專利名稱：形成微細孔的拉伸多孔聚四氟乙烯材料及其制備方法,和磨損加工方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種其中形成有微細孔的拉伸多孔聚四氟乙烯材料(下文簡稱為“拉伸多孔PTFE材料”)，及其制備方法了；以及具體地涉及一種形成微細孔的拉伸多孔PTFE材料，其中微細孔壁表面的多微孔結構實質上被保留而沒有被破壞，及其制備方法。本發(fā)明還涉及一種通過脈沖激光束照射來磨損被加工材料的方法。
本發(fā)明的形成微細孔的拉伸多孔PTFE材料能夠通過將導電材料如電鍍粒子選擇性地涂覆到微細孔的壁表面上適宜地應用于例如，半導體器件的安裝部件、用于檢查電氣可靠性的部件等技術領域。另外，形成微細孔的拉伸多孔PTFE材料可以廣泛應用于這樣的技術領域，其中需要形成精確設計的微細孔，而沒有破壞拉伸多孔PTFE材料的固有性能。
背景技術：
拉伸多孔PTFE材料具有多微孔結構(microporous structure)，所述多微孔結構含有原纖(細纖維)和由原纖互相連接的節(jié)點，并且該多微孔結構具有的特征是在各種多孔合成樹脂中，耐熱性、耐化學性、可加工性、機械性能和介電特性(低介電常數(shù))等性能優(yōu)異，并具有均勻孔徑分布的多孔材料是容易提供的特征。拉伸多孔PTFE材料如拉伸多孔PTFE膜具有電絕緣性能和適度的彈性，并且即使在其被壓縮時也能夠彈性回復。
如果包括微細孔形成的微加工能夠在拉伸多孔PTFE材料上進行，那么其可以應用于例如，半導體器件的安裝部件、用于檢查電氣可靠性的部件等，從而能夠很好利用上述這些優(yōu)異性能的技術領域。更具體的是，如果能夠在拉伸多孔PTFE膜上形成圖案化的微細通孔(patterned microthrough-hole)，那么可以通過選擇性將導電金屬涂覆于通孔的壁表面而形成導電部分。
經(jīng)常需要在制備電子零件用基板上形成通孔、通槽(through-groove)和/或凹坑部分(例如，非通孔或非通槽)。通過用導電材料填充通孔、通槽和/或凹坑部分或通過在通孔、通槽和/或凹坑部分的表面上形成電鍍層(platedlayer)能夠允許實現(xiàn)電連接或形成電路。
例如，在雙面印刷線路板或多層印刷線路板中，在兩個表面或各個層上形成的布線圖由銀通孔或電鍍通孔連接，所述銀通孔是在板上形成的且用銀填充的通孔，所述電鍍通孔是進行了電鍍的通孔。作為半導體封裝，已知有將從封裝中引出的導線插入基板而制造封裝的插入型封裝，在所述基板中已形成稱為通孔的孔。如果具有所需圖案的微細孔能夠在拉伸多孔PTFE膜上精確地形成，那么它可以作為具有彈性及彈性回復性能的新基板材料而使用。
然而，因為拉伸多孔PTFE材料具有由微纖維狀結構(所述微纖維狀結構包含極細微的原纖和節(jié)點)組成的多孔結構，所以很難形成微細孔。傳統(tǒng)形成孔的方法在拉伸多孔PTFE材料中的應用除了難以形成精確的細孔外，還具有這樣一個問題，即拉伸多孔PTFE材料的多微孔結構容易被破壞。
在此之前，已經(jīng)提出了一種通過用紫外線激光束照射成形的PTFE材料而進行微加工的方法[例如，S.Wada et al.Appl.Phys.Lett.63，211(1993)]。然而將該方法用于拉伸多孔PTFE材料的穿孔是極其困難的。當用紫外線激光束照射拉伸多孔PTFE材料時，不僅因化學和物理的破裂、分解、切割和蒸發(fā)而形成微細孔，而且原纖也因激光束照射所產(chǎn)生的熱而熔化，從而使包括微細孔壁表面的外圍多微孔結構倒塌，因此拉伸多孔PTFE材料的固有性能被損害。
作為用于在印刷線路板中形成通孔的穿孔方法(perforating method)，已知例如，機械加工方法如通過沖模沖孔或通過鉆孔機切割。然而，當這樣的機械加工方法用于拉伸多孔PTFE材料的微加工時，很難形成精確的微細孔，并且包括微細孔壁表面的外圍多微孔結構因加工時的剪切力和摩擦熱而破壞。
另一方面，近年來，已提出一種使用具有較小脈沖寬度(pulse length)的脈沖激光束對材料進行激光誘導破壞的方法(laser induced breakdownmethod)(例如，日本專利No.3283265)。然而，該使用脈沖激光束的激光誘導破壞方法僅被用于在不透明材料如金或透明材料如玻璃中提供切割孔，或用于活體組織如角膜的破壞。
作為以規(guī)定形式在形成于透明基板如玻璃基板或聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜上的薄膜如ITO膜上形成圖案的方法，至今已提出薄膜磨損方法(thin film abrading process)，其中使具有超短脈沖和在薄膜中選擇吸收的波長的激光束從透明基板一側入射，并且透過透明基板的激光束照射在薄膜上，從而磨損了被照射的部分(日本專利申請?zhí)卦S公開No.2002-160079)。
當用激光束照射膜表面以磨損薄膜時，因磨損而飛散的微粒(碎屑)行進至與入射激光束行進方向相反的方向，使得微粒撞擊到激光束并引起激光束的散射，從而降低了加工精確度。另一方面，根據(jù)上述激光束從透明基板的一側照射的磨損方法，因從薄膜飛散的微粒而引起的激光束的散射可以被阻止，從而創(chuàng)造出一個具有完美圖案的高精確度加工狀態(tài)。
然而，根據(jù)這種從激光束從基板(支撐體)一側照射的磨損方法，因基板磨損而產(chǎn)生的微粒分散了激光束從而改變了激光束的形狀。因此，上述磨損方法需要使用由具有吸光特性的材料形成的基板作為基板，該材料固有帶隙大于作為被加工材料的薄膜的帶隙。為了磨損被加工材料而不會磨損該基板，必須選擇透過基板但吸收在被加工材料中的脈沖激光束的種類。這種基板(支撐體)材料的選擇和激光束的選擇需要勞動及成本。
在此之前，已提出了一種用激光脈沖束處理材料的方法，其包括產(chǎn)生激光脈沖束(也就是，脈沖激光束)的步驟，將激光束聚焦至樣品表面上方的聚焦面的步驟，在激光照射點引起材料破壞的步驟，和用該激光束除去并改性該樣品材料的步驟(日本專利申請?zhí)卦S公開No.2002-316278)。在此文獻中，作為樣品材料的例子，可以提及金屬、合金、陶瓷、玻璃、藍寶石、金剛石、有機材料(例如，聚酰亞胺和PMMA)。
根據(jù)上述處理方法，將激光脈沖束的焦點從樣品表面向上移動2-10μm，由此允許使用較高強度的激光束脈沖，因此樣品表面狀態(tài)對激光能量吸收的不利影響可以被最小化。通過激光束的照射而從樣品移除的材料可以通過在樣品表面上方某處所安裝的推挽型真空系統(tǒng)(push-pull type vacuumsystem)除去，由此防止了被磨損材料的樣品表面上的再沉淀。
然而，上述處理方法需要安裝真空系統(tǒng)，該真空系統(tǒng)裝備了產(chǎn)生空氣噴流的空氣供給歧管和用于防止被磨損材料樣品表面上的再沉淀的真空歧管。為了將該處理方法用于樣品穿孔，實際上需要將樣品支承在支撐體上。然而，支撐體因使用了較高強度的激光束脈沖而被磨損，因此樣品和孔形狀受到飛散微粒的不利影響。更具體地是，因支撐體磨損而飛散的物質與激光脈沖束碰撞，引起光束散射。這種現(xiàn)象稱為等離子現(xiàn)象。由于這種等離子現(xiàn)象，激光束的影響擴展到與聚焦激光照射點連接的周圍部分，并產(chǎn)生了熱，因此樣品和孔形狀受到了不利影響。
為了抑制因支撐體磨損而產(chǎn)生的不利影響，人們認為應降低脈沖激光束的積分通量。然而，該光束的能量由此被降低從而減慢了加速度。當脈沖激光束的焦點位置從樣品表面移動時，可是樣品遠離等離子現(xiàn)象。然而，由于焦點移動，因而能量損失變大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種拉伸多孔聚四氟乙烯材料，其中形成有微細孔(microhole)，并且微細孔中壁表面的多微孔結構實質上被保留而沒有被破壞。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種新方法，其用于精確加工拉伸多孔聚四氟乙烯材料以形成具有所需形狀和尺寸的微細孔，并且實質上不會破壞微細孔的多微孔結構。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種新的磨損方法，其在被加工材料支承在支撐體上的狀態(tài)下用脈沖激光束照射該被加工材料以磨損未照射部分，進而磨損被加工材料如拉伸多孔聚四氟乙烯材料，因此加工表面的狀態(tài)不會因支撐體磨損而受到不利影響。
本發(fā)明人為了達到上述目的已進行了廣泛的研究。結果發(fā)現(xiàn)用脈沖寬度為10微微秒(picosecond)或更短的脈沖激光束照射具有多微孔結構的拉伸多孔PTFE材料，其中多微孔結構含有原纖(微纖維)和由原纖互相連接的節(jié)點，由此可以精確形成孔徑(hole diameter)大于拉伸多孔PTFE材料的平均孔徑的微細孔，并且不會因為由照射產(chǎn)生的熱導致原纖的熔化等而破壞多微孔結構。
在本發(fā)明形成微細孔的拉伸多孔PTFE材料中，每個微細孔中壁表面的多微孔結構實質上被保留而沒有被破壞，因此材料的彈性和彈性回復性能沒有被破壞。當選擇性地將電鍍粒子(plated particle)涂覆到微細孔的壁表面上時，電鍍粒子被牢固地涂覆到壁表面的多微孔結構中。當控制所涂覆的電鍍粒子的量時，可以在實質上保持拉伸多孔PTFE材料的彈性和彈性回復性能。
在某些情況下，優(yōu)選將被加工材料如拉伸多孔PTFE材料支承在支撐體上，以用脈沖激光束照射該材料。在這種情況下，被加工材料的加工表面狀況經(jīng)常受到因支撐體磨損而飛散的粒子的不利影響。例如，已經(jīng)證明當拉伸多孔PTFE材料被支承在支撐體上并通過激光束照射在材料中形成通孔時，與支撐體接觸一側上通孔的形狀受到因支撐體磨損而飛散的粒子的不利影響。
本發(fā)明人已經(jīng)設想了一種磨損加工方法(abrasion working process)，使用在對應被加工材料的目標加工區(qū)域的區(qū)域具有不與被加工材料接觸的部位(例如，孔)的支撐體作為支撐體。根據(jù)該磨損加工方法，即使在用激光束照射被加工材料的表面時，因支撐體磨損而飛散的粒子也不會使加工表面的狀況惡化。
在這些發(fā)現(xiàn)的基礎上完成本發(fā)明。
因此，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種形成微細孔的拉伸多孔聚四氟乙烯材料(microhole-formed stretched porous polytetrafluoroethylene material)，其特征在于孔徑大于拉伸多孔聚四氟乙烯材料的平均孔徑的微細孔是通過脈沖寬度為10微微秒或更短的脈沖激光束照射，在具有多微孔結構的拉伸多孔聚四氟乙烯材料中形成的，其中所述多微孔結構含有原纖和由原纖互相連接的節(jié)點，并且微細孔壁表面的多微孔結構實質上被保留而沒有被破壞。
根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種制備形成微細孔的拉伸多孔聚四氟乙烯材料的方法，其包括用脈沖寬度為10微微秒或更短的脈沖激光束照射具有多微孔結構的拉伸多孔聚四氟乙烯材料以形成孔徑大于拉伸多孔聚四氟乙烯材料的平均孔徑的微細孔，所述多微孔結構含有原纖和由原纖互相連接的節(jié)點，并且微細孔壁表面的多微孔結構實質上被保留而沒有被破壞。
根據(jù)本發(fā)明，進一步提供了一種通過脈沖激光束照射來磨損被加工材料的方法，其包括在被加工材料已經(jīng)支承在支撐體上的狀態(tài)下用脈沖激光照射該被加工材料，此時使用在對應被加工材料的目標加工區(qū)域的區(qū)域具有不與被加工材料接觸的部位支撐體作為支撐體。


圖1是其中形成有通孔的拉伸多孔PTFE膜的剖面顯微照片。
圖2是圖1中通孔壁表面的放大顯微照片。
圖3是說明怎樣通過在具有穴的支撐體上支承被加工材料來進行磨損的示意圖(橫斷面視圖)。
圖4是說明怎樣通過在沒有孔的支撐體上支承被加工材料來進行磨損的示意圖(橫斷面視圖)。
圖5是通過在具有穴的支撐體上支承拉伸多孔PTFE膜并進行磨損而形成的通孔的剖面顯微照片。
圖6是通過在沒有孔的支撐體上支承拉伸多孔PTFE膜并進行磨損而形成的通孔剖面的顯微照片。
具體實施例方式
本發(fā)明所用的拉伸多孔PTFE材料可以根據(jù)例如，日本專利申請No.42-13560中所描述的方法來制備。首先將液體潤滑劑與未燒結的PTFE粉末混合，通過柱塞式擠出機將所得混合物擠出為管狀或板狀。當要求較小厚度的片時，通過壓力輥碾壓板狀擠壓產(chǎn)品。在擠出或碾壓步驟后，根據(jù)需要從擠出產(chǎn)品或碾壓產(chǎn)品中除去液體潤滑劑。當將如此得到的板狀擠出產(chǎn)品或碾壓產(chǎn)品在至少一個單軸方向上拉伸時，得到了膜狀的未燒結的拉伸多孔PTFE材料。當將未燒結的拉伸多孔PTFE膜加熱到至少327℃(為PTFE熔點)時，同時為了不引起收縮將其固定，由此通過燒結而固定拉伸結構，得到了高強度的拉伸多孔PTFE膜。當拉伸多孔PTFE材料為管狀時，可以通過在其縱向上進行切割而形成平膜(flat film)。雖然膜狀材料(稱為“拉伸多孔PTFE膜”)在本發(fā)明中用作拉伸多孔PTFE材料，但是如果需要也可以使用任何其它形狀的材料。
通過拉伸法得到的拉伸多孔PTFE材料具有微纖維組織，其含有原纖(非常細微的纖維)和由原纖互相連接的節(jié)點，原纖和節(jié)點分別是由PTFE形成的。在拉伸多孔PTFE材料中，此微纖維組織形成了多孔結構(稱為“多微孔結構”)。
在拉伸多孔PTFE材料中，多微孔結構的樹脂部分由原纖和節(jié)點組成，而多微孔結構的空隙部分由原纖和節(jié)點所形成的空間(稱為“多孔性空間”)組成。雖然拉伸多孔PTFE膜可以單獨用作拉伸多孔PTFE材料，但是也可以將多張膜重疊并彼此壓焊在一起，以通過熔融粘結提供一體化形成的多層膜或片。
拉伸多孔PTFE材料的孔隙率優(yōu)選至少為20％，更優(yōu)選至少為40％。為了使低介電特性或應變吸收性與形狀保持性能協(xié)調(diào)，要求拉伸多孔PTFE材料的孔隙率優(yōu)選在20-90％的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在40-80％的范圍內(nèi)。
拉伸多孔PTFE材料的平均孔徑優(yōu)選至多為10μm，更優(yōu)選至多為5μm，特別優(yōu)選至多為1μm。拉伸多孔PTFE材料的平均孔徑至優(yōu)選多為1μm，因為這樣的材料可以進行超精細加工，并且電鍍膜可以在通過粘固效應(anchoring effect)牢固地固定在材料中形成的微細孔的壁表面上?？梢允估於嗫譖TFE材料的平均孔徑小到0.1μm或更小。
拉伸多孔PTFE材料的厚度可以根據(jù)用途、所用的位置等適當選擇。然而，其通常至多為3mm，優(yōu)選至多為2mm，并且其下限的數(shù)量級通常約為5μm，優(yōu)選為10μm。當由拉伸多孔PTFE材料制得的產(chǎn)品用作半導體檢查用的探針板(probe card)時，通常優(yōu)選將拉伸多孔PTFE材料的厚度控制在1-2mm(1,000-2,000μm)；當其用作撓性基板等的基板材料時，通?？刂圃谥炼?mm(1,000μm)，優(yōu)選至多為500μm；或者當其用作多層高密度布線板時，控制在至多100μm。如上所述，本發(fā)明所用拉伸多孔PTFE材料優(yōu)選為厚度范圍為5μm-3mm的拉伸多孔PTFE片或膜(下文中稱為“拉伸多孔PTFE膜”)。
本發(fā)明中，采用以下方法在材料中形成微細孔，所述方法用脈沖寬度為10微微秒或更短的脈沖激光束照射拉伸多孔聚四氟乙烯材料。
所照射的脈沖激光束的脈沖寬度優(yōu)選為10毫微微秒(femtosecond，fs)-10微微秒(ps)。該脈沖寬度更優(yōu)選為20-1,000fs，特別優(yōu)選為30-500fs。當激光束的脈沖寬度較短時，可在拉伸多孔PTFE材料上進行精確的微加工。
脈沖激光束的能量優(yōu)選為10毫微焦耳(nanojoule，nJ)-1毫焦耳(millijoule，mJ)。該能量更優(yōu)選為1微焦耳(μJ)-1mJ，特別優(yōu)選為10-800μJ。在許多情況下，該能量在50-600μJ的范圍內(nèi)。當此能量在上述范圍內(nèi)時，可以協(xié)同脈沖寬度在拉伸多孔PTFE材料上進行精確的微加工。
所照射的脈沖激光束的積分通量(通過單位面積的輻射通量的時間積分值)通常至少為0.1J/cm2。所照射的脈沖激光束的積分通量(fluence)優(yōu)選為0.1-20J/cm2，更優(yōu)選為0.3-10J/cm2。
脈沖激光束的波長優(yōu)選在200nm-1μm的范圍內(nèi)。該波長優(yōu)選在300-900nm的范圍內(nèi)。其頻率優(yōu)選在1Hz-10kHz的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在1Hz-1kHz的范圍內(nèi)，特別優(yōu)選在1-100Hz的范圍內(nèi)。當使頻率變高時，每單位時間內(nèi)脈沖的發(fā)射數(shù)目(發(fā)射數(shù))可以被提高。作為激光介質的例子，可提及的是鈦/藍寶石(Ti/Saphire)。
通過調(diào)整上述各種條件，可以在拉伸多孔PTFE膜上精確加工具有所需開口形狀和深度的微細孔。另外，在根據(jù)本發(fā)明方法所形成的微細孔中，其壁表面的多微孔結構實質上被保留而沒有被破壞。微細孔可以是通孔或非通孔。在拉伸多孔PTFE材料中所形成的微細孔的孔徑優(yōu)選在0.1μm-1,000μm的范圍內(nèi)。然而，要使微細孔的孔徑大于拉伸多孔PTFE材料的平均孔徑。微細孔的剖面形狀可以是例如圓形、星型、八角形、六角形、長方形、三角形、環(huán)形或溝槽形中的任何一種。至于微細孔的孔徑，使根據(jù)其剖面形狀的一側或直徑大于拉伸多孔PTFE材料的平均孔徑。在脈沖激光束的照射下，可以在光路中提供隔膜或掩模以形成具有所需的剖面形狀的微細孔。也可以改變光束的射束點尺寸(beam spot size)以形成所需的光束。
在適于小孔徑的應用范圍內(nèi)，可以將微細孔的孔徑優(yōu)選控制在約5-100μm，更優(yōu)選為約2-30μm。另一方面，在適于相對大孔徑的應用范圍內(nèi)，可以將孔徑優(yōu)選控制在約100-1,000μm，更優(yōu)選為約300-800μm。微細孔可以是單個孔。但是，根據(jù)需要可以在所需的圖案上形成多個孔。
圖1是圖示根據(jù)本發(fā)明的方法在拉伸多孔PTFE材料中所形成的微細孔(通孔)剖面的掃描電子顯微照片(SEM，約800倍放大率)。圖2是放大比例尺的微細孔的壁表面的掃描電子顯微照片(SEM，約3,000倍放大率)。從這些圖中明顯看出，根據(jù)本發(fā)明的方法可以通過精確的微加工形成折邊貼邊(hemming bottom)小且剖面形狀優(yōu)秀的微細孔。還應理解微細孔壁表面的多微孔結構實質上被保留而沒有被破壞。微細孔周圍的多微孔結構也沒有因熔化而被破壞。
因為拉伸多孔PTFE材料通常是非常軟的拉伸多孔PTFE膜，因此在某些情況下從精確加工的觀點考慮，優(yōu)選的是，當通過脈沖激光束照射而使其磨損時，應當膜在支撐體上支承并加工。然而，已發(fā)現(xiàn)當在支撐體上支承拉伸多孔PTFE材料，并且脈沖激光束從拉伸多孔PTFE材料的側面照射時，所形成的通孔在其支撐體一側受到因支撐體磨損而飛散的粒子的很大影響，進而大大地改變了它的形狀。
日本專利申請?zhí)卦S公開No.2002-160079中描述的薄膜磨損方法有這樣的問題，即必須選擇支撐體(基板)和激光束的種類，被加工材料被限制于在支撐體上形成的薄膜如ITO膜，并且難以充分消除支撐體的磨損而產(chǎn)生的不利影響，因此該方法未必適合使用有機聚合材料(如拉伸多孔PTFE材料)作為被加工材料的加工方法。
在本發(fā)明中，可以采用下述磨損加工方法，其包括在拉伸多孔PTFE材料已經(jīng)支承在支撐體上的狀態(tài)下用脈沖激光照射該拉伸多孔PTFE材料，此時使用在對應拉伸多孔PTFE材料目標區(qū)域的區(qū)域具有不與拉伸多孔PTFE材料接觸的部位的支撐體作為支撐體，所述微細孔形成在所述目標區(qū)域。
更具體的是，如圖3所示，例如，使用具有穴32的支撐體(石英基板)31作為支撐體。該孔32設置于與其中微細孔(通孔)在拉伸多孔PTFE材料(被加工材料33)中形成的目標區(qū)域(加工區(qū)域)對應的區(qū)域。當用脈沖激光束34照射該目標區(qū)域時，許多因拉伸多孔PTFE材料(被加工材料33)的磨損而飛散的粒子穿過孔32并且散布在照射側的相反一側上。另外，不存在因支撐體31的磨損而飛散的粒子，所以可以形成剖面形狀優(yōu)秀的微細孔(圖5)。此外，微細孔壁表面的多微孔結構實質上被保留而沒有被破壞。微細孔周圍的多微孔結構也沒有因熔化而被破壞。
另一方面，當拉伸多孔PTFE材料(被加工材料43)在沒有孔的支撐體41上被支承，并且如圖4所示用脈沖激光束44照射目標區(qū)域時，粒子因支撐體41的磨損42而飛散，并且嚴重地使所形成的通孔形狀倒塌，所以不能形成剖面形狀優(yōu)秀的微細孔(圖6)。
更具體地是，當通過脈沖激光束照射，使用在對應被加工材料的目標加工區(qū)域的區(qū)域不具有穴的支撐體，在拉伸多孔PTFE材料上形成微細孔時，如圖6(SEM照片)所示，產(chǎn)生了這些問題(1)微細孔開口部分的形狀變成具有急劇凹凸(irregularity)的形狀，而沒有優(yōu)秀輪廓線，(2)在微細孔的開口邊緣出現(xiàn)毛刺狀突起(burr-like protuberance)，(3)在微細孔壁表面上，出現(xiàn)龜裂(fissure)、凹凸、裂縫(crack)和樹脂(原纖和節(jié)點)的熔化部分等(也就是說，多孔結構被破壞)，以及(4)微細孔壁表面變成非線性的凹凸形狀。
另一方面，當通過脈沖激光束照射，使用在對應與被加工材料的目標加工區(qū)域的區(qū)域具有穴的支撐體，在拉伸多孔PTFE材料上形成微細孔時，如圖5(SEM照片)所示，可以獲得這些優(yōu)點(1)微細孔開口部分實質上描繪出規(guī)定形狀(例如，圓形)的優(yōu)秀輪廓線，并且在輪廓線上沒有出現(xiàn)急劇的凹凸，(2)在微細孔的開口邊緣沒有出現(xiàn)毛刺狀突起，(3)在微細孔壁表面上，實質上沒有出現(xiàn)龜裂、凹凸、裂縫和樹脂(原纖和節(jié)點)的熔化部分等，以及(4)微細孔壁表面實質上變成線性平坦的光滑形狀。
更具體地是，當通過脈沖激光束照射，使用在對應與被加工材料的目標加工區(qū)域的區(qū)域具有穴的支撐體，在拉伸多孔PTFE材料上形成微細孔時，微細孔開口部分描繪出規(guī)定形狀的無凹凸輪廓線。如果在微細孔開口邊緣形成毛刺狀突起，那么其高度通常至多為30μm，優(yōu)選至多為20μm，更優(yōu)選至多為15μm，因此形成實質上沒有毛刺狀突起的微細孔。假設通過激光束照射而形成的開口部分的直徑(在照射一側的開口直徑)為A，并且在另一側上所形成的開口部分的直徑為B，那么微細孔滿足A≥B的關系。另外，如果在微細孔壁表面上出現(xiàn)龜裂、凹凸和/或裂縫，那么其深度通常至多為0.5×A，優(yōu)選至多為0.4×A，更優(yōu)選至多為0.3×A。因此，微細孔的壁表面顯示了光滑的形狀。
對支撐體的材料沒有特別的限制。然而，作為其例子，可以提及的是石英基板、陶瓷基板、玻璃基板、合成樹脂基板和金屬基板。設置于支撐體中與被加工材料不接觸的部位的典型實例是孔(通孔)。然而，其也可以是凹口或溝槽。
上述加工方法并不限制于拉伸多孔PTFE材料用作被加工材料的情況，其也可以用作廣泛多種被加工材料的磨損方法。換句話說，根據(jù)本發(fā)明的磨損加工方法是一種通過脈沖激光束照射來磨損被加工材料的方法，其包括在被加工材料已經(jīng)支承在支撐體上的狀態(tài)下用脈沖激光照射該被加工材料，此時使用在對應被加工材料的目標加工區(qū)域的區(qū)域具有不與被加工材料接觸的部位支撐體作為支撐體。
對被加工材料沒有特別的限制。然而，優(yōu)選為有機聚合材料。有機聚合材料的例子包括聚烯烴樹脂、聚酰胺樹脂、聚酯樹脂、液晶聚合物、甲基丙烯酸樹脂、聚苯乙烯樹脂、聚氯乙烯樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚砜樹脂、聚苯硫醚樹脂、環(huán)烯烴樹脂、聚亞胺樹脂、環(huán)氧樹脂、酚樹脂和碳氟樹脂。
碳氟樹脂的例子包括聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯/六氟丙烯共聚物(FEPs)、四氟乙烯/全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFAs)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚偏二氟乙烯共聚物和乙烯/四氟乙烯共聚物(ETFEs)。
有機聚合材料也可以是多孔有機聚合材料。多孔有機聚合材料的例子包括上述碳氟樹脂的多孔材料。作為多孔有機聚合材料，優(yōu)選為拉伸多孔PTFE材料。
脈沖激光束的照射條件根據(jù)被加工材料的種類和形狀而變化。然而，所照射的脈沖激光束的脈沖寬度通常為400微微秒(ps)或更短，優(yōu)選為100微微秒或更短，更優(yōu)選為10微微秒或更短。該脈沖寬度通常為10毫微微秒(fs)或更長，優(yōu)選為20毫微微秒或更長，更優(yōu)選為30毫微微秒或更長。
所照射的脈沖激光束的能量通常為10毫微焦耳(nJ)-1毫焦耳(mJ)，優(yōu)選為1微焦耳(μJ)-1毫焦耳(mJ)，更優(yōu)選為10-800微焦耳，特別優(yōu)選為50-600微焦耳。所照射的脈沖激光束的積分通量通常至少為0.1J/cm2，優(yōu)選至少為0.3J/cm2。該積分通量通常至多為20J/cm2，更優(yōu)選至多為10J/cm2。脈沖激光束的積分通量優(yōu)選為0.3-10J/cm2。
被加工材料可以以通孔、溝槽、凹口(recess)、各種圖案等任何形式磨損。因此，根據(jù)被加工材料的目標加工區(qū)域，在支撐體中形成不與被加工材料接觸的區(qū)域，例如孔。
實施例下文中將通過下列實施例和對比實施例更詳細地描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明并不僅限于這些實施例。物理性能將根據(jù)下列相應方法進行測量。
(1)孔隙率根據(jù)ASTM D-792測量拉伸多孔PTFE材料的孔隙率。
實施例1用鈦/藍寶石激光束照射厚度為60μm的拉伸多孔PTFE膜(孔隙率60％，平均孔徑0.1μm)20發(fā)射數(shù)以形成通孔，所述激光的照射條件是波長為800nm，脈沖寬度為130fs，能量為200μJ以及頻率為10Hz。如圖1所示，通孔剖面形狀的折邊貼邊小并且良好。平均孔徑約為80μm。如圖2所示，通孔壁表面的多微孔結構(原纖和節(jié)點)實質上被保留而沒有被破壞。
對比實施例1用ArF激光束照射與實施例1中所用相同的拉伸多孔PTFE膜45發(fā)射數(shù)以形成通孔(平均孔徑280μm)，所述激光束波長為192nm，脈沖寬度為9ns，能量為50mJ以及頻率為5Hz。經(jīng)證實，在通孔的壁表面中，PTFE原纖被熔化，并且多微孔結構被破壞而變?yōu)闊o孔的。
實施例2在拉伸多孔PTFE膜被放置在石英基板上并被支承的狀態(tài)下，用鈦/藍寶石激光束照射厚度為60μm的拉伸多孔PTFE膜(孔隙率60％，平均孔徑0.1μm)50發(fā)射數(shù)以形成通孔，所述激光的照射條件是波長為800nm，脈沖寬度為170fs，能量為200μJ以及頻率為10Hz。在石英基板中，比通孔大的孔在使用前預先在對應與拉伸多孔PTFE膜的目標區(qū)域的區(qū)域(即，其中形成通孔的區(qū)域)形成。
如圖5(SEM照片)所示，通孔開口部分描繪出規(guī)定形狀(圓形)的無凹凸輪廓線，并且在通孔的開口邊緣不存在高度為15μm或更大的毛刺狀突起。通孔剖面形狀的折邊貼邊小并且良好。通孔壁表面上沒有凹凸、裂縫和樹脂的熔化部分等，并顯示了光滑的狀態(tài)。更具體地是，假設通過激光束照射而形成的開口直徑(圖5中上部開口直徑)為A，并且在另一側開口直徑(圖5中下部開口直徑)為B，那么微細孔滿足A≥B的關系，并且通孔壁表面沒有深度為0.3×A或更大的龜裂、凹凸和裂縫。也沒有觀察到樹脂的熔化。通孔的平均孔徑約為86μm。
對比實施例2以與實施例2中相同的方式進行磨損加工，除了使用不具有穴的石英基板作為支撐體。如圖6(SEM照片)所示，在與用于拉伸多孔PTFE膜接觸的支撐體一側的通孔開口部分在被認為是因支撐體磨損而飛散的粒子所產(chǎn)生的影響下極大地變形。還發(fā)現(xiàn)通孔的壁表面處于不平坦的狀態(tài)。
更具體地是，在拉伸多孔PTFE膜的支撐體一側上觀察到急劇的凹凸和裂縫，以及樹脂的熔化痕跡?？梢酝茢噙@是因為這樣的事實，即在脈沖激光束穿過被加工材料后，因支撐體磨損而飛散的物質與脈沖激光束碰撞而引起激光束的散射，因此不利地影響了通孔的剖面。在通孔的開口邊緣處發(fā)現(xiàn)毛刺狀突起。通孔的形狀不是圓形，而是鋸齒狀的不確定形狀。
工業(yè)適用性根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種其中形成有微細孔的拉伸多孔PTFE材料，并且微細孔壁表面的多微孔結構實質上被保留而沒有被破壞。根據(jù)本發(fā)明的制備方法，還可以通過精確加工在拉伸多孔PTFE材料中形成具有所需形狀和尺寸的微細孔，而實質上不會破壞其多微孔結構。此外，根據(jù)本發(fā)明的磨損加工方法，不會產(chǎn)生因支撐體磨損而飛散的粒子，并且可以制備具有形狀優(yōu)秀的加工部分的被加工材料。
根據(jù)本發(fā)明的形成微細孔的拉伸多孔PTFE材料適合用作耐熱性、耐化學性、機械性能和介電特性優(yōu)秀并具有平均孔徑分布、適度的彈性和彈性回復性能等的基板材料。更具體地是，該材料適合用作例如，半導體器件的安裝部件、用于檢查電氣可靠性的部件等技術領域的基板材料。根據(jù)本發(fā)明的磨損加工方法，可以提供多種精確并完美磨損的產(chǎn)品。
權利要求
1.一種形成微細孔的拉伸多孔聚四氟乙烯材料，其特征在于孔徑大于拉伸多孔聚四氟乙烯材料平均孔徑的微細孔是通過脈沖寬度至多為10微微秒的脈沖激光束照射，在具有多微孔結構的拉伸多孔聚四氟乙烯材料中形成的，其中所述多微孔結構含有原纖和由原纖互相連接的節(jié)點，并且微細孔壁表面的多微孔結構實質上被保留而沒有被破壞。
2.根據(jù)權利要求1的形成微細孔的拉伸多孔聚四氟乙烯材料，其中微細孔的孔徑為0.1μm-1,000μm。
3.根據(jù)權利要求1的形成微細孔的拉伸多孔聚四氟乙烯材料，其中拉伸多孔聚四氟乙烯材料具有至少20％的孔隙率和至多10μm的平均孔徑。
4.根據(jù)權利要求1的形成微細孔的拉伸多孔聚四氟乙烯材料，其中拉伸多孔聚四氟乙烯材料是厚度為5μm-3mm的拉伸多孔聚四氟乙烯片或膜。
5.根據(jù)權利要求1的形成微細孔的拉伸多孔聚四氟乙烯材料，其中微細孔的壁表面顯示出光滑形狀，而沒有深度至少為0.5×A的龜裂、凹凸和裂縫，其中A是由脈沖激光束照射所形成的開口部分的直徑。
6.根據(jù)權利要求1的形成微細孔的拉伸多孔聚四氟乙烯材料，其中通孔開口部分描繪出規(guī)定形狀的無凹凸輪廓線，并且在通孔開口邊緣不存在高度至少為30μm的毛刺狀突起。
7.根據(jù)權利要求1的形成微細孔的拉伸多孔聚四氟乙烯材料，其中微細孔如下形成通過在拉伸多孔聚四氟乙烯材料已經(jīng)被支承在支撐體上的狀態(tài)下，用脈沖激光束照射該拉伸多孔聚四氟乙烯材料，此時作為支撐體使用在對應形成微細孔的拉伸多孔聚四氟乙烯材料目標區(qū)域的區(qū)域具有不與拉伸多孔聚四氟乙烯材料接觸的部位的支撐體。
8.一種制備形成微細孔的拉伸多孔聚四氟乙烯材料的方法，其包括用脈沖寬度至多為10微微秒的脈沖激光束照射具有多微孔結構的拉伸多孔聚四氟乙烯材料，以形成孔徑大于拉伸多孔聚四氟乙烯材料的平均孔徑的微細孔，所述多微孔結構含有原纖和由原纖互相連接的節(jié)點，其中微細孔壁表面的多微孔結構實質上被保留而沒有被破壞。
9.根據(jù)權利要求8的制備方法，其中通過在拉伸多孔聚四氟乙烯材料已經(jīng)被支承在支撐體上的狀態(tài)下，用脈沖激光束照射該拉伸多孔聚四氟乙烯材料，此時作為支撐體使用在對應形成微細孔的拉伸多孔聚四氟乙烯材料目標區(qū)域的區(qū)域具有不與拉伸多孔聚四氟乙烯材料接觸的部位的支撐體。
10.根據(jù)權利要求9的制備方法，其中具有不與拉伸多孔聚四氟乙烯材料接觸的部位的支撐體是具有在對應形成微細孔的拉伸多孔聚四氟乙烯材料的目標區(qū)域的區(qū)域的部位為穴的支撐體。
11.根據(jù)權利要求8的制備方法，其中所照射的脈沖激光束的脈沖寬度為10毫微微秒-10微微秒。
12.根據(jù)權利要求8的制備方法，其中所照射的脈沖激光束的積分通量至少為0.1J/cm2。
13.根據(jù)權利要求8的制備方法，其中所照射的脈沖激光束的積分通量為0.1-20J/cm2。
14.根據(jù)權利要求8的制備方法，其中所照射的脈沖激光束的波長為200nm-1μm。
15.根據(jù)權利要求8的制備方法，其中微細孔的孔徑為0.1μm-1,000μm。
16.根據(jù)權利要求8的制備方法，其中拉伸多孔聚四氟乙烯材料具有至少20％的孔隙率和至多10μm平均孔徑。
17.根據(jù)權利要求8的制備方法，其中拉伸多孔聚四氟乙烯材料是厚度為5μm-3mm的拉伸多孔聚四氟乙烯片或膜。
18.一種磨損方法，其通過脈沖激光束照射來磨損被加工材料，所述方法包括在被加工材料已經(jīng)支承在支撐體上的狀態(tài)下用脈沖激光照射該被加工材料，此時使用在對應被加工材料的目標加工區(qū)域的區(qū)域具有不與被加工材料接觸的部位支撐體作為支撐體。
19.根據(jù)權利要求18的磨損方法，其中具有不與被加工材料接觸的部位的支撐體是具有在對應與被加工材料的目標區(qū)域的區(qū)域的部位為穴的支撐體。
20.根據(jù)權利要求18的磨損方法，其中所照射的脈沖激光束的脈沖寬度為10毫微微秒-10微微秒。
21.根據(jù)權利要求18的磨損方法，其中所照射的脈沖激光束的積分通量至少為0.1J/cm2。
22.根據(jù)權利要求18的磨損方法，其中所照射的脈沖激光束的積分通量至多為20J/cm2。
23.根據(jù)權利要求18的磨損方法，其中所照射的脈沖激光束的波長為200nm-1μm。
24.根據(jù)權利要求18的磨損方法，其中被加工材料是有機聚合材料。
25.根據(jù)權利要求24的磨損方法，其中有機聚合材料是碳氟樹脂材料。
26.根據(jù)權利要求25的磨損方法，其中有機聚合材料是多孔碳氟樹脂材料。
27.根據(jù)權利要求26的磨損方法，其中多孔碳氟樹脂材料是拉伸多孔聚四氟乙烯材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種形成微細孔的拉伸多孔聚四氟乙烯材料，其中通過脈沖寬度至多為10微微秒的脈沖激光束照射，在拉伸多孔聚四氟乙烯材料中形成了孔徑大于拉伸多孔聚四氟乙烯材料的平均孔徑的微細孔，并且微細孔壁表面的多微孔結構實質上被保留而沒有被破壞，還涉及其制備方法，和一種磨損加工方法。
文檔編號B23K26/06GK1898058SQ20058000128
公開日2007年1月17日 申請日期2005年1月20日 優(yōu)先權日2004年1月23日
發(fā)明者增田泰人, 奧田泰弘, 三島英彥 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社