具高Dk和低Df特性的LCP高频基板及制备方法

文档序号：1509214 发布日期：2020-02-07 浏览：11次 >En<

阅读说明：本技术 具高Dk和低Df特性的LCP高频基板及制备方法 (LCP high-frequency substrate with high Dk and low Df characteristics and preparation method thereof ) 是由李建辉林志铭何家华于 2018-07-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种具高Dk和低Df特性的LCP高频基板,包括至少一铜箔层、至少一高介电LCP芯层和至少一高介电胶层,高介电LCP芯层位于铜箔层和高介电胶层之间,高介电LCP芯层是指Dk值为6-100,且Df值为0.002-0.010的芯层,高介电胶层是指Dk值为6-100,且Df值为0.002-0.010的胶层；铜箔层的厚度为1-35μm；高介电LCP芯层的厚度为12-100μm,高介电胶层的厚度为12-100μm。本发明中由于高介电LCP芯层和高介电胶层皆具有高Dk和低Df的特性,使制得的LCP高频基板具有极佳的高速传输性、低损耗性、高Dk和低Df性能、低粗糙度、超低吸水率、适合高密度组装的低反弹力、良好的UV激光钻孔能力以及极佳的机械性能。(The invention discloses an LCP high-frequency substrate with high Dk and low Df characteristics, which comprises at least one copper foil layer, at least one high-dielectric LCP core layer and at least one high-dielectric adhesive layer, wherein the high-dielectric LCP core layer is positioned between the copper foil layer and the high-dielectric adhesive layer, the high-dielectric LCP core layer is a core layer with a Dk value of 6-100 and a Df value of 0.002-0.010, and the high-dielectric adhesive layer is an adhesive layer with a Dk value of 6-100 and a Df value of 0.002-0.010; the thickness of the copper foil layer is 1-35 μm; the thickness of the high-dielectric LCP core layer is 12-100 μm, and the thickness of the high-dielectric adhesive layer is 12-100 μm. In the invention, because the high-dielectric LCP core layer and the high-dielectric glue layer both have the characteristics of high Dk and low Df, the prepared LCP high-frequency substrate has excellent high-speed transmission, low loss factor, high Dk and low Df performances, low roughness, ultralow water absorption, low rebound force suitable for high-density assembly, good UV laser drilling capability and excellent mechanical performance.)

技术领域

本发明涉及FPC(柔性线路板)及其制备技术领域，特别涉及一种高频高传输基板及制备方法，主要用于高频高速传输FPC领域，比如汽车雷达、全球定位卫星天线、蜂窝电信系统、无线通信天线、数据链接电缆系统、直播卫星、电源背板等。

背景技术

随着信息技术的飞跃发展，无线通信已成为生活之必需。无线通信系统由发射、接受及天线所组成，其中天线是负责电路与空气中电磁能量值转换，为通讯系统不可或缺的基本配备。在天线相关的电路设计中，有时会依赖电容或电感等被动组件来进行天线的匹配。随着电子产品向轻薄、可挠曲与讯号传输的高频高速化发展，相关设计的主动组件和被动组件必须增加，电路与组件密度势必增加，造成电磁干扰、噪声增加及可靠度下降。为解决此问题，需要改良被动组件，例如电容的整合。而埋入式电容可降低电路板面积、提高组件使用密度及提高产品的可靠度，故开发具有高介电常数及低介电损耗的基板材料是此领域的重要议题。

目前市场较多的是PCB用高频板材，其实现途径及缺点有：

1、在接着层加入金属粉体，可得到45以上的高Dk值，但同时Df也随之升高，不能真正满足高频高速的需求，并且此类材料在实际应用上容易出现高漏电流的行为，大幅降低了其应用性。

2、只在环氧树脂中加入单纯的高含量高介电陶瓷粉体，但分散环氧树脂中的陶瓷粉体由于偶极排列不规则，使得电偶极偏极化的效应会被抵消，从而提高介电常数值的效果是相当有限的。并由于过高的粉体含量，使得基板的机械强度降低，铜箔间的接着力大幅下降。

在FPC制程使用高频高速材料领域，当前业界主要使用的高频板材较多的为LCP(液晶聚合物)板和PTFE(聚四氟乙烯)基板。PTFE基板目前硬板在使用，不够柔软，在电性方面，6mil的厚度时Dk值在8.0，20mil的厚度时Dk值在10，PTFE基板受限于叠构中含浸玻纤布的Dk值不高，所以Dk值很难做到10以上，更难制得厚度在2-6mil的高Dk基板。LCP在高达110GHz的全部射频范围几乎保持恒定的介电常数，且Df只有0.002，热膨胀系数小，可在较高可靠性的前提下，实现高频高速软板。但一般LCP的Dk值在2.9-3.3不够高，达不到高Dk的需求。

举凡于第201590948U号中国专利、第M377823号中国台湾专利、第2010-7418A号日本专利和第2011/0114371号美国专利中皆提出具有优良作业性、低成本、低能耗的特点的复合式基板，而第202276545 U号中国专利、第103096612 B号中国专利、第M422159号中国台湾专利和第M531056号中国台湾专利中，则以氟系材料制作高频基板。CN 205105448U中国专利则提出复合式迭构高频低介电性胶膜，CN 205255668U中国专利则提出低介电性能胶膜，CN 105295753B中国专利则提出高频黏着胶水层结构及其制备方法，CN 206490891 U中国专利则提出具有复合式叠构的低介电损耗FRCC基板。第TW098124978号中国台湾专利电容基板结构；CN 206490897 U中国专利则提出一种具有高散热效率的FRCC基材。CN206932462 U中国专利则提出复合式LCP高频高速FRCC基材。前期专利仍仅是Dk介于2.0-3.5的高频基板材料，而无法满足高Dk(Dk>8.0)的需求。

发明内容

为了满足市场对高频高速可挠性板材的需求，本发明提供的LCP高频基板，由于高介电LCP芯层和高介电胶层皆具有高Dk和低Df的特性，使制得的LCP高频基板具有极佳的高速传输性、低损耗性、高Dk和低Df性能、低粗糙度、超低吸水率、适合高密度组装的低反弹力、良好的UV激光钻孔能力以及极佳的机械性能，优于一般LCP膜和PI(聚酰亚胺)型粘结片，适用于5G智能型手机和Apple watch等可穿戴设备。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：本发明提供了一种具高Dk和低Df特性的LCP高频基板，包括至少一铜箔层、至少一高介电LCP芯层和至少一高介电胶层，所述高介电LCP芯层位于铜箔层和高介电胶层之间，所述高介电LCP芯层是指Dk值为6-100，且Df值为0.002-0.010的芯层，所述高介电胶层是指Dk值为6-100，且Df值为0.002-0.010的胶层；

所述铜箔层的厚度为1-35μm；所述高介电LCP芯层的厚度为12-100μm，所述高介电胶层的厚度为12-100μm。

本发明的一种实现方式为：所述LCP高频基板为单面覆铜基板，所述单面覆铜基板包括一铜箔层、一高介电LCP芯层和一高介电胶层，所述高介电LCP芯层位于所述铜箔层和所述高介电胶层之间，所述单面覆铜基板的厚度为25-235μm。

本发明的另一种实现方式为：所述LCP高频基板为双面覆铜基板，所述双面覆铜基板是下列两种结构中的一种：

第一种结构、所述双面覆铜基板包括两铜箔层、两高介电LCP芯层和一高介电胶层，且所述双面覆铜基板从上到下依次为铜箔层、高介电LCP芯层、高介电胶层、高介电LCP芯层和铜箔层，所述双面覆铜基板的厚度为38-370μm；

第二种结构、所述LCP高频基板为双面覆铜基板，所述双面覆铜基板包括两铜箔层、一高介电LCP芯层和一高介电胶层，且所述双面覆铜基板从上到下依次为铜箔层、高介电LCP芯层、高介电胶层和铜箔层，所述双面覆铜基板的厚度为26-270μm。

进一步地说，所述高介电LCP芯层包括LCP，还包括强介电性陶瓷粉体、导电性粉体、烧结二氧化硅、铁氟龙、氟系树脂和耐燃剂中的至少一种；所述LCP为高介电LCP芯层的总固含量的5-98％(重量百分比),所述强介电性陶瓷粉体、导电性粉体、氟系树脂、烧结二氧化硅、铁氟龙和耐燃剂之和为高介电LCP芯层的总固含量的2-90％(重量百分比)。

进一步地说，所述强介电性陶瓷粉体为BaTiO₃、SrTiO₃、Ba(Sr)TiO₃、PbTiO₃、CaTiO₃和Mg₂TiO₄中的至少一种；其中强介电性陶瓷粉体比例之和为高介电LCP芯层的总固含量的0-90％(重量百分比)；

所述导电性粉体为过渡金属粉体、过渡金属的合金粉体、碳黑、碳纤维、纳米碳管和金属氧化物中的至少一种，其中导电性粉体的比例之和为高介电LCP芯层的总固含量的0-45％(重量百分比)。

进一步地说，所述氟系树脂的比例为高介电LCP芯层的总固含量的0-45％(重量百分比)，所述烧结二氧化硅的比例为高介电LCP芯层的总固含量的0-45％(重量百分比)，所述铁氟龙的比例为高介电LCP芯层的总固含量的0-45％(重量百分比)，所述耐燃剂的比例为高介电LCP芯层的总固含量的0-45％(重量百分比)。

进一步地说，所述高介电胶层包括组分A和组分B中的至少一种；所述组分A的比例之和为高介电胶层的总固含量的5-98％(重量百分比),所述组分B为高介电胶层的总固含量的5-80％(重量百分比)；

所述组分A包括烧结二氧化硅、强介电性陶瓷粉体、导电性粉体、铁氟龙、氟系树脂和耐燃剂中的至少一种；

所述组分B包括高分子聚合物树脂和高分子树脂中的至少一种。

进一步地说，所述强介电性陶瓷粉体为BaTiO₃、SrTiO₃、Ba(Sr)TiO₃、PbTiO₃、CaTiO₃和Mg₂TiO₄中的至少一种；其中强介电性陶瓷粉体比例之和为高介电胶层的总固含量的0-90％(重量百分比)；

所述导电性粉体为过渡金属粉体、过渡金属的合金粉体、碳黑、碳纤维、纳米碳管和金属氧化物中的至少一种，其中导电性粉体的比例之和为高介电胶层的总固含量的0-45％(重量百分比)；

所述氟系树脂的比例为高介电胶层的总固含量的0-45％(重量百分比)，所述烧结二氧化硅的比例为高介电胶层的总固含量的0-45％(重量百分比)，所述铁氟龙的比例为高介电胶层的总固含量的0-45％(重量百分比)，所述耐燃剂的比例为高介电胶层的总固含量的0-45％(重量百分比)。

本发明还提供了一种所述的具高Dk和低Df特性的LCP高频基板的制备方法，包括如下步骤：所述单面覆铜基板还包括离型层，所述离型层位于所述高介电胶层的表面；

步骤一、将高介电LCP芯层的前体物涂布于铜箔层的一面，于60-180℃去除溶剂，然后在250℃下，10小时使其annealing；

步骤二、将高介电胶层的前体物涂布于高介电LCP芯层的表面，并予以烘干及压合；

步骤三、在高介电胶层的表面压合离型层，即得成品单面覆铜基板。

本发明又提供了一种所述的具高Dk和低Df特性的LCP高频基板的制备方法，当所述双面覆铜基板为第一种结构时，所述制备方法包括如下步骤：

步骤一、将高介电LCP芯层的前体物涂布于铜箔层的一面，于60-180℃去除溶剂，然后在250℃下，10小时使其annealing，得到两个半成品A；

步骤二、将高介电胶层的前体物涂布于其中一半成品A的高介电LCP芯层的表面，并予以烘干及压合，得到半成品B；

步骤三、将另一半成品A的高介电LCP芯层与半成品B的高介电胶层面贴合并压合，于180℃、5小时以上固化，即得成品双面覆铜基板；

当所述双面覆铜基板为第二种结构时，所述制备方法包括如下步骤：

步骤一、将高介电LCP芯层的前体物涂布于铜箔层的一面，于60-180℃去除溶剂，然后在250℃下，10小时使其annealing；

步骤二、将高介电胶层的前体物涂布于高介电LCP芯层的表面，并予以烘干及压合，得到单面覆铜基板；

步骤三、将步骤二制得的单面覆铜基板的高介电胶层面压合铜箔层，于180℃、5小时以上固化，即得成品双面覆铜基板。

本发明的有益效果是：

一、本发明的LCP高频基板，由于高介电LCP芯层和高介电胶层皆具有高Dk和低Df的特性，使制得的LCP高频基板具有极佳的高速传输性、低损耗性、高Dk和低Df性能、低粗糙度、超低吸水率、适合高密度组装的低反弹力以及极佳的机械性能，优于一般LCP膜和PI型粘结片，适用于5G智能型手机和Apple watch等可穿戴设备；

再者，LCP高频基板的激光钻孔工艺更佳，小孔径适用于小于50微米的小孔径加工，不易有内缩状况；压合时膜厚均匀，阻抗控制良好，适用于高频高速传输FPC；

再者，涂布法当前技术最多只能涂2mil左右的厚度的膜，当前38μm以上厚膜就已不易生产，效率低，而本发明的制备方法制备的LCP高频基板厚度适宜，且可控性好，具备厚膜制备技术，更可以轻易得到100微米的基材，而且在厚膜的情况下，本发明依然具有高Dk和低Df的特性；

再者，从试验数据能够看出显示，本发明的LCP高频基板具有低吸水率，吸水率低至0.04-0.06％；

再者，从试验数据能够看出显示，本发明的高介电胶层的接着强度＞0.7kgf/cm²；

二、本发明的具高Dk和低Df特性的LCP高频基板的搭配结构组成简单，可以节省下游的加工工序。

本发明的上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明的实施方式1的结构示意图(单面覆铜基板，含离型层)；

图2是本发明的实施方式2的结构示意图(双面覆铜基板的一种结构)；

图3是本发明的实施方式3的结构示意图(双面覆铜基板的另一种结构)；

附图中各部分标记如下：

铜箔层10、高介电LCP芯层20、高介电胶层30和离型层40。

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本发明的具体实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的优点及功效。本发明也可以其它不同的方式予以实施，即，在不背离本发明所揭示的范畴下，能予不同的修饰与改变。

实施方式：一种具高Dk和低Df特性的LCP高频基板，如图1到图3所示，包括至少一铜箔层、至少一高介电LCP(液晶聚合物)芯层和至少一高介电胶层，所述高介电LCP芯层位于铜箔层和高介电胶层之间，所述高介电LCP芯层是指Dk(介电常数)值为6-100(10GHz)，且Df(介电损失因子)值为0.002-0.010(10GHz)的芯层，所述高介电胶层是指Dk值为6-100(10GHz)，且Df值为0.002-0.010(10GHz)的胶层；

所述铜箔层的厚度为1-35μm；所述高介电LCP芯层的厚度为12-100μm，所述高介电胶层的厚度为12-100μm。

所述高介电胶层是接着强度>0.7kg/cm²的胶层。

所述高介电LCP芯层包括LCP，还包括强介电性陶瓷粉体、导电性粉体、烧结二氧化硅、铁氟龙、氟系树脂和耐燃剂中的至少一种；所述LCP为高介电LCP芯层的总固含量的5-98％(重量百分比),所述强介电性陶瓷粉体、导电性粉体、氟系树脂、烧结二氧化硅、铁氟龙和耐燃剂之和为高介电LCP芯层的总固含量的2-90％(重量百分比)。

在所述高介电LCP芯层中，所述强介电性陶瓷粉体为BaTiO₃、SrTiO₃、Ba(Sr)TiO₃、PbTiO₃、CaTiO₃和Mg₂TiO₄中的至少一种；其中强介电性陶瓷粉体比例之和为高介电LCP芯层的总固含量的0-90％(重量百分比)；

在所述高介电LCP芯层中，所述氟系树脂的比例为高介电LCP芯层的总固含量的0-45％(重量百分比)，所述烧结二氧化硅的比例为高介电LCP芯层的总固含量的0-45％(重量百分比)，所述铁氟龙的比例为高介电LCP芯层的总固含量的0-45％(重量百分比)，所述耐燃剂的比例为高介电LCP芯层的总固含量的0-45％(重量百分比)。

所述高介电胶层包括组分A和组分B中的至少一种；所述组分A的比例之和为高介电胶层的总固含量的5-98％(重量百分比),所述组分B为高介电胶层的总固含量的5-80％(重量百分比)；

所述组分A包括烧结二氧化硅、强介电性陶瓷粉体、导电性粉体、铁氟龙、氟系树脂和耐燃剂中的至少一种；

所述组分B包括高分子聚合物树脂和高分子树脂中的至少一种。

在所述高介电胶层中，所述强介电性陶瓷粉体为BaTiO₃、SrTiO₃、Ba(Sr)TiO₃、PbTiO₃、CaTiO₃和Mg₂TiO₄中的至少一种；其中强介电性陶瓷粉体比例之和为高介电胶层的总固含量的0-90％(重量百分比)；

所述导电性粉体为过渡金属粉体、过渡金属的合金粉体、碳黑、碳纤维、纳米碳管和金属氧化物中的至少一种，其中导电性粉体的比例之和为高介电胶层的总固含量的0-45％(重量百分比)。

所述高介电LCP芯层和高介电胶层中的强介电性陶瓷粉体均还可掺杂一种或一种以上的金属离子，也可以不掺杂。

在所述高介电胶层中，所述氟系树脂的比例为高介电胶层的总固含量的0-45％(重量百分比)，所述烧结二氧化硅的比例为高介电胶层的总固含量的0-45％(重量百分比)，所述铁氟龙的比例为高介电胶层的总固含量的0-45％(重量百分比)，所述耐燃剂的比例为高介电胶层的总固含量的0-45％(重量百分比)。

所述高分子聚合物树脂为氟系树脂、环氧树脂、丙烯酸系树脂、胺基甲酸酯系树脂、硅橡胶系树脂、聚对环二甲苯系树脂、双马来酰亚胺系树脂和聚酰亚胺系树脂中的至少一种；

所述高分子树脂也为氟系树脂、环氧树脂、丙烯酸系树脂、胺基甲酸酯系树脂、硅橡胶系树脂、聚对环二甲苯系树脂、双马来酰亚胺系树脂和聚酰亚胺系树脂中的至少一种。

所述高介电LCP芯层和高介电胶层中的所述氟系树脂均选自聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、氟乙烯与乙烯基醚共聚物、四氟乙烯与乙烯的共聚物、聚三氟氯乙烯与乙烯共聚物、四氟乙烯、六氟丙烯与偏氟乙烯共聚物、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物、聚三氟氯乙烯、聚氯乙烯、四氟乙烯-六氟丙稀共聚物、乙烯-氟乙烯共聚物及四氟乙烯-六氟丙烯-三氟乙烯共聚物中的至少一种。

所述铜箔层是Rz(表面粗糙度)值为0.1-2.0μm的低轮廓铜箔层，且所述铜箔层与所述高介电LCP芯层或高介电胶层黏着的内表面的Rz值为0.1-2.0μm，所述铜箔层的外表面的Rz值为0.1-0.7μm。

所述铜箔层为压延铜箔层或电解铜箔层。

实施方式1：一种具高Dk和低Df特性的LCP高频基板，如图1所示，所述LCP高频基板为单面覆铜基板，所述单面覆铜基板包括一铜箔层、一高介电LCP芯层和一高介电胶层，所述高介电LCP芯层位于所述铜箔层和所述高介电胶层之间，所述单面覆铜基板的厚度为25-235μm。

本实施例中，所述单面覆铜基板还包括离型层，所述离型层位于所述高介电胶层的表面。

所述离型层可以是离型膜，其材料为聚丙烯、双向拉伸聚丙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯中的至少一种，且可以是具双面离型能力的离型膜，又或是使用离型纸。

实施方式1的制备方法包括如下步骤：

步骤一、将高介电LCP芯层的前体物涂布于铜箔层的一面，于60-180℃去除溶剂，然后在250℃下，10小时使其annealing(回火)；

步骤二、将高介电胶层的前体物涂布于高介电LCP芯层的表面，并予以烘干及压合；

步骤三、在高介电胶层的表面压合离型层，即得成品单面覆铜基板。

实施方式2：一种具高Dk和低Df特性的LCP高频基板，如图2所示，所述LCP高频基板为双面覆铜基板，所述双面覆铜基板包括两铜箔层、两高介电LCP芯层和一高介电胶层，且所述双面覆铜基板从上到下依次为铜箔层、高介电LCP芯层、高介电胶层、高介电LCP芯层和铜箔层，所述双面覆铜基板的厚度为38-370μm。

实施方式2的制备方法包括如下步骤：

步骤一、将高介电LCP芯层的前体物涂布于铜箔层的一面，于60-180℃去除溶剂，然后在250℃下，10小时使其annealing，得到两个半成品A；

步骤二、将高介电胶层的前体物涂布于其中一半成品A的高介电LCP芯层的表面，并予以烘干及压合，得到半成品B；

步骤三、将另一半成品A的高介电LCP芯层与半成品B的高介电胶层面贴合并压合，于180℃、5小时以上固化，即得成品双面覆铜基板。

实施方式3：一种具高Dk和低Df特性的LCP高频基板，如图3所示，所述LCP高频基板为双面覆铜基板，所述双面覆铜基板包括两铜箔层、一高介电LCP芯层和一高介电胶层，且所述双面覆铜基板从上到下依次为铜箔层、高介电LCP芯层、高介电胶层和铜箔层，所述双面覆铜基板的厚度为26-270μm。

实施方式3的制备方法包括如下步骤：

步骤一、将高介电LCP芯层的前体物涂布于铜箔层的一面，于60-180℃去除溶剂，然后在250℃下，10小时使其annealing(回火)；

步骤二、将高介电胶层的前体物涂布于高介电LCP芯层的表面，并予以烘干及压合，得到单面覆铜基板；

步骤三、将步骤二制得的单面覆铜基板的高介电胶层面压合铜箔层，于180℃、5小时以上固化，即得成品双面覆铜基板。

以下是本发明的实施方式1-3的具体的实施例的高介电LCP芯层的配方(见表1)和高介电胶层的配方(见表2)，其中实施例1到7是实施方式1的实施例，实施例8到10是实施方式3的实施例，实施例11到14是实施方式2的实施例，表3是实施方式1的单面覆铜基板与比较例的物性指标；表4是实施方式2和3的双面覆铜基板与比较例的物性指标。

表1:高介电LCP芯层的配方