CN102573276A - 介电层及其制备方法和包括该介电层的印刷电路板 - Google Patents

Abstract

本发明公开了介电层及其制备方法和包括该介电层的印刷电路板，该介电层通过在电介质聚合物树脂中分散短纤维并且将其中分散有短纤维的树脂浸入织物状材料来制备。电介质聚合物树脂由短纤维来增强并浸入在织物状材料中，从而使得能够制备具有良好的强度和低热膨胀系数的介电层。因此，包括该介电层的印刷电路板在其厚度变薄的情况下也可维持其强度和硬度与根据现有技术的印刷电路板的强度和硬度在同一水平。

Description

介电层及其制备方法和包括该介电层的印刷电路板

相关申请的交叉参考

本申请要求于2010年12月14日提交的韩国专利申请第10-2010-0127343号题为“Dielectric Layer of Printed Circuit Board，Methodfor Preparing the Same，and Printed Circuit Board Including the same”的优先权，其全部内容通过引证结合于本申请中。

技术领域

本发明涉及一种印刷电路板的介电层和其制备方法以及包括该介电层的印刷电路板。

背景技术

制造诸如以智能电话为代表的便携式电话、以及以等离子体显示板(PDP)、液晶显示器(LCD)、发光二极管等为代表的电视机的电子产品的公司已关于其厚度的最小化和其最优良的性能方面在竞争。此外，随着客户的层次变高，已连续推出诸如便携式电话或电视的薄型(slimness)电子产品的许多竞争产品。

这些电子产品在印刷电路板(PCB)上安装有大量的电子元件。因此，已进行了各种努力来减小电子产品的厚度；然而减小PCB的厚度比减小包括在电子产品中的大量电子元件的厚度更有效果。因此，开发薄型PCB的需求增加。

在减小PCB的厚度的情况下，除了由回流过程中产生的热引起的PCB翘曲之外，还会出现在将电子元件安装在PCB上时由于安装用力引起的PCB翘曲的问题。此外，在减小PCB的厚度的情况下，由于诸如冲击力的外力，PCB易破裂。由于这些问题，应加强PCB本身的强度。

然而，由于PCB随着PCB的厚度变薄而翘曲的此消彼长问题，因此需要增加PCB的强度以最小化翘曲问题。

通常，由于在回流过程中产生的热量、在使用电子产品期间产生的热量、或来自周围环境的热量，使得PCB在其厚度方向上伸长或缩短。由多个层构成的PCB经过在PCB中钻孔以用于内层与外层之间的导电连接的“镀通孔(PTH)”过程，并用金属对该孔进行电镀。然而，当PCB的伸长量或缩短量较大时，电镀至PHT的金属同时断裂，并且尽管PCB的伸长量或缩短量较小，但当重复发生伸长和缩短时，电镀至PHT的金属会由于老化破坏而断裂。因此，为了防止该现象，应通过降低PCB在其厚度方向上的热膨胀系数(CTE)来使由热引起的PCB在其厚度方向上的变形量最小化。

PCB由形成电路的铜层和用于铜层之间绝缘的介电层构成。由于PCB的铜层元件应形成电路，所以不可能改变铜层的材料。因此，必然是改变介电层的材料来增加PCB硬度和强度并减小CTE。

PCB的介电层仅由电介质聚合物树脂或包括电介质聚合物材料的合成材料制成。然而，仅由电介质聚合物树脂制成的介电层由于低硬度、低强度和高CTE而使得在用于薄型PCB时具有局限性。此外，在由合成材料制成的介电层的情况下，需要进一步增加介电层的强度和硬度，并进一步减小CTE，以实现薄型的PCB。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种在最大化增加薄型印刷电路板的强度和硬度的同时最小化热膨胀系数(CTE)的印刷电路板的介电层。

本发明的另一目的是提供具有上述特性的印刷电路板的介电层的制备方法。

本发明的另一目的是提供包括该介电层的印刷电路板。

根据本发明的示例性实施方式，提供了一种印刷电路板的介电层，包括：电介质聚合物树脂；短纤维；及织物状材料。

电介质聚合物树脂可以是选自由热固性树脂、热塑性树脂和其混合树脂组成的组中的至少一个。

热固性树脂可以是选自由环氧树脂、酚醛树脂、环氧丙烯酸酯树脂、三聚氰胺树脂、聚苯醚树脂、聚醚砜树脂、聚醚醚酮树脂、聚苯硫醚树脂、聚苯氧基树脂、聚酰亚胺树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、聚醚酰亚胺树脂、聚砜树脂、聚酮树脂、聚醚酮树脂、氟树脂、聚氨酯类树脂、聚异戊二烯树脂、其共聚物、其改性树脂及其混合物组成的组中的至少一个。

热塑性树脂可以是选自由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)树脂、聚对苯二甲酸亚丙基酯树脂、聚萘二甲酸乙二醇酯树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、苯乙烯类树脂、聚甲醛树脂、聚酰胺树脂、聚碳酸酯树脂、聚甲基丙烯酸甲酯树脂、聚氯乙烯树脂、其共聚物、其改性树脂及其混合物组成的组中的至少一个。

短纤维可具有在0.5mm至5mm范围内的长度。

短纤维可以是选自由玻璃纤维和芳族聚酰胺纤维(aramid fiber，芳纶)组成的组中的至少一个。

织物状材料可以是选自由玻璃织物、无纺材料、纤维材料组成的组中的至少一个。

根据本发明的另一示例性实施方式，提供了印刷电路板的介电层的制备方法，包括：将短纤维分散在电介质聚合物树脂中；并且将其中分散有短纤维的树脂浸入织物状材料。

短纤维可被分散为相对于100重量份的电介质聚合物树脂具有20重量份的含量。

电介质聚合物树脂可在熔融状态下使用。

在将树脂浸入织物状材料期间，其中分散有短纤维的树脂可分散在构成织物状材料的各原材料之间。

在其中分散有短纤维的树脂分散在织物状材料之后，短纤维的形状可以保持原样。

根据本发明的另一示例性实施方式，提供了一种印刷电路板，包括含有电介质聚合物树脂、短纤维和织物状材料的介电层。

附图说明

图1和图2是示出了根据本发明示例性实施方式的介电层的制备过程及其结构的示图；

图3至图5是示出了根据比较例1和示例1的介电层的抗拉强度结果的示图；以及

图6和图7是示出了根据比较例1和示例1的介电层的热膨胀系数的测量结果的示图。

具体实施方式

本说明书和权利要求书中所使用的术语和词语不应理解为限于通常含义或字典定义，而应基于规则理解为具有与本发明的技术范围相关的含义和概念，根据该规则发明人可适宜地定义术语的概念以描述他或她知道的用于执行本发明的最适宜的最佳方法。

因此，在本发明的实施方式和附图中所描述的结构仅仅是最优选的实施方式，而并不代表本发明的全部技术精神。因此，在提交本申请时，本发明应理解为包括包含在本发明的精神和范围内中的所有变化、等价物和替换。

下文中，将参照附图详细描述本发明的优选实施方式。

本说明书中所使用的术语用于说明实施方式而不是限制本发明。在本说明书中，单数形式也包括复数形式，除非明确地指出并非如此。术语“包括(comprise)”以及诸如“包含(comprises)”或“含有(comprising)”的变形应被理解为表示包括所述的组成、步骤、操作和/或元件，但不排除任何其他的组成、步骤、操作和/或元件。

此外，在以下附图中，为了便于说明或清楚，将放大各层的厚度或尺寸，并且相同的参考标号表示相同的元件。如在本说明书中所使用的，术语“和/或”包括所列举项目中的任何一个或至少一个组合。

在本说明书中，虽然诸如第一、第二等的术语用于说明各种构件、元件、区域、层和/或其部分，但这些构件、元件、区域、层和/或其部分并不局限于这些术语。这些术语仅用于将一个构件、元件、区域、层和/或其部分与另一构件、元件、区域、层和/或其部分区分开。因此，以下描述的第一构件、第一元件、第一区域、第一层或其部分可表示第二构件、第二元件、第二区域、第二层或其部分。

本发明涉及一种用于增加印刷电路板的强度和硬度并使热膨胀系数最小化的介电层。该介电层由电介质聚合物树脂、短纤维、织物状材料制成。

包括在根据本发明示例性实施方式的介电层中的电介质聚合物树脂是具有绝缘特性的材料。电介质聚合物树脂可以是选自由热固性树脂、热塑性树脂及其混合树脂组成的组中的至少一个，但并不特定地局限于此。

热固性树脂可以是选自由环氧树脂、酚醛树脂、环氧丙烯酸酯树脂、三聚氰胺树脂、聚苯醚树脂、聚醚砜树脂、聚醚醚酮树脂、聚苯硫醚树脂、聚苯氧基树脂、聚酰亚胺树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、聚醚酰亚胺树脂、聚砜树脂、聚酮树脂、聚醚酮树脂、氟树脂、聚氨酯类树脂、聚异戊二烯树脂、其共聚物、其改性树脂及其混合物组成的组中的至少一个，但并不特定地局限于此。

此外，热塑性树脂可以是选自由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)树脂、聚对苯二甲酸亚丙基酯树脂、聚萘二甲酸乙二醇酯树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、苯乙烯类树脂、聚甲醛树脂、聚酰胺树脂、聚碳酸酯树脂、聚甲基丙烯酸甲酯树脂、聚氯乙烯树脂、其共聚物、其改性树脂及其混合物组成的组中的至少一个，但并不特定地局限于此。

可使用通过混合热固性树脂和热塑性树脂所形成的混合树脂。在所列举的树脂中，考虑到绝缘特性等，可最优选使用环氧树脂，但也并不特定地局限于此。

此外，介电层使具有短长度的短纤维分散在电介质聚合物树脂中。在该情况下，短纤维优选具有0.5mm至5mm范围内的长度。

当短纤维的长度小于0.5mm时，长度直径比较小而使机械特性改进效果减弱，当短纤维长度超过0.5mm时，这过分地长，而难以在短纤维分散在电介质聚合物树脂中时将短纤维与电介质聚合物树脂混合从而导致纤维分布不均匀，进而不能令人满意地实现增强效果。

根据本发明的示例性实施方式，短纤维可以是选自由玻璃纤维和芳族聚酰胺纤维组成的组中的至少一个。

根据本发明示例性实施方式的玻璃纤维由选自由E玻璃、石英玻璃、D玻璃、S玻璃、T玻璃、C玻璃和H玻璃组成的组中的至少一个制成，然而，用于制备玻璃纤维的方法并不特定地局限于此。可直接制备玻璃纤维，或者可使用市售的玻璃纤维。

此外，对于芳族聚酰胺纤维，可使用诸如从美国杜邦公司可获得的“Kevlar”、从日本帝人公司可获得的“TWARON”、从韩国可隆公司可获得的“Heraclon”的知名产品。

在现有纤维中，芳族聚酰胺纤维是强度最大的纤维，其强度比具有相同重量的钢高出五倍，并且是具有良好耐热性(甚至在500℃也不燃烧)和较强的耐化学性的高性能材料。此外，与金属或无机材料相比，芳族聚酰胺纤维较轻、较不易磨损且更便于加工。因此，芳族聚酰胺纤维已被应用于各种工业领域，诸如高性能轮胎、软管、皮带、光缆增强材料、防弹衣，防弹头盔、滑动摩擦材料、密封垫材料等。

此外，根据本发明的示例性实施方式，织物状材料可以是选自由玻璃织物(玻璃布)、无纺材料、纤维材料组成的组中的至少一个，但并不被特定地限定，只要其具有织物状即可。

例如，织物状材料不被特别地限定，只要其是通过将经纱和纬纱编织成彼此垂直交叉而变为具有特定区域的平面体的布或织物、或是通过使用热和树脂将纤维机械处理成相互交织而制备的无纺状布、或玻璃织物、或其他各种纤维材料即可。

此外，可使用所有的织物状材料，只要它们可将其中分散有短纤维的电介质聚合物树脂浸渍即可。

下文中，将参照附图详细描述根据本发明示例性实施方式的用于制备印刷电路板的介电层的方法。如图1所示，根据本发明示例性实施方式的用于制备印刷电路板的介电层的方法可包括在电介质聚合物树脂200中分散短纤维210以最终制备其中分散有短纤维的树脂220；如图2所示，将其中分散有短纤维的树脂220浸入织物状材料230以制备短纤维增强介电层250。

首先，将短纤维210分散在电介质聚合物树脂200中。在该情况下，如图1所示，电介质聚合物树脂优选地以液相存在，以分散短纤维。例如，在熔融状态下使用电介质聚合物树脂，或者电介质聚合物树脂本身优选为液相。

在如上所述将短纤维210分散在电介质聚合物树脂200中的情况下，如图1所示，可获得其中短纤维均匀分散在电介质聚合物树脂溶液中的树脂220。

当在电介质聚合物树脂中分散短纤维时，相对于100重量份的电介质聚合物树脂可分散20重量份(优选地，在0.01重量份至10重量份的范围内)含量的短纤维。当短纤维的含量超过20重量份时，在分散中产生问题。

然后，其中分散有短纤维210的树脂220浸入织物状材料230。在该情况下使用的织物状材料23不被特定地限制，只要其具有织物状而使得其中分散有短纤维的树脂220可浸入其中即可。例如，织物状材料230可是编织的纤维材料、通过将机械力施加至其所制备的纤维材料(诸如无纺织物、玻璃织物等)。其中，玻璃织物是最优选的，但并不限制于此。

根据本发明的示例性实施方式，如图2所示，在使树脂220浸入织物状材料230期间，其中分散有短纤维210的树脂220分散在构成织物状材料230的各原材料之间。例如，在织物状材料是具有经纱和纬纱相互编织的纤维材料的情况下，当其中分散有短纤维的树脂浸入织物状材料时，树脂还可浸入经纱和纬纱之间。

因此，如图2所示，尽管其中分散有短纤维的树脂浸入织物状材料，但在最终获得的短纤维增强介电层250中短纤维210的形状可保持其原样。然而，当其中分散有短纤维的树脂浸入织物状材料时，液相态的电介质聚合物树脂具有固体状，并由于短纤维而具有足够增强的强度。

根据本发明示例性实施方式制备的短纤维增强介电层的厚度为0.1mm以下，并且可通过层叠多层来使用短纤维增强介电层或可通过使其中分散有短纤维的树脂浸入织物状材料而作为多层来制备短纤维增强介电层。

通过上述工艺制备的根据本发明示例性实施方式的介电层可通过使用许多短纤维来增强电介质聚合物树脂并使由许多短纤维增强的电介质聚合物树脂浸入织物状材料来增强其强度。

此外，本发明提供了一种包括具有电介质聚合物树脂、短纤维和织物状材料的介电层的印刷电路板。

根据本发明示例性实施方式的印刷电路板包括具有增强的强度的介电层，从而使得可解决其强度随着印刷电路板变薄长而变弱的问题。

下文中，将参照示例详细描述本发明。提供本发明的示例以向本领域的技术人员更完整地说明本发明。以下示例可以以许多不同的方式修改，并且不限制本发明的范围。此外，提供这些示例以使本公开更详尽和完整，并将本发明的构思完整地传达给本领域的技术人员。

实施例1

相对于100重量份的液相环氧电介质聚合物树脂分散10重量份的玻璃短纤维(2mm)，以制备其中分散有玻璃短纤维的树脂。

其中分散有玻璃短纤维的树脂浸入玻璃织物中以制备由玻璃织物、电介质聚合物树脂和玻璃短纤维制成的短纤维增强介电层。

比较例1

制备由玻璃纤维和环氧电介质聚合物树脂制成的介电层，并且该介电层用作比较例。

实验例

如下测量根据示例1和比较例1制备的介电层的抗拉强度和热膨胀系数。测量结果如图3至图7所示。

1)抗拉强度：每个介电层样本被切割成哑铃状，并使用可从英斯特朗公司(Instron Co.)获得的拉伸试验机测量其上的抗拉强度。图3是示出在每个样本发生应变时作用于每个样本上的应力的测量结果的示图。

此外，图4的杨氏模量用作表示硬度的标准，杨氏模量是通过将应力除以应变所获得的值。

此外，图5的极限强度表示每个样本发生最大应变时每个样本的强度。

2)热膨胀系数：使用TMA测量关于每个获得的介电层样本的随着温度变化的尺寸变化。图6中示出了测量结果。图7是示出了每个样本的热膨胀系数的比较结果的示图。

从图3至图5中可以看出，作为抗拉强度测试结果，与根据现有技术仅由电介质聚合物和玻璃织物制成的介电层(比较例1)相比，根据本发明示例性实施方式通过将短纤维分散在电介质聚合物树脂中获得其中分散有短纤维的电介质聚合物树脂并将电介质聚合物树脂浸入织物状材料所制备的介电层(示例1)具有更良好的硬度和强度。

此外，从图6和图7的TMA测量结果可以看出，与比较例1相比，根据示例1的热膨胀系数减少了29％。

因此，当根据本发明示例性实施方式的介电层包含在印刷电路板中时，使用短纤维增强介电层以改善印刷电路板的特性(诸如硬度、强度等)，尽管印刷电路板经过“镀通孔(PTH)”加工等，但PCB在其厚度方向上的热膨胀系数(CTE)被降低，从而使得能够解决由热引起的诸如断裂或变形的问题。

根据本发明的示例性实施方式，可通过使用短纤维增强电介质聚合物树脂并将由短纤维增强的电介质聚合物树脂浸入织物状材料来制备具有良好强度和低热膨胀系数的介电层。

此外，即使其厚度变薄，包括该介电层的印刷电路板也可保持其强度和硬度与根据现有技术的印刷电路板的强度和硬度在同一水平。尽管PCB经过在其中钻孔的加工，但PCB具有较低的热膨胀系数，使得可最小化诸如电镀至PCB的金属的断裂等的变形。

尽管已经示出并描述了本发明的示例性实施方式，但本发明并不局限于此，而是在不背离本发明的精神的前提下，本领域的技术人员可以进行各种变化和修改。

Claims (13)

1.一种印刷电路板的介电层，包括：

电介质聚合物树脂；

短纤维；以及

织物状材料。

2.根据权利要求1所述的印刷电路板的介电层，其中，所述电介质聚合物树脂为选自由热固性树脂、热塑性树脂和其混合树脂组成的组中的至少一个。

3.根据权利要求2所述的印刷电路板的介电层，其中，所述热固性树脂为选自由环氧树脂、酚醛树脂、环氧丙烯酸酯树脂、三聚氰胺树脂、聚苯醚树脂、聚醚砜树脂、聚醚醚酮树脂、聚苯硫醚树脂、聚苯氧基树脂、聚酰亚胺树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、聚醚酰亚胺树脂、聚砜树脂、聚酮树脂、聚醚酮树脂、氟树脂、聚氨酯类树脂、聚异戊二烯树脂、其共聚物、其改性树脂及其混合物组成的组中的至少一个。

4.根据权利要求2所述的印刷电路板的介电层，其中，所述热塑性树脂为选自由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)树脂、聚对苯二甲酸亚丙基酯树脂、聚萘二甲酸乙二醇酯树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、苯乙烯类树脂、聚甲醛树脂、聚酰胺树脂、聚碳酸酯树脂、聚甲基丙烯酸甲酯树脂、聚氯乙烯树脂、其共聚物、其改性树脂及其混合物组成的组中的至少一个。

5.根据权利要求1所述的印刷电路板的介电层，其中，所述短纤维具有0.5mm至5mm的范围内的长度。

6.根据权利要求1所述的印刷电路板的介电层，其中，所述短纤维为选自由玻璃纤维和芳族聚酰胺纤维组成的组中的至少一个。

7.根据权利要求1所述的印刷电路板的介电层，其中，所述织物状材料为选自由玻璃织物、无纺材料及纤维材料组成的组中的至少一个。

8.一种印刷电路板的介电层的制备方法，包括：

将短纤维分散在电介质聚合物树脂中；以及

将其中分散有所述短纤维的所述树脂浸入织物状材料。

9.根据权利要求8所述的印刷电路板的介电层的制备方法，其中，所述短纤维被分散为相对于100重量份的所述电介质聚合物树脂具有20重量份的含量。

10.根据权利要求8所述的印刷电路板的介电层的制备方法，其中，所述电介质聚合物树脂在熔融状态下使用。

11.根据权利要求8所述的印刷电路板的介电层的制备方法，其中，在将所述树脂浸入所述织物状材料期间，其中分散有所述短纤维的所述树脂分散在构成所述织物状材料的各原材料之间。

12.根据权利要求8所述的印刷电路板的介电层的制备方法，其中，在其中分散有所述短纤维的所述树脂分散在所述织物状材料中之后，所述短纤维的形状保持原样。

13.一种印刷电路板，包括根据权利要求1所述的介电层。

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