CN101894823A - 复合材料结构、包括复合材料的电路板结构与其形成方法 - Google Patents

Abstract

一种复合材料电路板结构，包括一基材、一复合材料介电层以及一图案化导线层。复合材料介电层是位于基材上，并包括一催化介电层及一保护介电层。催化介电层包括一介电材料与一催化颗粒并接触基材，而保护介电层包括此介电材料并接触催化介电层。图案化导线层则位于催化介电层上。

Description

复合材料结构、包括复合材料的电路板结构与其形成方法

技术领域

本发明是关于一种包括复合材料的电路板结构与形成复合材料电路板结构的方法。特别来说，本发明是关于一种包括催化颗粒的复合材料，以及使用包括催化颗粒的复合材料以协助形成一电路板结构。

背景技术

电路板是电子装置中的一种重要的组件。为了追求更薄的成品厚度、因应细线路的需求、突破蚀刻与信赖性的缺点，嵌入式线路结构已逐渐兴起。由于嵌入式线路结构是将线路图案埋入基材中，因此有助于减少封装成品的厚度。

就目前的技术而言，已知有数种方法以形成这些电路板。其中一种方法是使用激光烧蚀将基材图案化，来定义一镶嵌形式的结构，再使用一导电材料来填满形成在基材上的凹穴，以完成一嵌入式线路结构。

一般说来，基材的表面要先经过活化，才能使得导电材料成功地填满在基材上的凹穴，通常是使用无电电镀的技术。就现在的技术方案而言，其制作方式是直接线路设计。例如前述使用激光将基材图案化，来定义一镶嵌形式的结构，再使用一导电材料来填满形成在基材上的凹穴，以完成一嵌入式线路结构。

请参考图1，例示现有无电电镀技术造成电镀满溢(over-plating)的现象。若是使用无电电镀的技术将导电材料130，例如铜，填入基材101中预先形成凹穴122的过程中，很容易造成电镀满溢(over-plating)的现象。电镀满溢一旦发生时，一方面，导电材料130会沿着凹穴开口的转角处向四面八方延伸。由于当前技术都着重于细线路的开发，故同一线路层中的线距都被设计成尽可能的窄。沿着凹穴122开口向四面八方延伸的导电材料130显着地增加了相邻导线间短路的机会。另一方面，填入基材101凹穴122中的导电材料130会依据凹穴122的立体形状进行共形(conformal)沉积，结果就产生了凹凸不平的表面131。其中任何一种结果都是本领域的技术人员所不乐见的。因此，以上的缺点实在有待克服。

发明内容

本发明于提出一种包括复合材料的电路板结构与形成复合材料电路板结构的方法。本发明包括复合材料的电路板结构中的复合材料会抑制电镀满溢的发生，于是得以避免导电材料沿着凹穴的开口向四面八方延伸的问题。既然电镀满溢的问题受到抑制，填入基材中凹穴的导电材料就几乎不会进行共形沉积，从而导电材料表面平坦度亦获得改善。

本发明首先提出一种复合材料结构。本发明的复合材料结构包括一催化介电层以及一保护介电层。催化介电层包括一介电材料与一催化颗粒。保护介电层包括此介电材料并接触催化介电层。催化颗粒的材质包括金属的配位化合物，例如金属氧化物、金属氮化物、金属络合物和/或金属螯合物。金属的种类可以为锌、铜、银、金、镍、钯、铂、钴、铑、铱、铟、铁、锰、铝、铬、钨、钒、钽、和/或钛。

本发明其次提出一种复合材料电路板结构，包括一基材、一复合材料介电层以及一图案化导线层。复合材料介电层位于基材上，并包括一催化介电层及一保护介电层。催化介电层包括一介电材料与一催化颗粒，并接触基材。而保护介电层则包括介电材料并接触催化介电层。图案化导线层是位于催化介电层上。

本发明复合材料电路板结构中的介电材料可以为环氧树脂、改质的环氧树脂、聚脂、丙烯酸酯、氟素聚合物、聚亚苯基氧化物、聚酰亚胺、酚醛树脂、聚砜、硅素聚合物、BT树脂、氰酸聚酯、聚乙烯、聚碳酸酯树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、液晶高分子(liquid crystal polyester，LCP)、聚酰胺(PA)、尼龙6、共聚聚甲醛(POM)、聚苯硫醚(PPS)或环状烯烃共聚物(COC)。

本发明又提出一种形成复合材料电路板结构的方法。首先，提供一复合材料结构。这些复合材料结构包括一基材以及一复合材料介电层。复合材料介电层位于基材上，并包括一催化介电层及一保护介电层。催化介电层包括一介电材料与一催化颗粒，并接触基材。而保护介电层则包括介电材料并接触催化介电层。然后，图案化复合材料介电层并同时活化催化颗粒。继续，形成一导线层。导线层位于催化介电层上。较佳者，导线层表面最高点与最低点的差距不大于3μm(micro meter)，或是，导线层由单一铜层所组成。

附图说明

图1例示现有无电电镀技术造成电镀满溢的现象。

图2例示本发明复合材料结构的示意图。

图3例示本发明复合材料电路板结构的示意图。

图4-7例示形成本发明复合材料电路板结构方法的示意图。

其中，附图标记说明如下：

101基材

122凹穴

130导电材料

131表面

200复合材料结构

210催化介电层

211介电材料

212催化颗粒

220保护介电层

230图案化导线层

300复合材料电路板结构

301基材

302复合材料介电层

310催化介电层

311介电材料

312催化颗粒

320保护介电层

330图案化导线层

401基材

402复合材料介电层

404复合材料结构

410催化介电层

411介电材料

412催化颗粒

420保护介电层

422沟槽

430导线层

440水溶性薄膜

具体实施方式

本发明提供一种复合材料结构、包括复合材料的电路板结构与形成复合材料电路板结构的方法。本发明的复合材料，可以抑制复合材料电路板结构在无电电镀时电镀满溢的发生，与避免导电材料沿着凹穴的开口向四面八方延伸的问题。另外，填入基材中凹穴的导电材料亦不会进行共形沉积，从而改善导电材料表面平坦度。

本发明首先提供一种复合材料结构。图2例示本发明复合材料结构的示意图。如图2所示，本发明的复合材料结构200包括一催化介电层210以及一保护介电层220。催化介电层210包括一介电材料211与至少一催化颗粒212。催化颗粒212会分散于介电材料211中。一但使用例如激光活化以后，催化介电层210在此催化颗粒212的帮助下，可以辅助一导电层的成形。另外，保护介电层220则包括介电材料211并接触催化介电层210。视不同的线宽尺寸而定，保护介电层220的厚度最多可达15μm。

如图2所示，视情况需要，本发明的复合材料结构200还可以进一步包括一图案化导线层230。图案化导线层230会嵌入复合材料结构200中，使得图案化导线层230位于催化介电层210上并直接接触催化介电层210。较佳者，图案化导线层230表面最高点与最低点的差距不大于3μm。另外，由于化学制程所得的铜与电镀制程所得的铜在质地上并不完全相同，图案化导线层230在结构上较佳仅包括单一铜层，例如由化学制程所得，而不是由多种物理性质相异的铜所组成，例如混合由化学制程与电镀制程所得的铜。

一方面，本发明复合材料结构200中的介电材料211可以包括一高分子材料，例如环氧树脂、改质的环氧树脂、聚脂、丙烯酸酯、氟素聚合物、聚亚苯基氧化物、聚酰亚胺、酚醛树脂、聚砜、硅素聚合物、BT树脂(bismaleimide triazinemodified epoxy resin)、氰酸聚酯、聚乙烯、聚碳酸酯树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、液晶高分子、聚酰胺、尼龙6、共聚聚甲醛、聚苯硫醚或是环状烯烃共聚物。

另一方面，本发明复合材料结构200中的催化颗粒212可以包括金属的配位化合物所形成的多个纳米颗粒。适当的金属的配位化合物可以是金属氧化物、金属氮化物、金属络合物、和/或金属螯合物。金属配位化合物中的金属可以为锌、铜、银、金、镍、钯、铂、钴、铑、铱、铟、铁、锰、铝、铬、钨、钒、钽、和/或钛。

本发明继续提供一种复合材料电路板结构，较佳者，包括前述的复合材料结构。图3例示本发明复合材料电路板结构的示意图。如图3所示，本发明的复合材料电路板结构300包括一基材301、一复合材料介电层302以及一图案化导线层330。

复合材料介电层302包括一催化介电层310以及一保护介电层320。催化介电层310包括一介电材料311与至少一催化颗粒312。催化颗粒312会分散于介电材料311中。另外，保护介电层320包括介电材料311并接触催化介电层310。视不同的线宽尺寸而定，保护介电层320的厚度最多可达15μm。图案化导线层330会嵌入复合材料介电层302中，使得图案化导线层330位于催化介电层310上并直接接触催化介电层310。一但使用例如激光活化以后，催化介电层310在此催化颗粒312的帮助下，可以辅助图案化导线层330的成形。

本发明复合材料电路板结构300中的基材301可以为一多层电路板，导电线路层可以例如是埋入式线路结构和/或非埋入式线路结构。另外，介电材料311可以包括一高分子材料。而催化颗粒312可以包括金属的配位化合物所形成的多个纳米颗粒。介电材料311与催化颗粒312的优选实施方式可以如前所述的介电材料211与催化颗粒212，在此不多加赘述。

在本发明一优选实施态样中，图案化导线层330表面最高点与最低点的差距不大于3μm。另外，由于化学制程所得的铜与电镀制程所得的铜在质地上并不完全相同，图案化导线层330在结构上较佳仅包括单一铜层，例如由化学制程所得，而不是由多种物理性质相异的铜所组成，例如混合由无电电镀制程与一般电镀制程所得的铜。

本发明再提供一种形成复合材料电路板结构的方法。图4-图7例示形成本发明形成复合材料电路板结构方法的示意图。如图4所示，本发明形成复合材料电路板结构的方法，首先提供一复合材料结构404。复合材料结构404包括一基材401以及一复合材料介电层402。

本发明复合材料结构404中的基材401可以为一多层电路板，导电线路层可以例如是埋入式线路结构和/或非埋入式线路结构。复合材料介电层402可以包括一催化介电层410以及一保护介电层420。催化介电层410可以包括一介电材料411与至少一催化颗粒412。催化颗粒412会分散于介电材料411中。一但使用例如激光活化以后，催化介电层410在此催化颗粒412的帮助下，可以辅助一导电层的成形。另外，保护介电层420可以包括介电材料411并接触催化介电层410。视不同的线宽尺寸而定，保护介电层420的厚度最多可达15μm。

然后，如图5所示，图案化复合材料介电层402以形成沟槽422，同时活化催化颗粒412。图案化复合材料介电层402的方式可以使用物理方法。例如，可以使用激光烧蚀制程或等离子蚀刻制程。其中，可以使用红外线激光、紫外线激光、准分子(Excimer)激光或远红外线激光等激光光源来进行激光烧蚀制程。

接着，如图6所示，形成一导线层430。导线层430会嵌入图案化复合材料介电层402的沟槽422中，故位于催化介电层410上并直接接触催化介电层410。可以使用例如无电电镀方法，将导电材料，例如化铜，填入图案化复合材料介电层402的沟槽422中，形成导线层430。本发明的复合材料可以降低复合材料电路板结构在电镀时电镀满溢的发生，与避免导电材料从沟槽422的开口向四面八方延伸的问题。

例如，保护介电层420中的介电材料411会使得化铜不容易成长。因此，只有在活化过催化颗粒412的帮助下，导线层430才容易成形。在此导引下，电镀满溢的问题便不容易发生，于是避免导电材料从沟槽422的开口向四面八方延伸的问题。另外，在此导引下，填入基材中沟槽422的电镀材料亦不容易进行共形沉积，而是尽量均匀地填入图案化复合材料介电层402的沟槽422中。如此一来，就可以改善导线层430表面平坦度，例如，导线层430表面最高点与最低点的差距会不大于3μm。

由于化学制程所得的铜与电镀制程所得的铜在质地上并不完全相同，导线层430在结构上较佳仅包括单一铜层，例如由化学制程所得，而不是由多种物理性质相异的铜所组成，例如混合由化学制程与电镀制程所得的铜。本发明复合材料结构404中介电材料411与催化颗粒412的优选实施方式可以如前所述的介电材料211与催化颗粒212，在此不多加赘述。

在本发明一实施态样中，如图7所示，视情况需要，复合材料介电层402还可以包括一水溶性薄膜440。水溶性薄膜440位于保护介电层420的外表面上。可以在图案化复合材料介电层402之后形成导线层430之前，移除水溶性薄膜440，避免图案化复合材料介电层402之后产生的任何杂质影响导线层430的形成。

水溶性薄膜440会保护保护介电层420。水溶性薄膜440可以包括亲水性高分子，使得在必要时可以用水洗去。例如，这些亲水性高分子的特性官能团可以包括羟基(-OH)、酰胺基(-CONH2)、磺酸基(-SO3H)、羧基(-COOH)其中的一的官能团，或者前述各官能团的任意组合。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (21)

1.一种复合材料电路板结构，包括有：

基材；

复合材料介电层，位于该基材上，该复合材料介电层包括有催化介电层及保护介电层，其中该催化介电层包括介电材料与催化颗粒并接触该基材，该保护介电层包括该介电材料并接触该催化介电层；以及

图案化导线层，位于该催化介电层上。

2.如权利要求1所述的复合材料电路板结构，其中该基材为多层电路板。

3.如权利要求1所述的复合材料电路板结构，其中该保护介电层包括高分子材料，其中该高分子材料为选自由环氧树脂、改质的环氧树脂、聚脂、丙烯酸酯、氟素聚合物、聚亚苯基氧化物、聚酰亚胺、酚醛树脂、聚砜、硅素聚合物、BT树脂、氰酸聚酯、聚乙烯、聚碳酸酯树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、液晶高分子、聚酰胺、尼龙6、共聚聚甲醛、聚苯硫醚与环状烯烃共聚物所组成的组合。

4.如权利要求1所述的复合材料电路板结构，其中该催化颗粒包括多个纳米颗粒。

5.如权利要求1所述的复合材料电路板结构，其中该催化颗粒的材质包括金属的配位化合物。

6.如权利要求1所述的复合材料电路板结构，其中该图案化导线层嵌入该复合材料介电层中。

7.一种形成复合材料电路板结构的方法，包括有：

提供复合材料结构，包括有：

基材；

复合材料介电层，位于该基材上，该复合材料介电层包括有催化介电层及保护介电层，其中该催化介电层包括有介电材料与催化颗粒并接触该基材，该保护介电层包括有该介电材料并接触该催化介电层；

图案化该复合材料介电层并活化该催化颗粒；以及

形成导线层，位于该催化介电层上。

8.如权利要求7所述形成复合材料电路板结构的方法，其中该基材为多层电路板。

9.如权利要求7所述形成复合材料电路板结构的方法，其中该保护介电层包括有高分子材料。

10.如权利要求7所述形成复合材料电路板结构的方法，其中该催化颗粒包括多个纳米颗粒。

11.如权利要求7所述形成复合材料电路板结构的方法，其中该催化颗粒的材质包括金属的配位化合物。

12.如权利要求7所述形成复合材料电路板结构的方法，其中该导线层嵌入该复合材料介电层中。

13.如权利要求7所述形成复合材料电路板结构的方法，其中该导线层表面最高点与最低点的差距不大于3μm。

14.如权利要求7所述形成复合材料电路板结构的方法，其中该复合材料介电层更包括水溶性薄膜，位于该保护介电层上。

15.如权利要求14所述形成复合材料电路板结构的方法，在形成该导线层前更包括：

移除该水溶性薄膜。

16.如权利要求7所述形成复合材料电路板结构的方法，其中使用激光加工以图案化该复合材料介电层并活化该催化颗粒。

17.一种复合材料结构，包括有：

催化介电层，其包括介电材料与催化颗粒；以及

保护介电层，其包括该介电材料并接触该催化介电层。

18.如权利要求17所述的复合材料结构，更包括：

图案化导线层，位于该催化介电层上并接触该保护介电层。

19.如权利要求17所述的复合材料结构，其中该图案化导线层表面最高点与最低点的差距不大于3μm。

20.如权利要求17所述的复合材料结构，其中该介电材料包括高分子材料。

21.如权利要求17所述的复合材料结构，其中该催化颗粒的材质包括金属配位化合物的纳米颗粒。

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