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TW201900409A - 用於形成絕緣膠層之樹脂組成物及複合式金屬基板結構 - Google Patents

用於形成絕緣膠層之樹脂組成物及複合式金屬基板結構 Download PDF

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TW201900409A TW106135891A TW106135891A TW201900409A TW 201900409 A TW201900409 A TW 201900409A TW 106135891 A TW106135891 A TW 106135891A TW 106135891 A TW106135891 A TW 106135891A TW 201900409 A TW201900409 A TW 201900409A
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Abstract

一種複合式金屬基板結構，係包括：第一金屬層；形成於該第一金屬層上之液晶聚合物層；形成於該液晶聚合物層上之絕緣膠層；以及形成於該絕緣膠層上之第二金屬層，使該液晶聚合物層與絕緣膠層夾置於第一和第二金屬層之間，其中，該複合式金屬基板結構之厚度為11至220微米(μm)。本發明復提供一種用於形成絕緣膠層之樹脂組成物。

Description

用於形成絕緣膠層之樹脂組成物及複合式金屬基板結構
本發明係有關一種複合式金屬基板結構，尤係關於一種高頻且耐候性佳的複合式金屬基板結構。
印刷電路板是電子產品中不可或缺的材料，而隨著消費性電子產品需求增長，對於印刷電路板的需求也是與日俱增。由於軟性印刷電路板(FPC，Flexible Printed Circuit)具有可撓曲性及可三度空間配線等特性，在科技化電子產品強調輕薄短小、可撓曲性、高頻率的發展驅勢下，目前被廣泛應用於電腦及其週邊設備、通訊產品以及消費性電子產品等。
在高頻領域，無線基礎設施需要提供足夠低的差損，才能有效提高能源利用率。隨著5G通訊、毫米波、航太軍工的加速發展，隨著大資料、物聯網等新興行業興起以及移動互連終端的普及且快速地處理、傳送資訊，成為通訊行業重點。
在通訊領域，未來5G網路比4G擁有更高速的頻寬、 更密集的微基站建設，網速更快。應物聯網與雲端運算以及新時代各項寬頻通訊之需求，發展高速伺服器與更高傳送速率的手機已成市場之趨勢。
然而，FPC是整個傳輸過程中主要的瓶頸，若是欠缺良好的設計與電性佳的相關材料，將嚴重延遲傳送速率或造成訊號損失。當前業界主要所使用的高頻基板主要為液晶高分子聚合物(LCP)板、聚四氟乙烯(PTFE)纖維板，然而也受到製程技術的限制，對製造設備的要求高且需要在較高溫環境(>280℃)下才可以操作，隨之也造成了其膜厚不均勻，而膜厚不均會造成電路板的阻抗控制不易，而其它樹脂類膜雖然沒有上述問題，但面臨電性不佳、接著力太弱或者機械強度不好等問題。
為滿足信號傳送高頻、高速、散熱、導熱以及生產成本低等的需求，各種形式的混壓結構多層板(例如複合式基板)的設計與應用應運而生。
舉凡於第201590948 U號中國專利、第M377823號台灣專利、第2010-7418A號日本專利和第2011/0114371號美國專利中皆提出具有優良作業性、低成本、低能耗的特點的複合式基板，而第202276545 U號中國專利、第103096612 B號中國專利、第M422159號台灣專利和第M531056號台灣專利中，則以氟系材料製作高頻基板。
此外，由於一般聚醯亞胺(PI)型及熱固性聚醯亞胺(TPI)型的銅箔基板具有高吸濕性(約1至2%)，在製備複合式基板的過程中，會有爆板問題，嚴重影響了良率。不僅如此， 以LCP或TPI製備高頻基板，需高溫壓合(壓合溫度在280至330℃之間)，尤其是欲生產厚度為38微米(μm)以上，傳輸性能較佳之複合式基板時，更存在有生產效率低，生產成本高等缺失。
因此，仍須開發一種訊號傳輸損耗低、具有較低反彈力，且吸濕性低的複合式金屬基板結構。
本發明提供一種複合式金屬基板結構，係包括：第一金屬層；形成於該第一金屬層上之液晶聚合物層；形成於該液晶聚合物層上之絕緣膠層；以及形成於該絕緣膠層上之第二金屬層，使該液晶聚合物層與絕緣膠層夾置於第一和第二金屬層之間，且該複合式金屬基板結構之厚度為11至220μm。
本發明復提供一種用於形成絕緣膠層之樹脂組成物，係包括：絕緣樹脂，以該樹脂組成物之總重計，該絕緣樹脂之含量為40至90%；第一氟系樹脂，以該樹脂組成物之總重計，該第一氟系樹脂之含量為2至10%；第二氟系樹脂，以該樹脂組成物之總重計，該第二氟系樹脂之含量為2至10%；難燃劑，以該樹脂組成物之總重計，該難燃劑之含量為2至15%；以及無機粉體，以該樹脂組成物之總重計，該第二氟系樹脂之含量為2至15%。
為使本發明之複合式金屬基板結構具有良好的機械強度與物化特性，本發明復提供一種複合式金屬基板結構之製法。該製法係包括於第一金屬層上形成液晶聚合物層； 於該液晶聚合物層上形成絕緣膠層；以及於該絕緣膠層上形成第二金屬層。
本發明之樹脂組成物中係於絕緣樹脂中混合有二種氟系樹脂而提供一種具有較低介電損耗之絕緣材料，並透過於該絕緣樹脂加入無機粉體，得以降低絕緣材料的吸濕性。
因此，於本發明之複合式金屬基板結構中，係同時具有絕緣膠層和液晶聚合物層，使該複合式金屬基板結構不僅能具有較低的訊號損失，較低的覆膜與未覆膜反彈力，還能維持較低的吸濕性，以及較高的接著強度。
1、2‧‧‧複合式金屬基板結構
10‧‧‧第一金屬層
20‧‧‧液晶聚合物層
20’‧‧‧另一液晶聚合物層
30‧‧‧絕緣膠層
40‧‧‧第二金屬層
第1圖係為本發明之複合式金屬基板結構的剖面示意圖；以及第2圖係為本發明另一具體實施例之複合式金屬基板結構的剖面示意圖。
以下藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點及功效。
須知，本說明書所附圖式所繪示之結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示之內容，以供熟悉此技藝之人士之瞭解與閱讀，並非用以限定本發明可實施之限定條件，故不具技術上之實質意義，任何結構之修飾、比例關係之改變或大小之調整，在不影響本發明所能產生之功 效及所能達成之目的下，均應仍落在本發明所揭示之技術內容得能涵蓋之範圍內。同時，本說明書中所引用之如「一」及「上」亦僅為便於敘述之明瞭，而非用以限定本發明可實施之範圍，其相對關係之改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本發明可實施之範疇。
本發明之複合式金屬基板結構係如第1圖所示，本發明之複合式金屬基板結構1係包括第一金屬層10；形成於該第一金屬層10上之液晶聚合物層20；形成於該液晶聚合物層20上之絕緣膠層30；以及形成於該絕緣膠層30上之第二金屬層40，使該液晶聚合物層20與絕緣膠層30夾置於第一金屬層10和第二金屬層40之間。
於本實施例中，該複合式金屬基板結構1之厚度為11至220μm。
於一具體實施例中，該第一金屬層10和第二金屬層40係獨立選自厚度為1至35μm之延壓銅箔或電解銅箔，更佳地，該第一金屬層10和第二金屬層40之厚度係獨立地為6至18μm。於前述實施例中，該第一金屬層10和第二金屬層40之內側表面的表面粗糙度(Rz)為0.14至1.0μm，且該第一金屬層10和第二金屬層40之外側表面的表面粗糙度(Rz)係0.4至0.7μm。於前述實施例中，該第一金屬層10和第二金屬層40之內側表面的表面粗糙度(Rz)為0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm或1.0μm，該外側表面的表面粗糙度(Rz)係0.4μm、0.5μm、0.6μm或0.7μm。
於一具體實施例中，該液晶聚合物層20之厚度為5 至50μm。於前述實施例中，該液晶聚合物層20之吸水率為0.01至0.1%，更佳地，該液晶聚合物層20之吸水率為0.01至0.04%。
於一具體實施例中，該絕緣膠層30之厚度為2至50μm，更佳地，該絕緣膠層之厚度為12.5至50μm。
於一具體實施例中，該絕緣膠層30之吸水率為0.01至0.1%，更佳地，該絕緣膠層30之吸水率為0.01至0.08。
於一具體實施例中，本發明之複合式金屬基板結構1的整體吸水率為0.01至0.5%，更佳地，該複合式金屬基板結構的整體吸水率為0.01至0.1%。
於一具體實施例中，該絕緣膠層30之介電常數為2.0至3.0(10GHz)，更佳地，該絕緣膠層30之介電常數為2.2至3.0。
於一具體實施例中，該絕緣膠層30之介電損耗因子為0.002至0.010(10GHz)。
於一具體實施例中，該絕緣膠層30之接著強度係大於0.7kgf/cm2。
於一具體實施例中，形成該絕緣膠層30之材料係選自環氧樹脂、丙烯酸系樹脂、胺基甲酸酯系樹脂、矽橡膠系樹脂、聚對環二甲苯系樹脂、雙馬來醯亞胺系樹脂及聚醯亞胺系樹脂所組成群組的至少一者。
於一具體實施例中，該絕緣膠層30中含有無機粉體、第一氟系樹脂、第二氟系樹脂和難燃劑。於前述實施例中，該無機粉體為二氧化矽，並以燒結二氧化矽為佳，第一氟 系樹脂可為聚四氟乙烯(PTFE)，該難燃劑為磷系難燃劑。
於一具體實施例中，形成該絕緣膠層30之材料係包括不同於聚四氟乙烯之氟系樹脂和難燃劑，以該絕緣膠層之總重計，該氟系樹脂和難燃劑之含量之和為4至50%。
於一具體實施例中，形成該絕緣膠層之材料係包括二氧化矽和聚四氟乙烯，以該絕緣膠層之總重計，該二氧化矽和聚四氟乙烯之含量之和為4至25%。
如第2圖所示，於本發明之複合式金屬基板結構2的另一具體實施例中，復包括另一液晶聚合物層20’，係形成於該絕緣膠層30和第二金屬層40之間。
於本實施例中，該液晶聚合物層20和另一液晶聚合物層20’之厚度各自為1.25至50μm。
本發明復提供一種用於形成絕緣膠層之樹脂組成物，係包括：絕緣樹脂，以該樹脂組成物之總重計，該絕緣樹脂之含量為40至90%；第一氟系樹脂，以該樹脂組成物之總重計，該第一氟系樹脂之含量為2至10%；不同於該第一氟系樹脂之第二氟系樹脂，以該樹脂組成物之總重計，該第二氟系樹脂之含量為2至10%；難燃劑，以該樹脂組成物之總重計，該難燃劑之含量為2至15%；以及無機粉體，以該樹脂組成物之總重計，該第二氟系樹脂之含量為2至15%。
於一具體實施例中，該絕緣樹脂係選自環氧樹脂、丙烯酸系樹脂、胺基甲酸酯系樹脂、矽橡膠系樹脂、聚對環二甲苯系樹脂、雙馬來醯亞胺系樹脂及聚醯亞胺系樹脂所 組成群組的至少一者。
於一具體實施例中，該第一氟系樹脂係為聚四氟乙烯。
於一具體實施例中，該難燃劑係為磷系難燃劑，具體而言，該磷系難燃劑係為磷酸酯、亞磷酸酯、磷酸酯、有機磷鹽，還有磷雜環化合物及聚合物磷(膦)酸酯等。
於一具體實施例中，該無機粉體係為二氧化矽。為使本發明之複合式金屬基板結構具有良好的機械強度與物化特性，本發明復提供一種複合式金屬基板結構之製法。該製法係包括於第一金屬層上形成液晶聚合物層；於該液晶聚合物層上形成絕緣膠層；以及於該絕緣膠層上形成第二金屬層。
於一具體實施例中，於第一金屬層上形成液晶聚合物層之步驟係包括，於該第一金屬層上塗佈液晶聚合物，於60至100℃溫度條件下烘烤去除溶劑後，再於300℃烘烤10小時使其黄化，得到該液晶聚合物層。
於一具體實施例中，形成絕緣膠層之步驟係包括，於該液晶聚合物層上塗佈絕緣膠，於60至100℃溫度條件下烘烤得到該絕緣膠層。
於一具體實施例中，於該絕緣膠層上形成第二金屬層之步驟係包括，將該第二金屬層壓合至該絕緣膠層上。於前述具體實施例中，該壓合之溫度條件為50至130℃。
實施例1和4本發明複合式金屬基板結構之製法
於厚度如表1所載之銅箔層上塗佈LCP清漆(Sumitomo Chemical公司出產VR400型號)，並於60至100℃溫度條件下烘烤去除溶劑，於300℃烘烤10小時使其黄化得到該液晶聚合物層，於該液晶聚合物層上塗佈絕緣膠，該絕緣膠之組成係如表2所載，其中，該氟系樹脂係使用杜邦公司之300AS BK氟樹脂，該磷系難燃劑係使用科萊恩公司之OP935難燃劑，並於60至100℃溫度條件下烘烤去除溶劑，得到絕緣膠層，於該絕緣膠層上壓合厚度如表1所述之第二銅箔層。
實施例2、3和5本發明複合式金屬基板結構之製法
採用與實施例1和4相同的製法，差別僅在於，於實施例1和4中，在形成絕緣膠層後，再於該絕緣膠層上塗佈LCP清漆(Sumitomo Chemical公司出產VR400型號)，並於60至100℃溫度條件下烘烤去除溶劑，於300℃烘烤10小時使其黄化得到另一液晶聚合物層，而該第二銅箔層係壓合於該另一液晶聚合物層上。
實施例1至5之複合式金屬基板結構的各層厚度係如表1所示。
比較例1至2習知聚醯亞胺基板
將第一電解銅箔和第二電解銅箔壓合於聚醯亞胺核心層(KANEKE公司；型號FRS-142#SW)上，得到總厚度為50微米之比較例1之複合膜。
測試例
對依據前述實施例與比較例所製得之複合膜複合式金屬基板結構，進行吸水率測試、電氣特性(介電常數與介電損耗因子)測試、接著強度、覆膜與未覆膜之反彈力測試和耐焊錫性測試，並將測試結果記錄於表3和表4。
吸水率測試：
分別於常溫泡水前和常溫泡水24後，根據軟板組裝要項測試準則IPC-TM650 2.6.2之吸水率試驗方法，量測其吸水率，並將結果紀錄於表3。
接著強度測試：
根據軟板組裝要項測試準則IPC-TM650 2.4.9之接著強度試驗方法，量測其接著強度，並將結果紀錄於表3。
反彈力測試：
以反彈力測試儀(APLUS公司)，根據如下測試方法，量測其覆膜與未覆膜之反彈力，並將結果紀錄於表3。測 試方法為：將覆膜與未覆膜之實施例1至4和比較例1至2之基板裁成10mm×30mm大小的試片，將試片安裝於反彈力測試儀，並進行量。
介電常數和介電損耗因子量測：
係依據ASTM 2520波導諧振腔(Waveguide Resonators)測試方式進行量測，並將結果記錄於表4。再利用以下公式計算高速傳輸性訊號損失：高速傳輸性訊號損失=導體損耗(Conductor loss)+介電損耗(Dielectric loss)
其中，Dk：介電常數(Dielectric constant)；Df：介電損耗因子(Dissipation factor)；f：頻率(Frequency)；以及c：光速(Light velocity)。
耐焊錫性測試(熱應力試驗方法)：
採用IPC-TM-65022的熱應力試驗方法，評估基板材料在高溫錫爐下瞭解材料的耐熱能力。測試方法為：先將實施例1至4和比較例1至2之基板放至烤箱(121至149℃)預烘0.5至1.0小時。將各該基板取出靜置於乾燥皿至常溫，再放入錫爐(300℃)浸錫10秒。用目視觀察各該基板之外觀在浸沒錫爐後是否發生變化。用如下方法進行評估：
○：外觀完全沒出現變化
×：外觀出現爆板或剝離係紀錄於下表4。
參閱表3和表4的結果可見，相較於比較例1至4，本發明實施例1至5的複合式金屬基板結構具有較低的高傳輸性訊號損失，且還具有較低的覆膜與未覆膜之反彈力。此外，本發明實施例1至5的複合式金屬基板結構不僅電氣特性優於比較例1至2(習知PI基板)，還具有較低的吸水率，以及優於比較例3和4(習知LCP基板)的耐焊錫性，本發明實施例1至5的複合式金屬基板結構能通過更高溫的熱應力試驗(比較例3和4並未通過耐焊錫性之測試)。
據此可知，本發明之複合式金屬基板結構在吸水率和高速傳輸性能上明顯優於一般PI基板，與習知LCP基板相當甚至是優於習知LCP基板，同時又能解決LCP或TPI基板價格昂貴、反彈力大和作業性差等缺點。
本發明之複合式金屬基板結構具有極佳的高速傳輸性、耐焊錫性佳、在高溫濕度環境下穩定的電氣特性(介電常數與介電損耗因子)、低吸水率與低反彈力等極佳的機械性能，適用於高密度組裝與UV鐳射鑽孔製程。
上述該等實施樣態僅例示性說明本發明之功效，而非用於限制本發明，任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述該等實施態樣進行修飾與改變。此外，在上述該等實施態樣中之元件的數量僅為例示性說明，亦非用於限制本發明。因此本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。

Claims (19)

  1. 一種複合式金屬基板結構，係包括：第一金屬層；液晶聚合物層，係形成於該第一金屬層上；絕緣膠層，係形成於該液晶聚合物層上；以及第二金屬層，係形成於該絕緣膠層上，使該液晶聚合物層與絕緣膠層夾置於第一和第二金屬層之間，且該複合式金屬基板結構之厚度為11至220μm。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之複合式金屬基板結構，其中，形成該第一金屬層和第二金屬層之材質係獨立選自壓延銅箔或電解銅箔。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之複合式金屬基板結構，其中，該複合式金屬基板結構中之該第一金屬層和第二金屬層之內側表面的表面粗糙度(Rz)係0.4至1.0μm，且該第一金屬層和第二金屬層之外側表面的表面粗糙度(Rz)係0.4至0.7μm。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之複合式金屬基板結構，其中，該液晶聚合物層之厚度為5至50μm。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之複合式金屬基板結構，其中，該絕緣膠層之厚度為2至50μm。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之複合式金屬基板結構，復包括另一液晶聚合物層，係形成於該絕緣膠層和第二金屬層之間，且該絕緣膠層係夾置於該液晶聚合物層與該另一液晶聚合物層之間。
  7. 如申請專利範圍第4項所述之複合式金屬基板結構，該液晶聚合物層和另一液晶聚合物層之厚度各自為1.25至50μm。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之複合式金屬基板結構，其中，該絕緣膠層之吸水率為0.01至0.1%，接著強度係大於0.7kgf/cm 2，該液晶聚合物層之吸水率為0.01至0.1%，且該複合式金屬基板結構的整體吸水率為0.01至0.5%。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之複合式金屬基板結構，其中，該絕緣膠層之介電常數為2.0至3.0(10GHz)。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之複合式金屬基板結構，其中，該絕緣膠層之介電損耗因子為0.002至0.010(10GHz)。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之複合式金屬基板結構，其中，形成該絕緣膠層之材料係選自環氧樹脂、丙烯酸系樹脂、胺基甲酸酯系樹脂、矽橡膠系樹脂、聚對環二甲苯系樹脂、雙馬來醯亞胺系樹脂及聚醯亞胺系樹脂所組成群組的至少一者。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之複合式金屬基板結構，其中，形成該絕緣膠層之材料係包括氟系樹脂和難燃劑，以該絕緣膠層之總重計，該氟系樹脂和難燃劑之含量之和為4至50%。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之複合式金屬基板結構，其中，該難燃劑係磷系難燃劑。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之複合式金屬基板結構，其中，形成該絕緣膠層之材料係包括二氧化矽和聚四氟乙烯，以該絕緣膠層之總重計，該二氧化矽和聚四氟乙烯之含量之和為4至25%。
  15. 一種用於形成絕緣膠層之樹脂組成物，係包括：絕緣樹脂，以該樹脂組成物之總重計，該絕緣樹脂之含量為40至90%；第一氟系樹脂，以該樹脂組成物之總重計，該第一氟系樹脂之含量為2至10%；第二氟系樹脂，以該樹脂組成物之總重計，該第二氟系樹脂之含量為2至10%；難燃劑，以該樹脂組成物之總重計，該難燃劑之含量為2至15%；以及無機粉體，以該樹脂組成物之總重計，該無機粉體之含量為2至15%。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之樹脂組成物，其中，該絕緣樹脂係選自環氧樹脂、丙烯酸系樹脂、胺基甲酸酯系樹脂、矽橡膠系樹脂、聚對環二甲苯系樹脂、雙馬來醯亞胺系樹脂及聚醯亞胺系樹脂所組成群組的至少一者。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之樹脂組成物，其中，該第一氟系樹脂係為聚四氟乙烯。
  18. 如申請專利範圍第15項所述之樹脂組成物，其中，該難燃劑係為磷系難燃劑。
  19. 如申請專利範圍第15項所述之樹脂組成物，其中，形成該無機粉體係為二氧化矽。
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