开发用于5G低损耗基板的高强度异种材料粘合技术

公告/发表日期：2019/03/12

-通过简单的表面改性技术将光滑的铜箔和聚合物直接连接-

点

  • 化学修饰技术，通过紫外线的化学反应将氧官能团引入聚合物表面

  • 通过对聚合物材料进行化学改性，实现无粘合剂的高强度粘结，而不会使铜箔表面粗糙

  • 有望开发具有出色的高频特性的用于第五代通信（5G）的柔性印刷线路板

总览

国家研究开发公司工业技术研究院[董事长Nakabachi Ryoji]（以下简称“ AIST”）高级涂料技术研究中心[研究中心主任Akedo]光反应性涂料研究团队中村恭子高级研究员，同一研究中心副主任土屋哲夫正在与新技术研究所有限公司[平井晃司代表董事]（以下简称“新技术研究所”）合作进行高频工作。高强度，可生产柔性印刷线路板（FPC）开发了一种连接异种材料的技术。

这项技术在构成覆铜层压板的聚酯膜的表面上使用紫外线反应。通过表面化学改性技术对氧进行官能化后，通过热压与铜箔（面团）接合，无需对铜箔的表面进行粗化处理（不需要粗化处理），可以以高接合强度进行接合。可以加入。由于使用最新开发的键合技术的线路板在铜箔表面上没有凹凸，因此即使在信号流过铜线路表面层的高频情况下，传输距离也不会延长。优异的特性，传输损耗低有望应用于第五代通信（5G）的印刷线路板。
聚合物薄膜和铜箔的异种材料连接技术

发展的社会背景

FPC用于电子设备（智能手机，平板电脑，可穿戴终端等），并且是信息通信必不可少的成员。具有优良的高频特性的第五代通信（5G）基板的开发引起了人们的关注。在FPC中，通常将诸如聚酰亚胺膜或聚酯膜之类的薄且柔性的聚合物膜用作绝缘层，并且将铜材料用作配线层。为了开发高度可靠的基板，需要增加聚合物膜和铜布线之间的结合力，并且迄今为止已经提出了各种结合技术。例如，作为用于FPC的基材，将铜箔粘合并粘合到聚合物膜的一侧或两侧。尽管存在FCCL（柔性覆铜箔层压板），但是仍需要一种方法，该方法即使在高强度的高频下也能够以低传输损耗和高平滑度来粘合聚合物膜和铜箔。

研究历史

AIST的目标是开发一种技术，以安全，轻松地将化学纳米涂层应用于各种材料，并主要通过使用紫外线对化学材料进行表面改性，来开发各种功能基团引入技术到碳基和聚合物材料的表面。一直在努力。该技术可以构造诸如疏水性和亲水性之类的功能性表面，同时避免因常温处理而导致基材劣化。新技术研究所已经将金属化学表面处理作为其核心技术，并改善了各种金属产品的功能。尤其是近年来，我们一直专注于在金属，玻璃和陶瓷表面使用分子结合剂的CB（化学结合）技术，以及使用现有技术无法获得足够结合和结合强度的无胶材料。可以坚定地加入。这次，基于AIST的使用紫外光的表面化学改性纳米涂层技术，我们致力于使用具有引入的官能团的聚合物材料的表面进行研究和开发，以引入异种材料。

研究内容

在FCCL中，为了提高粘合力和粘合强度，铜箔的表面被粗糙化，粘合剂或受热的聚合物表面与粗糙表面的不平整紧密接触（使用锚定效果）（示意图）。然而，当使用粘合剂时，耐久性方面存在问题，例如接合构件的透明性不足以及由于老化而导致的粘合剂劣化。此外，由于高频信号流过配线的表层，因此，由于铜箔表面的凹凸，传输距离变长，传输损耗增大。因此，为了实现作为FPC的重要特征的低传输损耗，需要能够使平滑度高的铜箔表面与强度高的高分子膜接合的方法，并且铜箔表面不粗糙。还已经开发了使用表面处理剂的方法。但是，即使将聚酯聚合物膜和铜箔与现有的表面处理剂粘接，也存在无法获得充分的粘接强度，粘接强度的偏差大的问题。

这次，通过采用紫外线照射的化学纳米涂布技术，在作为FPC用的高分子膜的聚酯膜的表面上导入了氧官能团。通过对接合前后的高分子膜和铜箔进行详细的表面分析，反馈接合机理的分析结果，从而能够构建与铜箔具有高反应性的表面化学结构。氧官能团引入技术可以通过共存聚酯膜和氧化剂的紫外线照射，通过共价键有效地引入氧官能团，例如通过共价键牢固地固定在聚酯膜表面上的羟基。常规的氧官能团引入技术包括氧等离子体处理，臭氧处理，电晕放电处理等，但是具有诸如使用大型设备，损坏聚合物膜以及表面改性特性随时间变化的问题。另一方面，新开发的化学纳米涂覆方法可以通过简单的装置有效地引入氧官能团，使用较少的氧化剂，并且具有长的表面改性性能。

当对氧官能化的聚酯膜和铜箔进行热压时，存在于聚酯膜和铜的表面上的大量的氧官能团通过化学反应牢固地键合，从而实现了无粘合剂且高强度的键合。图1显示了传统方法的接合强度与这次的接合方式的比较。由于许多氧官能团直接键合到铜箔上，因此剥离强度的发展目标值表示粘合强度（清除JPCA标准：0.7 N / mm或更大。
图1接合强度比较（左），接合方式示意图（右上），制造的接合件（右下）

未来的计划

此次开发的粘接技术比使用粘接剂的常规处理技术具有更高的粘接强度，有望显着降低传输损耗，粘接温度和成本，未来将实现具有优良高频特性的第五代通信。 （5G）开发一种在基板上具有较小环境负荷的高效批量生产工艺。另外，由于表面化学改性纳米涂层技术可以将各种官能团引入材料表面，因此将其应用于具有较高社会需求的各种异种材料粘合技术以及表面防水和亲水技术。

术语解释

  • ◆柔性印刷线路板

  • 在基材上形成电路的基板，在该基材上层压了具有绝缘性的薄而柔软的基材膜和铜箔等导电性金属。[返回参考资料]

  • ◆连接异种材料

  • 牢固而直接地连接具有不同特性的材料，而无需使用粘合剂或螺钉。[返回参考资料]

  • ◆覆铜板

  • 在挠性印刷线路板中，预先层压有基膜和铜箔的复合材料。它用于印刷线路板和半导体封装，以制造用于各种电子设备（例如个人计算机和移动终端）的电子零件。[返回参考资料]

  • ◆表面化学改性

  • 这是一种通过化学处理将官能团引入固体表面的技术，并且可以控制涉及固体表面/界面的界面化学性质，例如分散性，润湿性，粘附性和吸附性。[返回参考资料]

  • ◆传导损耗

  • 流经通信路径的电信号根据距离而衰减的程度。[返回参考资料]

  • ◆第五代通讯（5G）

  • 下一代移动通信系统，其宽带服务的速度是当前速度的100倍，可以同时连接我们周围的许多设备，即使在遥远的地方也可以实现低延迟的连接[返回参考源]

  • ◆高频特性

  • 它在高频范围内具有电气特性，对于在诸如个人计算机和移动终端之类的精密电子设备的高频带中使用是必不可少的。[返回参考资料]

  • ◆FCCL（柔性覆铜板）

  • 层压并层压其中在基底材料中浸渍有绝缘树脂和铜箔的柔性印刷线路板。[返回参考资料]

  • ◆锚定效果

  • 在粘合和涂漆中，其作用是使粘合剂渗透到材料表面的细小不规则处，如树的根部并硬化，从而提高粘合强度。[返回参考资料]

  • ◆JPCA标准

  • 日本电子电路工业协会（Japan Electronics Packaging and Circuits Association）为电子电路标准定义了一个。[返回参考资料]

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