CN105682337B - 适用于减层设计的多层印刷电路板 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多层印刷电路板,其包括至少两个绝缘层,该绝缘层分别具有玻璃纤维布及包覆该玻璃纤维布的固化树脂,各绝缘层彼此迭合;内线路层,至少形成于两个相邻的绝缘层之间;以及外线路层,形成于最外侧的绝缘层的外表面;其中,前述绝缘层的介电常数小于或等于3.4,前述线路层的线宽介于40及75微米之间,以使该多层印刷电路板于单线传输下的特性阻抗介于45及55欧姆之间,于双线传输下的特性阻抗介于90及110欧姆之间。

Description

适用于减层设计的多层印刷电路板
技术领域
本发明关于一种适用于减层设计的多层印刷电路板,特别关于一种于多次压合且厚度减少或减层条件下仍保有传输设计较佳制程良率的多层印刷电路板。
背景技术
印刷电路板是许多电子装置的关键零部件之一,其技术已由传统的单层板逐渐发展到多层板,通过多层电路层满足多功能的电路设计应用,近年来更发展到HDI高密度连接板,其通过通孔及盲孔实现多层板的各层电路链接互通的信号传输功能。然而多层数电路板会造成厚度较厚,为了满足各类新颖电子装置(特别是智能型手机)对于轻薄设计及便于携带的需求,业界逐渐开始采用厚度较薄的玻璃纤维布来制作半固化片(prepreg),目前较常使用的薄织布包括1017、1027、1037、106、1067等布种,期望能通过减少半固化片的厚度,进而降低印刷电路板成品的整体厚度。
除此之外,线路设计厂商也开始研究如何通过减层(layer reduction)的方式来减少多层板的层数,从而降低整体厚度而仍可保持原有层数所提供的信号传输功能。
减层对于印刷电路板的优势在于,不仅可以减低整体印刷电路板的厚度,还可降低终端产品(如智能型手机)的整体厚度。此外,电路板制作流程包含裁切、烘烤、机械钻孔(对位孔)、制作内层电路、增层压合、激光钻孔、曝光显影、制作内层电路、增层压合、激光钻孔、曝光显影、制作内层电路等程序,每增加一层电路都需再重复制作内层电路、增层压合、激光钻孔、曝光显影等步骤而消耗大量成本。因此,若能利用减层设计,还可大幅节省制程成本。
然而,目前业界普遍遭遇的问题是,在印刷电路板厚度减少的同时必然需要采用更精密且线宽更小的线宽制程条件以符合特性阻抗的规格要求,因而导致整体制程的良率大为降低,且成本相对提高。因此,有必要提出一种 于厚度减少、层数减少条件下仍保有良好信号传输特性且制程良率高的印刷电路板设计。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多层印刷电路板,其包括:至少两个绝缘层,该绝缘层分别具有玻璃纤维布及包覆该玻璃纤维布的固化树脂,各绝缘层彼此迭合;内线路层,至少形成于两个相邻的绝缘层之间;以及外线路层,形成于最外侧的绝缘层的外表面;其中,前述绝缘层的介电常数小于或等于3.4,前述线路层的线宽介于40及75微米之间,以使该多层印刷电路板于单线传输下的特性阻抗介于45及55欧姆之间,于双线传输下的特性阻抗介于90及110欧姆之间。
于一实施例中,多层印刷电路板的线路层的线宽介于40及60微米之间,较佳介于45及55微米之间。
于一实施例中,所述玻璃纤维布于1GHz至10GHz频率下的介电常数小于或等于6.6,较佳为所述玻璃纤维布于1GHz至10GHz频率下的介电常数小于或等于4.9。
于一实施例中,多层印刷电路板的单线传输下的特性阻抗约为50欧姆,双线传输下的特性阻抗约为100欧姆。
为制造符合前述介电常数范围的绝缘层,可将玻璃纤维布含浸树脂组成物后进行烘烤及压合固化,且该树脂组成物可包含但不限于聚苯醚、聚苯胺、聚酯、聚丁二烯、苯乙烯-聚丁二烯共聚物、苯乙烯马来酸酐、马来酰亚胺、氰酸酯、异氰酸酯、环氧树脂、聚四氟乙烯、苯并恶嗪、乙烯基化合物的其中之一、其改质物或其组合。
通过提供满足特定介电常数的玻璃纤维布及绝缘层,本发明可利用良率较高的制程条件制造出高信号传输特性的多层印刷电路板。
附图说明
图1为本发明的多层印刷电路板的示意图。
图2为内层线路的线宽W、绝缘层高度H1及导电层厚度T的示意图。
图3为外层线路的线宽W、绝缘层高度H2及导电层厚度T的示意图。
图4为比较例的C1内层线路的线宽W、绝缘层高度H3及导电层厚度T的示意图。
附图标记
1 多层印刷电路板 10 绝缘层 20 外线路层
22 内线路层 30 回归层 32 线路层
W 线宽 H1、H2、H3 绝缘层高度
T 导电层厚度
具体实施方式
以下参照附图对实施例进行说明,以增进对于本文所呈现的理论的理解。本领域技术人员应了解,附图中的组件是为了达成简单及清楚说明的目的,且不一定按实际比例绘制。例如,在这些附图中,某些对象的尺寸相对于其他对象可能有所放大,以有助于对实施例的理解。
由于各种形式与实施例仅为例示性且非限制性,故在阅读本说明书后,本领域技术人员可知在不偏离本发明的范围的情况下,还可能有其它形式与实施例。根据下述的详细说明与权利要求,将可使这些实施例的特征及优点更加明显。
于本发明中,使用“一”或“一个”来描述本文所述的组件和组件。这只是为了方便说明,并且对本发明的范围提供一般性的意义。因此,除非很明显地另外说明,否则此种描述应理解为包括一个或至少一个,且单数也同时包括复数。
此外,于本文中,用语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其他任何类似用语旨在涵盖非排他性的包括物。举例而言,含有复数要件的一组件、结构、制品或装置不仅限于本文所列出的这些要件而已,而是可以包括未明确列出但却是该组件、结构、制品或装置通常固有的其他要件。除此之外,除非有相反的明确说明,用语“或”是指概括性的“或”,而不是指排他性的“或”。例如,以下任何一种情况均满足条件“A或B”:A为真(或存在)且B为假(或不存在)、A为假(或不存在)且B为真(或存在)、A和B均为真(或存在)。
下式(I)为印刷电路板外层线路(micro-strip)的单线传输特性阻抗公式:
Figure DEST_PATH_IMAGE001
式(I)
下式(II)为印刷电路板内层线路(stripline)的单线传输特性阻抗公式:
Figure DEST_PATH_IMAGE002
式(II)
其中Zo为特性阻抗(characteristic impedance)、εo为介电常数、W为线宽、H为绝缘层高度、T为导电层的厚度。由式(I)及式(II)可知,若采用了减层设计,则绝缘层高度H降低,并导致特性阻抗Zo降低。此时,若欲保持特性阻抗Zo不变动,必需减少导电层厚度T、减少线宽W及/或降低绝缘层介电常数εo
举例而言,若介电常数εo与导电层的厚度T为定值,于此条件下,若为了降低印刷电路板的整体厚度而减少绝缘层高度H,例如通过减层设计,则必须同时减少线宽W方可实现或维持特定的特性阻抗Zo,例如于单线信号传输的特性阻抗为50Ω±10%,双线信号传输的特性阻抗为100Ω±10%,以提供最佳的信号传输特性(功率损耗最小且功率能力最大)。其中,前述单线信号传输指一个信号由一条导线传导,双线信号传输指信号由差动放大器分成大小相同、方向相反的两个信号,利用两条导线传导,以提供抗噪声、适合高速信号传输、低电压等优点。
然而,因细线宽制程牵涉到曝光、显影、蚀刻的技术及无尘室环境等因素,若曝光、显影、蚀刻的技术不佳则易造成线路短路或线路咬过头而脱落,或线宽太细而造成阻抗值不佳、容易脱落等良率不佳的问题。
举例而言,以现有铜箔基板所使用的FR-4绝缘层材料制作的印刷电路板为例,为符合特性阻抗Zo为约50欧姆,其线宽通常需为约50至75微米(μm),而目前印刷电路板业界制作线宽45至65微米(μm)的制程良率为90%以上,40至45微米的良率约为85%以上。然而,若电路板厚度降低或采用了减层设计,在其他条件相同的情形下,则线宽需限缩至30至40微米,目前印刷电路板业界制作线宽30至40微米的制程良率为40至55%,如此会造成布线良率大为降低而拉高印刷电路板整体的制作成本及报废率。
有鉴于此,本发明提出一种适用于减层设计的多层印刷电路板,通过使用低介电常数的玻璃纤维布及绝缘层,可在不需过度减少线宽的情形下而实 现于单线传输下的特性阻抗介于45及55欧姆之间,于双线传输下的特性阻抗介于90及110欧姆之间,其中特性阻抗可通过时域反射仪(TDR)进行测量而得。
本发明一实施例的多层印刷电路板示意图可参见图1,其中多层印刷电路板1为一个八层电路板,其主要包括:七个绝缘层10,其分别具有玻璃纤维布及包覆该玻璃纤维布的固化树脂,各绝缘层10彼此迭合;内线路层22,分别形成于两个相邻的绝缘层10之间;以及外线路层20,形成于最外侧的绝缘层10的外表面,其中两个外线路层20以及六个内线路层22形成八层电路。
为在减少厚度的情形下实现良好的特性阻抗,前述多层印刷电路板1可采用一般E-玻布作为玻璃纤维布(于1GHz至10GHz频率下的介电常数小于或等于6.8),且配合含浸低介电树脂组成后所得的半固化片制作多层印刷电路板1,可使电路板的绝缘层10的介电常数小于或等于3.4(例如依照JISC2565所述的方法进行测量),进而可在线宽介于40及75微米间的条件下实现单线信号传输的特性阻抗为50Ω±10%(例如依照IPC-TM-650-2.5.5.7所述的方法进行测量),双线信号传输的特性阻抗为100Ω±10%。由于不需过度减少线宽,因此本发明的多层印刷电路板具有相对较高的良率,可降低不良品的比例,因此制作成本大为降低。
为实现前述目的,于一较佳实施例中,前述多层印刷电路板1采用介电常数小于或等于4.9的玻璃纤维布(介电常数于1GHz至10GHz频率下测量),且配合含浸低介电树脂组成后所得的半固化片制作多层印刷电路板1,可使电路板的绝缘层10的介电常数小于或等于3.2(例如依照JIS C2565所述的方法进行测量),进而可在线宽介于40及60微米间的条件下实现单线信号传输的特性阻抗为50Ω±10%(例如依照IPC-TM-650-2.5.5.7所述的方法进行测量),双线信号传输的特性阻抗为100Ω±10%。
由于不需过度减少线宽,因此本发明的多层印刷电路板具有相对较高的良率,可降低不良品的比例,因此制作成本大为降低。本发明的多层印刷电路板使用的介电常数小于4.9的玻璃纤维布,可购自日东纺的NE玻布(NE-glass fabric,其于1GHz频率下的介电常数约为4.8)或购自旭化成的L玻布(L-glass fabric,其于1GHz频率下的介电常数约为4.8)。一般而言,频率越高,玻璃纤维布的介电常数通常会越小。
为实现前述目的,于一实施例中,将前述E-玻布作为玻璃纤维布(较佳为介电常数小于4.9的玻璃纤维布,例如L-玻布或NE-玻布)含浸于树脂组成物(低介电树脂组成物)后进行烘烤而制得半固化片,之后将半固化片两侧分别覆盖铜箔进行压合以制得核心板(core),并采用曝光、显影、蚀刻等程序制作内线路层,并于外侧通过增层法制作多层板,之后进行激光或机械钻孔、孔内金属化、外线路层制作、表面处理等程序制成多层印刷电路板。
于一实施例中,前述树脂组成物(低介电树脂组成物)包含聚苯醚、聚苯胺、聚酯、聚丁二烯、苯乙烯-聚丁二烯共聚物、苯乙烯马来酸酐、马来酰亚胺、氰酸酯、异氰酸酯、环氧树脂、聚四氟乙烯、苯并恶嗪、乙烯基化合物的其中之一、其改质物或其组合。于利用前述使用介电常数小于4.9的玻璃纤维布制作的多层印刷电路板中,绝缘层的介电常数小于或等于3.2(利用例如JIS C2565所述的方法进行测量)。
下表列出可实现介电常数小于或等于3.2的绝缘层的树脂组成物(低介电树脂组成物),其中,所述绝缘层以两张1037玻璃纤维布(L-玻布或NE-玻布)含浸低介电树脂组成物后,依现有技艺制作不含铜基板,并根据JIS C2565所述的方法测量2GHz频率下的绝缘层介电常数(采用75%的树脂含量)。应注意的是,本发明所述的低介电树脂组成物并无特别限制,任何能使绝缘层的介电常数小于或等于3.4或较佳小于或等于3.2的树脂组成物均可,而不限定下表所列的树脂组成物的成分及添加比例。
表一
Figure BDA0000611759910000061
Figure BDA0000611759910000071
注:上表字段中各成分的数值为重量份;“V”代表有使用,其中硬化促进剂的含量并
不影响绝缘层的介电常数,故可采用本领域的树脂组成物中通常使用的用量。
此外,本发明所述的低介电树脂组成物可为购自台光电子材料股份有限公司贩卖的EM-355(D)。EM-355(D)采用E-玻布,由其制作的75%树脂含量的不含铜基板于2GHz频率下测量而得的绝缘层介电常数为3.33。此外,本发明所述的低介电树脂组成物较佳可为购自台光电子材料股份有限公司贩卖的EM-355(D)K。EM-355(D)K采用L-玻布,由其制作的75%树脂含量的不含铜基板于2GHz频率下测量而得的绝缘层介电常数为3.13。
通过采用前述玻璃纤维布、树脂组成物及制程条件,本发明所提供的多层印刷电路板可结合减层设计来降低厚度,例如由十四层减为十二层、十二层减为十层、十层减成八层、八层减为六层等等,同时可保有较佳的特性阻抗,例如于单线传输下的特性阻抗介于45及55欧姆之间,于双线传输下的特性阻抗介于90及110欧姆之间;或于单线传输下的特性阻抗约为50欧姆,于双线传输下的特性阻抗约为100欧姆。
一般而言,减层设计所采用的技术方案可由以下文献中参考或修改而得:US6614325、US 6437991、US 6384340、US 6,103,977。其中,前述文献的所有内容均并入本文作参考,如同其已完整并入本文中。
实施例
实施例一(E1)使用台光电子材料股份有限公司贩卖的EM-355(D)半固化片(E-玻布、1037、树脂含量75%),将上述半固化片以现有的减层设计的多层板制造方法制作八层电路板。实施例二(E2)使用台光电子材料股份有限公司贩卖的EM-355(D)K半固化片(L-玻布、1037、树脂含量75%),将上述半固化片以现有的减层设计的多层板制造方法制作八层电路板。实施例三至 七(E3~E7)为将表一实例三(A3)的低介电树脂组成的各成分混合均匀调制树脂组成胶水(varnish),并使用L-玻布(1037)或NE-玻布含浸该胶水制造半固化片(树脂含量75%)。将上述半固化片以现有的减层设计的多层板制造方法制作八层电路板。比较例一(C1)使用台光电子材料股份有限公司贩卖的EM-285半固化片(FR-4.1材料、E-玻布、1037、树脂含量75%)制造未减层的十层电路板。比较例二至四(C2~C4)使用台光电子材料股份有限公司贩卖的EM-285半固化片(FR-4.1材料、E-玻布、1037、树脂含量75%),比较例五(C5)使用L-玻布制造EM-285半固化片(1037、树脂含量75%),将比较例二至五同上述实施例制造减层的八层电路板。其中,上述制造方法皆使用1/3Oz HTE铜箔制作含铜基板,并依现有方法将铜箔电镀增厚至20微米。将上述E1~E7及C1~C5八层电路板利用IPC-TM-650-2.5.5.7所述的方法及时域反射仪(TDR)测量电路板内层线路的单线传输特性阻抗(Ω)。使用自动光学线路检查机(Auto Optical Copper Pattern Inspector)及检修确认系统(Verify Repair Station,VSR)检查线路线宽并计算其良率。使用光学显微镜测量多层板的绝缘层高度、导电层厚度、线路线宽。另外再将上述实施例及比较例的各别两片半固化片迭合,并于外侧两面迭合1/3Oz HTE铜箔制作含铜基板,并将含铜基板表面铜箔蚀刻后的不含铜基板使用JIS C2565所述的方法测量2GHz频率下的绝缘层介电常数(树脂含量75%)。
图2为实施例一至七(E1~E7)及比较例二至五(C2~C5)的内层线路的线宽W、绝缘层高度H1及导电层厚度T的示意图,其中附图标记30指回归层(作为接地层),附图标记32指线路层(作为信号层),而绝缘层高度H1可为两回归层30间绝缘层材料的厚度,图中较宽的虚线代表两回归层30间的绝缘层材料由两张半固化片压合后固化而成。此外,图3为外层线路的线宽W、绝缘层高度H2及导电层厚度T的示意图,其中附图标记30、32的定义同前。图4为比较例一(C1)的内层线路的线宽W、绝缘层高度H3及导电层厚度T的示意图,其中附图标记30、32的定义同前,绝缘层高度H3可为两回归层30间绝缘层材料的厚度,图中较宽的虚线代表两回归层30间的绝缘层材料由三张半固化片压合后固化而成。
下表二列举本发明实施例与本发明比较例的相关物理参数及良率、电路制程次数及总成本:
表二
Figure BDA0000611759910000091
注:上表中绝缘层高度、导电层厚度为各层的平均值;线宽为线路上下幅的下幅宽度。
于表二中,实施例一为采用减层设计的多层印刷电路板,其采用10层减为8层的减层设计,并采用具有低介电常数的低介电树脂组成材料制作绝缘层(Dk<3.4);实施例二至七均为采用减层设计的多层印刷电路板,其采用10层减为8层的减层设计,并采用具有特定介电常数的玻璃纤维布(Dk<4.9)及低介电树脂组成制作绝缘层(Dk<3.2),因此,尽管前述实施例的厚度相较于减层前的结构降低,但可在40至60微米的线宽条件下进行制造,且特性阻抗Zo符合单线传输下的特性阻抗规格50Ω±10%(即介于45及55欧姆之间),并满足高良率的要求(良率均高于85%),且8层层数只需4次电路制程(每一制程皆需考虑机台良率及机台用电率、材料损耗率等),因此可降低总成本。
比较例一并无减层,因此需要5次的电路制程次数,不仅总成本较高,且印刷电路板的总厚度较厚,产品无法达到轻薄的要求。比较例二及三同为减层设计的电路板,其绝缘层高度、导电层厚度、线宽均与实施例五及六相 同,但由于比较例二及三采用了介电常数较高的玻璃纤维布及一般介电常数较高的FR-4.1树脂组成物材料,因此其绝缘层的介电常数较高,无法符合特性阻抗的生产规格50Ω±10%,致使其印刷电路板信号传输的信号损失极高,特性不良且报废率高。比较例四同样采用8层的减层设计,为了符合特性阻抗的要求,采用较细的线宽制程(35微米),进而导致线宽制程良率大为降低,报废率相对提高,使得总成本增加。比较例五采用了介电常数较低的玻璃纤维布及一般介电常数较高的FR-4.1树脂组成物材料,但仍无法符合特性阻抗的生产规格,致使其印刷电路板信号传输的信号损失极高,特性不良且报废率高。
由上表可知,本发明采用低介电常数的玻璃纤维布搭配特定的树脂组成,可制作低介电常数的绝缘层,适用于40至75微米的线宽制程,可在不须降低产品良率的情形下,满足单线传输45至55欧姆的特性阻抗,进而实现产品的高信号传输特性。
以上实施方式本质上仅为辅助说明,且并不旨在用以限制申请目标的实施例或该等实施例的应用或用途。于本文中,用语“例示性”代表“作为一实例、范例或说明”。本文中任一种例示性的实施形式并不必然可理解为相对于其他实施形式而言为较佳或较有利者。
此外,尽管已于前述实施方式中提出至少一例示性实施例或比较例,但应了解本发明仍可存在大量的变化。同样应了解的是,本文所述的实施例并不旨在用以通过任何方式限制所请求的申请目标的范围、用途或组态。相反的,前述实施方式将可提供本领域的技术人员一种简便的指引以实施上述一种或多种实施例。再者,可对组件的功能与排列进行各种变化而不脱离权利要求书所界定的范围,且权利要求包含已知的均等物及在本专利申请案提出申请时的所有可预见均等物。

Claims (10)

1.一种多层印刷电路板,包括:
至少两个绝缘层,其分别具有玻璃纤维布及包覆该玻璃纤维布的固化树脂,各绝缘层彼此迭合;
内线路层,至少形成于两个相邻的绝缘层之间;以及
外线路层,形成于最外侧的绝缘层的外表面;
其中,前述绝缘层的介电常数小于或等于3.4,前述内线路层及前述外线路层的线宽介于40及75微米之间,以使该多层印刷电路板于单线传输下的特性阻抗介于45及55欧姆之间,于双线传输下的特性阻抗介于90及110欧姆之间,且各绝缘层具有相同的介电常数,各线路层具有相同的线宽。
2.根据权利要求1所述的多层印刷电路板,其中绝缘层的介电常数于树脂含量75%、2GHz频率下测量而得。
3.根据权利要求1所述的多层印刷电路板,其中玻璃纤维布于1 GHz至10 GHz频率下的介电常数小于6.6。
4.根据权利要求1所述的多层印刷电路板,其中绝缘层的介电常数于树脂含量75%、2GHz频率的条件下小于或等于3.2。
5.根据权利要求1所述的多层印刷电路板,其中绝缘层的介电常数依照JIS C2565所述的方法进行测量而得。
6.根据权利要求1所述的多层印刷电路板,其中前述内线路层及前述外线路层的线宽介于40及60微米之间。
7.根据权利要求1所述的多层印刷电路板,其中前述内线路层及前述外线路层的线宽介于45及55微米之间。
8.根据权利要求1所述的多层印刷电路板,其中单线传输下的特性阻抗为50欧姆,双线传输下的特性阻抗为100欧姆。
9.根据权利要求1所述的多层印刷电路板,其中绝缘层由玻璃纤维布含浸树脂组成物后进行烘烤及压合固化而制得,且该树脂组成物包含聚苯醚、聚苯胺、聚酯、聚丁二烯、苯乙烯-聚丁二烯共聚物、苯乙烯马来酸酐、马来酰亚胺、氰酸酯、异氰酸酯、环氧树脂、聚四氟乙烯、苯并恶嗪、乙烯基化合物的其中之一、其改质物或其组合。
10.根据权利要求1所述的多层印刷电路板,其中特性阻抗依照IPC-TM-650 2.5.5.7所述的方法进行测量而得。
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