專利名稱：柔性電路覆蓋膜的附著增強的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在噴墨印刷機應用中提高柔性電路覆蓋膜(coverfilm)與封裝材料之間的附著。
背景技術：
在多種應用中，柔性電路可能會暴露于腐蝕性材料。在這些應用中，希望用保護蓋層或覆蓋層來保護柔性電路。這樣的一個應用是噴墨印刷機筆。噴墨印刷機筆是安裝在噴墨印刷系統(tǒng)中的墨盒，用來存儲油墨和將油墨分配到記錄介質(例如，紙張)上。噴墨印刷機筆通常包括用于盛裝油墨的筆主體、設置在筆主體上用于分配油墨的印刷機芯片，以及連接到主體用于將印刷系統(tǒng)和印刷機芯片相互電連接的柔性電路。在印刷操作期間，印刷系統(tǒng)通過柔性電路將電信號傳輸?shù)接∷C芯片。該信號使得油墨根據采用的噴射技術而從筆主體噴射到記錄介質上。例如，熱氣泡式噴墨使用熱阻部件，當接收到來自印刷系統(tǒng)的電信號時，該熱阻部件變熱。這將導致一部分油墨揮發(fā)，以便產生將油墨從筆主體噴出的氣泡?；蛘?，壓電噴射使用轉換器，當接收到電信號時，轉換器以機械方式將油墨從筆主體噴出。如果柔性電路的導電部件沒有用耐油墨材料進行全面封裝，那么通常含有腐蝕性溶劑的油墨可能對導電元件產生化學侵蝕。這可能導致電路短路和信號微弱，從而可致使印刷機筆不能工作。

發(fā)明內容
在至少一個方面，本發(fā)明涉及使噴墨柔性電路上使用的覆蓋層覆蓋膜變粗糙，以作為提高對封裝材料的附著的方法，從而提高噴墨筆的可靠性。此粗糙過程可通過多種方法而實現(xiàn)，例如以下方法用帶紋理的金屬層對覆蓋膜進行壓花(通過蝕刻而消除)、微復制，或者對覆蓋膜進行化學粗糙。本發(fā)明的一個實施例提供一種制品，所述制品包括具有基底層的柔性電路；位于所述基底層上的成圖案的導電電路；以及位于所述導電電路上的覆蓋層，所述覆蓋層包括通過粘合劑層粘附到所述導電電路的覆蓋膜，其中與所述粘合劑層相背的所述覆蓋膜的表面帶紋理。本發(fā)明的另一個實施例提供一種方法，所述方法包括提供具有基底層的柔性電路以及位于所述基底層上的成圖案的導電電路；以及將覆蓋層施加到所述導電電路上，所述覆蓋層包括通過粘合劑層粘附到所述導電電路的覆蓋膜，其中與所述粘合劑層相背的所述覆蓋膜的表面帶紋理。本發(fā)明的另一個實施例提供一種制品，所述制品包括具有基底層的柔性電路；位于所述基底層上的成圖案的導電電路；以及位于所述導電電路上的覆蓋層，所述覆蓋層包括通過粘合劑層粘附到所述導電電路的覆蓋膜，其中與所述粘合劑層相背的所述覆蓋膜的表面包括熱塑性聚酰亞胺材料。本發(fā)明的上述發(fā)明內容并非意圖描述本發(fā)明的每一個公開的實施例或本發(fā)明的每種實施方式。以下附圖和詳細說明更具體地舉例說明了示例性實施例。


圖I示出了噴墨模具與柔性電路之間的封裝連接。圖2示出了 UPISEL-N材料的結構。
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圖3為在已經蝕刻掉層合的粗糙銅箔之后，本發(fā)明的熱塑性聚酰亞胺覆蓋膜表面的實施例的數(shù)字圖像。圖4示出了用于使本發(fā)明實施例的覆蓋膜的表面帶紋理的示例性微復制過程。圖5為本發(fā)明的化學蝕刻后的熱塑性聚酰亞胺覆蓋膜表面的實施例的數(shù)字圖像。圖6為本發(fā)明的化學蝕刻后的熱塑性聚酰亞胺層覆蓋膜表面的另一個實施例的數(shù)字圖像。圖7a和圖7b示出了聚酰亞胺覆蓋層，其中覆蓋膜部分具有一個或兩個由熱熔熱塑性聚酰亞胺層覆蓋的表面。圖8為本發(fā)明的實例和比較例的剪切測試結果的數(shù)字圖像。
具體實施例方式在以下優(yōu)選實施例的詳細說明中，參考了形成本發(fā)明一部分的附圖。附圖以舉例說明的方式示出了其中可實施本發(fā)明的具體實施例。應當理解，在不脫離本發(fā)明范圍的前提下，可以采用其他實施例，并且可以進行結構性或邏輯性的修改。因此，以下詳細說明不應從限制的意義上去理解，本發(fā)明的范圍僅由所附權利要求書限定。意圖用于長壽命性能的噴墨印刷頭使用柔性電路在噴墨模具與印刷系統(tǒng)之間實現(xiàn)電互連，這些噴墨印刷頭需要位于柔性電路上的穩(wěn)固保護層。需要這種穩(wěn)固的構造歸因于腐蝕性油墨環(huán)境、高溫以及與印刷頭功能相關的機械擦拭作用。具有粘合劑和覆蓋膜層的覆蓋層材料是滿足長壽命印刷頭需求的公認解決方案，因為該覆蓋膜在很大程度上免受模壓和化學侵蝕。常見的覆蓋膜包括(但不限于)聚酰亞胺、聚萘二甲酸乙二醇酯以及芳香聚酰胺。這些覆蓋層材料中使用的粘合劑包括各種各樣的化學物質，包括(但不限于)聚酰胺酚醛、環(huán)氧苯乙烯一丁二烯、丙烯酸酯以及環(huán)氧樹脂。這些粘合劑可以是交聯(lián)的，也可以是非交聯(lián)的。一種合適類型的粘合劑是第2007-0165076號美國專利申請中描述的熱固性交聯(lián)粘合劑，該專利申請以引用方式并入本文中。另一種合適類型的粘合劑是第5，707，730號美國專利中描述的聚酰胺基粘合劑，該專利的以下部分以引用方式并入本文中第3欄第10行到第4欄第21行；第5欄第I至11、33至43以及53至63行；以及第6欄第6至15以及46至56行。尤其合適的聚酰胺基粘合劑包括那些采用下文所述的方法用以下組分制成的粘合劑。一種混合物由以下項形成(a) 300到500份異丙醇/甲苯混合溶劑中的25重量％聚酰胺樹脂溶液，其分子量為28，OOO到44，000且胺值為2到55 (例如，根據商品名“TOHMIDE 394，535，1350&1360”可得自日本富士化成工業(yè)株式會社(Fji Kasei KogyoK. K.)的那些);(b)100份環(huán)氧樹脂(例如，根據商品名ΕΡΙΚ0ΤΕ 828可得自日本油化殼牌環(huán)氧樹脂株式會社(Yuka Shell Epoxy K. K.)的雙酚A基環(huán)氧樹脂);(c) 30份甲基乙基酮中的50重量％酚醛清漆型酚醛樹脂溶液(例如，根據商品名CKM2432可得自日本昭和高分子株式會社(Showa Kobunshi K. K.)的那些)；以及(d) O. 3份甲基乙基酮中的I重量％2-甲基咪唑溶液。上述組分的混合物可在PET襯片等隔離襯片上涂至所需厚度，并且在100到200°C的溫度下干燥2分鐘。隨后，粘合劑可在60°C下經受24到96小時的老化過程，以形成半固化熱固階段。所得的膜隨后可層合到聚酰亞胺膜等上(例如，根據商品名UPILEX SN、UPILEXCA以及UPILEX VT可得自日本宇部興產株式會社(UBE)的那些膜)。覆蓋層可以是適用于預期應用的任何厚度。在一些實施例中，覆蓋層的合適厚度在下限值為約30到約40微米且上限為約50到約80微米的范圍內。覆蓋膜可以是任何合·適的厚度，但通常為約12到約25微米厚。有利的是，粘合劑膜的層厚度足以封裝該粘合劑膜所連接到的柔性電路的導電跡線，并且在柔性電路與覆蓋膜之間實現(xiàn)良好的附著。粘合劑膜的層厚度一般取決于導電跡線的層厚度，可以在約I微米到約100微米的范圍內。商用噴墨印刷機墨盒的導電跡線的典型層厚度在約25微米到約50微米的范圍內。粘合劑層的合適層厚度通常為導電跡線的層厚度的至少約I到2倍，并且尤其合適的層厚度為導電跡線的層厚度的至少約I. 5倍。在將柔性電路連接到印刷機芯片之后，需要進行額外的保護，以確保油墨從有效電連接中排出。這通常由封裝劑或密封劑完成，該封裝劑或密封劑覆蓋柔性電路上暴露的金屬跡線以及熱噴墨模具上的連接點。在柔性電路與熱噴墨模具之間進行電連接之后，再施加這種封裝材料。該封裝材料分配在撓曲模具結構的兩側上并且固化。圖I示出了封裝連接。柔性電路2包括基底4和電路層6。電路層6部分由覆蓋層8保護，該覆蓋層包括覆蓋膜10和粘合劑12。電路層6的暴露端與噴墨模具14進行電連接。上部封裝材料16施加成覆蓋電路層6的暴露端的一側以及基底4和噴墨模具14的相鄰部分。后部封裝材料18施加成覆蓋電路層6的暴露端的另一側以及覆蓋層8和噴墨模具14的相鄰部分。這些封裝系統(tǒng)的共同破壞來源是封裝材料與覆蓋層8的覆蓋膜10之間的附著損耗。發(fā)生這種情況通常是由于I)覆蓋膜的化學惰性，它會抑制覆蓋膜與封裝劑之間的化學粘合以及2)覆蓋膜的光滑度，它會提供相對較小的表面接觸區(qū)域，以供粘合到封裝劑。覆蓋膜與封裝劑之間發(fā)生分層使得腐蝕性油墨滲透到電連接，從而導致銅腐蝕、覆蓋層與柔性電路分層，以及電路內和/或熱噴墨模具上的電路接觸點之間發(fā)生電路短路。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，使粘合到封裝材料的覆蓋膜上具有粗糙或帶紋理的表面會提供額外的表面接觸區(qū)域，從而附著更強，且封裝劑與覆蓋膜分層的機會更小。表面的紋理可具有隨機圖案或均一圖案。紋理的任何凹陷或凸起的高度可以是均一的，也可以是變化的。覆蓋膜的粗糙或帶紋理的表面具有約5到約O. 5微米，通常為約I到約3微米的平均峰谷距離。這種粗糙可以通過若干種方式來實現(xiàn)，包括以下方式I)使用因先前粘合到粗糙的金屬基底而具有粗糙表面紋理的覆蓋膜。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)用來表明增強的封裝劑附著的這樣一種覆蓋膜可根據商品名UPISEL-N得自日本的宇部興產公司，專用化學品(Ube Industries, Ltd. , Specialty Chemicals&Products)0 這種材料具有約12到約15微米的總厚度，由熱固性聚酰亞胺芯構成，所述熱固性聚酰亞胺芯的每側上覆有厚度為約2到約3微米的薄熱塑性聚酰亞胺(TPPI)層(該材料可作為UPILEX VT聚酰亞胺從宇部興產公司，專用化學品商購)，&所述薄熱塑性聚酰亞胺層隨后已在一側或兩側上熱層合到粗糙的銅箔，以形成UPISEL-N產品。圖2示出了 UPISEL-N產品的結構，其具有熱塑性聚酰亞胺(TPPI)層22、熱固性聚酰亞胺芯層25以及銅箔層26。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過從TPPI層中蝕刻掉銅，粗糙銅的“指紋”仍留在TPPI層中，從而顯著增加與封裝劑接觸的表面區(qū)域。粗糙度的量可由層合到熱塑性聚酰亞胺層的銅箔的粗糙度建立。圖3中示出了源于從UPISEL-N基底中蝕刻掉銅箔的典型TPPI表面。銅可用多種傳統(tǒng)的市售化學物質進行蝕刻，例如，CuC12+HC1、H2S04+H202、FeCl3+HCl，或 H2S04+Na2S208。
這種方法的額外選擇包括“3-層”基底，其中熱固性粘合劑層用于將基礎聚酰亞胺基底粘合到銅箔。此類基底的實例為與銅和KAPTON聚酰亞胺結合使用的環(huán)氧基粘合劑系統(tǒng)，作為NIKAFLEX層合物從美國杜邦(DuPont)商購。在這種情況下，銅可被蝕刻掉，以暴露熱固性粘合劑，這將會產生其所粘合到的銅箔的負像。如果銅箔并未向熱固性粘合劑賦予所需的粗糙度，則熱固性粘合劑可采用本領域已知的方法進行進一步處理，以賦予所需的粗糙度。2)使用膜，例如，UPILEX VT或其他合適的膜，該膜的外表面已通過壓花技術(例如，圖4所示的壓花技術)或微復制技術而具有紋理，以便在膜的一側或兩側上產生更大的表面區(qū)域。圖4示出了壓花過程，其中即將進行壓花的膜30從收卷輥32上解開，經過引導輥33并在壓花輥34與36之間穿過，所述壓花輥的表面上均具有凸起。壓花輥34和36通常受熱，這樣，膜30便發(fā)生軟化，并且在穿過壓花輥34與36之間時呈現(xiàn)出它們的負形，從而產生壓花膜38，所述壓花膜的兩個表面上均具有凸起和凹陷。為了只在膜的一側上形成凸起(且在膜的另一側上形成凹陷)，其中一個輥可具有平滑的表面。3)對膜(例如，UPILEX VT或其他合適的膜)的外層進行化學蝕刻，以產生增大的表面特征，用于粘合到封裝劑。適用于UPILEX VT的熱塑性聚酰亞胺外層的蝕刻溶液的實例為包含堿金屬鹽、增溶劑和乙二醇的水溶液。合適的堿金屬鹽為氫氧化鉀(Κ0Η)、氫氧化鈉(NaOH)、取代的氫氧化銨，例如氫氧化四甲銨和氫氧化銨，或它們的混合物。合適的鹽的典型濃度具有約30重量％到約40重量％的下限值以及約50重量％到約55重量％的上限值。適用于蝕刻溶液的增溶劑可選自由以下項構成的組胺，包括乙二胺、丙二胺、乙胺、甲基乙胺；以及鏈烷醇胺，例如乙醇胺、單乙醇胺、二乙醇胺、丙醇胺等等。合適的增溶劑的典型濃度具有約10重量％到約15重量％的下限值以及約30重量％到35重量％的上限值。乙二醇，例如單乙二醇的典型濃度具有約3重量％到約7重量％的下限值以及約12重量％到約15重量％的上限值。在至少一個實例中，合適的蝕刻溶液包含約45重量％到約42重量％的Κ0Η、約18重量％到約20重量％的單乙醇胺(MEA)，以及約3重量％到約15重量％的單乙二醇(MEG)。這種方法的額外益處在于，通過將聚酰亞胺基轉換成聚酰胺酸來對聚酰亞胺表面進行化學活化。聚酰亞胺表面的這種功能提供反應基，以與一些封裝化學物質共價粘合。圖5中示出了用45重量％的KOH在約200 0F(930C )下以約140cm/min的線速度進行蝕刻的UPILEXVT表面的實例，而且圖6中示出了用約42重量％到43重量％的Κ0Η、約20重量％到21重量％的MEA以及約6重量％到7重量％的MEG在約200 0F (93°C)下于燒杯中蝕刻約一分鐘的UPI LEX VT表面的實例。發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，封裝劑與覆蓋膜的附著在很大程度上取決于I)覆蓋膜的粗糙度，該覆蓋膜提供相當大的表面區(qū)域以與封裝材料接觸，如上所述，和/或2)覆蓋膜表面的固有性質，該覆蓋膜表面實現(xiàn)與封裝材料的化學粘合或物理相互作用，例如疏水或離子相互作用等。關于固有性質，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，與UPILEX SN和UPILEX CA等膜相比，UPILEX VT膜即使在不進行任何表面粗糙或表面處理的情況下，也可提供對封裝材料的更好附著。據信，這是因為UPILEX VT膜的表面上存在熱熔熱塑性聚酰亞胺(TPPI)。據信，TPPI層的熱塑性性質使得可能在TPPI層處于固化期間讓封裝材料形成互穿的聚合物網絡(IPN)，從而形成由這兩種材料的混合物構成的過渡層。此過渡層會抑制界面附著破壞，這象征著未進行混合的表面。熱固性材料，例如與UPILEX SN和UPILEX CA相關的那些熱固性材料提供較小的分子移動性和溶脹，這樣，封裝劑將更難滲透到層中。因此，本發(fā)明的另一個實施例包括一種覆蓋膜，所述覆蓋膜至少在將粘附到封裝材料的該覆蓋膜的表面上具有TPPI層，且任選 地，還在將粘附到覆蓋層的粘合劑層的表面上具有TPPI層。圖7a和圖7b中示出了這些實施例，其中示出了具有熱熔TPPI層22、熱固性聚酰亞胺層24以及粘合劑層28的覆蓋層。實魁以下實例說明了本發(fā)明，但這些實例中列舉的特定材料和用量以及其他條件和細節(jié)不應當解釋為是對本發(fā)明的不當限制。為了表明本發(fā)明的至少一方面，從日本的宇部日東科賽有限公司(UBE-NittoKesai Co. Ltd.)購得UPILEX VT膜(厚度為15um)，以用作覆蓋膜并且涂有ELEPHANE CL-X粘合劑(可購自日本的巴川制紙所(Tomoegawa))，從而形成覆蓋層。覆蓋層會在覆蓋膜側上經受封裝劑附著測試，如下將一滴3M環(huán)氧1735封裝劑施加在約Imm的UPILEX VT膜的暴露表面上，并且覆蓋層在烘箱中在130°C下固化30分鐘。比較例以相同方式進行處理，但將UPILEX SN和UPILEX CA而非UPILEX VT作為覆蓋膜。制備的樣品(包括比較例)先經受剪切測試，然后浸入油墨中樣品用L0CTITE 380速干膠(黑色)粘合到玻璃表面上，并且放置至少3小時。使用達歌剪切測試儀(Dage ShearTester)通過施加30um/sec的剪切速度&以及Ium的高度來進行剪切測試。隨后測量從樣品表面掉落的封裝劑的直徑。所有的樣品都要經受油墨浸泡測試，方式為在極其密封的容器中浸入pH為8到9的溶劑型堿性油墨中，并且在75°C下保存7天。樣品會定期取出并且在以下制備步驟之后經受上述剪切測試油墨浸泡的樣品被取出，并且用去離子(DI)水沖洗并干燥至少3小時。圖8 示出了 UPILEX SN (列 A)、UPILEX CA (列 B)以及 UPILEXVT (列 C)在油墨浸泡前(行I)和在75°C下在油墨中浸泡7天后(行2)的剪切測試結果。如圖8所示，在進行油墨浸泡和未進行油墨浸泡的情況下，用UPILEX VT覆蓋膜制成的覆蓋層進行的剪切測試顯示出內聚破壞方式(cohesive failure mode),因為破壞發(fā)生在封裝劑層內而非封裝劑和聚酰亞胺層的交界處，而且用UPILEX SN和UPILEX CA覆蓋膜制成的覆蓋層顯示，粘合劑破壞發(fā)生在封裝劑和聚酰亞胺層的交界處。封裝劑內的內聚破壞方式表明，與封裝劑與UPILEX SN和UPILEX CA膜中的熱固性或經化學處理的熱固性外部材料之間的附著相比，封裝劑與UPILEX VT膜的TPPI層之間的附著更強。不論采用何種方法制備之后，覆蓋膜通常都會層合到粘合劑膜，以形成覆蓋層。上述方法提供一種在不影響基本柔性電路制造過程的情況下，顯著增強封裝劑對覆蓋膜的附著的方法。任何覆蓋膜表面區(qū)域修改均在覆蓋層制造(將粘合劑涂到覆蓋膜上)之前進行，這樣將覆蓋層層合到銅聚酰亞胺電路上便不受影響。在覆蓋層的覆蓋膜部分的向外表面上具有TPPI表面層可在粘合劑涂覆覆蓋膜之前或之后實現(xiàn)，但優(yōu)選在此類涂覆之iu完成。雖然本文出于說明優(yōu)選實施例的目的對具體實施例進行了圖示和描述，但是本領域的普通技術人員應當理解，在不脫離本發(fā)明范圍的前提下，各種替代和/或等同實施方式可以取代圖示和描述的具體實施例。本專利申請旨在涵蓋本文所討論的優(yōu)選實施例的任 何修改形式或變型形式。因此，顯而易見，本發(fā)明僅受本發(fā)明權利要求書及其等同物的限制。
權利要求
1.一種制品，其包括 具有基底層的柔性電路； 位于所述基底層上的成圖案的導電電路；以及 位于所述導電電路上的覆蓋層，所述覆蓋層包括通過粘合劑層粘附到所述導電電路的覆蓋膜，其中與所述粘合劑層相背的所述覆蓋膜的表面帶紋理。
2.根據權利要求I所述的制品，其中所述覆蓋膜的帶紋理的表面具有隨機圖案。
3.根據權利要求I所述的制品，其中所述覆蓋膜的帶紋理的表面具有均一圖案。
4.根據權利要求I所述的制品，其中所述覆蓋膜的帶紋理的表面具有約I到約3微米的平均峰谷距離。
5.根據權利要求I所述的制品，其中所述覆蓋膜的帶紋理的表面粘附到噴墨印刷機封裝材料。
6.根據權利要求5所述的制品，其中所述覆蓋膜和封裝材料在它們的交界處形成互穿網絡。
7.根據權利要求I所述的制品，其中所述覆蓋膜包括每側上均覆有薄熱塑性聚酰亞胺層的熱固性聚酰亞胺芯。
8.一種方法，其包括 提供具有基底層的柔性電路以及位于所述基底層上的成圖案的導電電路；以及 將覆蓋層施加到所述導電電路上，所述覆蓋層包括通過粘合劑層粘附到所述導電電路的覆蓋膜，其中與所述粘合劑層相背的所述覆蓋膜的表面帶紋理。
9.根據權利要求8所述的方法，其中通過將粗糙的銅箔熱層合到所述覆蓋膜，隨后將所述銅箔蝕刻掉而使所述覆蓋膜的表面帶紋理。
10.根據權利要求8所述的方法，其中通過微復制而使所述覆蓋膜的表面帶紋理。
11.根據權利要求8所述的方法，其中通過壓花而使所述覆蓋膜的表面帶紋理。
12.根據權利要求8所述的方法，其中通過化學蝕刻而使所述覆蓋膜的表面帶紋理。
13.根據權利要求8所述的方法，其進一步包括將噴墨印刷機封裝材料施加到所述覆蓋膜的帶紋理的表面上。
14.根據權利要求13所述的制品，其中所述封裝材料和所述覆蓋膜在它們的交界處形成互穿網絡。
15.一種制品，其包括 具有基底層的柔性電路； 位于所述基底層上的成圖案的導電電路；以及 位于所述導電電路上的覆蓋層，所述覆蓋層包括通過粘合劑層粘附到所述導電電路的覆蓋膜，其中與所述粘合劑層相背的所述覆蓋膜的表面包括熱塑性聚酰亞胺材料。
16.根據權利要求15所述的制品，其中所述覆蓋膜包括每側上均覆有熱塑性聚酰亞胺層的熱固性聚酰亞胺芯。
17.根據權利要求15所述的制品，其中所述粘合劑包括聚酰胺樹脂。
18.根據權利要求15所述的制品，其中所述粘合劑包括聚酰胺樹脂、環(huán)氧樹脂以及酚醛清漆型酚醛樹脂。
19.根據權利要求15所述的制品，其中所述覆蓋膜的所述熱塑性聚酰亞胺材料粘附到噴墨印刷機封裝材料。
20.根據權利要求15所述的制品，其中所述熱塑性聚酰亞胺材料和封裝材料在它們的交界處形成互穿網絡。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在噴墨印刷機應用中提高柔性電路覆蓋膜與封裝材料之間的附著的方法。
文檔編號H05K3/38GK102907184SQ201180025008
公開日2013年1月30日 申請日期2011年5月6日 優(yōu)先權日2010年5月20日
發(fā)明者拉維·帕拉尼斯瓦米, 陳風良, 羅納德·L·伊姆肯, 羅賓·E·戈雷爾 申請人:3M創(chuàng)新有限公司