电路保护复合物的制作方法

专利名称：电路保护复合物的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及液晶聚合物(LCP)薄膜层叠物，更具体的涉及柔性电路，该层叠物是LCP基质薄膜与作为覆盖层的LCP薄膜层压而成的，用来包覆导电性电路轨线，保护其免受环境污染。
背景技术：
热喷墨打印机是快速安静的装置，它能将墨水喷到图像记录介质上产生高质量的印刷品。图像记录介质例如纸张，在图像形成过程中仅在打印头在纸张表面上移动时纸张才被墨水击中。
热喷墨打印机芯是通过将蒸发的墨水喷射经过一个或多个喷孔，在记录介质上产生墨点的。喷墨在快速加热小体积墨水以后迅速发生。喷孔可以在喷嘴板上排列成阵列。随着打印头在记录介质上移动，一系列墨水的喷射就形成所需图像的打印部分。通常，在每行打印头的移动以后，记录介质移动一下，使打印头下一行的移动能将墨水喷射到靠近的行上，直到完整图像出现。
典型的喷墨打印机机芯包括打印头和装有液体墨水的墨水储器(其中的墨水传输到打印头)和用来对打印头传递信号的柔性电路。打印头可以是任何各种各样的常规结构，包括那些具有镍喷嘴板的结构等，或者可以用自动粘合带(TAB)形成。
打印头机芯的损伤可以几种方式发生。常见的问题是喷墨组合物损伤喷墨打印头室和喷嘴的表面。通过磨蚀对于表面的损伤在墨滴喷射之前和过程中发生。液滴喷射的过程在约300℃发生。这样的高温可能加速打印头中的磨蚀。
已知用有机聚合物保护柔性电路不受环境因素，例如灰尘和湿气的损伤。有机聚合物虽然不适合防止打印头的磨蚀，用来保护喷墨打印头附近印刷电路内部连线等结构免受环境因素，例如灰尘和湿气的损害，尤其是免受墨水喷射的损害。墨水喷射存在于喷墨打印机操作过程中，可作为墨滴沉积在由携带电子信号的导电轨线(通常用铜制成)构成内部连线上。墨滴含有离子成分。各电路轨线之间的间隔是离子导电的墨滴可横跨邻近轨线之间的间隔，导致短路。在出现短路的情况下，喷墨打印机会出现故障。如果电路轨线没有保护性绝缘包覆层，而暴露在外，明显更可能发生短路。即使具有这样的保护性包覆层，在导电电路轨线区域内墨滴的沉积最终也会导致回路轨线之间短路。这可能是由于喷墨墨水含有溶剂和离子成分的缘故。墨水中的溶剂会逐步溶解某些绝缘包覆层，使下面的电路轨线暴露出来。喷墨墨水中也含有的表面活性剂会方便地促进溶剂的这种溶解破坏作用。关于喷墨墨水组合物的信息可见例如JP3097771、US4,853,037、US4,791,165、US4,786,327、EP 259001、US 4,694,302、US 5,286,286、US5,169,438、US 5,223,026、US5,429,860、US5,439,517、US 5,421,871、US5,370,370、US 5,000,786和US 4,990,186。
与喷墨室和喷嘴磨蚀有关的问题会影响喷墨机芯的操作寿命。当信号控制电路受损时，连接柔性电路的电路轨线之间短路的问题引起了打印头过早出现故障的更严重问题。该类故障主要会发生在聚酰亚胺薄膜上形成的导电轨线上，聚酰亚胺是最常见的用作柔性电路基底的聚合物。此用途所用的聚酰亚胺聚合物的所需性质包括高介电常数和热稳定性。聚酰亚胺上的导电轨线通常需要保护性涂层，以防止各种污染物包括墨水喷射引起的磨蚀。为了实现最佳的保护，面层材料可抵抗化学侵蚀，避免被排气污染，并紧密附着于导电电路轨线和聚酰亚胺电路支撑基底上。用聚酰亚胺薄膜进一步加工的主要缺点是聚酰亚胺会吸收水份达到一定程度，会影响高频装置的性能。更高频率操作需要找出或开发不易吸收水分的电子包装材料。
液晶聚合物(LCP)薄膜是一种日益适合用作柔性电路基底材料的聚合物，它具有较佳的高频性能。相比聚酰亚胺薄膜，它通常具有较低的介质损耗，且吸收较少的水分。人们已经知道液晶聚合物的这些有益性质，但是液晶聚合物不易加工，对其应用到复杂电子设备中形成了障碍。
多轴(如双轴)薄膜加工技术的发展扩展了液晶聚合物薄膜在柔性电路用途中的使用。美国专利No.4975312提出了一种印刷电路板基底，该基底是由多轴取向的向温性液晶聚合物薄膜制成的，该聚合物薄膜具有所需求的X-Y方向的热膨胀系数，其厚度不超过大约100微米。作为柔性电路基底，这种类型的材料相比聚酰亚胺薄膜具有一些潜在的优点。利用这些潜在的优点，可以使用现有的加工方法来制备由一层或多层液晶薄膜基底支撑的单层或多层电路结构，多层柔性电路是三层或多层单面或双面柔性电路层压在一起的组合，并使用钻孔机进行了加工，再电镀形成电镀的通孔。这样就在各个层之间形成了导电通路，而无需使用多步钎焊操作。
美国专利No.4,737,398描述了一种由金属箔和聚合物层层压形成的层叠薄膜。0.005-0.076mm范围内的金属箔可以层压到形成各向异性熔体相的聚合物上，得到0.01-0.254mm厚的聚合物层叠物。得到的层叠物可作各种用途用的基材，包括电的和电子的线路。
已知液晶聚合物薄膜可以互相层压在一起，或与其它材料层压。根据美国专利NO.5,248,530，为了获得良好的附着，此层压过程要加热LCP直到它熔化并流动，在层压的层之间形成结合。不幸的是，当LCP加热到其软化点或熔化点以上时，其分子取向和整个形状会随着聚合物流动而发生变化。如美国专利No.5,248,530所述，这个问题可以使用一种是共挤压液晶聚合物(LCP)薄膜或片的材料来克服，此时是由在两层低熔点的LCP层包住或夹住一层高熔点的LCP层。这两个LCP层是从同一个模具中共挤压出来的。该薄膜或片然后可以在外层低熔LCP的熔点和内层高熔LCP的熔点之间的一个温度下层压到其它材料上。在上述条件下，内层的LCP维持其形状、取向和机械特性，而外层熔融的LCP流动并与其它材料结合。EP07646515所述的另一层压结构体提供了一种复合材料，它具有至少三种不同区域，由最外区域的多孔聚四氟乙烯(PTFE)、内区域的液晶聚合物和通过将LCP渗透进入多孔PTFE形成的中间区域所形成。将PTFE层压到LCP上，使用比向温性LCP熔点高10-50℃的温度范围操作的加热印压机。此含有LCP的复合结构体在熔融条件下形成。
液晶聚合物材料作为电气和电子电路及装置的保护性包覆材料没有引起多大注意。德国专利DE 198 38 266描述了一种装置和方法，用来以注射浇注方法包覆电子电路。日本专利JP 2000068263使用绝缘LCP覆盖集成电路装置，例如芯片规模包装袋中的裸露芯片的表面。在LCP层接触芯片表面的地方有明显的分界。由于大多数电子装置的包装会由于分层或电路金属腐蚀，沿芯片表面和LCP层之间分界的任何分离会产生让液体和其他试剂进入的部分，结果会损害电路装置的完整性。
鉴于与已知电子包装材料有关的缺陷，为减轻这些缺陷并对用户提供益处，开发了本发明。在下文根据本发明的几个实施例将详细的描述这些改进和益处。
发明简述本发明在几个将述的实施例中提供了一种复合结构体，用来包装电子装置用的柔性电路。按照本发明，柔性电路优选包括LCP薄膜基底和层压于液晶聚合物的保护性覆盖薄膜的印刷电路。本文公开的层压结构体提供了与常规包装的、包含聚酰亚胺基底的电子电路装置相比性能有所提高。本发明还能促进电相互连接，同时保持密封性，能减少电路轨线与能损伤电路完整性的环境污染物的接触。
与聚酰亚胺柔性电路比较，LCP薄膜包装物提供了改良的性能。例如水分吸收低，气体传播速率低，尺寸稳定性极好，LCP热膨胀系数小了电路装配与操作过程中的这些都减烃了回路污染和尺寸应力。介电常数低和损耗角正切低的特征使LCP能在高频例如微波频率有效地操作，超过了聚酰亚胺柔性电路的可用范围。用LCP薄膜层叠物包装的柔性电路，由于在施加热和压力的过程中聚合物和金属之间的附着和键合是基本上密封的。本发明的一种包装方法能产生对于污染物的进入能充分阻止的复合物。在加热和加压过程中密封的形成促进了甚至在LCP熔点或以下LCP薄膜浸入，除去薄膜之间的任何明显分界。浸入发生时电路结构的尺寸并不发生变化。
更具体的说，本发明提供了一种复合物，它包括导电体的至少一部分，该导电体具有第一表面，与第二表面相背。第一均匀聚合物薄膜与导电体至少一部分的第一表面接触。第二均匀聚合物薄膜接触第一薄膜的至少一部分和导电体至少一部分的第二表面。第一和第二薄膜浸入形成包围导电体至少一部分的连续相。
本发明的另一个实施方案提供了一种有密封的柔性电路，它使用具有导电体至少一部分的复合物。导电体具有与第二表面相对的第一表面。第一均匀聚合物薄膜与导电体至少一部分的第一表面接触。第二均匀聚合物薄膜接触第一薄膜至少一部分和导电体至少一部分的第二表面。第一和第二薄膜浸入形成包围导电体至少一部分的连续相。
本发明还包括一种制备有密封的柔性电路的方法，包括步骤提供至少一根导电轨线，它具有与第二表面相背的第一表面。第一表面至少一部分与第一均匀聚合物薄膜接合。第二均匀聚合物薄膜与第一薄膜至少一部分和第二表面至少一部分接触。然后，在所选的温度下对第一和第二薄膜加压一段时间，促使聚合物浸入，形成包围导电轨线至少一部分的连续相。
定义下列定义清楚说明了本文中为了描述本发明所用的术语“电路保护性复合物”指通过在类似均匀聚合物薄膜基底支持的印刷电路的电路轨线上层压均匀聚合物薄膜根据本发明形成复合结构。层压形成复合物在对薄膜加热和加压中发生，产生围绕电路轨线的连续相，在薄膜层之间没有清晰边界的浸入层。
术语“均匀聚合物薄膜”是指适合用来形成本发明复合物的薄膜层。此薄膜的性质在整个层中是均匀的，并且具有一个单一的熔点。均匀聚合物薄膜可以含有填充剂和其它添加剂，如本文优选实施方案中所需的。
术语“密封的”或“基本密封的”是指存在一种材料屏障，它能防止可能腐蚀或损伤或在其他方面损害受保护结构体的功能的物质进入而接触受保护的结构体，例如导电体。密封的包装不能被视为完全不可渗透的，因为本发明所用的优选液晶聚合物薄膜还是能渗透水汽的，但是其程度比常规所用的聚酰亚胺薄膜要小。
本发明的“多层复合物”是指具有其它印刷电路和/或覆盖层施加在本发明的电路保护复合物的复合结构体。
术语“浸入”是指在定时加热和加压过程中，在层压条件下，由于均匀聚合物薄膜之间的聚合物流动形成没有清楚边界的连续聚合物相的弥散带。
本文中的“浸入层”又称“连续相”，是在高温和压力的作用下层叠聚合物浸入形成的弥散带。
上面所述的有益效果一般适用于电路保护复合物的这里所述的示范性装置机构。下文将详述有这些益处的具体结构体。
附图简述现在将详细地以下列实施方案和附图描述本发明，其中

图1是本发明复合物的截面图。
图2是本发明多层复合结构体的截面图。
图3是本发明复合物的透视图，显示了从其延伸出来的导电体。
图4是透视图，显示在形成本发明的复合物以前，在印刷电路上覆盖层的定位。
发明详述如要求的，本文公开了本发明的一些详细实施方案；然而，应理解它们仅是可以各种形式实现的示范性装置和的例子。附图并不一定是按比例的，扩大或缩小了一些特征以，为的是显示一些特定部分的细节。因此，本发明公开的具体结构性和功能性细节不能被认为是限制性的，仅仅是权利要求的基础和教导本领域技术人员多方面地使用本发明的基础。
试看附图，其中同样的数字在各图中表示同样的部分，图1提供了本发明复合结构体10的一部分的截面图。复合结构体10包括第一导电体12和第二导电体14，它们被对第一均匀聚合物薄膜18和第二均匀聚合物薄膜20加热和加压而形成的浸入层16所包围，这两层薄膜位于导电体12、14的两面。
图2显示了本发明多层复合结构体30的截面图。该图说明上导电体32被上浸入层34包围，下导电体36被下浸入层38包围。复合物30的制造需要使用均匀聚合物载体薄膜40，它一面是上导电体32，另一面是下导电体34。上均匀聚合物薄膜42位于上导电体32上方，下均匀聚合物薄膜44位于下导电体34下方，在对上和下均匀聚合物薄膜42、44加热加压后，形成图2中的多层复合物30。
图3提供了图1复合结构体的透视图，显示被浸入层16包围的第一导电体12和第二导电体14，该浸入层16是在一定时间内对第一均匀聚合物薄膜18和第二均匀聚合物薄膜20加热加压形成的。在薄膜18，20之间没有明显的分界线或界面，在导电体12，14附近的连续相16中也没有间隙。此条件就使导电体12、14基本密封在浸入层16中。密封要依赖固有物理性质，例如水分吸收速率，来防止环境污染物例如可能沉积在本发明的复合物10上的液体湿透经过连续相16。本发明的一个优选复合物含有一些液晶聚合物薄膜。先前的讨论表明，与聚酰亚胺聚合物相比，液晶聚合物的性质显示了当用它作屏障、包覆物或覆盖层时，电路的保护得以加强。
图4显示了在第一均匀聚合物薄膜18上层压第二均匀聚合物薄膜20过程中的本发明复合物的例子，该均匀聚合物薄膜18在上表面上具有多条导电轨线。在定时加热和加压层压过程中产生的复合物部分46表明，薄膜18，20之间形成了浸入层16。浸入层16是个弥散层，它是在薄膜18和20的物质迁移越过它们之间的界面性形成的。物质迁移或混合形成渗入层就16消除了在加热加压形成复合物部分46之前，薄膜18和20之间存在的分界48。物质迁移导致在代表电路，尤其是柔性电路的多个导电轨线50的每一导电轨线周围连续相即渗入层16的形成。
如前所述，渗入层16的形成是本发明的一个明显特征。仔细选择压力、时间和温度条件后，在低于均匀聚合物薄膜18，20的熔点以下的温度发生浸入层16连续相的形成。这个发现与先前，例如，美国专利号5,248,530中所述的相反，该文献中描述了用低熔点LCP和高熔点LCP共挤压得到的是不均匀的薄膜，具有熔融性质不同的两个相背表面。此非均匀薄膜是提供熔融和固态LCP的组合，对于薄膜的附着和尺寸稳定性所必需的。令人惊奇的是，在低于薄膜熔点到不超过熔点5℃的温度范围，对均匀聚合物薄膜进行本发明的定时加压和加温，能形成均匀的复合结构体。成功地形成本发明的复合物取决于时间、温度和压力条件的均衡，来层压均匀聚合物薄膜，得以在薄膜之间的优选代表电路轨线的导电体周围形成渗入层。在低于均匀聚合物薄膜熔点的温度下加热层压结构体，可能需要更长的时间或更高的压力来在导电轨线周围形成连续相。在更高的层压温度下，浸入层的形成需要的压力可以较低，或者时间较短。
形成本发明复合物的方法可用如下根据图4的较少步骤完成。选择在均匀聚合物薄膜载体18上导电轨线的电路图案50提供了印刷电路材料，优选是挠性印刷电路材料。位于电路图案上的第二均匀聚合物薄膜20提供了印刷电路用的覆盖层。伴以导电轨线50的包覆对薄膜的层压需要选择一组平衡的时间、温度和压力，将薄膜18，20整合在复合物10内，并形成浸入层16。选择合适的条件就能产生复合物10，其中的导电轨线基本密封，能抵抗喷墨打印机产生的墨水喷射等环境污染物所产生的损害。
实验电路保护复合物的制备对本发明电路保护性复合物，其保护和基本密封电路轨线的研究需要首先制备柔性电路，然后施加和层压上覆盖层薄膜。相加法和相减法是生产印刷电路中熟知的。这两种的任何一种都可用来提供用于电路保护复合物的柔性电路。在市售液晶聚合物表面上形成导电性电路轨线。合适的液晶聚合物已知可购自HoechstCelanese Corporation，商标为VECTRA；购自Amoco Company，商标为XYDAR；购自W.L.Gore and Associates of Japan and Kuraray Coporation of Japan。LCP薄膜可包括一层金属，由产生柔性电路的相加法或相减法的选择决定。柔性电路优选是通过相减法，用包括50μmLCP薄膜和12μm厚的铜层的层叠物制备的。铜轨线表面在铜相减蚀刻过程后不经处理。
将覆盖层LCP薄膜置于挠性印刷电路的导电轨线上面。电路保护复合物的最简单形式是个夹心结构体，它包括聚合物薄膜之间的导电轨线。最终复合物的制备需要定时加热和加压。这可以用辊轧的连续过程，也可使用单个覆盖片层的批量方式。
层压条件层压条件取决于所用的LCP薄膜。LCP的晶态变迁点优选是290-350℃。在将温度提高到290-320℃之间后，施加1380kPa(200psi)-2070kPa(300psi)的压力45-90秒。层压条件优选是大约300℃的温度，2070kPa(300psi)的压力和60秒的时间。得到的电路保护复合物显得平坦，没有卷曲或类似的薄膜歪曲情况。另外在LCP薄膜的形状和大小上也没有明显的改变。
在复合物形成过程完成后，LCP覆盖薄膜显示与铜电路轨线和支撑电路轨线的LCP薄膜结合牢固。从截面可见，本发明的电路保护复合物中没有空隙，在两层LCP薄膜之间也见不到清楚的边界。将外层LCP薄膜与复合物余下部分分开的任何尝试，都导致LCP随机断裂。这意味着破坏不是发生在印刷电路和覆盖层薄膜之间的最初界面上。
复合物加工LCP薄膜可以预先冲出设计图案，或不带图案即行层压。在后一种情况下，化学蚀刻或激光烧蚀各LCP薄膜将得到一种有图案的LCP薄膜，它有通向电接触板的开孔，层压后形成本发明的电路保护组合物。可用各种激光来烧蚀电路保护复合物的LCP层。烧蚀过程优选使用PacTech激光机，在70amp电流下操作，发生波长1064nm的13毫秒辐射脉冲。在此条件下LCP熔化，形成暴露铜轨线表面的小孔。在孔中插入8mm的焊球，然后将其用50安培电流的激光脉冲熔化，可在暴露的铜轨线部位形成接点，得到的接点显示0.4欧姆的电阻。
墨水加压试验比较本发明的复合物与层压了LCP覆盖层的聚酰亚胺柔性电路。本发明结构体的样品和使用聚酰亚胺电路的样品都置于装有喷墨墨水(HP135，pH8.5)的一个压力容器中。在关闭压力容器后，将温度升至200℃，保持60分钟。容器冷却后，取出样品，进行从电路上剥除覆盖层的试验。在所有情况下，LCP覆盖层都是沿LCP和聚酰亚胺薄膜之间的明确的边界分离的。与此不同，本发明的电路保护复合物不显示明显的边界，强烈抵抗层的分离。
本发明的电路保护复合物作为电子包装具有潜在的用途，对于例如集成电路包装(ICP)、喷墨打印机、硬盘驱动器、医学和生物医药设备与汽车应用和液晶显示器等领域的用途，都能提供抗磨蚀和电绝缘的保护层。
本文描述了用作柔性电路的复合物及其部件。本领域技术人员能理解的种种变化，在本发明权利要求说明的范围内。如前所述，本文公开了本发明的详细实施方案，应理解这些实施方案仅仅是举例说明本发明，而本发明是可以以各种形式实现的。
权利要求
1.一种复合物，其特征在于，该复合物包括导电体的至少一部分，该导电体具有第一表面，与第二表面相背；与所述导电体所述至少一部分的所述第一表面接触的第一均匀聚合物薄膜；与所述所述第一薄膜至少一部分和所述导电体的所述至少一部分的所述第二表面接触的第二均匀聚合物薄膜，所述第一和第二薄膜浸入形成包围所述导电体的所述至少一部分的连续相。
2.如权利要求1所述的复合物，其特征在于，所述均匀聚合物薄膜是液晶聚合物薄膜。
3.如权利要求1所述的复合物，其特征在于，所述第一和第二薄膜在高温施加一段时间的压力过程中浸入。
4.一种柔性电路，其特征在于，该电路包括权利要求1或2所述的复合物。
5.如权利要求4所述的柔性电路，其特征在于，所述第一和第二薄膜在高温施加一段时间的压力过程中浸入。
6.一种制备密封的柔性电路的方法，其特征在于，此方法包括下列步骤提供至少一种导电轨线，所述导电轨线具有与第二表面相背的第一表面，所述第一表面的所述至少一部分与第一均匀聚合物薄膜相接；使第二均匀聚合物薄膜接触所述第一薄膜的所述至少一部分和所述第二表面的至少一部分；对所述第一和第二薄膜在一定温度下施加压力一段时间，促使聚合物浸入形成包围所述导电体所述至少一部分的连续相。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述均匀聚合物薄膜是液晶聚合物薄膜。
全文摘要
一种用作柔性电路的复合物，包括导电体的至少一部分，该导体具有与第二表面相对的第一表面。第一均匀聚合物膜与导电体的至少一部分的第一表面接触。第二均匀聚合物膜与第一薄膜的至少一部分和导电体至少一部分的第二表面接触。第一和第二薄膜浸渍形成包围导电体的至少一部分的连续相。有密封的柔性电路的制造方法包括步骤提供至少一个导电轨线，它具有与第二表面相对的第一表面。第一表面的至少一部分与第一均匀聚合物薄膜相接。第二均匀聚合物膜与第一薄膜至少一部分和第二表面至少一部分接触。然后，在所选温度下对第一和第二薄膜施加压力一段时间，促使聚合物浸渍，形成包围至少一部分导电轨线的连续相。
文档编号B32B37/00GK1468172SQ01816827
公开日2004年1月14日 申请日期2001年1月30日 优先权日2000年10月5日
发明者杨瑞, 瑞 杨 申请人:3M创新有限公司