TWI807216B - 複合基板及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
本揭示內容涉及一種複合基板,包含第一金屬基材、第一接合層、以及第二金屬基材。第一金屬基材包含第一金屬層以及第一絕緣層,第一絕緣層設置於第一金屬層上。第一接合層,設置於第一絕緣層上,其中第一接合層的介電常數小於3,並且損耗常數小於0.005。第二金屬基材,包含第二金屬層以及第二絕緣層,第二絕緣層設置於第一接合層上,並且第二金屬層設置於第二絕緣層上。本揭示內容更提供一種製造複合基板的方法。
Description
本揭示內容涉及複合基板及其製造方法。具體來說,本揭示內容涉及可彈性調整各層厚度並以較低溫度即可黏合各層的複合基板的製造方法。
印刷電路板是電子產品中不可或缺之材料,而隨著消費性電子產品需求成長,對於印刷電路板之需求亦是與日俱增。由於軟性印刷電路板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、可撓曲性的發展驅勢下,目前被廣泛應用電腦及其週邊設備、通訊產品以及消費性電子產品等等。
有鑑於現今的電子產品的規格要求提升,高頻(3至30MHz)電路以及可多樣化調整的電路板日顯重要。因此,需要提供減少阻容延遲、減少信號衰減、提升層間配置的厚度彈性以及良率的複合基板的製造方法。
本揭示內容中的一態樣是提供一種複合基板,包含第一金屬基材、第一接合層、以及第二金屬基材。第一金屬基材包含第一金屬層以及第一絕緣層,第一絕緣層包含第一表面以及相對於第一表面的第二表面,第一絕緣層的第一表面朝下,設置於第一金屬層上。第一接合層,設置於第一絕緣層的第二表面上,其中當頻率範圍為3至30MHz時,第一接合層的介電常數小於3,並且損耗常數小於0.005,其中該第一接合層的熱膨脹係數低於50μm/m/℃,並且在25℃下24小時內,該第一接合層的吸水率低於0.5%。第二金屬基材,包含第二金屬層以及第二絕緣層,其中第二絕緣層包含第三表面以及相對於第三表面的第四表面,第二絕緣層的第三表面朝下,設置於第一接合層上,其中第二金屬層設置於第二絕緣層的第四表面上。
在一些實施方式中,第一金屬層以及第二金屬層的材料包含銅(Cu)、鋁(Al)、金(Au)、銀(Ag)、錫(Sn)、鉛(Pb)、鉛錫合金(Sn-Pb Alloy)、鐵(Fe)、鈀(Pd)、鎳(Ni)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、鎢(W)、鋅(Zn)、錳(Mn)、鈷(Co)、不鏽鋼(stainless steel)或上述之任意組合。
在一些實施方式中,第一金屬層以及第二金屬層中至少一者為圖案化金屬層。
在一些實施方式中,第一絕緣層以及第二絕緣層
的材料包含聚醯亞胺(Polyimide,PI)、聚乙烯對苯二甲酸酯(Polyethylene Terephthalate,PET)、鐵氟龍(Teflon)、液晶高分子(Liquid Crystal Polymer,LCP)、聚乙烯(Polyethylene,PE)、聚丙烯(Polypropylene,PP)、聚苯乙烯(Polystyrene,PS)、聚氯乙烯(Polyvinyl Chloride,PVC)、尼龍(Nylon or Polyamides)、壓克力(Acrylic)、ABS塑膠(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene)、酚樹脂(Phenolic Resins)、環氧樹脂(Epoxy)、聚酯(Polyester)、矽膠(Silicone)、聚氨基甲酸乙酯(Polyurethane,PU)、聚醯胺-醯亞胺(polyamide-imide,PAI)或上述之任一組合。
在一些實施方式中,第一絕緣層、第二絕緣層或兩者為改質的絕緣材料。
在一些實施方式中,第一接合層的材料包含聚酯樹脂(Polyester Resin)、環氧樹脂(Epoxy Resin)、縮丁醛酚醛樹脂(Butyral Phenolic Resin)、苯氧基樹脂(Phenoxy Resin)、丙烯酸樹脂(Acrylic Resin)、胺基甲酸乙酯樹脂(Polyurethane Resin)、矽橡膠系樹脂(Silicone Rubber Resin)、聚對環二甲苯系樹脂(Parylene Resin)、雙馬來醯亞胺系樹脂(Bismaleimide resin)、聚醯亞胺樹脂(Polyimide Resin)、聚胺酯樹脂(Urethane Resin)、二氧化矽樹脂(Silicon Dioxide Resin)、聚四氟乙烯樹脂
(Fluon resin)或前述組合。
在一些實施方式中,此複合基板更包含接合結構位於第一接合層以及第二金屬基材之間,接合結構包含第二接合層。
在一些實施方式中,接合結構更包含複數第三絕緣層與複數第二接合層,其中這些第三絕緣層的任一者與這些第二接合層的任一者相互疊置,並且位於最下層的第三絕緣層設置於第一接合層之上,位於最上層的第二接合層設置於第二絕緣層之下。
本揭示內容中的另一態樣是提供製造複合基板的方法,包含以下步驟:提供第一金屬基材,包含第一金屬層以及第一絕緣層,其中第一絕緣層設置於第一金屬層上;提供第二金屬基材,包含第二金屬層以及第二絕緣層,其中第二絕緣層設置於第二金屬層下;提供第一接合層,其中當頻率範圍為3至30MHz時,第一接合層的介電常數小於3,並且損耗常數小於0.005,其中該第一接合層的熱膨脹係數低於50μm/m/℃,並且在25℃下24小時內,該第一接合層的吸水率低於0.5%;將第一接合層設置於第一金屬基材以及第二金屬基材之間,獲得複合基板,其中第一接合層貼合第一絕緣層以及第二絕緣層。
在一些實施方式中,更包含形成接合結構於第一接合層以及第二金屬基材之間,其中接合結構包含第二接合層。
在一些實施方式中,將第一接合層設置於第一金屬基材以及第二金屬基材之間的步驟包含以低於280℃的溫度加熱第一接合層,使第一接合層黏合於第一金屬基材以及第二金屬基材之間。
應當理解,前述的一般性描述和下文的詳細描述都是示例,並且旨在提供對所要求保護的本揭示內容的進一步解釋。
112:第一金屬層
114:第二金屬層
116:第三金屬層
122:第一絕緣層
124:第二絕緣層
126:第三絕緣層
128:第四絕緣層
132:第一接合層
134:第二接合層
136:第三接合層
142:圖案化第一金屬層
144:圖案化第二金屬層
通過閱讀以下參考附圖對實施方式的詳細描述,可以更完整地理解本揭示內容。
第1A圖至第1C圖示例性地描述根據本揭示內容的一些實施方式中製造複合基板的流程的剖面示意圖;第2圖示例性地描述根據本揭示內容的另一些實施方式中複合基板的剖面示意圖;第3圖示例性地描述根據本揭示內容的另一些實施方式中複合基板的剖面示意圖;以及第4A圖至第4D圖示例性地描述根據本揭示內容的其他實施方式中製造複合基板的流程的剖面示意圖。
可以理解的是,下述內容提供的不同實施方式或實施例可實施本揭露之標的不同特徵。特定構件與排列的實施例係用以簡化本揭露而非侷限本揭露。當然,這
些僅是實施例,並且不旨在限制。舉例來說,以下所述之第一特徵形成於第二特徵上的敘述包含兩者直接接觸,或兩者之間隔有其他額外特徵而非直接接觸。此外,本揭露在多個實施例中可重複參考數字及/或符號。這樣的重複是為了簡化和清楚,而並不代表所討論的各實施例及/或配置之間的關係。
本說明書中所用之術語一般在本領域以及所使用之上下文中具有通常性的意義。本說明書中所使用的實施例,包括本文中所討論的任何術語的例子僅是說明性的,而不限制本揭示內容或任何示例性術語的範圍和意義。同樣地,本揭示內容不限於本說明書中所提供的一些實施方式。
將理解的是,儘管本文可以使用術語第一、第二等來描述各種元件,但是這些元件不應受到這些術語的限制。這些術語用於區分一個元件和另一個元件。舉例來說,在不脫離本實施方式的範圍的情況下,第一元件可以被稱為第二元件,並且類似地,第二元件可以被稱為第一元件。
於本文中,術語“和/或”包含一個或多個相關聯的所列項目的任何和所有組合。
於本文中,術語「包含」、「包括」、「具有」等應理解為開放式,即,意指包括但不限於。
第1A圖至第1C圖示例性地描述根據本揭示內容的一些實施方式中製造複合基板的流程的剖面示意圖。
首先,請參閱第1A圖,提供第一金屬基材,包含第一金屬層112以及第一絕緣層122,其中第一絕緣層122設置於第一金屬層112上。
在一些實施方式中,第一金屬層112的材料包含銅(Cu)、鋁(Al)、金(Au)、銀(Ag)、錫(Sn)、鉛(Pb)、鉛錫合金(Sn-Pb Alloy)、鐵(Fe)、鈀(Pd)、鎳(Ni)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、鎢(W)、鋅(Zn)、錳(Mn)、鈷(Co)、不鏽鋼(stainless steel)或上述之任意組合。
在一些實施方式中,第一絕緣層122的材料包含聚醯亞胺(Polyimide,PI)、聚乙烯對苯二甲酸酯(Polyethylene Terephthalate,PET)、鐵氟龍(Teflon)、液晶高分子(Liquid Crystal Polymer,LCP)、聚乙烯(Polyethylene,PE)、聚丙烯(Polypropylene,PP)、聚苯乙烯(Polystyrene,PS)、聚氯乙烯(Polyvinyl Chloride,PVC)、尼龍(Nylon or Polyamides)、壓克力(Acrylic)、ABS塑膠(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene)、酚樹脂(Phenolic Resin)、環氧樹脂(Epoxy)、聚酯(Polyester)、矽膠(Silicone)、聚氨基甲酸乙酯(Polyurethane,PU)、聚醯胺-醯亞胺(polyamide-imide,PAI)或上述之任一組合。在一實施方式中,部分絕緣層材料(例如液晶高分子)可單獨形成第一絕緣層122,而無須以第一金屬層112作為基
礎,並且所形成之第一絕緣層122不須黏膠,以高於或等於280℃加熱即可貼合於第一金屬層112上。在一實施方式中,第一絕緣層122為改質的絕緣材料,例如改質聚醯亞胺(Modified Polyimide,MPI)或可溶性液晶聚合物。可溶性液晶聚合物是藉由修飾液晶高分子的官能基而形成。舉例而言,通過添加或取代的方式來修飾液晶高分子的官能基。經過官能基修飾後的可溶性液晶聚合物可具有如下的官能基,例如氨基(amino)、醯胺基(carboxamido)、亞胺基(imido或imino)、脒基(amidino)、氨基羰基氨基(aminocarbonylamino)、氨基硫代羰基(aminothiocarbonyl)、氨基羰基氧基(aminocarbonyloxy)、氨基磺醯基(aminosulfonyl)、氨基磺醯氧基(aminosulfonyloxy)、氨基磺醯基氨基(aminosulfonylamino)、羧酸酯(carboxyl ester)、(羧酸酯)氨基((carboxyl ester)amino)、(烷氧基羰基)氧基((alkoxycarbonyl)oxy)、烷氧基羰基(alkoxycarbonyl)、羥胺基(hydroxyamino)、烷氧基氨基(alkoxyamino)、氰氧基(cyanato)、異氰酸基(isocyanato)或其組合,但並不以此為限。相較於未經修飾的液晶高分子,可溶性液晶聚合物的溶解度在特定溶劑中,高於未經官能基修飾的液晶高分子。
接著,請參閱第1B圖,提供第一接合層132,
當頻率範圍為3至30MHz時,第一接合層132的介電常數小於3,例如1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4或2.5。並且當頻率範圍為3至30MHz時,損耗常數小於0.005,例如0.0015、0.0016、0.0017、0.0018、0.0019、0.002、0.0021、0.0022、0.0023、0.0024、0.0025、0.0026、0.0027、0.0028、0.0029、0.003、0.0031、0.0032、0.0033、0.0034、或0.0035。另外,值得一提的是,第一接合層132的熱膨脹係數以及吸水率低於一般黏膠,其中第一接合層132的熱膨脹係數至少低於50μm/m/℃;在25℃下24小時內,第一接合層132的吸水率低於0.5%。接著,將第一接合層132設置於第一金屬基材上,使第一接合層132貼合第一絕緣層122。在一些實施方式中,第一接合層132的材料可包含聚酯樹脂(Polyester Resin)、環氧樹脂(Epoxy Resin)、縮丁醛酚醛樹脂(Butyral Phenolic Resin)、苯氧基樹脂(Phenoxy Resin)、丙烯酸樹脂(Acrylic Resin)、胺基甲酸乙酯樹脂(Polyurethane Resin)、矽橡膠系樹脂(Silicone Rubber Resin)、聚對環二甲苯系樹脂(Parylene Resin)、雙馬來醯亞胺系樹脂(Bismaleimide resin)、聚醯亞胺樹脂(Polyimide Resin)、聚胺酯樹脂(Urethane Resin)、二氧化矽樹脂(Silicon Dioxide Resin)、聚四氟乙烯樹脂(Fluon resin)或前述組合。
請繼續參閱第1C圖,提供第二金屬基材,製造方法以及材料可參考第一金屬基材,其中第二金屬基材包含第二金屬層114以及第二絕緣層124,第二絕緣層124設置於第二金屬層114下。接著,將第二金屬基材設置於第一接合層132上,使第二絕緣層124貼合第一接合層132,也就是,第一接合層132貼合第一絕緣層122以及第二絕緣層124,獲得複合基板(在此圖中,亦可稱為雙層板)。
在一些實施方式中,將第一接合層132設置於第一金屬基材以及第二金屬基材之間的步驟包含以低於280℃的溫度加熱第一接合層132,使第一接合層132黏合於第一金屬基材以及第二金屬基材之間。即,所得之複合基板以第一接合層132黏合第一絕緣層122以及第二絕緣層124。在一實施方式中,以低於280℃的溫度加熱第一接合層132包含兩階段式加熱,第一階段的溫度為100℃至150℃(舉例而言100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、或前述任意區間的數值),第二階段的溫度為250℃至280℃(舉例而言250℃、260℃、270℃、275℃或前述任意區間的數值)。
需要強調的是,習知的雙層板製作,例如以高於280℃的高溫壓合雙層金屬板以及夾設於其中的絕緣層,當絕緣層為液晶高分子時,經由將溫度提升至玻璃轉換溫度以及熔點之間,使絕緣層內的分子重新排列,以與
金屬板貼合的方式,常衍生絕緣層與金屬層黏合不均、因流動態而造成的對位不佳,甚至金屬板皺縮的不良效果;此外,由於絕緣層的厚度有限,例如單層MPI的厚度一般不超過125μm,限制了習知雙層板的厚度。若是直接使用一般黏膠黏合絕緣層以及金屬板,則因一般黏膠熱膨脹係數以及吸水率較高,造成與絕緣層接著的可靠度不佳,難以達成前述使絕緣層與金屬板穩固貼合的接著效果。
相較之下,本揭示內容的一些實施方式中,經由將第一接合層132設置在第一金屬基材的第一絕緣層122以及第二金屬基材的第二絕緣層124之間,只需以低於280℃加熱,即可黏接第一接合層132與第一金屬基材及第二金屬基材,並經由調控接合層的設置層數或是厚度,利用接合層的低介電常數以及低介電損耗的特性,即可在不影響訊號傳輸、不造成訊號損耗、不造成板面變形的前提下,依需求調控雙層板的厚度。不僅改善習知高溫壓合的不良效果,提升產品良率,並增加了雙層板厚度的彈性。此外,第一接合層132的低膨脹係數以及低吸水率的特性,更提升了第一接合層132與金屬基材以及絕緣層接合的穩定度以及可靠度。
亦即,請再次參閱第1C圖,本揭示內容的一些實施方式中,提供一種複合基板,包含第一金屬基材、第一接合層132、以及第二金屬基材。第一金屬基材包含第一金屬層112以及第一絕緣層122,第一絕緣層
122包含第一表面以及相對於第一表面的第二表面,第一絕緣層122的第一表面朝下,設置於第一金屬層112上。第一接合層132,設置於第一絕緣層122的第二表面上,其中當頻率範圍為3至30MHz時,第一接合層132的介電常數小於3,並且損耗常數小於0.005。第二金屬基材,包含第二金屬層114以及第二絕緣層124,其中第二絕緣層124包含第三表面以及相對於第三表面的第四表面,第二絕緣層124的第三表面朝下,設置於第一接合層132上,其中第二金屬層114設置於第二絕緣層124的第四表面上。
在一些實施方式中,部分或全部金屬層為圖案化金屬層,請參閱第2圖,第2圖示例性地描述根據本揭示內容的另一些實施方式中複合基板的剖面示意圖,例如圖案化第一金屬層142以及圖案化第二金屬層144。在一些實施方式中,圖案化金屬層的表面具有電路結構。
在一些實施方式中,可以在第一接合層132以及第二金屬基材之間設置包含若干接合層的接合結構,藉此,即可視需求彈性的增加雙層板的厚度,而不受限於絕緣層的厚度。請見第3圖,第3圖示例性地描述根據本揭示內容的另一些實施方式中複合基板的剖面示意圖,接合結構包含多個第三絕緣層126與多個第二接合層134,其中第三絕緣層126與第二接合層134相互疊置,並且位於最下層的第三絕緣層126設置於第一接合
層132之上,位於最上層的第二接合層134設置於第二絕緣層124之下。
在一些實施方式中,可以利用接合層的設計,在雙層板的製作基礎上進一步形成多層板,例如第4A圖至第4D圖,示例性地描述根據本揭示內容的其他實施方式中製造複合基板的流程的剖面示意圖。首先,請參閱第4A圖,設置第四絕緣層128於第1C圖中的第二金屬層114上。接著,請繼續參閱第4B圖至第4C圖,將第三接合層136設置於第二金屬基材之上,再將第三金屬基材設置於第三接合層136之上,其中第三金屬基材包含第三金屬層116以及第三絕緣層126,使得第三接合層136與第三絕緣層126以及第四絕緣層128貼合,獲得三層板。流程中的材料、參數等描述可依參酌前述第1B圖至第1C圖視需求進行調整,此處不再贅述。進一步地,請見第4D圖,可依複合基板所需的金屬基材層數,重複第4A至4C圖的製程,得到具有不同層數金屬基材的複合基板。在一些實施方式中,還可搭配前述第3圖的接合結構,彈性調整多層板中的層間厚度。相較於習知的多層板製程,除了在不影響訊號傳輸、不造成訊號損耗的前提下改良了高溫壓合衍生的黏合不均、對位不佳或是板面皺縮變形等不良效果外,還可提升金屬層態樣上的彈性(例如層數以及層間厚度的變化)。
在一些實施方式中,多個金屬層(例如第一金屬層112、第二金屬層114、以及第三金屬層116)之間
的材料可相同或不同。多個絕緣層(例如第一絕緣層122、第二絕緣層124、第三絕緣層126、第四絕緣層128)之間的材料也可相同或不同。多個接合層(例如第一接合層132、第二接合層134、以及第三接合層136)之間的材料也可相同或不同。
在一些實施方式中,複合基板可更包含一至多個導電孔貫穿金屬層、絕緣層、以及接合層。導電孔之內部填充材料可與金屬層的材料相同或類似。
此外,本揭示內容所述之複合基板可在不脫離本揭示內容的精神下進行組合形成較厚的電路板。舉例來說,絕緣層可以包含兩層以上的液晶高分子,但不限於此,可依不同的設計需求,任意調整其中之層數、材料和單層之厚度,以配合其表面的電路或是所承載之配線的設置。
最後要強調的是,透過本揭示內容之一些實施方式所揭示之低介電常數以及低介電損耗的接合層的應用,使得生產人員能夠配合設計所需,彈性調整金屬層的間距,並在不使用高溫壓合之下,得到不同層間厚度的複合基板,免於高溫所衍生的黏合不均、對位不佳或是板面皺縮變形等不良效果,並且不因接合層的設計,影響複合基板的訊號傳輸以及訊號損耗,提升複合基板的設計彈性以及生產良率。
儘管本揭示內容已根據某些實施方式具體描述細節,其他實施方式也是可行的。因此,所附請求項的
精神和範圍不應限於本文所記載的實施方式。
112:第一金屬層
114:第二金屬層
122:第一絕緣層
124:第二絕緣層
132:第一接合層
Claims (9)
- 一種複合基板,包含:一第一金屬基材,包含一第一金屬層以及一第一絕緣層,其中該第一絕緣層包含一第一表面以及相對於該第一表面的一第二表面,該第一絕緣層的該第一表面朝下,設置於該第一金屬層上;一第一接合層,設置於該第一絕緣層的該第二表面上,其中當頻率範圍為3至30MHz時,該第一接合層的介電常數小於3,並且損耗常數小於0.005,其中該第一接合層的熱膨脹係數低於50μm/m/℃,並且在25℃下24小時內,該第一接合層的吸水率低於0.5%,其中該第一接合層的材料包含縮丁醛酚醛樹脂、聚對環二甲苯系樹脂、聚四氟乙烯樹脂或前述組合;以及一第二金屬基材,包含一第二金屬層以及一第二絕緣層,其中該第二絕緣層包含一第三表面以及相對於該第三表面的一第四表面,該第二絕緣層的該第三表面朝下,設置於該第一接合層上,其中該第二金屬層設置於該第二絕緣層的該第四表面上。
- 如請求項1所述之複合基板,其中該第一金屬層以及該第二金屬層的材料包含銅、鋁、金、銀、錫、鉛、鉛錫合金、鐵、鈀、鎳、鉻、鉬、鎢、鋅、錳、鈷、不鏽鋼或上述之任意組合。
- 如請求項1所述之複合基板,其中該第一金屬層以及該第二金屬層中至少一者為圖案化金屬層。
- 如請求項1所述之複合基板,其中該第一絕緣層以及該第二絕緣層的材料包含聚醯亞胺、聚乙烯對苯二甲酸酯、鐵氟龍、液晶高分子、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、尼龍、壓克力、ABS塑膠、酚樹脂、環氧樹脂、聚酯、矽膠、聚氨基甲酸乙酯、聚醯胺-醯亞胺或上述之任一組合。
- 如請求項1所述之複合基板,其中該第一絕緣層、該第二絕緣層或兩者為一改質的絕緣材料。
- 如請求項1所述之複合基板,更包含一接合結構位於該第一接合層以及該第二金屬基材之間,該接合結構包含一第二接合層。
- 如請求項6所述之複合基板,其中該接合結構更包含複數第三絕緣層與複數第二接合層,其中該些第三絕緣層的任一者與該些第二接合層的任一者相互疊置,並且位於最下層的該第三絕緣層設置於該第一接合層之上,位於最上層的該第二接合層設置於該第二絕緣層之下。
- 一種製造複合基板的方法,包含以下步驟:提供一第一金屬基材,包含一第一金屬層以及一第一絕緣層,其中該第一絕緣層設置於該第一金屬層上;提供一第二金屬基材,包含一第二金屬層以及一第二絕緣層,其中該第二絕緣層設置於該第二金屬層下;提供一第一接合層,其中當頻率範圍為3至30MHz時,該第一接合層的介電常數小於3,並且損耗常數小於0.005,其中該第一接合層的熱膨脹係數低於50μm/m/℃,並且在25℃下24小時內,該第一接合層的吸水率低於0.5%;將該第一接合層設置於該第一金屬基材以及該第二金屬基材之間,獲得一複合基板,其中該第一接合層貼合該第一絕緣層以及該第二絕緣層,其中將該第一接合層設置於該第一金屬基材以及該第二金屬基材之間的步驟包含以低於280℃的溫度,兩階段式加熱該第一接合層,使該第一接合層黏合於該第一金屬基材以及該第二金屬基材之間,其中第一階段的溫度為100℃至150℃,第二階段的溫度為250℃至280℃。
- 如請求項8所述的方法,更包含形成一接合結構於該第一接合層以及該第二金屬基材之間,其中該接合結構包含一第二接合層。
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