随着通信技术的发展,电子设备正在向可穿戴化、柔性化的方向发展,挠性印制电路板(FPC,FlexiblePrintedCircuit)作为其电气互连的载体正在发挥着日渐重要的作用。铜箔由于具有良好的导电性、延展性等优异的性能而被广泛应用于当前的电子领域研究中;液晶聚合物(LiquidCrystalPolymer,LCP)作为一种先进的高分子材料,广泛应用于柔性印刷电路板基板的研究。目前FPC中最常用的挠性薄膜包括苯二甲酸乙二酯聚酯(PET)、聚酰亚胺(PI)和液晶聚合物(LCP)等,与PET和PI相比,LCP具有更好的耐热性、更低的吸水率、更低的介电常数和介电损耗因子。然而,LCP在FPC中的使用受到其较为严重的化学惰性的阻碍,导致在与铜箔无胶直接结合的过程中存在许多挑战,传统的化学蚀刻由于其化学惰性而难以使用,等离子体由离子、电子、中子和自由基组成,它们与LCP反应,改变其表面形貌与基团组成,使其易与铜箔结合。

本文主要对无胶高频LCP与铜层压结合工艺中氧气等离子处理功率对最终剥离强度的影响进行了探究。图1为本文的实验流程示意图。

该实验分为三部分,第一部分实验的目的是在LCP表面增加空洞、提升其亲水性。第二部分实验的目的是将铜箔表面氧化后涂覆硅烷偶联剂,利用硅烷偶联剂一侧基团与金属表面含氧基团反应,另一侧有机基团与前一部分中处理的LCP表面产生氢键结合。实验的第三部分为烘烤热压。

实验结果与讨论

图2为不同等离子功率处理下最终产品剥离强度测试结果图。从图中可以得知,与没有进行等离子处理的样品对比,所有采用等离子处理的组均产生了剥离强度,而未经氧气等离子处理的LCP薄膜即使与后续步骤中涂覆有硅烷偶联剂的进行热压也无法产生剥离强度,证明了初始的单面板LCP表面较为稳定,难以与其他物质结合。

在不同等离子功率处理的7组实验样品中,5kW和6kW功率两组的剥离强度分别达到了8.26/cm和8.92/cm,超出了工业应用标准中的8N/cm,达到了可以实际应用的效果,此外采用4kW等离子功率处理的样品组剥离强度也达到了6.88/cm,接近了工业标准。在等离子处理功率从2kW向8kW逐渐增大的过程中,对应产品的剥离强度总体呈现出先增大后减小的趋势。图3为剥离强度测试前后多层板的照片,可以看出在剥离强度测试时已经有一部分断裂发生在LCP层内,可见LCP与铜层之间的结合力已达相当牢固的程度。

图4为4kW、6kW、8kW等离子处理功率下与初始材料未处理时的LCP表面形貌SEM图的对比。从图中可以看出,图(a)为未经处理的初始材料,表面较为平整,没有明显的空洞,相较另外三张经过处理的图,没有经过等离子处理的LCP材料比较平滑;通过观察图(b)、图(c)、图(d)的区别,可以看出经过等离子处理的LCP表面出现了大小不一、密度不同的空洞,其中8kW处理组(图(d))最为明显,有非常密集的空洞,而4kW(图(b))、6kW(图(c))两组相比没有处理的LCP表面空洞数量也有明显的增加。由此可见,通过对LCP表面进行不同功率的纯氧气等离子处理,可以增加材料表面的空洞,进而对热压之后的多层复合产品的剥离强度产生显著的影响。

图5为2kW、4kW、6kW、8kW等离子处理功率下与初始材料未处理时的LCP表面水接触角的实验结果图。从实验结果可以看出,没有经过等离子处理的LCP初始材料的表面水接触角为81.0°,其亲水性较差。当等离子功率逐渐提升至2kW、4kW、6kW、8kW时,经过处理的LCP表面水接触角分别为68.1°、60.7°、56.4°和39.3°。氧气等离子处理的功率越大,对LCP表面润湿性能的提升越大。这是因为在等离子处理的过程中,受激发后的氧气等离子体在材料表面增加了亲水极性基团的数量,在后续的热压步骤中,其产生的极性基团易与硅烷偶联剂的-NH2基团以相似相溶的方式产生氢键,使LCP表面与氧化后的铜面产生牢固的剥离强度。