CN102088817A - 具有球形填充物的多层层合板及其电路板 - Google Patents

Abstract

一种具有球形填充物的多层层合板及其电路板，多层层合板由多个导电层及绝缘层交互堆栈并压合而成，多层层合板的导电层与相邻的另一导电层之间借由埋孔结构中的导电柱导通以增加电路设计性，其中该多层层合板的绝缘层内具有球型填充物，以增加绝缘层的热传导率及调变该绝缘层的热膨胀性。绝缘层由半固化胶片经由热压板压合程序中固化而成，于高温及高压之热压板压合程序中，半固化胶片先融化成树脂溶液并填充于上述的埋孔结构中，该树脂溶液再进一步固化形成绝缘层。球型填充物均匀分布于多层层合板的埋孔结构中可改善多层层合板的整体热传导率及调变热膨胀性，该多层层合板于电路板下游高温组装工艺时能有效地散热并提高板材的耐热性及工艺良率。

Description

具有球形填充物的多层层合板及其电路板

技术领域

本发明涉及一种电路板，尤其涉及一种具有球形填充物的多层电路板。

背景技术

以往印刷电路板绝缘层材料在重视电性绝缘的要求下，皆使用热传导性小的材料，来达到绝缘效果。由于热传导性小，使得板材在后续表面黏着技术(SMT)高温组装工艺时聚集大量的热能，无法有效散热排出，而产生耐热不良甚至材料劣化的问题。

近年来，印刷电路板下游组装工艺在环保的前提考虑下，已由有铅进展到无铅工艺，SMT组装温度也由245℃提高到260℃，使得板材的散热及耐热问题面临更大的考验。

请参阅图1及图2，借由技术的提升，印刷电路板由传统的层合板提升至多层层合板，多层层合板是借由多层导电层110’与多层绝缘层120’交互叠构并压合而成，多层导电层之间具有中空的埋孔结构150’，该埋孔结构150’的一侧壁设置有导电柱151’使得导电层110’与其鄰近的另一导电层做电性连接，以增加电路设计，使得与印刷电路板做电性连结的电子组件具有多功能的电路控制性。该埋孔结构150’是由钻孔技术制作，一般埋孔结构150’于导电层110’与绝缘层120’的压合工艺中，绝缘层120’的树脂组成物流入该中空的导电柱151’中并填满之。此外，该多层层合板亦可具有通孔结构160’，该通孔结构160’是可电性连接多层导电层110’。

然而多层层合板的层数增加、组装温度的提高、板厚对孔径纵横比的增加、及埋孔密度增加等因素，使得多层板的埋孔容易在组装工艺时聚集大量的热能，在绝缘层材料热传导性小的因素下，无法有效地将热量排出板材，造成埋孔密集区域板温迅速上升，导致材料因高温产生分层裂化的现象，使得电路板层数设计受到限制。

然而现有技术中使用非规则型的填充物(如滑石粉)填充于电路板的绝缘层中以增加导热性，请参阅图3，然非规则形状的填充物于绝缘层与导电层热压板压合时，绝缘层中不规则形状的填充物不易流动至埋孔结构中，使得埋孔结构中的树脂材质于上述受热环境下易造成热能聚集而无法有效排出热能，造成该部位材料因受热膨胀造成挤压并产生分层裂化。

发明内容

为了改善上述现有技术的缺失，本发明的目的在于提供一种具有球形填充物的多层层合板，该多层层合板的绝缘层是包含填充有球型填充物的树脂组成物，以利于多层层合板的导电层与绝缘层叠合并压合时，球型填充物可均匀填入多层层合板间的埋孔内，借以提高该绝缘层的热传导效率。

基于本发明的上述目的，本发明提供一多层层合板，其包含多个导电层以及多个绝缘层。该多个绝缘层是与该导电层彼此交错叠置。该绝缘层包含一补强材与一树脂组成物。该补强材是由玻璃纤维布所构成，该树脂组成物是附着于该补强材，其中该树脂组成物是包含至少一种树脂与球型填充物。

其中，所述球型填充物的重量百分比可为所述树脂组成物成份的5～90％，以该绝缘层的热膨胀性为考虑，该球型填充物的较佳重量百分比为20～70％。

所述导电层可为金属或金属合金层，一般较佳为金属箔层，如铜箔层。该铜箔层表面可为光滑面或是粗糙面，亦可为一面光滑另一面粗糙的铜箔层。

所述绝缘层的树脂组成物可包含环氧树脂、硬化剂、催化剂。该树脂组成物于工艺过程中可进一步包含溶剂。

所述导电层与绝缘层交错叠置的结构中可进一步包含通孔结构和埋孔结构(或称盲孔结构)，该通孔和埋孔结构的制作过程以现有技术即可达成，在此不多做赘述。

所述球型填充物其可为体积细小的颗粒粉末，其尺寸可为微米及纳米等级，其较佳为纳米等级的球状颗粒。所述球型填充物可为球状的下列材料如：二氧化硅、熔融态二氧化硅、氧化铝、氧化镁、氢氧化镁、碳酸钙、氮化铝、氮化硼、氢氧化铝、碳化铝硅、碳化硅、碳酸钠、二氧化钛、氧化锌、氧化锆、石英、钻石粉、类钻石粉、石墨、或煅烧高岭土的至少一种成份所组成。该球型填充物于高黏度的树脂组成物具有较低的摩擦力，使得导电层与绝缘层压合过程中，球型填充物可有效于树脂组成物中流动并流入至埋孔结构中。所述球型填充物的表面形状越完整、无缺陷凹洞，则其于高黏度树脂中的表面摩擦力越低，于高黏度树脂中流动性越佳，且较易均匀分布于埋孔结构中。相较于现有技术使用非规则型的填充物于导电层与绝缘层压合过程中不易流动至埋孔结构中且不易均匀分布，本发明所述的球型填充物可有效改善上述缺失。

此外，选用高导热率的球型填充物可有效改善绝缘层中的导热率，选用适当的热膨胀系数的球型填充物可有效改善该绝缘层的热膨胀性。因此，本发明的导热黏着材质于热压板压合程序中，球型填充物利于埋孔中流动并均匀分布于其中，使得多层层合板的埋孔结构中的球型填充物均匀分布，进而改善多层层合板的整体热传导率及调变热膨胀性，使得本发明所述的多层层合板压合的多层电路板在电路板下游高温组装工艺时能有效地散热，不致造成板材裂化，借此提高板材的耐热性及工艺良率。

综上所述，本发明借由电路板中的绝缘层中添加高散热性的球型填充物，可有效填充于电路板的埋孔结构中，使绝缘层整体热阻值比现有技术下降约10％～20％，散热效率变高，聚热现象获得纾解，耐热性亦同步显着提升。此外，本发明所述的多层层合板，其叠合的绝缘层与导电层的数目可相较于现有技术大幅提升，并且克服现有技术中层合板因高温产生分层裂化的现象。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为现有技术的多层层合板侧面剖视示意图；

图2为现有技术中具有埋孔及导电柱的多层层合板侧面剖视示意图；

图3为显示于显微镜下所拍摄现有技术的非规则型填充物的影像；

图4为本发明具有球形填充物的第一实施例的多层层合板的剖视示意图；

图5为本发明具有球形填充物的第一实施例的多层层合板的半固化胶片的制作流程示意图；

图6为显示于显微镜下所拍摄的球型填充物的影像；

图7为本发明的半固化胶片经由裁切机裁切的示意图；

图8为本发明的绝缘层与金属薄层叠合层合板的剖视示意图；

图9为本发明的图8的导电层经由微影制成制作线路的层合板剖视示意图；

图10为本发明的多层层合板经由压合机压合的示意图；

图10A为半固化胶片增温软化后，填充于导电层间的空隙的示意图；

图11为本发明第二实施例所述具有埋孔结构的层合板的剖视示意图；

图12为本发明的多层层合板的第二实施例于压合前的分解示意图；

图13为发明的多层层合板的第二实施例于压合前的剖视示意图；

图13A为于第二实施中半固化胶片增温软化后，填充于导电层间的埋孔结构的示意图；以及

图14为本发明的多层层合板的第二实施例的剖视示意图。

其中，附图标记

现有技术

导电层110’

绝缘层120’

埋孔结构150’

导电柱151’

通孔结构160’

本发明

多层层合板100、100a

导电层110、110a、

绝缘层120

半固化胶片120a

补强材121

球型填充物130

空隙140

穿洞141

埋孔结构150

导电柱151

搅拌机200

输送设备210

浸泡槽300

卷收机400

传输机构500

烘干机600

回收机700

裁切机800

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

请参阅图4与图5，图4为本发明多层层合板的剖视示意图，图5为本发明的具有球形填充物的多层层合板的半固化胶片(绝缘层的先期材料)的制作流程示意图。本发明的具有球形填充物的多层层合板100包含多个导电层110及多个绝缘层120，所述导电层可为金属或金属合金层，一般较佳为金属箔层，如铜箔层。该铜箔层表面可为光滑面或是粗糙面，亦可为一面光滑另一面粗糙的铜箔层。所述的绝缘层120是与所述导电层110彼此交错叠置，该绝缘层120是包含补强材与树脂组成物，该树脂组成物是包含至少一种树脂与球型填充物。本发明的多层层合板可经由该多层层合板上的导电层以微影蚀刻等方式形成电路，以使本发明的多层层合板制成电路板。

于制作本发明的多层层合板100前，首先，先准备球型填充物130(请参阅图6)，该球型填充物130是可由二氧化硅、熔融态二氧化硅、氧化铝、氧化镁、氢氧化镁、碳酸钙、氮化铝、氮化硼、氢氧化铝、碳化铝硅、碳化硅、碳酸钠、二氧化钛、氧化锌、氧化锆、石英、钻石粉、类钻石粉、石墨、或煅烧高岭土的至少一种成分所构成。该球型填充物130可依据粒径大小区分成至少一粒径等级，使各粒径等级的具有相近的粒径尺寸，于本发明中可采用小于100μm粒径的球型填充物，较佳为0.1～10um的球型填充物，最佳为1μm以下纳米尺寸的球型填充物。此外，该球型填充物130是可具有一平滑球型表面，较佳可选用表面光滑无缺陷的球型填充物、高导热率的球型填充物或是较佳热膨胀率的球型填充物，最佳可选用表面光滑无缺陷、高导热系数及较佳热膨胀率的球型填充物。其中该球型填充物130的导热率是为1W/mK，该球型填充物的热膨胀率是可用以调变该绝缘层的热膨胀系数。

另准备一树脂组成物，该树脂组成物是由至少一种树脂所组成，该树脂是可包含环氧树脂(Epoxy)、硬化剂(Hardener)、催化剂(Catalyst)、与溶剂(Solvent)等成份所组成。该环氧树脂是可为双酚A(bisphenol-A)环氧树脂、双酚F(bisphenol-F)环氧树脂、双酚S(bisphenol-S)环氧树脂、酚醛(phenol novolac)环氧树脂、双酚A酚醛(bisphenol-A novolac)环氧树脂、鄰甲酚(O-cresol novolac)环氧树脂、三官能基(trifunctional)环氧树脂、四官能基(tetrafunctional)环氧树脂、多官能基(multifunctional)环氧树脂、Dicyclopendiene(DCPD)epoxy resin、P-xylene epoxy resin、含磷环氧树脂、Naphthalene epoxy resin、苯并吡喃型环氧树脂的至少其中之一。该硬化剂是可为双氰二酰胺、二氨基二苯磺酸(DDS)、4，4’-methylenedianiline(MDA)、酚醛树脂、氰酸酯(cyanate ester)、苯并咢秦(Benzoxazine)、Polyphenyl ether、Polyphenylene oxide、9，10-duhydro-9-oxa-10-phosphaphenanthrene-10-oxide(DOPO)或酸酐所构成。该催化剂是由咪唑(imidazole)、三氟化硼胺复合物、氯化乙基三酚基磷(ethyltriphenyl phosphoniumchloride)、二甲基咪唑(2-methylimidazole；2MI)、2-乙基-4-甲基咪唑(2-ethyl-4-methylimidazole；2E4MZ)、三苯基磷(triphenylphosphine；TPP)与4-二甲基胺基吡啶(4-dimethylaminopyridine；DMAP)中的至少之一所构成。该溶剂是可为甲苯(toluene)、丙酮(acetone)、丁酮(MEK)、环己酮、丙二醇甲醚(propylene glycol monomethyl ether)以及二甲基甲酰胺中的至少之一。

将该球型填充物130与至少一种树脂置于一搅拌机200中搅拌混合以形成一树脂溶液。该搅拌机可进一步包含均质机、多滚轮研磨机及球磨机以均匀搅拌该球型填充物及至少一种树脂并使该球型填充物均匀分散于树脂溶液中。该树脂组成物中该环氧树脂的较佳重量百分比为20～45％、该硬化剂的较佳重量百分比为2～60％、该催化剂的较佳重量百分比为0.01～0.03％、该球型填充物的重量百分比可为5～90％(较佳的重量百分比为20～70％)、该溶剂的较佳重量百分比为15～30％，上述的该环氧树脂、该硬化剂、该催化剂、该球型填充物、该溶剂的重量百分比的总和是小于或等于100％。其中该球型填充物于该树脂组成物中的重量百分比为90％以上，并且该环氧树脂、该硬化剂、该催化剂、该球型填充物、该溶剂的重量百分比的总和是小于或等于100％，并不超出本发明的范围。

所述球型填充物130与至少一种树脂混合形成的树脂溶液通入浸泡槽300并静置于该浸泡槽300中。一补强材121是可为由玻璃纤维所构成的玻璃纤维布，其重量可为210g/m2，可将该补强材121可卷收为一布卷状，并设置于一卷收机400中。

该补强材121可经由滚轮等传输机构500，从该卷收机400传输于该浸泡槽300以浸泡该树脂溶液。于本实施例中，该补强材121经由浸泡后，该树脂溶液附着于该补强材121的纤维内及该补强材121的表面。

于该补强材121经过浸泡树脂溶液过后，可经由该传输机构500输送至一烘干机600加以烘干，以形成一半固化胶片(形成绝缘层的先期材料)120a，其中该溶剂可于该烘干过程中蒸发，因此可不存在或微量存在于该半固化胶片120a中。最后该半固化胶片120a于传输的过程中冷却，并经由一回收机700卷收成一布卷状。

另请一并参考图7，上述的半固化胶片120a可经由一裁切机800裁切成适当的大小，并将多个裁切后的半固化胶片120a加以叠置。之后，如图8所示，叠合二金属薄层(导电层)110a于该叠置的半固化胶片的上下表面，并经由一压合机(图未示)于高温高压下压合该二金属薄层110a与该半固化胶片，该半固化胶片经高温及高压作用下固化形成一绝缘层120。

该金属薄层110a是可为由铜箔所构成，铜箔的规格为1盎司/平方英尺(oz/ft²)。于另一实施例中，可仅由一片金属薄层110a贴合于一片半固化胶片120a的上表面，均未超出本发明的精神。

金属薄层110a贴附完毕后，可经由曝光、显影、与蚀刻等现有的印刷电路板制作技术，将该金属薄层110a形成一导电层110，如图9所示。该导电层110是可为印刷电路板的电路线路。

请参阅图10，其将上述多个设有导电层110的绝缘层120彼此交错叠置，并于两相鄰的导电层110间设置一半固化胶片120a，经一压合机(图未示)将上述的组件再次压合，该压合机的压合力可为25～32kg/cm^2，压合温度可为80～100℃，最高可至温度210℃，硬化温度速率可大于190℃/60min。该半固化胶片120a是经由该压合机的压合与增温软化后，可填充于导电层110的空隙140(如图10A)，此时半固化胶片120a中的球型填充物130可有效流入空隙140中。该半固化胶片120a经由高温及高压作用下固化形成绝缘层，该绝缘层与两相鄰导电层110结合，重复上述步骤可形成多层层合板100。上述本发明的绝缘层120与导电层110的数目并不加以限制。

此外，一导电层与其相鄰的另一导电层间，是可包含一埋孔结构。本发明的第二实施例，请参阅图11至图14。与第一实施例不同的是，如图11所示，叠合于一绝缘层120上下表面的导电层110的空隙140间，贯穿一穿洞141，该穿洞141可由现有技术的钻孔技术即可达成，在此不多做赘述。

之后可进一步于该穿洞141制作一埋孔结构150，如图12所示。所述埋孔结构150可进一步包含以化学电镀制作方法所制作的导电柱151，以达电性连接的功能。绝缘层120上方及下方的导电层110是借由该导电柱151做电性联结，该导电柱151是可为化学电镀等方式于埋孔结构150的壁面上形成的一导电金属箔层。将半固化胶片120a再次叠合于上述多个导电层110与绝缘层120形成的层合板之间。如图13与图13A所示，该多个层合板与多个半固化胶片120a借由高温与高压的热压板工艺再次压合，同理地，半固化胶片120a中的球型填充物130可于压合工艺中流入该导电柱151中间所环绕的中空结构中并填满的并进一步固化。

如图14所示，经由压合机压合后，是形成本发明第二实施例所述的多层层合板100a。

经由实验测试本发明与现有技术的比较，本发明所述的球型填充物相较于现有技术使用的非规则型填充物使得绝缘层的热阻值比现有技术下降约10％～20％，特别是绝缘层的埋孔结构中，球型填充物可有效填入并均匀分布，热传导效率变高，聚热现象获得纾解，耐热性亦显着提升。本发明的多层层合板的层数可相较于现有技术大幅提升至二十二层以上，举例而言，该些绝缘层120可提升至十层以上，该些导电层110可提升至二十二层以上，若加入该外部导电层110，可使该些外部导电层110与该些导电层110的层数为二十四层以上。并且不会如现有技术因高温使得绝缘层产生分层裂化的现象。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (21)

1.一种具有球形填充物的多层层合板，其特征在于，包含：

多个导电层；以及

多个绝缘层，其与所述导电层彼此交错叠置，该绝缘层包含：

一补强材，由玻璃纤维布所组成；以及

一树脂组成物，是附着于该补强材；

其中该树脂组成物包含至少一种树脂与球型填充物。

2.根据权利要求1所述的具有球形填充物的多层层合板，其特征在于，该球型填充物为二氧化硅、熔融态二氧化硅、氧化铝、氧化镁、氢氧化镁、碳酸钙、氮化铝、氮化硼、氢氧化铝、碳化铝硅、碳化硅、碳酸钠、二氧化钛、氧化锌、氧化锆、石英、钻石粉、类钻石粉、石墨、或煅烧高岭土的至少一种成分所构成。

3.根据权利要求1所述的具有球形填充物的多层层合板，其特征在于，该树脂包含环氧树脂、硬化剂、与催化剂。

4.根据权利要求3所述的具有球形填充物的多层层合板，其特征在于，于该树脂组成物中，该环氧树脂的重量百分比为20～45％、该硬化剂的重量百分比为20～40％、该催化剂的重量百分比为0.01～0.03％、该些球型填充物的重量百分比为5～90％，上述的该环氧树脂、该硬化剂、该催化剂与该些球型填充物的重量百分比的总和小于或等于100％。

5.根据权利要求4所述的具有球形填充物的多层层合板，其特征在于，该球型填充物的重量百分比为20～70％。

6.根据权利要求3所述的具有球形填充物的多层层合板，其特征在于，该催化剂为咪唑、三氟化硼胺复合物、氯化乙基三酚基磷、二甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、三苯基磷与4-二甲基胺基吡啶中的至少之一。

7.根据权利要求3所述的具有球形填充物的多层层合板，其特征在于，该硬化剂为双氰二酰胺、二氨基二苯磺酸、4，4’-methylenedianiline、酚醛树脂、氰酸酯、苯并咢秦、Polyphenyl ether、Polyphenylene oxide、DOPO或酸酐中的至少之一。

8.根据权利要求3所述的具有球形填充物的多层层合板，其特征在于，该环氧树脂是由双酚A环氧树脂、双酚F环氧树脂、双酚S环氧树脂、酚醛环氧树脂、双酚A酚醛环氧树脂、鄰甲酚环氧树脂、三官能基环氧树脂、四官能基环氧树脂、多官能基环氧树脂、Dicyclopendiene epoxy resin、P-xyleneepoxy resin、含磷环氧树脂、Naphthalene epoxy resin、苯并吡喃型环氧树脂的至少其中之一。

9.根据权利要求1所述的具有球形填充物的多层层合板，其特征在于，该球型填充物的粒径小于100μm。

10.根据权利要求1所述的具有球形填充物的多层层合板，其特征在于，该球型填充物的粒径介于1～10μm之间。

11.根据权利要求1所述的具有球形填充物的多层层合板，其特征在于，该球型填充物的粒径小于1μm。

12.根据权利要求1所述的具有球形填充物的多层层合板，其特征在于，该球型填充物表面具有一平滑球型表面。

13.根据权利要求1所述的具有球形填充物的多层层合板，其特征在于，该球型填充物热导率大于1W/mK。

14.根据权利要求1所述的具有球形填充物的多层层合板，其特征在于，该球型填充物的热膨胀率是用以调变该绝缘层的热膨胀系数。

15.根据权利要求1所述的具有球形填充物的多层层合板，其特征在于，进一步包含埋孔结构。

16.根据权利要求15所述的具有球形填充物的多层层合板，其特征在于，所述埋孔结构位于导电层与邻近的另一导电层之间。

17.根据权利要求15所述的具有球形填充物的多层层合板，其特征在于，所述埋孔结构进一步包含以化学电镀工艺所制作的导电柱。

18.根据权利要求1所述的具有球形填充物的多层层合板，其特征在于，该些绝缘层为十层以上。

19.根据权利要求1所述的具有球形填充物的多层层合板，其特征在于，该些导电层为二十二层以上。

20.根据权利要求1所述的具有球形填充物的多层层合板，其特征在于，该导电层与绝缘层总数为二十二层以上。

21.一种电路板，其特征在于，包含权利要求1所述的具有球形填充物的多层层合板。

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