CN101600297A - 先进印刷电路板及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一多层印刷电路板，具有至少一内层印刷电路图案及一外层印刷电路图案，经由一绝缘层而迭层于一基板上且通过绝缘层中的盲孔而彼此电性联接。绝缘层包含不溶于氧化剂的树脂及分散于树脂中的无机粉末。无机粉末可溶于氧化剂。其中至少一电路图案由非金属材料所形成且得以电性联接。

Description

先进印刷电路板及其方法
技术领域
本发明为关于印刷电路板(PCB，printed circuit board)，更具体而言，为有关于具有非金属图案(non-metal pattern)的先进印刷电路板。
背景技术
近年来，由于高密度电路结构的技术日益精进，多层印刷电路板(multilayer PCB)发展至可应用于各式各样的电子产品。多层印刷电路板的实例包括设置于一基板的一表面上的一内层印刷电路图案(innerprinted circuit pattern)，由一绝缘层(insulation layer)所覆盖，绝缘层之上再设置一外层印刷电路图案，内层与外层印刷电路图案经由绝缘层中的一盲孔(未穿孔，blind hole)而保持电性联接。无电电镀光阻层(electroless plating resist layer)通过网版印刷(screen printing)来印刷一油墨图案以作为光阻而形成于固化接合层(cured bond layer)的表面上，其中由热来完成固化。用以电性联接内层与外层电路图案的盲孔利用碳酸气雷射(carbonic acid gas laser)而形成，位于上述盲孔附近的穿孔(through hole)则由钻孔形成。形成于绝缘层上的外层电路图案由无电电镀所形成。
美国专利第6,117,706号揭露了一印刷电路板。其印刷电路板包含一基板，其中包含一可负载一电子部件的部分负载部件(part loadingportion)、复数个接触终端分别形成于基板的丨表面且该表面曝露于外以提供外部接触、以及开口分别形成于基板的另一表面以插入接合线(bonding wires)来连接上述电子部件至其相对应的接触终端，而该电子部件为负载至基板的部分负载部件。在印刷电路板中，每一接触终端由一直接且靠近于基板而接合的金属箔(metal foil)所形成。
然而，在先前技术中，使用二铬酸(dichromic acid)/硫酸/氟化钠溶液于化学粗加工(roughing)处理以加强前述无电电镀的附着力(adherence)。二铬酸为有害物质且有些地区禁止使用二铬酸。含有污染源六价铬的泥土非常难以处理。此将造成严重环境污染的问题。在使用氟化钠的情况下，废水中含有氟化物的处理将变得棘手又复杂。
发明内容
本发明的一目的为提供没有前述缺失的先进改良印刷电路板。
本发明更特定的目的为提供一多层印刷电路板，包含：一基板，电性绝缘且提供至少一电路图案于基板的至少丨表面；上述至少一电路图案由非金属材料所形成且得以电性联接。上述至少一电路图案的材质包括含有金属的氧化物，其中该金属为选自以下族群之一或其组合：金(Au)、锌(Zn)、银(Ag)、钯(Pd)、铂(Pt)、铑(Rh)、钌(Ru)、铜(Cu)、铁(Fe)、镍(Ni)、钴(Co)、锡(Sn)、钛(Ti)、铟(In)、铝(Al)、钽(Ta)、镓(Ga)、锗(Ge)、锑(Sb)。上述电路图案包括掺杂于其中的氧化铝(Al2O3)。电路图案可由碳管(carbon tube)及导电聚合物所形成。导电聚合物包括聚噻吩(或聚一硫二烯伍环)(polythiophenes)、聚一硒二烯伍环(poly(selenophenes))、聚一碲二烯伍环(poly(tellurophenes))、聚吡咯(polypyrroles)、聚苯胺(polyanilines)。
印刷电路板包含电路图案，其中电路图案包含玻璃、导电粒子、添加物。上述玻璃选自氧化铝(Al2O3)、氧化硼(B2O3)、二氧化硅(SiO2)、氧化铁(Fe2O3)、五氧化二磷(P2O5)、二氧化钛(TiO2)、氧化硼/硼酸/四硼酸钠(B2O3/H3BO3/Na2B4O7)、氧化铅(PbO)、氧化镁(MgO)、氧化镓(Ga2O3)、氧化锂(Li2O)、五氧化二钒(V2O5)、二氧化锌(ZnO2)、氧化钠(Na2O)、二氧化锆(ZrO2)、氧化铊/三氧化二铊/氢氧化铊(I)(TlO/Tl2O3/TlOH)、氧化镍/镍(NiO/Ni)、二氧化锰(MnO2)、氧化铜(CuO)、一氧化银(AgO)、三氧化二钪(Sc2O3)、氧化锶(SrO)、氧化钡(BaO)、氧化钙(CaO)、铊(Tl)、氧化锌(ZnO)、或其中的组合。
附图说明
为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下，其中：
图1为本发明的印刷电路板的剖面图；以及
图2为本发明的印刷电路板的剖面图。
具体实施方式
图1为本发明的印刷电路板的剖面图。如图1所示，在本发明的单层(或多层)印刷电路板(PCB，printed circuit board)100中，印刷电路板100包含一具有平坦外型的绝缘基板(insulation substrate)以作为一支撑基底。绝缘基板由环氧树脂(epoxy resin)或以玻璃纤维强化的环氧树脂所制成。提供至少一电路图案(circuit pattern)102于绝缘基板的上表面或下表面其中之一。电路可形成于印刷电路板之间。先前技术包含由铜箔(copper foil)层积(laminated)于绝缘基板的上表面及下表面二者所制成的导电层。当干膜(dry films)通过一光罩(photomask)而曝露于紫外线中且利用1％碳酸钠水溶液展开之后，再使用氯化铜(II)水溶液进行蚀刻。接着移开干膜而形成内层电路图案(inner circuit pattern)。本发明并未使用已知方法，因为已知方法将增加造成缺失的可能性。一电子组件或组件104可经由电子连接106而形成于印刷电路板100之上。连接106中的部分耦合至所欲的电路图案102。组件104仅为例示之用，非用以限制本发明。应理解为任何种类的组件皆可形成于印刷电路板之上。连接106可为凸块(bump)、接脚(pin)等等。
在一实施例中，导电图案102的材质包括含有金属或合金的氧化物，其中该金属以选自下列金属之一或多种为较佳：金(Au)、锌(Zn)、银(Ag)、钯(Pd)、铂(Pt)、铑(Rh)、钌(Ru)、铜(Cu)、铁(Fe)、镍(Ni)、钴(Co)、锡(Sn)、钛(Ti)、铟(In)、铝(Al)、钽(Ta)、镓(Ga)、锗(Ge)、锑(Sb)。一些透明材质包括含有锌的氧化物与掺杂于其中的氧化铝(Al2O3)。在透明导电层形成的过程中利用适当的屏蔽(mask)以架构此种形状。
形成透明导电层的方法包括离子束(ion beam)方法以于低温形成薄膜(film)，举例而言，薄膜可在室温下以接受性(receptivity)低于3×10-4奥姆·公分(Ω·cm)的条件而形成。再者，亦可使用以射频磁控溅镀法(RFmagnetron sputtering)所溅镀的薄膜。透明度可高于82％。在成本及生产的考虑下，用以形成导电薄膜的方法亦可使用，例如，氧化铟锡(indium tinoxide)，可在潮湿空气的室温下形成，其具有非晶形态，可于高蚀刻率下得到所欲的图案。当薄膜形成且具有图案之后，以约略介于180℃至220℃的温度对其进行热处理一小时至三小时以降低薄膜的电阻(resistance)及加强其穿透率(transmittance)。另一形成方式为化学溶液涂布(coating)法。涂布溶液包含平均粒子直径为1至25微米(μm)的粒子、平均粒子直径为1至25微米(μm)的氧化硅(silica)粒子、及一溶剂。氧化硅粒子与导电粒子的重量比以介于0.1至1为较佳。导电粒子以选自下列金属之一或多种金属粒子为较佳：金(Au)、锌(Zn)、银(Ag)、钯(Pd)、铂(Pt)、铑(Rh)、钌(Ru)、铜(Cu)、铁(Fe)、镍(Ni)、钴(Co)、锡(Sn)、钛(Ti)、铟(In)、铝(Al)、钽(Ta)、镓(Ga)、锗(Ge)、锑(Sb)。导电粒子可经由在一醇类/水的混合溶剂中还原上述一或多种金属的盐类而得到。热处理以高于约100℃的温度进行。氧化硅(silica)粒子可增进所生成的导电薄膜的导电性。金属粒子在导电薄膜涂布液(coating liquid)中的重量百分率浓度约为0.1％至5％。
透明导电薄膜的形成可先经由在一基板上施以上述液体，将其干燥后则可形成一透明导电粒子层，之后将上述涂布液施加于上述精细粒子层以于上述粒子层上形成一透明薄膜。将用以形成一透明导电层的涂布液施加于一基板的方法可为浸渍(dipping)、旋转(spinning)、喷雾(spraying)、辊涂布(roll coating)、快干印刷(flexographic printing)、或类似的方法，之后将上述液体在室温至90℃之间进行干燥。干燥之后，涂布薄膜经由不低于100℃的温度加热以进行固化(curing)或以电磁波照射或在气体环境下干燥。
择一形式实施方式中，形成前述电路图案的材料包括导电聚合物(或导电环氧化合物(epoxy)、树脂(resin))、导电碳或导电胶(glue)。非金属材料重量较轻、价格较低、免除环境污染的困扰、且制程较为简化。已知印刷电路板由铜或其类似物所制成。铜的成本较高且其较重。反之，本发明使用非金属材料来呈现电路图案于印刷电路板上以节省成本并且减轻重量。导电聚合物、导电碳、或导电胶的塑形或形成可藉由印刷(如网版印刷(screen printing))、涂布、通过粘合或蚀刻(etching)以接合而形成。所需制程较已知制程简化。另，薄膜可接合或形成于不规则表面或非平面表面。
在一实施例中，上述材料可为导电聚合物、导电胶、或导电碳(如奈米碳管(CNT，carbon nanotube))。在一实施例中，导线由导电碳所制成，例如包含多层同心壳(concentric shells)的奈米碳管(CNTs)，称之多层壁奈米碳管(MWNTs，multi-walled carbon nanotubes)、以及包含单一层平面(sp2键结)石墨薄片(graphene)卷于其上的单层壁奈米碳管(SWNTs，single-walled carbon nanotubes)，上述导电碳在(电)弧放电(arcdischarge)的过程中利用掺杂过渡金属的碳电极合成而得。单层壁奈米碳管(SWNTs)的无接缝(seamless)石墨结构赋予这些材料特殊的机械性质：烦请参照由Yakobson等人于Phys.Rev.Lett.1996，76，2411所发表的文章；Lourie等人于J.Mater.Res.1998，13，2418所发表的文章；以及Iijima等人于J.Chem.Phys.1996，104，2089所发表的文章中所述及的杨氏模量(Young’s modulus)为低范围的兆帕斯卡(TPa，trillionPascal)及张力(tensile strengths)为超过37十亿帕斯卡(GPa，gigapascal)。一般而言，奈米碳管复合材料(CNT composites)为互穿奈米纤维网络(interpenetrating nanofiber networks)，上述网络包含相互缠络(entangled)的奈米碳管与巨分子在交联聚合物基质(crosslinkedpolymer matrix)中缠结(intertwined)。一种形成奈米碳管(CNT)的方法为将有机分子浸入(infusion)以穿入缠络的奈米碳管丛(clumps)，因此造成奈米碳管网络扩张且产生分层(exfoliation)。有机分子接着进行原位聚合反应(in situ polymerization)及固化(curing)以生成缠络奈米碳管或奈米碳管奈米纤维(线ropes)的互穿网络，与交联巨分子缠结。
导电聚合物包括聚噻吩(或聚一硫二烯伍环)(polythiophenes)、聚一硒二烯伍环(poly(selenophenes))、聚一碲二烯伍环(poly(tellurophenes))、聚吡咯(polypyrroles)、聚苯胺(polyanilines)。在一实施例中，上述导电聚合物可自下列中的至少一种先质单体(precursor monomer)合成而得：噻吩(或一硫二烯伍环)(thiophenes)、一硒二烯伍环(selenophenes)、一碲二烯伍环(tellurophenes)、吡咯(pyrroles)、苯胺(anilines)、及多环芳香族(polycyclic aromatics)。由上述单体所合成而得的聚合物在本说明书中分别称为聚噻吩(或聚一硫二烯伍环)(polythiophenes)、聚一硒二烯伍环(poly(selenophenes))、聚一碲二烯伍环(poly(tellurophenes))、聚吡咯(polypyrroles)、聚苯胺(polyanilines)、及多环芳香族聚合物(polycyclic aromatic polymers)。美国专利申请第20080017852号由Huh，Dal Ho等人所发明的「Conductive Polymer Composition ComprisingOrganic Ionic Salt and Optoelectronic Device Using the Same」中揭露了一种形成导电聚合物的方法。在一实施例中，导电聚合物为一有机聚合物半导体、或一有机半导体。导电聚乙炔(polyacetylenes)类型包括聚乙炔、聚吡咯(polypyrroles)、聚苯胺(polyanilines)、及其衍生物。导电有机聚合物通常具有延伸的非定域键(delocalized bond)，这些非定域键产生如同硅的能带(band)结构，但具有局域态(localized state)。零能带间隙(zero band gap)导电聚合物可呈现如金属般的特性。
择一形式实施方式中，印刷电路板的电路图案可由导电胶形成，导电胶可由如硅树脂(silicones)或环氧化合物(epoxy)等材料掺杂金属粒子所制成。薄膜导线为透明。在一实施例中，导电胶可由下列中至少一种的混合物所形成：玻璃、添加物、及导电粒子(如金属粒子)。导电胶可包含铝(及/或银)粉、及一固化剂(curing agent)。上述玻璃选自氧化铝(Al2O3)、氧化硼(B2O3)、二氧化硅(SiO2)、氧化铁(Fe2O3)、五氧化二磷(P2O5)、二氧化钛(TiO2)、氧化硼/硼酸/四硼酸钠(B2O3/H3BO3/Na2B4O7)、氧化铅(PbO)、氧化镁(MgO)、氧化镓(Ga2O3)、氧化锂(Li2O)、五氧化二钒(V2O5)、二氧化锌(ZnO2)、氧化钠(Na2O)、二氧化锆(ZrO2)、氧化铊/三氧化二铊/氢氧化铊(I)(TlO/Tl2O3/TlOH)、氧化镍/镍(NiO/Ni)、二氧化锰(MnO2)、氧化铜(CuO)、一氧化银(AgO)、三氧化二钪(Sc2O3)、氧化锶(SrO)、氧化钡(BaO)、氧化钙(CaO)、铊(Tl)、氧化锌(ZnO)。添加物的材料包括油酸(oleic acid)。
择一形式实施方式中，电子组件104的连接106可由前述的材料形成以避免环境污染。上述材料不包含铅于其中。因此，可提供一无铅结构。再者，如图2所示，前述电路图案的导电材料102a可形成于组件104的至少一表面，例如上表面、侧面、下表面以加强散热。
如同熟习此领域技术者所知悉，上述本发明中的较佳实施例仅为例示之用并非用以限制本发明。在不偏离本发明的精神及权利要求范畴下所作的各种修改及类似变化亦包含于本发明，本发明的范畴应以最宽广的方式解读以涵盖所有上述的各种修改及类似结构。虽然本发明以特定实施例阐明如上，然而，应理解为许多变化在不偏离本发明的精神及范畴下亦可被实施。

Claims (20)

1、一种印刷电路板，包含：
一基板；
至少一电路图案提供于该基板的至少一表面；
其中该至少一电路图案由非金属材料所形成且得以电性联接。
2、如权利要求1所述的印刷电路板，其中该至少一电路图案的材料包括含有金属的氧化物，其中该金属为选自以下族群之一或其组合：金、锌、银、钯、铂、铑、钌、铜、铁、镍、钴、锡、钛、铟、铝、钽、镓、锗、锑。
3、如权利要求2所述的印刷电路板，其中该至少一电路图案包含氧化铝掺杂于其中。
4、如权利要求1所述的印刷电路板，其中该电路图案由碳管所形成。
5、如权利要求1所述的印刷电路板，其中该电路图案由导电聚合物、环氧化合物或树脂所形成。
6、如权利要求5所述的印刷电路板，其中该导电聚合物包括聚噻吩或聚一硫二烯伍环、聚一硒二烯伍环、聚一碲二烯伍环、聚吡咯、聚苯胺。
7、如权利要求1所述的印刷电路板，其中该电路图案包括导电胶，其中包含玻璃、导电粒子或添加物。
8、如权利要求7所述的印刷电路板，其中该玻璃为选自氧化铝、氧化硼、二氧化硅、氧化铁、五氧化二磷、二氧化钛、氧化硼/硼酸/四硼酸钠、氧化铅、氧化镁、氧化镓、氧化锂、五氧化二钒、二氧化锌、氧化钠、二氧化锆、氧化铊/三氧化二铊/氢氧化铊(I)、氧化镍/镍、二氧化锰、氧化铜、一氧化银、三氧化二钪、氧化锶、氧化钡、氧化钙、铊、氧化锌或其中的组合。
9、如权利要求1所述的印刷电路板，一电子组件连接至该至少一电路图案，其中该电子组件包括由该非金属材料所形成的连接。
10、如权利要求9所述的印刷电路板，其中该非金属材料包括含有金属的氧化物，其中该金属为选自以下族群之一或其组合：金、锌、银、钯、铂、铑、钌、铜、铁、镍、钴、锡、钛、铟、铝、钽、镓、锗、锑。
11、如权利要求9所述的印刷电路板，其中该非金属材料由碳管所形成。
12、如权利要求9所述的印刷电路板，其中该非金属材料由导电聚合物、环氧化合物或树脂所形成。
13、如权利要求12所述的印刷电路板，其中该导电聚合物包括聚噻吩或聚一硫二烯伍环、聚一硒二烯伍环、聚一碲二烯伍环、聚吡咯、聚苯胺。
14、如权利要求9所述的印刷电路板，其中该非金属材料包括导电胶，其中包含玻璃、导电粒子或添加物。
15、如权利要求14所述的印刷电路板，其中该玻璃为选自氧化铝、氧化硼、二氧化硅、氧化铁、五氧化二磷、二氧化钛、氧化硼/硼酸/四硼酸钠、氧化铅、氧化镁、氧化镓、氧化锂、五氧化二钒、二氧化锌、氧化钠、二氧化锆、氧化铊/三氧化二铊/氢氧化铊(I)、氧化镍/镍、二氧化锰、氧化铜、一氧化银、三氧化二钪、氧化锶、氧化钡、氧化钙、铊、氧化锌或其中的组合。
16、如权利要求1所述的印刷电路板，一电子组件连接至该至少一电路图案，其中该电子组件包含形成于该电子组件的一表面上的一层，其中该层由该非金属材料所形成。
17、如权利要求16所述的印刷电路板，其中该非金属材料包括含有金属的氧化物，其中该金属为选自以下族群之一或其组合：金、锌、银、钯、铂、铑、钌、铜、铁、镍、钴、锡、钛、铟、铝、钽、镓、锗、锑。
18、如权利要求16所述的印刷电路板，其中该非金属材料由碳管所形成。
19、如权利要求16所述的印刷电路板，其中该非金属材料由导电聚合物、环氧化合物或树脂所形成。
20、如权利要求1所述的印刷电路板，其中该非金属材料包括导电胶，其中包含玻璃、导电粒子或添加物。
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