TW202011086A - 複合式疊構液晶高分子基板及其製備方法 - Google Patents

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Abstract

一種複合式疊構LCP基板，包括至少一銅箔層、二層低粉體含量LCP層和一高粉體含量LCP層，其中，該高粉體含量LCP層位於二該低粉體含量LCP層之間，該銅箔層與該高粉體含量LCP層之間通過低粉體含量LCP層黏接，該高粉體含量LCP層及低粉體含量LCP層包括LCP及填充粉體，且該高粉體含量LCP層中之填充粉體的含量大於該低粉體含量LCP層中填充粉體的含量，該低粉體含量LCP層和高粉體含量LCP層之Dk值(10GHz)為2.5至5.0、Df值(10GHz)為0.001至0.005。本發明提供的LCP基板，通過向LCP層中添加填充粉體，使得製成的LCP基板具有低吸水率、低熱膨脹係數、良好的接著強度及機械性能。

Description

複合式疊構液晶高分子基板及其製備方法
本發明係有關於FPC(Flexible Printed Circuit，軟性印刷線路板)及其製備技術領域，尤係涉及LCP(液晶高分子)單面及雙面銅箔基板。
軟性印刷線路板因具有可連續自動化生產、可提高配線密度、可撓性、設計領域大、可以三次元立體配線、能省略接線器、電線之焊接等優勢，符合電子產品輕薄短小且功能多元的需求，讓軟性印刷線路板應用用與日俱增。
隨著高頻高速傳輸需求激增及5G時代即將來臨，高性能工程塑料需求大幅提升。過去軟性銅箔基板主要是以銅箔及聚醯亞胺(PI)樹脂等原料製成，但PI膜介電高、易吸濕，在高頻高速傳輸下易造成訊號損失。而液晶高分子(LCP)材料因具備低吸濕、高耐化性、高尺寸安定性與低介電常數/介電損失因子(Dk/Df)等特性，其介電性能低損耗、低吸水性 在微波及高頻的毫米波均較傳統PI有明顯優勢，逐漸成為新應用材料，可應用於天線、基地台、毫米波雷達等。
目前市面上使用塗佈法製作的LCP基板產品，其吸水率及熱膨脹係數偏高，高吸水率(0.5至0.6%)於後續下游廠商應用階段時，可能發生爆板的問題，而LCP層的高熱膨脹係數(30至35ppm/℃)與銅箔(17至18ppm/℃)不匹配，則可能產生捲曲。
舉凡於第206840863 U號中國專利提出的複合式LCP高頻雙速銅箔基板、第206932462 U號中國專利提出的複合式LCP高頻高速FRCC(軟性背膠銅箔基板)基材、第201706689 A號台灣專利提出的軟性印刷線路板結構及其製作方法、第201700719 A號台灣專利提出的液晶高分子複合膜，可知該等專利僅聚焦於LCP基板的多層疊構，或添加增韌劑改善LCP膜之韌性，皆未見使用多層疊構LCP並同時改善吸水率及熱膨脹係數。
為了滿足市場對高頻高速可撓性板材的需求，本發明提供的LCP基板，通過向LCP層添加填充粉體，使得所製成的LCP基板具有低吸水率，低熱膨脹係數，良好的接著強度以及機械性能。
為解決上述技術問題，本發明提供了一種複合式疊構LCP基板，包括：二層低粉體含量LCP層，且各該低粉體含量LCP層的厚度為12至100μm；厚度為12至100μm之高粉體含量LCP層，係位於二該低粉體含量LCP層之間；以及厚度為1至35μm之至少一銅箔層，係形成於該低粉體含量LCP層上，使一該低粉體含量LCP層位於該銅箔層與高粉體含量LCP層 之間；其中，該低粉體含量LCP層和該高粉體含量LCP層包括LCP及填充粉體，且該高粉體含量LCP層中之填充粉體的含量大於該低粉體含量LCP層中填充粉體的含量；該低粉體含量LCP層和該高粉體含量LCP層之Dk值(10GHz)為2.5至5.0、Df值(10GHz)為0.001至0.005。
於一具體實施態樣中，所述低粉體含量LCP層中，LCP佔低粉體含量LCP層的總固含量的70至100重量%，填充粉體佔低粉體含量LCP層的總固含量的0至30重量%；高粉體含量LCP層中，LCP佔高粉體含量LCP層的總固含量的30至低於70重量%，填充粉體佔高粉體含量LCP芯層的總固含量的30至70重量%。
於一具體實施態樣中，所述填充粉體係選自由二氧化矽、二氧化鈦、氧化鋁、氧化鋅、氧化鋯、氧化鎂、氫氧化鋁、碳化矽、碳化硼、氮化硼、碳酸鈣、碳酸鋁、碳酸鎂、矽酸鈣、矽酸鎂、矽酸鋁、矽酸鋁鈣、矽酸鈣鎂、硫酸鋇、滑石粉、黏土、高嶺土、雲母、石英、方解石、矽灰石、白雲石粉、聚醚醚酮(PEEK)和鐵氟龍所組成群組中的至少一種。
於一具體實施態樣中，與該低粉體含量LCP層黏著的該銅箔層表面的Rz(表面粗糙度)值為0.01至2.0μm，所述銅箔層的外表面的Rz值為0.01至0.7μm。
於一具體實施態樣中，所述LCP基板係LCP單面銅箔基板，所述LCP單面銅箔基板由一銅箔層、二層低粉體含量LCP層和一高粉體含量LCP層所組成，且從上到下依次為銅箔層、第一低粉體含量LCP層、高粉體含量LCP層和第二低粉體含量LCP層，且所述LCP單面銅箔基板的厚度為37至335μm。
於一具體實施態樣中，所述LCP基板係LCP雙面銅箔基板，所述LCP雙面銅箔基板由二銅箔層、二低粉體含量LCP層和一高粉體含量 LCP層所組成，且從上到下依次為第一銅箔層、第一低粉體含量LCP層、高粉體含量LCP層、第二低粉體含量LCP層和第二銅箔層，且所述LCP雙面銅箔基板的厚度為38至370μm。
於一具體實施態樣中，所述高粉體含量LCP層的吸水率及熱膨脹係數低於所述低粉體含量LCP層的吸水率及熱膨脹係數，且所述低粉體含量LCP層的接著強度高於所述高粉體含量LCP層的接著強度。
本發明還提供一種所述複合式疊構LCP基板的製備方法，所述LCP單面銅箔基板的製備方法如下：步驟一、將第一低粉體含量LCP層的前體塗佈於所述銅箔層的表面上，於60至180℃條件下去除溶劑，以形成所述第一低粉體含量LCP層；步驟二、將所述高粉體含量LCP層的前體塗佈於所述第一低粉體含量LCP層的表面上，於60至180℃條件下去除溶劑，以形成所述高粉體含量LCP層；步驟三、將第二低粉體含量LCP層的前體塗佈於所述高粉體含量LCP層的表面上，於60至180℃條件下去除溶劑，以形成所述第二低粉體含量LCP層，再於240至260℃條件下8至12小時進行退火處理，即得成品LCP單面銅箔基板。
本發明復提供一種所述複合式疊構LCP基板的製備方法，所述LCP雙面銅箔基板的製備方法為下列二種方法中的一種：第一種方法包括如下步驟：步驟一、將第一低粉體含量LCP層的前體塗佈於第一銅箔層的表面上，於60至180℃條件下去除溶劑，以形成第一低粉體含量LCP層； 步驟二、將該高粉體含量LCP層的前體塗佈於該第一低粉體含量LCP層的表面上，於60至180℃條件下去除溶劑，以形成該高粉體含量LCP層；步驟三、將第二低粉體含量LCP層的前體塗佈於該高粉體含量LCP層的表面上，於60至180℃條件下去除溶劑，以形成該第二低粉體含量LCP層；於240至260℃條件下8至12小時進行退火處理；以及步驟四、於320至370℃條件下，在該第二低粉體含量LCP層的表面上壓合第二銅箔層，得到LCP雙面銅箔基板。第二種方法包括如下步驟：步驟一、將所述低粉體含量LCP層的前體塗佈於二所述銅箔層的表面上，於60至180℃條件下去除溶劑，以形成二個具有低粉體含量LCP層之半成品A；步驟二、將所述高粉體含量LCP層的前體塗佈於其中一個所述半成品A之低粉體含量LCP層的表面上，於60至180℃條件下去除溶劑，以形成具有高粉體含量LCP層之半成品B；步驟三、將該半成品B及另一個未具有該高粉體含量LCP層之該半成品A於240至260℃條件下8至12小時進行退火處理；步驟四、於320至370℃條件下壓合該經退火處理之未具有該高粉體含量LCP層之半成品A的低粉體含量LCP層與該半成品B的高粉體含量LCP層，得到LCP雙面銅箔基板。
本發明具有以下的有益效果：本發明的複合式疊構LCP基板，包括至少一銅箔層，二層低粉體含量LCP層和一高粉體含量LCP層，且銅箔層與高粉體含量LCP層之間通過低粉體含量LCP層黏接。由於在LCP層中添加填充粉體，能夠降低 吸水率和熱膨脹係數，但會降低接著強度，因此，本發明的LCP基板同時包括一層高粉體含量LCP層和二層低粉體含量LCP層，且銅箔層與高粉體含量LCP層之間通過低粉體含量LCP層黏接，利用高粉體含量LCP層的低吸水率和低膨脹係數以及低粉體含量LCP層的高接著強度，使得本發明的LCP基板具低吸水率、低熱膨脹係數、良好的接著強度、適合高密度組裝的低反彈力以及極佳的機械性能。
此外，本發明的LCP基板並具有低介電常數/介電損失因子(Dk/Df)，有利於高頻高速傳輸；本發明優於一般LCP和PI基板，適用於5G智能型手機、Apple watch等可穿戴設備。
另外，傳統的熱固性聚醯亞胺膜的製備法中，具有38μm以上的厚膜不易生產，效率低，本發明的製造方法不僅可以製造適宜厚度的LCP單面及雙面銅箔基板，更可以輕易得到100μm的基板，並可降低生產成本。
再者，從試驗數據能夠看出顯示，本發明的LCP基板具有低吸水率，吸水率低至0.11至0.44%。從試驗數據亦能夠看出本發明的LCP基板具有低熱膨脹係數，熱膨脹係數可低至17.74至27.49ppm/℃；試驗數據亦顯示本發明的接著強度為0.42至0.85kgf/cm。
100‧‧‧銅箔層
200‧‧‧低粉體含量LCP層
300‧‧‧高粉體含量LCP層
第1圖係本發明之複合式疊構LCP基板的結構示意圖。
第2圖係本發明之複合式疊構LCP基板另一實施態樣的結構示意圖。
以下的具體實施例用以說明本發明之揭露內容，在閱讀本說明書之揭露內容以後，本技術領域中具有通常知識者能輕易地理解其優點及功效。
須知，本說明書所附圖式所繪示之結構、比例、尺寸等，僅為配合說明書所揭示之內容，以便本技術領域中具有通常知識者得以理解及閱讀，而非意圖將本發明限制於特定條件之中，故不具有技術上之實質意義。任何結構之修改、比例關係之改變，或尺寸之的調整，在不影響本說明書所能產生之功效及所能達成之目的下，均應包含在本說明書所揭露之範圍內。在無實質變更技術內容的情況下，其相對關係之改變或調整，亦當被視為本發明可實施之範疇內。同時，本說明書中所引用之如「上」、「第一」、「第二」、「一」及「二」等之用語，亦僅為便於敘述之明瞭，而非用以限定本發明可實施之範圍，其相對關係之改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本發明可實施之範疇。
本發明之複合式疊構LCP基板，如第1及2圖所示，包括至少一銅箔層100、二層低粉體含量LCP層200和一高粉體含量LCP層300，所述高粉體含量LCP層300位於二所述低粉體含量LCP層200之間，且所述銅箔層100與所述高粉體含量LCP層300之間通過所述低粉體含量LCP層200黏接。
於一具體實施態樣中，所述銅箔層為壓延銅箔層或電解銅箔層。
第1圖之複合式疊構LCP基板係LCP單面銅箔基板，所述LCP單面銅箔基板由一銅箔層100、二層低粉體含量LCP層200和一高粉體含量LCP層300所組成，且從上到下依次為所述銅箔層100、所述低粉體含量LCP層200(作為第一低粉體含量LCP層)、所述高粉體LCP含量層300和所述低粉體含量LCP層200(作為第二低粉體含量LCP層)；所述LCP單面銅箔基板的厚度為37至335μm。
第1圖之LCP單面銅箔基板的製備方法例如下述，但不限於此：步驟一、將所述低粉體含量LCP層200的前體塗佈於所述銅箔層100的其中一表面上，於60至180℃條件下去除溶劑，以形成所述低粉體含量LCP層200(作為第一低粉體含量LCP層)；步驟二、將所述高粉體含量LCP層300的前體塗佈於所述第一低粉體含量LCP層的表面上，於60至180℃條件下去除溶劑，以形成所述高粉體含量LCP層300；步驟三、將所述低粉體含量LCP層200的前體塗佈於所述高粉體含量LCP層300的表面上，於60至180℃條件下去除溶劑，以形成所述低粉體含量LCP層200(作為第二低粉體含量LCP層)，再於240至260℃(較佳係250℃)條件下8至12小時(較佳係10小時)進行退火處理，即得成品LCP單面銅箔基板。
參閱第2圖，其係本發明之複合式疊構LCP基板之另一實施態樣的結構示意圖。第2圖之LCP基板係LCP雙面銅箔基板，所述LCP雙面銅箔基板由二銅箔層100、二層低粉體含量LCP層200和一高粉體含量LCP層300所組成，且從上到下依次為所述銅箔層100(作為第一銅箔層)、所 述低粉體含量LCP層200(作為第一低粉體含量LCP層)、所述高粉體含量LCP層300、所述低粉體含量LCP層200(作為第二低粉體含量LCP層)和所述銅箔層100(作為第二銅箔層)；所述LCP雙面銅箔基板的厚度為38至370μm。
第2圖之LCP雙面銅箔基板的製備方法例如下列二種方法中的一種，但不限於此：
第一種方法包括如下步驟：步驟一、將所述低粉體含量LCP層200的前體塗佈於所述銅箔層100(作為第一銅箔層)的其中一表面上，於60至180℃條件下去除溶劑，以形成所述低粉體含量LCP層200(作為第一低粉體含量LCP層)；步驟二、將所述高粉體含量LCP層300的前體塗佈於所述第一低粉體含量LCP層的表面上，於60至180℃條件下去除溶劑，以形成所述高粉體含量LCP層300；步驟三、將所述低粉體含量LCP層200的前體塗佈於所述高粉體含量LCP層300的表面上，於60至180℃條件下去除溶劑，以形成所述低粉體含量LCP層200(作為第二低粉體含量LCP層)，並於240至260℃(較佳係250℃)條件下8至12小時(較佳係10小時)進行退火處理；步驟四、於320至370℃條件下，在所述第二低粉體含量LCP層的表面上壓合所述銅箔層100(作為第二銅箔層)，即得成品LCP雙面銅箔基板。
第二種方法包括如下步驟： 步驟一、將所述低粉體含量LCP層200的前體塗佈於二該銅箔層100的其中一表面上，於60至180℃條件下去除溶劑，以形成二該具有低粉體含量LCP層200之半成品A；步驟二、將所述高粉體含量LCP層300的前體塗佈於其中一個所述半成品A之低粉體含量LCP層200的表面上，於60至180℃條件下去除溶劑，以形成具有高粉體含量LCP層300之半成品B；步驟三、將所述半成品B及另一個所述半成品A於240至260℃(較佳係250℃)條件下8至12小時(較佳係10小時)進行退火處理；步驟四、將步驟三的所述半成品A之低粉體含量LCP層200與所述半成品B的高粉體含量LCP層300貼合，於320至370℃條件下壓合，即得成品LCP雙面銅箔基板。
本發明透過實施例之示例來說明細節。不過，本發明之詮釋不應當被限制於以下實施例之闡述。
實施例1至10係選用二氧化矽、滑石粉、高嶺土以及LCP作為低粉體含量LCP層的組分，並測試各低粉體含量LCP層之介電常數Dk(10GHz)、介電損失因子Df(10GHz)、吸水率、熱膨脹係數以及接著強度，各組分之比例及測試結果係如下表1所示。實施例1至10亦選用同樣的材料作為高粉體含量LCP層的組分，並測試各高粉體含量LCP層之介電常數Dk(10GHz)、介電損失因子Df(10GHz)、吸水率、熱膨脹係數以及接著強度，各組分之比例係如下表2所示。
實施例1至5再依本發明提供之方法製備具有一銅箔層、二層低粉體含量LCP層以及一高粉體含量LCP層之LCP單面銅箔基板；而實施例6至10則依本發明提供之方法製備具有二銅箔層、二層低粉體 含量LCP層以及一高粉體含量LCP層之LCP雙面銅箔基板。比較例1及2係僅具有單層且未添加填充粉體的LCP層之LCP單面銅箔基板，而比較例3係僅具有單層且未添加填充粉體的LCP層之LCP雙面銅箔基板。
將實施例1至10及比較例1至3進行性能測試，測試方法係依《軟板組裝要項測試準則》(TPCA-F-002)實施，並比較各組之介電常數Dk(10GHz)、介電損失因子Df(10GHz)、吸水率、熱膨脹係數以及接著強度，結果如下表3及4所示。
Figure 108114917-A0101-12-0011-1
Figure 108114917-A0101-12-0012-2
Figure 108114917-A0101-12-0013-3
Figure 108114917-A0101-12-0013-4
從表1和表2看出，高粉體含量LCP層的吸水率和熱膨脹係數均低於低粉體含量LCP層的吸水率和熱膨脹係數，而低粉體含量LCP層的接著強度大於所述高粉體含量LCP層的接著強度。
由表3和4可知，本發明的複合式疊構LCP基板具有低吸水率、低熱膨脹係數、良好的接著強度、適合高密度組裝的低反彈力以及極佳的機械性能，並且具低的Dk/Df，有利於高頻高速傳輸。
以上所述僅為本發明的實施例，並非因此限製本發明的專利範圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護範圍內。
100‧‧‧銅箔層
200‧‧‧低粉體含量LCP層
300‧‧‧高粉體含量LCP層

Claims (10)

  1. 一種複合式疊構液晶高分子(Liquid crystal polymer，LCP)基板，係包括：二層低粉體含量LCP層，且各該低粉體含量LCP層的厚度為12至100μm；厚度為12至100μm之高粉體含量LCP層，係位於二該低粉體含量LCP層之間；以及厚度為1至35μm之至少一銅箔層，係形成於該低粉體含量LCP層上，使一該低粉體含量LCP層位於該銅箔層與高粉體含量LCP層之間；其中，該低粉體含量LCP層和該高粉體含量LCP層包括LCP及填充粉體，該高粉體含量LCP層中之填充粉體的含量大於該低粉體含量LCP層中填充粉體的含量，且該低粉體含量LCP層和該高粉體含量LCP層之Dk值(10GHz)為2.5至5.0、Df值(10GHz)為0.001至0.005。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之複合式疊構LCP基板，其中，在該低粉體含量LCP層中，該LCP佔該低粉體含量LCP層的總固含量的70至100重量%，該填充粉體佔該低粉體含量LCP層的總固含量的0至30重量%；以及在該高粉體含量LCP層中，該LCP佔該高粉體含量LCP層的總固含量的30至低於70重量%，該填充粉體佔高粉體含量LCP層的總固含量的30至70重量%。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之複合式疊構LCP基板，其中，該填充粉體係選自由二氧化矽、二氧化鈦、氧化鋁、氧化鋅、氧化鋯、氧化鎂、氫氧化鋁、碳化矽、碳化硼、氮化硼、碳酸鈣、碳酸鋁、碳酸鎂、矽酸鈣、矽酸鎂、矽酸鋁、矽酸鋁鈣、矽酸鈣鎂、硫酸鋇、滑石粉、黏土、高 嶺土、雲母、石英、方解石、矽灰石、白雲石粉、聚醚醚酮(PEEK)和鐵氟龍所組成群組中的至少一種。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之複合式疊構LCP基板，其中，與該低粉體含量LCP層黏著的該銅箔層表面的Rz(表面粗糙度)值為0.01至2.0μm，該銅箔層的外表面的Rz值為0.01至0.7μm。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之複合式疊構LCP基板，其中，該複合式疊構LCP基板具有一層銅箔層，且該複合式疊構LCP基板的厚度為37至335μm。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之複合式疊構LCP基板，其中，該複合式疊構LCP基板具有二層銅箔層，皆位於該複合式疊構LCP基板之最外側，使該二層低粉體含量LCP層設於該二層銅箔層之間，且該複合式疊構LCP基板的厚度為38至370μm。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之複合式疊構LCP基板，其中，該高粉體含量LCP層的吸水率及熱膨脹係數低於該低粉體含量LCP層的吸水率及熱膨脹係數，且該低粉體含量LCP層的接著強度高於該高粉體含量LCP層的接著強度。
  8. 一種如申請專利範圍第5項所述之複合式疊構LCP基板的製備方法，係包括：將第一低粉體含量LCP層的前體塗佈於該銅箔層的表面上，於60至180℃條件下去除溶劑，以形成該第一低粉體含量LCP層；將該高粉體含量LCP層的前體塗佈於該第一低粉體含量LCP層的表面上，於60至180℃條件下去除溶劑，以形成該高粉體含量LCP層； 將第二低粉體含量LCP層的前體塗佈於該高粉體含量LCP層的表面上，於60至180℃條件下去除溶劑，以形成該第二低粉體含量LCP層；以及於240至260℃條件下8至12小時進行退火處理，得到LCP單面銅箔基板。
  9. 一種如申請專利範圍第6項所述之複合式疊構LCP基板的製備方法，係包括：將第一低粉體含量LCP層的前體塗佈於第一銅箔層的表面上，於60至180℃條件下去除溶劑，以形成該第一低粉體含量LCP層；將該高粉體含量LCP層的前體塗佈於該第一低粉體含量LCP層的表面上，於60至180℃條件下去除溶劑，以形成該高粉體含量LCP層；將第二低粉體含量LCP層的前體塗佈於該高粉體含量LCP層的表面上，於60至180℃條件下去除溶劑，以形成該第二低粉體含量LCP層；於240至260℃條件下8至12小時進行退火處理；以及於320至370℃條件下，在該第二低粉體含量LCP層的表面上壓合第二銅箔層，得到LCP雙面銅箔基板。
  10. 一種如申請專利範圍第6項所述之複合式疊構LCP基板的製備方法，係包括：將該低粉體含量LCP層的前體塗佈於二該銅箔層的表面上，於60至180℃條件下去除溶劑，以形成二個具有該低粉體含量LCP層之半成品A；將該高粉體含量LCP層的前體塗佈於其中一個該半成品A之低粉體含量LCP層的表面上，於60至180℃條件下去除溶劑，以形成具有該高粉體含量LCP層之半成品B； 將該半成品B及另一個未具有該高粉體含量LCP層之該半成品A於240至260℃條件下8至12小時進行退火處理；以及於320至370℃條件下壓合該經退火處理之未具有該高粉體含量LCP層之半成品A的低粉體含量LCP層與該半成品B的高粉體含量LCP層，得到LCP雙面銅箔基板。
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