一種無膠軟板基材及其製備方法

2023-08-07 10:38:41 1

專利名稱：一種無膠軟板基材及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種軟板基材及其製備方法，特別涉及一種無膠軟板基材及其製備方法。
背景技術：
「沒有電子基材就沒有今天的電子技術產業」，受益於電子信息等行業的快速發展，市場對電子基材的需求越來越強勁。軟性印刷電路板(Flexible Printed Circuit,FPC)，簡稱軟板，具有柔軟、輕、薄及可撓曲等優點，在資訊電子產品快速走向輕、薄、短、小趨勢下，目前已廣泛應用在筆記型電腦、數位相關、手機、液晶顯示器等用途。目前全球電子基材皆採用有膠基材及無膠基材。傳統的有膠軟板基材分為兩大類:三層有膠軟板基材(3L-FCCL)與新型二層無膠軟板基材(2L-FCCL)。3L-FCCL主要是以絕緣基膜、膠粘劑、銅箔三層結構組成，但是膠粘劑的耐熱性與尺寸的穩定性差，長期使用的溫度限制在100-200°C之間，使得三層有膠軟板基材的領域受到極大的限制。二類軟性基材的製造方法不同，材料特性亦不同，應用的產品項目不同，3L-FCCL應用在目前大宗的軟板產品上，而2L-FCCL則應用在較高階的軟板製造上，如軟硬板、COF等，而且2L-FCCL的價格較貴，產量低，並且還存在產出速度慢、品質低不高的問題。絕緣基膜是軟板基材的主要材料之一，主要有聚酯膜(PET)和聚醯亞胺膜(PI)。其中，聚酯膜具有優秀的抗拉強度等機械特性和電氣特性，良好的耐水性和吸溼後的尺寸穩定性。但，受熱時收縮率大，耐熱性欠佳。由於熔點低(250°C)，不適合於高溫錫焊。在價格方面，低於聚醯亞胺膜。聚醯亞胺(PD作為一種功能高分子材料，具有良好的介電性和力學性能，被廣泛應用於航空、航天及微電子領域，但其較高的吸水性和熱膨脹性限制了其在高溫和精密狀態下的應用。膠粘劑(Adhesive)主要有以下4大類:(1)聚酯類；(2)環氧類；(3)丙烯酸類；(4)聚醯亞胺類。軟板基材的製造方法最初是採用膠粘劑(如環氧樹脂或丙烯酸樹脂)將基膜和銅箔經熱壓複合而成三層軟板基材(3L-FCCL)。傳統電路基材多為有膠材料，通過聚合物膠粘材料與銅板複合壓制而成，此種材料有很大的缺點:1)金屬與基體材料剝離強度低，同時由於有膠粘材料的存在使得耐熱性能差；2)尺寸穩定性差；3)金屬厚度可調性差，不能實現超薄金屬層。4)化工材料的使用，使得環保問題難以解決。到上世紀80年代末，荷蘭阿克蘇公司成功開發了無膠粘劑型撓性覆銅板(2L-FCCL)。從此，各種無膠粘劑型的撓性覆銅板相繼商品化。目前，高密度的撓性印製電路板幾乎都是使用這種二層法的撓性覆銅板。2L-FCCL根據不同工藝又分成以下4種製造方法:⑴流延法；⑵噴鍍法；⑶化學鍍/電鍍法；⑷層壓法。流延法是在銅箔上塗覆聚醯亞胺樹脂，經烘乾固化成膜。這項技術是80年代末開發的，技術成熟，適用範圍廣，採用此種方法生產的撓性覆銅板，粘合強度高。粘合強度不僅絕對值高，而且在高溫高溼條件下，穩定、可靠。噴鍍法，是在聚醯亞胺基膜上先噴射一層很薄的晶種層，然後鍍銅加厚至所要求的厚度。化學鍍/電鍍法工序很簡單。首先採用等離子處理使聚醯亞胺基膜表面活化，再用化學鍍的方法在其上面形成一層很薄的晶種層，然後用電鍍方法加厚，形成一定厚度的導體層。層壓法是首先由聚醯亞胺膜製造商供應一種複合膜。這種複合膜，是由高尺寸穩定性的聚醯亞胺膜，塗一層具有粘合性的熱可塑性聚醯亞胺樹脂組成的。然後，由複合膜和銅箔在熱壓條件下，製成撓性覆銅板。上述方法製備的無膠軟板基材綜合性能相對於有膠基材的性能好，是目前基材的主要發展趨勢，但傳統無膠基材價格昂貴、製造汙染大，而且製備的無膠軟板基材的金屬材料層厚度均勻性差，金屬材料層厚，而且製備過程中金屬材料層的厚度不可調節，不能達到超薄金屬層，金屬材料層與PI基膜的複合強度弱，彎折性能差，機械加工性能差等缺陷，使用時基材的可靠性差，嚴重影響了基材的後續使用性能。

發明內容
本發明的目的，就是提供一種無膠基材，通過物理氣相沉積法(PVD法)實現金屬層與絕緣材料的合理組合疊加，實現PCB、FPC、屏蔽材料生產過程對材料安全、環保、可靠性的要求，達到電子電路產品加工及使用過程中要求的抗化性、耐熱性、尺寸穩定性、可靠、安全、便捷、環境友好等功能，且成本低、工藝加工方便。為實現本發明的目的，本發明一方面提供一種無膠軟板基材，包括在絕緣的基底兩側由內到外依次疊合的金屬層和金屬鈍化層，其中，通過在基底的兩面沉積金屬材料，形成所述的金屬層；通過在金屬層的表面進行鈍化處理，形成所述的金屬鈍化層。本發明另一方面提供無膠軟板基材，包括依次排列的絕緣基底、金屬層和金屬鈍化層；其中，通過在基底的一面沉積金屬材料，形成所述的金屬層；通過在金屬層的表面進行鈍化處理，形成所述的金屬鈍化層。其中，所述基底由聚醯亞胺、聚酯、聚酯醯亞胺、氟碳乙烯、亞醯胺纖維紙或聚丁烯對酞酸鹽構成；優選為聚醯亞胺。特別是，所述基底的厚度為3-50um，寬度為20_1200臟。其中，所述金屬層由銅、銀、鋁、鐵、鎳、金、鉻或其合金構成。特別是，所述金屬層採用物理氣相沉積法(PVD法)將金屬沉積在基底的表面。尤其是，沉積的所述金屬層的厚度為0.l-12um。其中，所述金屬鈍化層是採用有機緩蝕劑對金屬層進行表面鈍化處理形成。特別是，所述有機緩蝕劑為苯並三氮唑和磷酸鈉混合物；所述苯並三氮唑與磷酸鈉的摩爾之比為1-3: I。特別是，所述鈍化處理的時間為1-1Omin ;所述鈍化處理溫度為40_70°C，優選為50-60。。。特別是，對金屬層的表面首先進行脫脂清洗處理，使金屬表面潔淨暴露出活性表面後再進行所述的鈍化處理。尤其是，採用鹼洗脫脂、溶劑脫脂、表面活性劑水溶液和混合溶劑脫脂清洗或酸洗脫脂對金屬層的表面進行脫脂清洗。本發明又一方面提供一種無膠軟板基材的製備方法，包括如下順序進行的步驟:I)對基底材料的一面或兩面進行表面電暈處理，提高基底材料的表面的附著性倉泛;2)採用物理氣相沉積法在經過電暈處理的基底材料的表面沉積金屬材料，形成金屬材料層；3)採用有機緩蝕劑對金屬材料層進行鈍化處理，在金屬層表面形成鈍化層，即得。其中，步驟I)中所述電暈處理過程中電壓為5000 20000V/m2。特別是，在進行所述的電暈處理過程中空氣潔淨度為萬級至十萬級。尤其是，電暈處理後的基底材料的表面能達到50-55達因(dyne)，增強基底材料與金屬層的複合強度，保證基材產品的高可靠性、一致性。其中，步驟I)中所述基底材料選擇聚醯亞胺、聚酯、聚酯醯亞胺、氟碳乙烯、亞醯胺纖維紙或聚丁烯對酞酸鹽構成；優選為聚醯亞胺。特別是，所述基底的厚度為3-50um，寬度為20_1200mm。其中，步驟2)中所述物理氣相沉積法為在真空狀態下採用磁控濺射法或真空蒸鍍法，在經過表面電暈處理的基底材料的表面沉積金屬材料薄膜；優選為磁控濺射法。特別是，在進行所述的物理氣相沉積法過程中真空度為2.0X 10-1
2.0XlO-3MPao特別是，在進行所述的物理氣相沉積法過程中溫度為-100 _250°C。特別是，物理氣相沉積法過程中金屬沉積速度為0.2 10M/min。其中，步驟3)中所述鈍化處理包括如下步驟:3A)對金屬銅層進行脫脂清洗；3B)採用有機緩蝕劑在40_70°C條件下浸泡1_10分鐘。特別是，步驟3A)中採用鹼洗脫脂、溶劑脫脂、表面活性劑水溶液和混合溶劑脫脂清洗或酸洗脫脂對金屬層的表面進行脫脂清洗。特別是，步驟3B)中所述有機緩蝕劑為苯並三氮唑和磷酸鈉混合物；所述苯並三氮唑與磷酸鈉的摩爾之比為1-3:1。尤其是，所述鈍化處理溫度優選為50_60°C。本發明具有如下優點:採用PVD法製備無膠軟板基材，經過反覆試驗在真空度為2.0X KT1
2.0X10_3MPa，溫度為-100 _250°C，使腔體內水汽迅速凝結，並隨著保持的高真空狀態，抽出腔體外，避免了基材表面吸附水分，使得基材表面乾燥，金屬沉積過程中金屬層與基材複合強度高，生成的金屬膜層均勻，厚度可調，保證了材料的抗化性、耐熱性、尺寸穩定性、高剝離強度、高可靠性、一致均勻性。本發明製備的無膠軟板基材的機械加工性能好，金屬層厚度可調，可實現超薄金屬層，使得超細精密電路的實現成為可能，且成本低、環保、彎折性能優異、工藝加工容易。本發明製備方法操作簡便、安全、便捷、環境友好，工藝加工方便，具有工藝簡單，生產成本低等特點，適宜工業化推廣。


圖1為本發明雙面金屬層無膠基材的結構示意圖；圖2為本發明單面金屬層無膠基材的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合具體實施例來進一步描述本發明，本發明的優點和特點將會隨著描述而更為清楚。但這些實施例僅是範例性的，並不對本發明的範圍構成任何限制。本領域技術人員應該理解的是，在不偏離本發明的精神和範圍下可以對本發明技術方案的細節和形式進行修改或替換，但這些修改和替換均落入本發明的保護範圍內。本發明中基體層I選用PI材料組成，除了 PI材料之外，其他如聚酯、聚酯醯亞胺、氟碳乙烯、亞醯胺纖維紙或聚丁烯對酞酸鹽均適用於本發明。本發明中金屬層2選用金屬銅(Cu)，除了金屬銅之外，其他金屬材料銀、鋁、鐵、鎳、金、鉻或其合金均適用於本發明。如圖1，本發明的雙面金屬層的無膠軟板基材，在基體層I的上下兩面由內至外依次緊密排列金屬層2和鈍化層3，即本發明的雙面金屬層的無膠軟板基材共有5層組成，兩層金屬鈍化層3、兩層金屬層2和一層基體層1，基體層1、金屬層2、金屬鈍化層3由內至外依次排列。如圖2，本發明的單面金屬層的無膠軟板基材，在基體層I的一側由內至外依次緊密排列金屬層2和鈍化層3，即本發明的單面金屬層的無膠軟板基材共有3層組成，一層金屬鈍化層3、一層金屬層2和一層基體層1，基體層1、金屬層2、金屬鈍化層3由內至外依次排列。基體層I的厚度為3-50um，寬度為20_1200mm ;金屬層2的厚度為0.l_12um。無膠軟板基材的製備方法如下:1、電暈處理根據PI特性，在空氣潔淨度為萬級的條件下，並且在消除靜電環境中將厚度為3-50um、寬度為20-1200mm的聚醯亞胺(PI)膜送入電暈機中，對PI膜的表面進行表面電暈處理，提高基底材料PI膜的表面的附著性能，其中，電暈處理過程中控制電壓為5000-20000V，調整電暈電壓及電流，處理至PI膜的表面能達到50-55達因(dyne)。其中，本發明中所述的電暈處理為常規的表面電暈處理。2、物理氣相沉積處理將經過表面電暈處理的基體材料PI膜送入磁控濺射設備中，控制真空腔的溫度為-100 -250°c，在高純氬氣環境下採用純銅(純度大於99.9% )靶，控制靶的溫度控制在100°C以下，在基體材料PI膜上濺射沉積銅膜，直至金屬銅層的厚度達到0.l-12um ;其中，物理氣相沉積處理工作條件如下:工作氣體為:高純氬氣(99.999% )；工作氣壓為:2.0 X 10-1—2.0 X KT3MPa ；濺射電流為:4-10A;電源功率為:380-600KW；派射時間為:1-1Omin ；金屬沉積速率為:0.2 10M/min。其中，工作氣體除了氬氣之外,其他氣體如氦氣、氮氣等均適用於本發明。3、鈍化處理
首先對銅層表面進行脫脂清洗，使銅面潔淨暴露活性表面，然後採用有機緩蝕劑BTA(苯並三氮唑)和Na3P04(磷酸鈉)的混合溶液在40_70°C條件下浸泡1-lOmin，即可，其中BTA與Na3PO4的摩爾之比為1-3: I。其中，所述的脫脂清洗為金屬的脫脂清洗，採用鹼洗脫脂、溶劑脫脂、表面活性劑水溶液和混合溶劑脫脂清洗或酸洗脫脂；浸泡過程中浸泡溫度優選為50-60°C。實施例1雙面金屬層的無膠軟板基材的製備方法1、電暈處理根據PI特性，在空氣潔淨度為萬級的條件下，並且在消除靜電環境中將厚度為50um、寬度為1200mm的聚醯亞胺(PI)膜基體材料送入電暈機中，對PI膜的雙面(即上下兩面)進行表面電暈處理，提高基底材料PI膜的表面的附著性能，其中，電暈處理過程中控制電壓為20000V，調整電暈電壓及電流，處理至PI膜的表面能達到50達因(dyne)。其中，本發明中所述的電暈處理為常規的表面電暈處理。2、物理氣相沉積處理將經過表面電暈處理的基體材料PI膜送入磁控濺射設備中，控制真空腔的溫度為-250°C，在高純氬氣環境下採用純銅(純度大於99.9% )靶，控制靶的溫度控制在100°C以下，在基體材料PI膜上濺射沉積銅膜，直至金屬銅層的厚度達到12um ;其中，物理氣相沉積處理工作條件如下:工作氣體為:高純氬氣(99.999% )；工作氣壓為:2.0X KT3MPa ；濺射電流為:IOA ;電源功率為:600KW ；派射時間為:IOmin ；金屬沉積速率為:0.2M/min。其中，工作氣體除了氬氣之外，其他氣體如氦氣、氮氣等均適用於本發明。3、鈍化處理首先對銅層表面進行脫脂清洗，使銅面潔淨暴露活性表面，然後採用有機緩蝕劑BTA (苯並三氮唑)和Na3PO4 (磷酸鈉)的混合溶液在70°C條件下浸泡處理lOmin，即可，其中BTA與Na3PO4的摩爾之比為3: I。其中，所述的脫脂清洗為金屬的脫脂清洗，採用鹼洗脫脂、溶劑脫脂、表面活性劑水溶液和混合溶劑脫脂清洗或酸洗脫脂。實施例2單面金屬層的無膠軟板基材的製備方法1、電暈處理根據PI特性，在空氣潔淨度為萬級的條件下，並且在消除靜電環境中將厚度為3um、寬度為30mm的聚醯亞胺(PI)膜基體材料送入電暈機中，對PI膜的單面(即上表面)進行表面電暈處理，提高基底材料PI膜的表面的附著性能，其中，電暈處理過程中控制電壓為5000V，調整電暈電壓及電流，處理至PI膜的表面能達到55達因(dyne)。其中，本發明中所述的電暈處理為常規的表面電暈處理。2、物理氣相沉積處理將經過表面電暈處理的基體材料PI膜送入磁控濺射設備中，控制真空腔的溫度為-100°c，在高純氬氣環境下採用純銅(純度大於99.9% )靶，控制靶的溫度控制在100°C以下，在基體材料PI膜上濺射沉積銅膜，直至金屬銅層的厚度達到0.1um ;其中，物理氣相沉積處理工作條件如下:工作氣體為:高純氬氣(99.999% )；工作氣壓為:2.0X KT1MPa ；濺射電流為:4A;電源功率為:380KW ；派射時間為:lmin ；金屬沉積速率為:10M/min。其中，工作氣體除了氬氣之外，其他氣體如氦氣、氮氣等均適用於本發明。3、鈍化處理首先對銅層表面進行脫脂清洗，使銅面潔淨暴露活性表面，然後採用有機緩蝕劑BTA (苯並三氮唑)和Na3PO4 (磷酸鈉)的混合溶液在40_70°C條件下浸泡處理lOmin，即可，其中BTA與Na3PO4的摩爾之比為1:1。其中，所述的脫脂清洗為金屬的脫脂清洗，採用鹼洗脫脂、溶劑脫脂、表面活性劑水溶液和混合溶劑脫脂清洗或酸洗脫脂。
權利要求
1.一種無膠軟板基材，其特徵是包括在絕緣的基底(I)兩面由內到外依次疊合的金屬層⑵和金屬鈍化層⑶； 其中，通過在基底(I)的兩面沉積金屬材料，形成所述的金屬層(2);通過在金屬層(2)的表面進行鈍化處理，形成所述的金屬鈍化層(3)。
2.一種無膠軟板基材，其特徵是包括依次疊合的絕緣基底(I)、金屬層(2)和金屬鈍化層⑶； 其中，通過在基底(I)的一面沉積金屬材料，形成所述的金屬層(2);通過在金屬層(2)的表面進行鈍化處理，形成所述的金屬鈍化層(3)。
3.如權利要求1或2所述的無膠軟板基材，其特徵是所述基底(I)選擇聚醯亞胺、聚酯、聚酯醯亞胺、氟碳乙烯、亞醯胺纖維紙或聚丁烯對酞酸鹽構成。
4.如權利要求1或2所述的無膠軟板基材，其特徵是所述金屬層(2)選擇銅、銀、鋁、鐵、鎳、金、鉻或其合金構成。
5.如權利要求1或2所述的無膠軟板基材，其特徵是所述金屬鈍化層(3)是採用有機緩蝕劑對金屬層(2)進行表面鈍化處理形成。
6.一種無膠軟板基材的製備方法，包括如下順序進行的步驟: 1)對基底材料的一面或兩面進行表面電暈處理，提聞基底材料的表面的附著性能； 2)採用物理氣相沉積法在經過電暈處理的基底材料的表面沉積金屬材料，形成金屬材料層； 3)採用有機緩蝕劑對金屬材料層進行鈍化處理，在金屬層表面形成鈍化層，即得。
7.如權利要求6所述的 製備方法，其特徵是步驟I)中所述電暈處理過程中電壓為5000 20000V。
8.如權利要求6或7所述的製備方法，其特徵是步驟2)中所述物理氣相沉積法為在真空狀態下採用磁控濺射法或真空蒸鍍法，在經過表面電暈處理的基底材料的表面沉積金屬材料薄膜。
9.如權利要求8所述的製備方法，其特徵是在進行所述的物理氣相沉積法過程中真空度為 2.0X KT1 2.0 X IO^3MPa0
10.如權利要求6或7所述的製備方法，其特徵是步驟3)中所述鈍化處理包括如下步驟: 3A)對金屬材料層進行脫脂清洗； 3B)採用有機緩蝕劑在40-70°C條件下浸泡1-10分鐘。
全文摘要
一種功能性無膠軟板基材由疊和的金屬層、基底層、金屬鈍化層組成。其製作方法1)以聚醯亞胺製作基體，雙面(或單面)進行表面處理；2)在處理過表面的PI面採用PVD法沉積形成金屬膜層；3)對金屬膜層採用鈍化處理。本發明製備的無膠軟板基材具有高強度的抗拉性能，優異的抗化性、耐熱性、尺寸穩定性、剝離強度、緻密性、均勻一致性以及機械加工性能，屏蔽功能強，可以用於PCB印製電路板製造、柔性電路FPC和軟硬結合板製造、特殊功能(如屏蔽功能)材料等，採用PVD法沉積金屬層，使得金屬層厚可以調，從而使得超細精密電路的實現成為可能，且成本低、環保、彎折性能優異、工藝加工容易。
文檔編號H05K1/05GK103167731SQ20111040701
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月8日 優先權日2011年12月8日
發明者祝瓊 申請人:祝瓊