[发明专利]防止软性电路中显微裂纹的铜表面处理

说明书

本发明总的来说涉及具有改善的耐机械疲劳性的软性电路和涉及制备这种改良的软性电路的方法。具体地说，本发明涉及处理软性电路的铜层来防止、减小和/或延迟在软性电路的铜箔层中显微裂纹的扩展。

软性电路在电子工业中被用作制备各种软性内连产品诸如软性电路板和软-硬电路板的基体材料。软性电路板和软-硬电路板用于笔记本电脑、打印机和磁盘驱动器以及各种医疗设备和消耗品中。软性电路也用于某些先进的用途诸如软性芯片(chip-on-flex)和网纹电路板中。随着电子工业朝着更薄、更轻、柔软和多功能化产品发展，对软性电路的需要持续增加。

软性电路通常由夹在两个有机聚合物层之间的铜层(铜导体)组成。具体地说，铜箔与基片粘合、成形并且上面覆盖一覆盖层。正如其名，软性电路使用时可以弯曲也可以展平。因此，软性电路必需拥有高度的结构完整性以便维持导电性。结构完整性提供了对软性电路弯曲和展平引起的能导致断电的机械疲劳的耐性。

软性电路中机械疲劳的早期症状的特征在于铜箔层表面显微裂纹的产生和扩展。显微裂纹可延伸到铜箔的整个厚度或宽度。软性电路使用时，显微裂纹最终变成可使铜箔沿厚度横裂或导致定厚(gauging)的可见裂纹，其中在铜箔层表面的小片铜箔被剥离。对铜箔层的这种类型的损伤当然会导致断电。

由于弯曲造成的裂纹的产生和扩展被称为“疲劳”。疲劳主要有三种主要类型，即滚动疲劳、挠曲疲劳和折曲疲劳。滚动疲劳主要归结于在软性电路的铜箔上的两个力。参见图1，软性电路如箭头12所示前后移动。这种作用模拟了软盘驱动器的移动。箭头14代表在软性电路10(特别是铜箔，此中没有显示)上的拉伸力。箭头16代表在软性电路10(特别是铜箔，此中没有显示)上的压缩力。当软性电路10沿箭头12前后移动时，拉伸力和压缩力在其上前后移动。由拉伸力和压缩力施加的持久重复的应力导致了软性电路10内铜箔的滚动疲劳。挠曲疲劳的特征在于软性电路被固定在两个点上并且往两个固定点之间约半途的一点上施加垂直于软性电路的力并接着在相反(180°)方向施加垂直于软性电路的另一个力。折曲疲劳的特征在于开始将软性电路保持135°弯曲并然后将软性电路折曲到0-2°弯曲并然后展平回135°。这种作用模拟了打印机铰链(hinge)的移动。

所述三种主要类型的疲劳(滚动疲劳、挠曲疲劳和折曲疲劳)一般由高循环、低形变疲劳引起。另一类型的疲劳是低循环、高形变疲劳。很难提供既耐高循环、低形变疲劳又耐低循环、高形变疲劳的软性电路。

参照图2A和2B有关显微裂纹的图示说明，其显示了一些显微裂纹延伸到铜箔的整个厚度或宽度，而一些显微裂纹则没有。所示图示说明取之于厚度约18μm的铜箔放大1600倍的照片。

在一种实施方案中，本发明涉及一种软性层压板，它包括第一挠性聚合物膜；至少一面具有防显微裂纹层的铜层，所述防显微裂纹层能在厚度达约18μm的铜层中足以防止在至少50000000次弯曲中出现显微裂纹和/或在厚度达约35μm的铜层中足以防止在至少20000000次的软性层压板的弯曲中出现显微裂纹；和第二挠性聚合物膜。

在另一种实施方案中，本发明涉及制备软性层压板的方法，包括提供一铜层；处理所述铜层以防止显微裂纹；将铜层的第一面粘合到第一挠性聚合物膜上；将所述铜层定形；和将第二挠性聚合物膜粘合到所述铜层的第二面上。

在本发明的再一种实施方案中，本发明涉及防止厚度达约18μm的铜层在至少50000000次的软性电路的弯曲循环中出现显微裂纹的方法，所述软性电路包括第一挠性聚合物膜、铜层和第二挠性聚合物膜并任选还包括在铜层和第一挠性聚合物膜之间以及铜层和第二挠性聚合物膜之间中的至少一个之间的粘合剂，所述方法包括将所述铜层的至少一面在酸性硫酸铜浴中阴极处理、氧化处理、铬处理、在一酸浴中阴极处理、粘结层处理和硅烷处理。

结果，本发明提供了具有改良的导电性的软性电路。所述具改良导电性的软性电路展现出改良的耐机械疲劳性和由此产生的改良的耐铜箔层损伤性以及由此产生的改良的导电性。所述改良的耐机械疲劳性归结于增强的抗铜箔层显微裂纹性。

本发明的另一结果是提供了具有改良的可弯曲安装性能的软性电路。在这方面，本发明提供了既耐高循环、低形变疲劳又耐低循环、高形变疲劳的软性电路。

图1是伴随着软性电路的弯曲和相应力的示意图。

图2A和2B是在多次弯曲循环后铜层中显微裂纹的图示说明。