高粘合剂的聚酰亚胺覆铜层压板及其制备方法

摘要

本发明涉及聚酰亚胺覆铜层压板及其制备方法。所述层压板包括聚酰亚胺层和铜箔层，其中所述聚酰亚胺层由包含二胺单体、二酸酐单体、有机溶剂和具有一种或多种有机官能团的硅烷偶联剂的聚酰亚胺前体制成，并且所述铜箔为光滑的铜箔。本发明的聚酰亚胺层具有高透明度、良好的尺寸稳定性、良好的机械特性和对铜箔的良好粘附性。

说明书

发明背景

技术领域

本发明涉及聚酰亚胺覆铜层压板，其在将芯片封装于柔性线路板上(COF)的技术或柔性覆铜层压板(FCCL)中尤其有用。

现有技术

COF(将芯片封装于柔性线路板上)是通过使用柔性基板作为封装载体将芯片与柔性电路板连结的技术。一般来讲，广义上的COF涉及包括带式自动粘结(TAB)、柔性电路板制造的技术，而狭义上的COF技术涉及封装用于大型显示面板的驱动集成电路(IC)的技术。本发明的“COF”涉及广义上的定义，并且尤其是指用于封装和柔性电路板的COF。

卷带式载体封装(TCP)和COF是当前用于封装LCD驱动集成电路的两种主要技术。COF由TCP技术发展而来并且被开发用于细间距工艺。一般来讲，为了降低成本，选择TCP技术，其具有较高的技术成熟度，用于低级别(低分辨率)显示面板的制造，而COF用于封装高级别显示器的驱动集成电路。尤其是对于封装具有精细线路的驱动集成电路，COF是更加有利的，因为其降低了由于驱动集成电路的连结失败而造成的报废的显示面板的损失。

当前开发了用于大尺寸和高分辨率的显示面板，因此COF变得流行。

用作COF中封装带的材料通常是聚合物。虽然在某些技术中已开发了聚酯和但是聚酰亚胺仍是COF中所用的最普遍的材料。

聚酰亚胺覆金属层压板包括聚酰亚胺的介电层和至少一个金属箔导电层。用或不用粘合剂将这些层粘合。所述金属箔通常为铜箔。

聚酰亚胺覆铜层压板可用作柔性覆铜层压板(FCCL)。最近，由于移动电信产品和便携式电子装置的广泛使用，电路板制造业正移向高密度、轻重量和高效率的方向。常规的印刷电路板不能弯曲，从而不能有效地容纳在有限空间的电子产品中，因此正在逐渐被柔性电路板取代。然而，难以找到用于柔性电路板的材料，因为必须同时满足若干个要求。由于聚酰亚胺满足机械特性、柔韧性、耐溶剂性、介电特性、耐热性等的要求，其已被广泛用于柔性电路板领域。

然而，商业的聚酰亚胺覆铜层压板仍遇到了以下问题：

(1)聚酰亚胺层和金属箔之间的粘附性差。在COF或FCCL的应用中，聚酰亚胺层必须牢牢地粘结到金属箔上。在制造柔性电路板的过程期间，尤其是在蚀刻或焊接步骤期间将产生应力，并且这将由于层压板的变形或剥落而导致严重损坏。

(2)由于所述层压板至少具有两层，每层的热膨胀系数(CTE)可能不同。在高温的下游过程或操作环境中，如果粘合剂层的CTE被显著地错配，由于尺寸的不稳定性，层压板的结构将被损坏。这将降低产品的可靠性。

(3)通常，聚酰亚胺层压板一旦被制造出来，将连结到其它装置上以生产出最终产品。如果聚酰亚胺层压板具有低的透明度，其可能增加下游过程(其中应用光学校直)中的技术难度，并且由于连结失败而导致缺陷。

一些现有的技术参考试图为上述部分问题提供解决办法。然而，没有一个参考文献能解决所有的问题。例如，通常向聚酰亚胺中加入填料以改善其机械特性、CTE和尺寸稳定性，但是多数常规的填料将严重影响基底的透明度，其对下游过程中的光学校直或检查造成某些不便。同样地，可增加聚酰亚胺主链的链刚性(棒状特性)以实现期望的CTE和改善的尺寸稳定性，但是这些非常硬的棒状聚酰亚胺主链通常对于铜箔或其它金属箔、尤其是具有低表面粗糙度的箔具有较差的粘附性。虽然可利用具有增加的表面粗糙度的金属箔以改善金属箔与聚酰亚胺之间的粘附性，但是当金属箔被移除或者图案化时，这又具有造成聚酰亚胺上表面光滑度降低的缺点，并因此降低了用于光学校直或检查技术的聚酰亚胺的透明度。此外，即使利用这些表面处理也可能难以达到期望的粘附性。

以下描述了试图解决部分问题的一些相关的参考文献。应当注意到，这些参考文献中没有一个提供对所有问题的解决方法。

JP 63-267542公开了多层金属层压板，其中将硅烷偶联剂添加到接触金属层的树脂层(粘合剂层)中以改善粘附性。然而，所述多层结构中所述层的CTE是不同的，其导致尺寸的不稳定性。此外，所述粘合剂层具有较差的耐热性，因此其不能经受高温下游过程。

JP 04-023879公开了一种三层金属层压板，其中将粘合剂层置于中间以增加粘附性。为了避免高温损坏，通过低温挤压层压所述层压板。然而，粘附性较差。

JP 07-094834公开了柔性印刷电路板。为了改善粘附性，使用包含Si-O基团的二胺单体，并且将硅烷偶联剂共混于聚酰亚胺层中。然而，用于本文的硅烷偶联剂可使聚酰亚胺前体不稳定并且不适合直接混合到聚酰亚胺前体中。

JP 2006-007632公开了三层柔性聚酰亚胺覆金属层压板。将耐热粘合剂层置于聚酰亚胺层和金属层之间，并且将硅烷偶联剂加入粘合剂层以改善聚酰亚胺层和金属层之间的粘附性。然而，所述层的CTE是不同的，其导致尺寸不稳定性并使其难以被进一步加工。

为了解决上述问题，本发明提供包含硅烷偶联剂的聚酰亚胺层压板。本发明的层压板不含任何中间粘合剂层，并且所述聚酰亚胺层组合了对低表面粗糙度的铜箔的强粘附性、高透明度、良好的机械特性、以及令人满意的尺寸和热稳定性的有益效果。本发明满足了当前和将来的商业需要。

发明详述

为了满足商业需要，本发明的一个目的是提供包含硅烷偶联剂的聚酰亚胺层压板，所述聚酰亚胺层压板包括：

包含硅烷偶联剂的聚酰亚胺层和铜箔层，其中所述聚酰亚胺层由包含二胺单体、二酸酐单体、有机溶剂和具有一种或多种有机官能团的硅烷偶联剂的前体形成；并且所述铜箔具有小于0.7μm的表面粗糙度。

为了增加聚酰亚胺层和铜箔之间的粘附性，将特定的硅烷偶联剂作为粘附促进剂直接掺入到聚酰亚胺前体涂层溶液中。为了以这种方式使用，必须谨慎选择硅烷偶联剂，使得其增强铜箔对最终固化状态的聚酰亚胺层的粘附性，而不显著地降低所述前体涂层溶液的性质(例如分子量、粘度、稳定性)。为此，所述硅烷偶联剂一般应具有能与聚酰亚胺相互作用(例如通过氢键)但不与聚酰亚胺前体直接反应的有机官能团。从这个观点上看，通常用于聚酰亚胺的一般的伯氨基和小范围的仲氨基官能化的硅烷(例如γ-氨基丙基三乙氧基硅烷)不是优选的，因为它们能够与聚合物前体的主链直接反应(例如通过与聚合物前体的羧酸基团的成盐反应，或者取代具有酰胺连接键的聚合物前体的芳族胺)而导致粘度不稳定性和/或聚合物分子量的损失。

硅烷偶联剂对于本领域的技术人员是熟知的。适用于本发明的硅烷偶联剂由下式表示：

Y-R′-Si(OR)₃

其中Y是选自以下的官能团：

缩水甘油醚氧基(环氧基)、环氧环己基、脲基、氨基甲酸根、丙二酸根、羧基、氰基、乙酰氧基、丙烯酰氧基、甲基丙烯酰氧基、氯甲基苯基、吡啶基、乙烯基、二烷基氨基、苯基烷基氨基、以及咪唑基；

R′为乙基、丙基、或被乙基或丙基取代的苯基，其中苯基环连接到Y或键上；

R为甲基、乙基或其它直链或支链的C_3-6烷基。

用于本发明的优选硅烷偶联剂包含脲基或氨基甲酸根基团。最优选的硅烷偶联剂是γ-脲基丙基三甲氧基硅烷或γ-脲基丙基三乙氧基硅烷。

以这样的方式选择形成聚酰亚胺主链的单体以确保最终固化状态的聚酰亚胺前体的CTE接近金属的CTE，尤其是铜的CTE。可通过在金属箔上浇铸、干燥并固化所选择的聚酰亚胺前体来获得具有良好尺寸稳定性的聚酰亚胺覆金属层压板。

可由任何二胺化合物选择本发明的二胺单体，其已知适合聚合聚酰亚胺并且表示为：

H₂N-Ar₁-NH₂

其中Ar₁选自以下基团：

等，以及它们的组合。

即，所述二胺单体选自间苯二胺(m-PDA；MPD)、对苯二胺(p-PDA；PPD)、4，4′-二氨基二苯醚(4，4′-ODA)、3，4′-二氨基二苯醚(3，4′-ODA)、1，4-二(4-氨基苯氧基)苯(1，4-APB；APB-144)、1，3-二(4-氨基苯氧基)苯(1，3-APB；APB-134)、1，2-二(4-氨基苯氧基)苯(1，2-APB；APB-124)、1，3-二(3-氨基苯氧基)苯(APB-133)、2，5-二(4-氨基苯氧基)甲苯、二[4-(4-氨基苯氧基)苯基]醚(BAPE)、4，4′-二[4-氨基苯氧基]联苯(BAPB)、2，2-二[4-(4-氨基苯氧基)]苯基丙烷(BAPP)等，以及它们的组合。

优选的二胺单体选自4，4′-ODA、p-PDA或它们的组合。

在本发明的一个实施方案中，p-PDA为总二胺单体的40摩尔％至99摩尔％，优选60摩尔％至97摩尔％，最优选80摩尔％至95摩尔％。

本发明的二酸酐单体可选自适合聚合聚酰亚胺的任何常规的二酸酐，其可如下表示：

其中Ar₂选自以下结构：

等，以及它们的组合。

即，所述二酸酐单体选自苯均四甲酸二酐(PMDA)、4，4′-联苯四甲酸二酐(BPDA)、二苯酮四甲酸二酐(BTDA)、氧代邻苯二甲酸酐(ODPA)、二苯基砜四羧酸二酸酐(DSDA)、1，4-二(3，4-二羧基苯氧基)苯二酸酐(HQDEA)、4，4′-[六氟亚异丙基]二邻苯二甲酸酐(6FDA)等，以及它们的组合。

优选的二酸酐选自BPDA、BTDA或它们的组合。

在本发明的一个实施方案中，所述二酸酐单体为BPDA或BTDA和BPDA的组合，其中BPDA占总的二酸酐单体的30摩尔％至100摩尔％，优选50摩尔％至99摩尔％，最优选60摩尔％至90摩尔％。

聚酰亚胺前体中的有机溶剂可选自能均匀地分散二胺单体和二酸酐单体的任何溶剂。

优选的溶剂选自N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、二甲基乙酰胺(DMAc)、二甲基亚砜(DMSO)、二甲基甲酰胺(DMF)或甲酚。

在本发明的一个实施方案中，聚酰亚胺前体中的溶剂选自NMP或DMAc。

选择本发明的聚酰亚胺前体中二胺单体对二酸酐单体的比率的技术是已知的，并且具有本领域普通技术的人员能够容易地在参考文献(例如，台湾专利TW 220901中的公开内容)的辅助下找到最佳的比率和最优化的步骤。

本发明的聚酰亚胺前体中硅烷偶联剂的合适比例为以所述聚酰亚胺前体总重量的1％或更少，优选0.05％至0.7重量％，最优选0.05％至0.5重量％的量。

可任选地将填料掺入到本发明的聚酰亚胺前体中。填料可选自滑石、云母、碳酸钙、磷酸钙、钙硅酸或二氧化硅的粉末。但是以上填料的掺入导致聚酰亚胺层透明度的降低，除非所述填料以非常小的量或非常小的粒度掺入。

在本发明的一个实施方案中，除了硅烷偶联剂之外没有填料或添加剂掺入到聚酰亚胺前体中，由此制备具有高透明度的聚酰亚胺层压板。

本发明的一个目的是提供制备聚酰亚胺前体的方法，其包括选择合适的溶剂，添加合适的二胺单体，在70℃或更低温度下搅拌若干个小时(一般1至3小时)，然后添加二酸酐单体并且搅拌以产生反应直至达到高粘度，然后添加合适的硅烷偶联剂，搅拌若干个小时(通常4至12小时)。

本发明的另一个目的是提供制备聚酰亚胺层压板的方法。首先，提供本发明的聚酰亚胺前体，然后将所述聚酰亚胺前体浇铸在金属基底上并且在高温下分批或连续地烘烤以固化聚酰亚胺前体，从而获得聚酰亚胺层压板。一般来讲，烘烤在250℃至450℃的温度下进行。

本发明的另一个目的是提供用于COF封装技术的聚酰亚胺覆铜层压板，所述聚酰亚胺覆铜层压板包括聚酰亚胺层和至少一层铜箔。选择铜箔，使得所述箔的表面粗糙度对聚酰亚胺基底的透明度具有最小的影响(最小的由于表面形貌的光散射)。通常，所选择的铜箔具有0.7μm或更小的表面粗糙度，并且这样的铜箔被称作“光滑的铜箔”。

本发明的另一个目的是提供柔性覆铜层压板(FCCL)，其包括本发明的聚酰亚胺层和至少一层铜箔。

实施例

以下实施例进一步说明了但不限制本发明的实施方案。本领域的技术人员将认识到技术人员能够容易地实现的任何更改和调整均被包括在本发明的范围内。

一般程序

本发明的聚酰亚胺覆铜层压板可通过本领域的技术人员已知的任何方法制备。所述步骤包括将二胺单体、二酸酐单体和硅烷偶联剂添加到溶剂中并且混合，然后在一定温度下搅拌以获得聚酰亚胺前体。将所述聚酰亚胺前体浇铸在铜箔上。烘烤并固化所述前体，然后获得聚酰亚胺覆铜层压板。

实施例

比较实施例1

将ODA(3.44g)和p-PDA(10.52g)放入到搅拌中的NMP-EG(282.4g)中直至完全溶解。放入BTDA(4.05g)以引发反应。在约1小时后，将BPDA(29.89g)加入到溶液中。在2小时后，获得高粘度(粘度为约45000cps)的透明的聚酰亚胺前体。在脱气2小时后，将所述聚酰亚胺前体涂覆在具有低表面粗糙度(0.6μm)和15μm厚度的铜箔上。在烘烤并固化所述前体之后，获得聚酰亚胺覆铜层压板。

实施例1

将ODA(3.44g)和p-PDA(10.52g)放入到搅拌中的NMP-EG(282.4g)中，并且在完全溶解后放入BTDA(4.05g)，然后反应开始。在约1小时后，将BPDA(29.89g)加入到溶液中。在2小时后，获得具有高粘度(粘度为约45000cps)的透明的聚酰亚胺前体。加入γ-脲基丙基三乙氧基硅烷(0.86g)，并且搅拌聚酰亚胺前体4小时。在脱气2小时后，将所述聚酰亚胺前体涂覆在具有低表面粗糙度(0.6μm)和15μm厚度的铜箔上。在烘烤并固化所述前体之后，获得聚酰亚胺覆铜层压板。

实施例2

其通过类似于实施例1的方法制备。

测试条件：

1.剥离强度测试：IPC-TM 650-2.4.9。

2.尺寸稳定性：IPC-TM 650-2.2.4。

表1

  比较实施例  实施例1  实施例2  铜箔厚度(μm)  15  15  15  表面度Rz(μm)  0.6  0.6  0.6  硅烷偶联剂*  -  A  B  剥离强度(Kgf/cm)  0.9  1.4  0.9  尺寸热稳定性(％)  -0.030  0.001  -0.037  正常的尺寸稳定性(％)  0.009  0.013  0.004

*：A：γ-脲基丙基三乙氧基硅烷

B：苯基氨基丙基三甲氧基硅烷

可从表1观察到，利用本发明的硅烷偶联剂的实施例1的铜箔和聚酰亚胺层之间的剥离强度显著地增加了，而尺寸稳定性保持不变。

此外，虽然实施例2利用本领域通常使用的硅烷偶联剂，但是光滑的铜箔和聚酰亚胺之间的剥离强度没有增加。