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隨著通信技術(shù)的發(fā)展,電子設(shè)備正在向可穿戴化、柔性化的方向發(fā)展,撓性印制電路板(FPC,FlexiblePrintedCircuit)作為其電氣互連的載體正在發(fā)揮著日漸重要的作用。銅箔由于具有良好的導(dǎo)電性、延展性等優(yōu)異的性能而被廣泛應(yīng)用于當前的電子領(lǐng)域研究中;液晶聚合物(LiquidCrystalPolymer,LCP)作為一種先進的高分子材料,廣泛應(yīng)用于柔性印刷電路板基板的研究。目前FPC中最常用的撓性薄膜包括苯二甲酸乙二酯聚酯(PET)、聚酰亞胺(PI)和液晶聚合物(LCP)等,與PET和PI相比,LCP具有更好的耐熱性、更低的吸水率、更低的介電常數(shù)和介電損耗因子。然而,LCP在FPC中的使用受到其較為嚴重的化學(xué)惰性的阻礙,導(dǎo)致在與銅箔無膠直接結(jié)合的過程中存在許多挑戰(zhàn),傳統(tǒng)的化學(xué)蝕刻由于其化學(xué)惰性而難以使用,等離子體由離子、電子、中子和自由基組成,它們與LCP反應(yīng),改變其表面形貌與基團組成,使其易與銅箔結(jié)合。

本文主要對無膠高頻LCP與銅層壓結(jié)合工藝中氧氣等離子處理功率對最終剝離強度的影響進行了探究。圖1為本文的實驗流程示意圖。

該實驗分為三部分,第一部分實驗的目的是在LCP表面增加空洞、提升其親水性。第二部分實驗的目的是將銅箔表面氧化后涂覆硅烷偶聯(lián)劑,利用硅烷偶聯(lián)劑一側(cè)基團與金屬表面含氧基團反應(yīng),另一側(cè)有機基團與前一部分中處理的LCP表面產(chǎn)生氫鍵結(jié)合。實驗的第三部分為烘烤熱壓。

實驗結(jié)果與討論

圖2為不同等離子功率處理下最終產(chǎn)品剝離強度測試結(jié)果圖。從圖中可以得知,與沒有進行等離子處理的樣品對比,所有采用等離子處理的組均產(chǎn)生了剝離強度,而未經(jīng)氧氣等離子處理的LCP薄膜即使與后續(xù)步驟中涂覆有硅烷偶聯(lián)劑的進行熱壓也無法產(chǎn)生剝離強度,證明了初始的單面板LCP表面較為穩(wěn)定,難以與其他物質(zhì)結(jié)合。

在不同等離子功率處理的7組實驗樣品中,5kW和6kW功率兩組的剝離強度分別達到了8.26/cm和8.92/cm,超出了工業(yè)應(yīng)用標準中的8N/cm,達到了可以實際應(yīng)用的效果,此外采用4kW等離子功率處理的樣品組剝離強度也達到了6.88/cm,接近了工業(yè)標準。在等離子處理功率從2kW向8kW逐漸增大的過程中,對應(yīng)產(chǎn)品的剝離強度總體呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢。圖3為剝離強度測試前后多層板的照片,可以看出在剝離強度測試時已經(jīng)有一部分斷裂發(fā)生在LCP層內(nèi),可見LCP與銅層之間的結(jié)合力已達相當牢固的程度。

圖4為4kW、6kW、8kW等離子處理功率下與初始材料未處理時的LCP表面形貌SEM圖的對比。從圖中可以看出,圖(a)為未經(jīng)處理的初始材料,表面較為平整,沒有明顯的空洞,相較另外三張經(jīng)過處理的圖,沒有經(jīng)過等離子處理的LCP材料比較平滑;通過觀察圖(b)、圖(c)、圖(d)的區(qū)別,可以看出經(jīng)過等離子處理的LCP表面出現(xiàn)了大小不一、密度不同的空洞,其中8kW處理組(圖(d))最為明顯,有非常密集的空洞,而4kW(圖(b))、6kW(圖(c))兩組相比沒有處理的LCP表面空洞數(shù)量也有明顯的增加。由此可見,通過對LCP表面進行不同功率的純氧氣等離子處理,可以增加材料表面的空洞,進而對熱壓之后的多層復(fù)合產(chǎn)品的剝離強度產(chǎn)生顯著的影響。

圖5為2kW、4kW、6kW、8kW等離子處理功率下與初始材料未處理時的LCP表面水接觸角的實驗結(jié)果圖。從實驗結(jié)果可以看出,沒有經(jīng)過等離子處理的LCP初始材料的表面水接觸角為81.0°,其親水性較差。當?shù)入x子功率逐漸提升至2kW、4kW、6kW、8kW時,經(jīng)過處理的LCP表面水接觸角分別為68.1°、60.7°、56.4°和39.3°。氧氣等離子處理的功率越大,對LCP表面潤濕性能的提升越大。這是因為在等離子處理的過程中,受激發(fā)后的氧氣等離子體在材料表面增加了親水極性基團的數(shù)量,在后續(xù)的熱壓步驟中,其產(chǎn)生的極性基團易與硅烷偶聯(lián)劑的-NH2基團以相似相溶的方式產(chǎn)生氫鍵,使LCP表面與氧化后的銅面產(chǎn)生牢固的剝離強度。