液晶聚合物_新一代高性能FPC基材

拉伸强度 纵向 性
横向 能
拉伸模量 纵向 横向
６磅／每英寸 ３．１磅
１７．５ ｋｐｓｉ ２１．１ ｋｐｓｉ ３５０ ｋｐｓｉ ３９５ ｋｐｓｉ
１．１ｋｇ／ｃｍ １．４ ｋｇ １０ＭＰａ １２ＭＰａ ２．４ ＧＰａ ２．７ ＧＰａ
ＩＰＣ－ＴＭ－６５０ ２．４．１６ ＩＰＣ－ＴＭ－６５０ ２．４．１９
这种新型基材的另一个特点是有利于控制 产品的特性阻抗。由于特性阻抗正比于介质的 厚度，而反比于介电常数的平方；所以薄而且 厚度均匀的液晶聚合物薄膜介质，再加上有低 而且稳定的介电常数（Ｄｋ），能将特性阻抗控 制在 ４０Ω～６０Ω的范围内。当然，特性阻抗还 反比于导体线条的宽度，这就需要精确地设计 和制造过程中准确地蚀刻。因此液晶聚合物基 材非常适合于在需要精确控制特性阻抗的高速 数据传输的电路或元器件中应用。
ＩＰＣ－ＴＭ－６５０ ２．４．１９
厚度变化公差
＜±１０％
＜±１０％
ＡＳＴＭ Ｄ－３６４
热
热膨胀系数，ＣＴＥ （ＴＭＡ法 ３０￣１５０℃）
——
１７ｐｐｍ／℃（ｘ，ｙ） １０５ｐｐｍ／℃（ｚ）
ＩＰＣ－ＴＭ－６５０ ２．４．４１．３
性
耐 焊 性 能
５０００Ｆ 通过
编译者注：图中的“加成法孟乃合金”的原文为“ａｄｄｉｔｉｖｅ（ｍｏｎｅｌ）”，
其中的 “ｍｏｎｅｌ” 为高强度、高延性抗蚀合金。
从图中可以看到液晶聚合物基材的抗剥强 度接近流延涂敷法聚酰亚胺的水平。关于如何 提高液晶聚合物挠性印制电路基材的抗剥强 度，后面还将专门讨论。 3.2 液晶聚合物挠性印制电路基材的工艺性能 试验及结果
图 3 蚀刻后得出线路试样的截面照片
全部工艺试验过程的结果：始终幅面保持 平整，所有工艺环节都控制良好，无裂痕、凹 坑，无侧蚀和脱层现象。
由上述结果可见，液晶聚合物挠性印制电 路基材完全可以应用原来的工艺装备，采用传 统的化学原料制造出所要求的挠性印制电路产 品来。
采用的设备如图 ４ 所示
·覆铜板、印制板技术·
晶状态下由于其大分子链的取向性，有异常规
格的液晶聚合物树脂。
整的纤维状态结构，显示出特殊性能，制品强 度很高，不亚于金属和陶瓷。拉伸强度和弯曲 模量甚至超过多种热塑性工程塑料。机械性能、 尺寸稳定性、光学性能、电性能、耐化学药品 性、阻燃性、加工性良好，耐热性好，热膨胀
3 液晶聚合物挠性印制电路基材主要性能及 比较 3.1 液晶聚合物挠性印制电路基材的主要性能 及比较
有些还是确定加工设备和制造工艺的根据。 在这样的背景和趋势下，采用液晶聚合物
(LCP)树脂制成的薄膜作为介质基材，制作挠性 印制电路，因其性能优异正引起业界的高度关 注。
期才进入实用阶段。美国 Dartco 公司首先将 叫做“Xydar”的液晶聚合物投放市场；之后美 国、日本等数家公司也研制出液晶聚合物[2]。 由于液晶聚合物与其他聚合物相比,它拥有液 晶相所特有的分子取向序和位置序；与小分子
采用供应商 ＭＦｌｅｘ（Ａｎａｈｅｉｍ，ＣＡ）和 Ｍｏｕｎｄ Ｆｌｅｘｔｅｋ （Ｍｉａｍｉｓｂｕｒｇ，ＯＨ）提供的液晶 聚合物单面覆铜箔层压品，以现行的电路设计 大功率驱动头装配组件作为样品，其最小线条 为 １．５ 密尔（ｍｉｌ）；采用“辊－辊”工艺及拼 板工艺两种方法，在已有的设备上用传统的化 学试剂，进行了产品工艺试验；其主要环节及 结果如下。
制在光刻膜表面上，要求图形清晰、规整。 显影 ：拼板工艺，采用 ＤＸ４５ 显影液在
８８０Ｆ±５０Ｆ 喷淋，之后接着在室温下干燥；“辊 －辊”工艺，采用 ２％ 的碳酸钠水溶液，８５０Ｆ、 线速度为 ５ 英尺／分钟的连续浴，之后在 １４００Ｆ 干燥，工序完成后整辊要平整光滑。
蚀刻和成形：在 １２５０Ｆ 以氯化铜作为铜的 蚀刻剂将铜箔蚀刻掉，之后在 １３００Ｆ ３％ 的碱 溶液中把光刻膜除去，要求蚀刻完成后能保持 平整光洁，无变色、脱层等现象发生见图 ３。
各国的重视。其产品被引入到各个高技术领域
液体的流动性又有晶体的物理性能各向异性状 态（此状态称为液晶态）的高分子物质[2]。液
的应用中，被誉为超级工程塑料。在上世纪末、 本世纪初用于挠性印制电路基材。
晶聚合物分为溶致性液晶聚合物（LLCP）、热
液晶聚合物，例如液晶芳香族聚酯，在液
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覆铜板资讯－2009 年第 5 期
ＩＰＣ－ＴＭ－６５０ ２．５．５．５．１
电
损 耗 因 数
０．００２（１～１０ＧＨｚ） ０．００２（１～１０ＧＨｚ）
ＩＰＣ－ＴＭ－６５０ ２．５．５．５．１
性
表 面 电 阻
２．７×１０１３ Ω
２．７×１０１３ Ω
ＩＰＣ－ＴＭ－６５０ ２．５．１７
能
体 积 电 阻 率
４ 液晶聚合物挠性印制电路基材的制法 4.1 液晶聚合物树脂、薄膜以及覆上铜箔后层 压
分布在世界范围内的众多供应商可以提供 多种多样的液晶聚合物树脂，但大多是用作模 塑制品的；树脂的性能不同，产品的最终用途 也各异。用作液晶聚合物薄膜的树脂大都采用 挤出成膜技术，特别是挤出成型后的定向技术， 因树脂不同而各异，并且都受到专利的保护。
重的对待，例如对其介电常数、介质损耗、介
制电路（FPC）基材的是热致性液晶聚合物。
质厚度、导体宽度及厚度以及基材的尺寸稳定
热致性液晶聚合物是 1976 年美国
性、化学稳定性、吸湿性等许多参数，在设计 的开始阶段就进行充分论证并作优化处理；因 为这些参数往往不仅影响到最终系统的性能，
Eastman Kodak 公司首次发现聚酯改性对羟基 苯甲酸（PHB/PET）显示热致性液晶现象之后 才开始研究开发的，直到上世纪八十年代中后
图 4 液晶聚合物薄膜覆铜箔设备图
4.2 液晶聚合物薄膜表面的金属化 前面已经提到，液晶聚合物薄膜表面与金
属导体的粘接力很差，难以使沉积在液晶聚合 物表面的金属与之有好的抗剥强度。日本某高 技术研究中心（High-Tech Research Center）的 Takeharu Sugiyama 等研发人员，为满足在液 晶聚合物薄膜表面上制作精细印制电路的需 要，采用了以紫外光辐照，使液晶聚合物薄膜 表面改性的方法，提高粘接力达到电路设计的 要求[3]。
将液晶聚合物薄膜与铜箔复合后进行层压
图 5 液晶聚合物薄膜紫外光照射改性、
金属化过程示意图[3]
制作方法是采用 25μm 厚的液晶聚合物 薄膜(thickness: 25 μm, kuraray OC25)作为基 体，在上边用低压汞灯(a low pressure Hg lamp， KOTO Electric Co., LTD, KOGLQ-500ULS)照 射，光能量密度（The light power density）为 30mW/cm2，光源的波长峰值（the peak wavelength）为 253.7 nm[3]。之后将基材进行
预清洗：硫酸／氢氟酸溶液，在 ９５０Ｆ±５０Ｆ 喷淋；要求无肉眼可见疵点。
光刻膜：拼板工艺，涂敷 ０。６ 密尔厚的 光刻膜，并在 １３０℃干燥；“辊－辊”工艺， 用 １．５ 密尔厚的光刻干膜在 ２４００Ｆ 碾压在铜
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箔面上，要求层压平整、光滑无褶皱。 印刷 ：采用通用的曝光工具将线路图形印
了满足信号高速传输的需求，设备制造商和设
成；压致性液晶聚合物的液晶态是在压力下形
计者们在系统开始设计时，会精心选择元器件 和基材的品质、水平，并进行优化处理[1]；特 别是对于封装及互连用的基材，会更仔细和慎
成（此类液晶聚合物品种极少）。溶致性液晶 聚合物一般可用来生产纤维，而热致性液晶聚 合物则可用作注塑、挤出成型等。用于挠性印
层压品结构：“辊－辊”工艺，７０ｍｍ 宽， ５０ 英尺长，２ 密尔厚的液晶聚合物薄膜，０．５ 盎 司的电解铜箔；拼板工艺，１２ 英寸×１８ 英寸， ２ 密尔厚的液晶聚合物薄膜，０．５ 盎司的电解 铜箔。
电路设计要点：线宽／间距分别为 １．５、２ 和 ３ 密尔。
制造过程设定：“辊－辊”工艺，采用 ７０ｍｍ 宽连续生产线；１２ 英寸×１８ 英寸拼板生产线。
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液晶聚合物——新一代高性能 ＦＰＣ 基材
张洪文 编译
摘要 ：本文综述了新一代高性能 ＦＰＣ 基材——液晶聚合物挠性印制电路基材的性能、制法及用途。
关键词 ：液晶聚合物（ＬＣＰ），挠性印制电路（ＦＰＣ），介电常数（Ｄｋ），介质损耗（Ｄｆ），热膨胀系数（ＣＴＥ），
０．０４％
０．０４％
ＩＰＣ－ＴＭ－６５０ ２．６．２
特 吸湿膨胀性 ＣＨＥ
４ｐｐｍ／％ ｖｏｌ ｐｒｈ
４ｐｐｍ／％ ｖｏｌ ｐｒｈ
＠６０ ℃
性
燃 烧 性
ＶＴＭ－０
ＶＴＭ－０
ＵＬ－９４
从表 1 中可以看到,这种基材吸水率非常 低，只有 0.04%，有利于提高所制成元器件的
作为一种新型的挠性印制电路基材，液晶
系数很低，这些重要性能为其在挠性印制电路 领域中应用创造了有利的条件。采用不同的单 体，可制得不同性能、不同加工特性和不同价
聚合物薄膜与铜箔层压结合后得出覆铜箔产品 的主要性能如机械性能、热性能、电性能等， 见表 1 所示。
表 1 液晶聚合物挠性印制电路基材的主要性能
性能可靠性。液晶聚合物吸水性与其他两种介 质的比较,例如在 23℃ 处理 24 小时试样的
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覆铜板资讯－2009 年第 5 期 吸水率如图 1 所示。
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图 1 几种基材吸水性能比较
这种基材的热膨胀系数（ＣＴＥ）为 １７ｐｐｍ／ ℃，与铜箔一致，保持制品表面平整，使制造 挠性印制电路过程中的多项操作相对简单易 行；基材的尺寸稳定性很好，一般不大于 ０．０５％ ，即每英寸 ０．５ 密尔（ｍｉｌ，１ 密尔为千 分之一英寸），例如在 １２ 英寸×１８ 英寸的层 压品上，以 ６ 英寸的量具销孔测量，其变化量 仅为 ３ 密尔；而通常应用的聚酰亚胺薄膜指标 值则为 ０．１％，相应的变化量为 ６ 密尔。液晶 聚合物基材的吸湿膨胀系数（ＣＨＥ）也很低， 只有 ４ｐｐｍ／每单位相对湿度之体积百分数变 化；这对于提高所制成产品的可靠性能非常有 利。