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隨著通信技術的發展,電子設備正在向可穿戴化、柔性化的方向發展,撓性印制電路板(FPC,FlexiblePrintedCircuit)作為其電氣互連的載體正在發揮著日漸重要的作用。銅箔由于具有良好的導電性、延展性等優異的性能而被廣泛應用于當前的電子領域研究中;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惰性的阻礙,導致在與銅箔無膠直接結合的過程中存在許多挑戰,傳統的化學蝕刻由于其化學惰性而難以使用,等離子體由離子、電子、中子和自由基組成,它們與LCP反應,改變其表面形貌與基團組成,使其易與銅箔結合。

本文主要對無膠高頻LCP與銅層壓結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劑,利用硅烷偶聯劑一側基團與金屬表面含氧基團反應,另一側有機基團與前一部分中處理的LCP表面產生氫鍵結合。實驗的第三部分為烘烤熱壓。

實驗結果與討論

圖2為不同等離子功率處理下最終產品剝離強度測試結果圖。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生了剝離強度,而未經氧氣等離子處理的LCP薄膜即使與后續步驟中涂覆有硅烷偶聯劑的進行熱壓也無法產生剝離強度,證明了初始的單面板LCP表面較為穩定,難以與其他物質結合。

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,超出了工業應用標準中的8N/cm,達到了可以實際應用的效果,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,接近了工業標準。在等離子處理功率從2kW向8kW逐漸增大的過程中,對應產品的剝離強度總體呈現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有一部分斷裂發生在LCP層內,可見LCP與銅層之間的結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,相較另外三張經過處理的圖,沒有經過等離子處理的LCP材料比較平滑;通過觀察圖(b)、圖(c)、圖(d)的區別,可以看出經過等離子處理的LCP表面出現了大小不一、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合產品的剝離強度產生顯著的影響。

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果圖。從實驗結果可以看出,沒有經過等離子處理的LCP初始材料的表面水接觸角為81.0°,其親水性較差。當等離子功率逐漸提升至2kW、4kW、6kW、8kW時,經過處理的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,受激發后的氧氣等離子體在材料表面增加了親水極性基團的數量,在后續的熱壓步驟中,其產生的極性基團易與硅烷偶聯劑的-NH2基團以相似相溶的方式產生氫鍵,使LCP表面與氧化后的銅面產生牢固的剝離強度。