液晶聚合物溶液到一个薄的厚度；
(2)对所涂覆的液晶聚合物溶液进行干燥而去除该聚合物溶液的溶剂；以及
(3)用加热辊向铜箔上层压和热压一个热塑性液晶聚合物膜而制造所述覆铜箔层压板。
8.如权利要求7所述的方法，其中，步骤(1)包括以下子步骤：
(1-1)将来自一个铜箔进给辊的铜箔传送至一个涂覆单元；和
(1-2)将热塑性液晶聚合物溶液涂布到其上形成有粗糙不平的所述铜箔上而对所述铜箔进行涂覆。
9.如权利要求7所述的方法，其中，步骤(2)包括以下子步骤：
(2-1)使用一溶剂去除装置在一个第一温度对所涂覆的聚合物溶液进行一个第一预定时间段的预干燥；以及
(2-2)以一个第二温度对所涂覆的聚合物溶液进行一个第二预定时间段的完全干燥而去除所述聚合物溶液的所述溶剂。
10.如权利要求7所述的方法，其中，步骤(3)中的所述热压是在高于所述聚合物膜的热变形温度的温度、1-5米/分钟的速度、以及1-10Mpa的压力下进行的。
11.如权利要求7所述的设备，其中，所述热塑性液晶聚合物溶液还包含用于降低热膨胀系数的填料。
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