TWI437931B - 電路板結構 - Google Patents
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Description
本發明係有關一種電路板結構，應用於電子裝置之線路布局以及電子元件之配置，特別是指一種利用矽膠層予以結合金屬層以及基本之電路板結構。
軟板(Flexible Printed Circuit；FPC)，即可撓性或軟性印刷電路板的簡稱，係將可撓式銅箔基板，經蝕刻等加工製程，最後留下所需線路，以作為電子產品訊號傳輸的媒介。軟性印刷電路板主要用以搭載電子零件，如積體電路晶片、電阻、電容、連接器等元件，以使電子產品能發揮既定功能。另一方面，相較於硬式電路板，軟板材質特性為可撓性，且具有容易彎折、重量輕、厚度薄等優點，因此經常應用於需要輕薄設計或可動式機構設計的產品，如手機、筆記型電腦、顯示器、消費性電子產品、薄膜電池、觸控面板及IC構裝等。
軟性銅箔基板(Flexible Copper Clad Laminate；FCCL)為軟板最重要的上游產品，其結構主要為將銅箔以接著劑黏合於絕緣的基板上來形成三層的結構，目前最常見者為以環氧樹脂(Epoxy)、聚酯樹脂(Polyester)、壓克力樹脂(Acrylic)等材料作為接著劑來予以黏接。然而，因為環氧樹脂等接著劑的主鏈過於剛硬，因此在高溫處理下，容易因熱縮性而產生翹曲的現象；為了改善此一問題，後續發展出無膠型態的雙層軟性銅箔基板(2L FCCL)。
而2L FCCL乃是將環氧樹脂等接著劑予以省略，而直接以塗佈(Casting)、金屬濺鍍(Sputtering)、或是層壓(Laminate)等方式來直接將銅箔結合於軟性的基板(譬如為聚亞醯胺(polyimide；PI)等)，而改善接著層過於剛硬而容易於高溫下
彎曲、翹曲的問題。然而，因為材料先天的問題，不論三層或是雙層的軟性銅箔基板，都面臨到相當嚴重的問題。
因主要的基板材料聚亞醯胺(polyimide；PI)以及作為接著劑的環氧樹脂(Epoxy)、壓克力樹脂(Acrylic)等材料，都具有極性且吸水性高，當運用於高電壓且線路密集的狀態時，譬如為液晶顯示器(LCD)、有機發光二極體(Organic Light-Emitting Diode；OLED)、電漿顯示器等，如第1圖所示，以三層的軟性銅箔基板為例，藉由基板40上的金屬層形成有第一線路43以及第二線路44，而底下分別為接著層41、42，因第一線路43以及第二線路44之間的間距S相當小，於高電壓狀態下，因接著層41、42以及基板40皆具有極性且吸水性高，很容易產生離子遷移(ion migration)的現象(假設第一線路43與第二線路44分別傳輸正、負訊號)，而造成訊號強度降低，更甚者會造成無法作動，使得顯示器部份區域無法正常顯示。另一方面，即便是雙層的的軟性銅箔基板，金屬層直接設置於PI上，因PI也是具有極性且易於吸水，也會面臨同樣的問題。
有鑑於上述，本發明遂針對上述習知技術之缺失，提出一種新型態的電路板結構，以有效克服上述之該等問題。
有鑑於上述課題，本發明之主要目的在提供一種電路板結構，利用矽膠作為金屬層以及基板之接著材料，藉由矽膠軟性材質的特性，使得高溫處理後，金屬層以及基板之間熱縮性的變形能予以吸收，而不會有彎曲或是翹曲的情況。
同時，本發明利用矽膠不具有極性以及阻水性佳的特性，避免於高電壓下形成電子解離的情況，而不會產生壓降或是訊號強度減弱等窘境。
另一方面，本發明所係可利用改質後的矽膠，作為矽膠層與金屬層、基板之間的介質，而大幅降低氣泡產生率以及氣泡尺寸，因此，兩者的接合強度高而不易脫離，在製程良率與生產速度上，均有相當正面的貢獻。
為達上述目的，依本發明之一種電路板結構包含基板、矽膠層、金屬層及第一改質矽膠層與第二改質矽膠層，矽膠層設置於基板上，並藉以將金屬層黏著於基板上，因矽膠硬化後仍具有一定的形變能力，因此，高溫烘烤後可以吸收金屬層以及基板，因高溫處理後所產生熱縮性的變形，使得整體電路板結構不至於產生彎曲變形或是翹曲等狀況。同時，矽膠不具有極性以及阻水性佳，可解決習知利用環氧樹脂(Epoxy)、聚酯樹脂(Polyester)、壓克力樹脂(Acrylic)等材料作為接著層，以及譬如為聚亞醯胺(polyimide)等基板材料易於吸水以及具有極性所衍生的問題，而可於高壓運作下，不會因離子解離而導致壓降或是訊號強度降低、甚至崩壞的問題。
另一方面，考量矽膠材質不易與異質性材質良好接著，因此，可藉由改質矽膠層設置於矽膠層兩側上，藉以連接上基板以及下基板，改質矽膠層乃預先進行介面張力與材料極性的調整，因而可設置於異質性材料的上、下基板上，而大幅改善矽膠層對於一般基板的黏著力。
底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。
為清楚揭露本發明所揭露之電路板結構的技術特徵，以下將提出數個實施例以詳細說明本發明的技術特徵，更同時佐以圖式俾使該些技術特徵得以彰顯。
矽膠(silicone)是一種化學合成的彈性體，觸感類似橡膠
的柔韌，可製成透明成品，亦可加入色料調製各種不同顏色的產品；其具有環保無毒，耐高低溫，耐酸鹼，防水，抗UV，電氣特性佳等優點，因此經常作為各種電子產品、週邊商品之表面被覆材料，提高產品外部的觸感，同時亦增加產品表面的特性。同時，熔融狀態的矽膠又具有一定的流動性以及接著力，硬化後仍保有部份之柔軟度，且極性極低，阻水性加，因此，適合來予以取代習知的壓克力樹脂(Epoxy)層作為黏著材料。
再者，矽膠不具有極性，且阻水性佳(換句話說，吸水性相當差)，因此應用於高壓、高密度的電路時，譬如為 譬如為液晶顯示器(LCD)、有機發光二極體(Organic Light-Emitting Diode；OLED)、電漿顯示器等，請參閱第2圖，金屬層13連同矽膠層12經過蝕刻後形成有第一線路131以及第二線路132，以及分為位於其底下之矽膠層121、122，不同於習知結構，因為矽膠層121、122本身之材質極性極低，故阻水性佳、不易吸水，因此，即便底下的基板11(譬如為PI材質)具有極性且易吸水，也會因為矽膠層121、122的阻絕，而不會使第一線路131、第二線路132之間發生離子解離的現象；因此，不會有壓降或是訊號降低等問題產生。
然而，矽膠對於大部分的基板的黏著力不佳，同時，一般矽膠會同時存在有縮合反應(Condensation reaction)以及加成反應(Addition reaction)，縮合反應的結構較加成反應的結構對於基板的黏著力差，同時，縮合反應會產生副生成物-氫氣(H2)，使矽膠容易產生氣泡。請參閱第3圖，矽膠層22鋪設被覆於異質性材質的基板21時，經過聚合反應後，氣體亂序移動時，當遇到基板21阻礙，且基板21為緻密基板時，譬如為金屬、玻璃、高結晶分子之基板等，氫氣無法由基板21一側散佚，因而容易於兩者的介面之間累積而產生氣泡23；一旦介面之間有氣泡33產生時，結構容易剝離，使結構間的接著狀態相當脆弱。
一般來說，矽膠廣泛應用於填充，也就是說至少有一側面是未封閉的開放面(如同第3圖)，若是緩步聚合時，所形成的氣體可以被慢慢擠出，而不會存留於內；但是以本案上/下基板以及金屬層夾置的態樣，需要以熱壓製程或是加熱聚合以加快熟化製程，此時，氣體也隨之大量產生，氣體亂序移動時，當碰到基板與金屬層的阻礙時，則會破壞原本已經形成與基板的黏著介面，同時，氣泡會相互整合形成較大尺寸的氣泡，使得介面間的缺陷結構變大。
因此，請參閱第4圖，其為本發明較佳實施例之電路板結構之另一實施例的示意圖。本發明係包含基板11、矽膠層12、金屬層13及第一改質矽膠層31與第二改質矽膠層32。其中基板11可為聚亞醯胺(PI)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、玻璃、玻璃纖維或液晶型高分子等各種軟板、硬板之材料。而矽膠層12則夾設於金屬層13以及基板11之間，作為其黏著之用的中間層，因矽膠於熔融狀態具有一定的流動性，易於作為接著劑使用，舉例來說，可利用塗佈的方式塗抹於基板11上，再與金屬層13一同進入烘烤乾燥硬化。同時，硬化後，矽膠仍保有一定的柔軟特性，作為緩衝之中間層，使得高溫處理後，金屬層以及基板之間熱縮性的變形能予以吸收，而不會有彎曲或是翹曲的情況。完成後的電路板結構，其金屬層13則可供後續蝕刻或加工為所需要的線路布局，當然，完成後亦可於其上再增加保護層、防焊層(solder mask)等；而金屬層13常見之材料，可譬如為銅、鋁、鎳、金、銀或錫等金屬。
而在矽膠層12之上、下兩側增設有第一改質矽膠層31、以及第二改質矽膠層32；換句話說，第一改質矽膠層31設置於矽膠層12以及基板11之間，而第二改質矽膠層32設置於矽膠層12以及金屬層13之間。其中，第一改質矽膠層31以及第二改質矽膠層32乃是預先配合基板11以及金屬層13之
材質，進行介面張力與材料極性的調整，而可使第一改質矽膠層31與基板11之間、以及第二改質矽膠層32與金屬層13之間的接著狀況予以改善，大幅降低氣泡的產生或是降低氣泡尺寸。改質的方式可為在矽膠內增添壓克力樹脂(Epoxy)或是壓克力樹脂(Acrylic)來予以改質、或是調整矽膠中，加成型矽膠(addition type silicone)與縮合型矽膠(condensation type silicone)的組成比例來予以改質。
其形成方式，乃是先於基板11以及金屬層13上，分別單獨形成第一改質矽膠層31以及第二改質矽膠層32，然後藉由緩慢熟化的方式來予以固化，因係為非上/下夾置的開放表面，矽膠熟化過程中所產生的氣體較容易予以排出，配合矽膠乃是經過改質以及緩慢熟化來進行，將會使得第一改質矽膠層31與上基板11之間、以及第二改質矽膠層32與金屬層13之間的接著狀況相當良好。然後再將矽膠層12夾置於其中來進行佈膠固化；藉此一種接著方式，具有下列優點：第一、由於矽膠層12與上/下的第一改質矽膠層31以及第二改質矽膠層32因屬同質性材質，故黏著力高，一旦產生氣體也不容易破壞兩者之間的黏著結構。第二，由於矽膠材質相對於緻密性高的基板11、以及金屬層13而言，微觀之內部結構具有較大的孔洞，即便矽膠層12是夾置於第一改質矽膠層31以及第二改質矽膠層32之間，亦可由第一改質矽膠層31以及第二改質矽膠層32排出，而較不易堆積氣體而形成氣泡。第三，由於矽膠層12與改質矽膠層31、32內分子作用力相當，使氣體於其中的流動狀態均勻，不會如同矽膠層12與異質性基本11(尤其是緻密基板，譬如為金屬、玻璃、高結晶分子之基板等)以及金屬層13般，由於分子作用力的明顯差異，導致氣體流動性不均勻，產生氣泡整合變大使得缺陷變大的問題。故，藉由同質性的材質，使得熟化過程中，所產生的氣體不易整合為較大尺寸的氣泡。因此，矽膠層12與第一改質矽膠層31、第二改質矽膠層32，介面之間的結合狀況改善許多，使得整體電路板
的接著效果提高。
綜上所述可知，本發明之電子模組之外封裝結構，利用矽膠層取代習知以壓克力樹脂(Epoxy)層作為接著層使用，來大幅提高外封裝結構的阻水效果。同時配合改質矽膠層於矽膠層兩側的設置，使得矽膠層得以設置於異質性材料的極層與金屬層之間，而不易因產生氣泡而破壞介面之接著狀態。因此，提高了結合的強度而不易脫離，同時，使得整體外觀的完整性更高，生產良率亦提高。
唯以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍。故即凡依本發明申請範圍所述之特徵及精神所為之均等變化或修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。
11‧‧‧基板
12‧‧‧矽膠層
121‧‧‧矽膠層
122‧‧‧矽膠層
13‧‧‧金屬層
131‧‧‧第一線路
132‧‧‧第二線路
21‧‧‧基板
22‧‧‧矽膠層
23‧‧‧氣泡
31‧‧‧第一改質矽膠層
32‧‧‧第二改質矽膠層
40‧‧‧基板
41‧‧‧接著層
42‧‧‧接著層
43‧‧‧第一線路
44‧‧‧第二線路
S‧‧‧間距
第1圖係為習知應用於高電壓、高密度之電路板結構之狀態示意圖。
第2圖係為本發明之電路板結構應用於高電壓、高密度之狀態示意圖。
第3圖係為習知矽膠被覆之狀態示意圖。
第4圖係為本發明較佳實施例之電路板結構之實施例的示意圖。
11‧‧‧基板
12‧‧‧矽膠層
13‧‧‧金屬層
31‧‧‧第一改質矽膠層
32‧‧‧第二改質矽膠層
Claims (4)
- 一種電路板結構，係包含有：一基板；一矽膠層，其係設置於該基板之一側；一第一改質矽膠層，其係設置於該基板以及該矽膠層之間，且該第一改質矽膠層係以緩慢熟化製程形成於該基板；一金屬層，其係設置於該矽膠層之另一側；以及一第二改質矽膠層，其係設置於該金屬層以及該矽膠層之間，且該第二改質矽膠層係以緩慢熟化製程形成於該金屬層。
- 如申請專利範圍第1項所述之電路板結構，其中該改質矽膠層係預先予以處理藉以調整其介面張力與材料極性。
- 如申請專利範圍第1項所述之電路板結構，其中該改質矽膠層係藉由調整加成型矽膠與縮合型矽膠之組成比例來予以改質。
- 如申請專利範圍第1項所述之電路板結構，其中該改質矽膠層係於矽膠內增添環氧樹脂(Epoxy)、壓克力樹脂(Acrylic Acid)或其組合來予以改質。
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