CN105722303B - 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，包括：一核心板，其包括一核心绝缘层及形成于该核心绝缘层两侧表面的线路；多个绝缘层，分别依序形成于该核心板的两侧；以及多个线路层，分别形成于该多个绝缘层之间及最外侧绝缘层的表面；其中，该核心绝缘层含有不同于该多个绝缘层的树脂材料，致使该核心绝缘层的翘曲特性低于该多个绝缘层。

Description

多层印刷电路板
技术领域
本发明关于一种多层印刷电路板，特别关于一种兼具低翘曲特性及高信号传输特性的多层印刷电路板。
背景技术
为满足电子产品轻薄短小及方便携带的需求，现今电子产品制造商无不朝向电子元件微小化的方向进行研发。
印刷电路板是许多电子产品(如智能手机)中不可或缺的元件之一，其功能在于提供不同电子元件之间的电子信号传输。为了减少印刷电路板的体积或厚度，近年来许多印刷电路板制造商开始采用诸如高密度互连(high density interconnection，简称HDI)等技术手段，目的在于以相同或更小的体积或厚度形成更为密集的线路连接。
以HDI技术为例，其采用激光微盲孔钻孔、细线宽及高性能的薄型材料等各种方式来达成线路高密度化。此种密度的增加可大幅提升单位面积上的连接功能，此外，更先进的任意层(any layer)HDI多层印刷电路板更采用电镀填孔堆叠式的微盲孔结构，以达到更为复杂的层间互联。
一般而言，任意层HDI技术与传统印刷电路板制作流程不同，其主要是采用增层法(build-up method)来形成各线路层及绝缘层，每一次增层均涉及压合半固化片及铜箔、激光钻孔、孔内金属化及线路制作(曝光、显影、蚀刻)等程序，并依照所需层数重复前述步骤数次以完成多层印刷电路板，例如一般手机用电路板层数约为8至14层。
于表面元件(如主动元件或被动元件)安装于印刷电路板上时，需要经过回焊制程(如IR-reflow)，使无铅焊料熔融后将表面元件与印刷电路板上的金属线路连接。然而，一般制作印刷电路板绝缘层的树脂材料经过回焊制程后会产生形变，造成基板翘曲变形而平整度降低，进而发生焊接不良(如虚焊或假焊)等负面影响，容易造成产品短路及终端产品热当机等问题。
据此，有必要提供一种可同时满足低翘曲特性及高信号传输特性的多层印刷电路板。
发明内容
本发明的主要目的之一，在于提供一种低翘曲特性的多层印刷电路板，其可减少翘曲造成的焊接不良等问题，同时保有符合要求的信号传输特性。
为达到前述目的，本发明提供一种多层印刷电路板，包括：一核心板，包括一核心绝缘层及形成于该核心绝缘层两侧表面的线路；多个绝缘层，分别依序形成于该核心板的两侧；以及多个线路层，分别形成于该多个绝缘层之间及最外侧绝缘层的表面；其中，该核心绝缘层含有不同于该多个绝缘层的树脂材料，致使该核心绝缘层的翘曲特性低于该多个绝缘层。
上述多层印刷电路板的主要特征之一，在于核心绝缘层所采用的树脂材料与其他绝缘层有所不同，且核心绝缘层具有优于其他绝缘层的低翘曲特性，特别是受热后低翘曲特性，以降低各层板材在压合制程后所发生的变形问题，进而确保不会造成报废而提高不良率的问题。此外，核心绝缘层外的其他绝缘层具有较佳的电子信号传输特性，例如较低的介电常数或介电损耗，因而适用于传输高频信号。
所述树脂材料与树脂组成物为同义词，其指包含多个成份(components oringredients)的组成物。
于一实施例中，前述翘曲特性可为IPC-TM-650 2.4.22规范的扭曲(Twist)测量方法所测得。举例而言，该多层印刷电路板经过260℃回焊制程后，翘曲高度低于0.6mm，翘曲率低于0.4％(皆依IPC-TM-650 2.4.22测试标准测量)。于较佳实施例中，该多层印刷电路板经过260℃回焊制程后，翘曲高度低于0.5mm，翘曲率低于0.3％。
于另一实施例中，该多个绝缘层的信号传输特性优于该核心绝缘层。
于再一实施例中，其他绝缘层的介电常数小于核心绝缘层。举例如，其他绝缘层的介电常数可小于3.6(依JIS C2565测试方法测量)。
于另一实施例中，其他绝缘层的介电损耗小于核心绝缘层。举例如，其他绝缘层的介电损耗可小于0.010(依JIS C2565测试方法测量)。
于又一实施例中，前述其他绝缘层的介电常数(如小于3.6)是在2至10GHz频率下测量。
于再一实施例中，前述其他绝缘层的介电损耗(如小于0.010)是在2至10GHz频率下测量。
一般而言，核心板可由以下步骤制得：提供一基材(如玻璃纤维布)含浸于一树脂组成物中并烘烤成半固化态(B-stage)，该树脂组成物包括但不限于马来酰亚胺、硬化剂及交联剂、无机填充物，该树脂组成物亦可进一步包含环氧树脂或氰酸酯树脂；于该树脂组成物含浸的基材(又称半固化片)两侧分别叠置一铜箔并进行压合；以及于铜箔表面形成线路。
此外，前述多层印刷电路板可由以下步骤制得：提供一含浸有一树脂组成物的基材(例如第一半固化片)，该树脂组成物包括但不限于马来酰亚胺、二胺交联剂(例如：2,2’-双(4-(4-胺基苯氧基)苯基)丙烷，2,2'-Bis(4-(4-aminophenoxy)phenyl)propane)及二氧化硅无机填充物；于该基材两侧分别叠置一铜箔并进行压合；于铜箔表面形成线路，从而形成一具有核心绝缘层的核心板；依照所需层数，重复进行以下增层步骤：将第二半固化片及铜箔压合于该核心板至少一面的外侧，使第二半固化片形成外部绝缘层；进行钻孔制程；进行孔内金属化制程；以及于铜箔表面制作线路；以及于获得所需层数的外部绝缘层后，进行表面处理；其中，该核心绝缘层的翘曲特性优于外部绝缘层，外部绝缘层的信号传输特性优于该核心绝缘层。
于一实施例中，本发明的多层印刷电路板的该多个绝缘层分别以压合方式形成，并对压合后的多层板测量其翘曲特性(如翘曲高度或翘曲率)。
附图说明
图1为本发明一实施例的多层(十层)印刷电路板的示意图。
附图标记
1 多层印刷电路板 10 核心板
12 核心绝缘层 14 线路
20 绝缘层 30 线路
具体实施方式
结合附图对实施例进行说明，以增进对于本发明所呈现的理论的理解。本领域的技术人员应了解，图中的元件是为了达成简单及清楚说明的目的，且不一定按比例绘制。例如，在这些图中，某些物件的尺寸相对于其他物件可能有所放大，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，本领域的技术人员可知在不偏离本发明的范围下，还可能有其他形式的实施例。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”来描述本文所述的元件和组件。此举只是为了方便说明，并且对本发明的范围提供一般性的意义。因此，除非很明确地另外指出，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为涵盖非排他性的包括物。举例而言，含有多个要件的一元件、结构、制品或装置不仅限于本发明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元件、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”是指涵括性的“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为伪(或不存在)、A为伪(或不存在)且B为真(或存在)、A和B均为真(或存在)。
本发明一实施例提供一种多层印刷电路板，例如一种采用HDI技术制得的多层印刷电路板，其主要包括：一核心板，包括一核心绝缘层及形成于该核心绝缘层两侧表面的线路；多个绝缘层，分别依序形成于该核心板的两侧；以及多个线路层，分别形成于该多个绝缘层之间及最外侧绝缘层的表面。
除非另有指明，前述多层印刷电路板的层数并不特别限制，且可为例如8层板、10层板、12层板、14层板、16层板等等，其中层数的计算由多层印刷电路板中导电层(例如铜线路层)的数量决定。
上述核心板可利用以下方式制作：将基材(例如公知的玻璃纤维布1078)含浸于第一树脂组成物后烘烤至半固化态(即B-stage)后得到半固化片(prepreg)，将半固化片依照一定大小进行裁切后，在两侧分别叠置一张0.5oz HTE铜箔，之后于真空条件、高温(195℃)及高压(500psi)下压合固化三小时，并视需要于铜箔表面制作线路(如通过曝光、微影、蚀刻制程)以制得核心板。
于一实施例中，前述第一树脂组成物可包含马来酰亚胺、硬化剂或交联剂、无机填充物等成分，其可为适于制造出较低翘曲特性的绝缘层的任一种树脂组成物，例如双马来亚酰胺三嗪(bismaleimide triazine，BT)树脂或马来酰亚胺与双苯胺的组成物，或进一步再包含氰酸酯树脂或环氧树脂，又例如可购自并使用台光电子材料所生产的EM-LX组成物。
制得核心板后，在核心板两侧分别叠置一张半固化片，并于半固化片外侧再叠置一张0.5oz HTE铜箔，并于真空条件、高温(175℃)及高压(360psi)下压合固化一小时，以完成第一压，并视需要进行钻孔制程、孔内金属化制程及线路制程以完成第一增层步骤，进而形成四层板。
前述增层步骤中所使用的半固化片可由例如公知的玻璃纤维布1067含浸于第二树脂组成物后进行烘烤至半固化态而得，其中第二树脂组成物有别于第一树脂组成物且为一低介电材料(Dk小于3.5，在2GHz频率下测量)，例如台光电子材料所生产的EM-355(D)组成物(Dk＝3.33，在2GHz频率下测量)。据此，增层步骤中所形成的其他外部绝缘层因使用低介电材料而具有较佳的信号传输特性。
之后，视需要进行第二增层步骤、第三增层步骤等，以达到所需层数的印刷电路板，例如对核心板进行四次增层即可得到10层板，再进行表面处理及其他印刷电路板制程采用的后处理程序，即可获得多层印刷电路板的成品。
本发明的主要特征在于，在制作过程中，使用成品翘曲特性较佳的树脂材料来制造核心板，以提供较佳(即较低)的翘曲特性，使完成后的电路板经过回焊制程(260℃至288℃)后不至于严重翘曲。此外，于外层结构采用了信号传输特性较佳(如低介电常数(Dk<3.5，在2GHz频率下测量)，但不以此为限)的材料进行增层，使得增层所得的绝缘层达到所需的高传输速率。
就多层印刷电路板的信号传输而言，在低频(<1GHz)下信号大多于线路层(如铜线路层)传递，在高频(>1GHz，如2GHz)下信号传输则与绝缘层(或称介质层)的特性相关，例如绝缘层的传输速率V与Dk呈以下关系：(其中，V为信号传输速度、c为光速、k为常数、Dk为介电常数)。因此，绝缘层的介电常数越小，传输速率V越大。
本发明的主要优点在于使用低翘曲特性材料作为核心层，提高后续电路板制程的低翘曲特性，并使用高信号传输特性的材料做为其他绝缘层(或称介质层)，可有效提高信号传输速率，因而可同时克服下述三种多层印刷电路板架构所衍生的问题：(A)多层板皆使用一般FR-4材料，有翘曲特性不佳、信号传输速率不佳的问题；(B)多层板皆使用一般低介电常数材料，有翘曲特性不佳的问题；(C)多层板皆使用低翘曲特性材料，则信号传输速率较慢(低翘曲特性的材料的介电常数一般会高于低介电常数材料)，材料成本高，且需要使用更高温度的压合制程，所需压合成本较高，且容易造成棕化铜箔受热后耐热性不佳、捞边成型等加工不易等缺点。
具体实施例
实施例1的核心板利用以下方式制作：准备第一半固化片(EM-LX，可购自台光电子材料，使用1078玻布)，在第一半固化片两侧分别叠合一张0.5oz HTE铜箔，之后于真空、高温(195℃)及高压(500psi)条件下压合固化三小时得到含铜基板，并于铜箔表面制作线路(如公知的曝光、微影、蚀刻制程，在此不做赘述)以制得核心板，核心板厚度约2.4密耳(mil)。
实施例1的增层步骤利用以下方式制作：于制得上述核心板后，准备第二半固化片(EM-355(D)，使用1067玻布)，于核心板两侧分别叠合一张第二半固化片，并于半固化片相对于核心板的另外一侧再叠合一张0.5oz HTE铜箔，并于真空条件、高温(175℃)及高压(360psi)下压合固化一小时，以完成第一压，并进行钻孔制程，并利用钻孔制程制作对位孔，再进行孔内金属化制程及线路制程以完成第一增层步骤，进而形成四层板。
重复上述增层步骤，形成六层板(第二增层，第二压)、八层板(第三增层，第三压)直到形成十层板(第四增层，第四压)。
将制作完成的实施例及比较例十层板(样本数均为二十四个)，裁切成长150毫米、宽78毫米、对角线长169毫米，如图1所示的多层(十层)印刷电路板1，其主要包括一核心板10，包括一核心绝缘层12及形成于该核心绝缘层两侧表面的线路14；增层方式形成的多个绝缘层20，分别依序形成于该核心板10的两侧；以及多个线路30，分别形成于该多个绝缘层20之间及最外侧绝缘层20的表面。前述十层印刷电路板可由现有技术已公开的方法制得，且核心板材料及绝缘层材料均可购自台光电子材料所公开销售的产品。其中，实施例及比较例的核心板主要采用玻璃纤维布作为基材，且核心绝缘层分别含有下表一所示的材料特性：
表一
实施例及比较例的核心板及多个(增层)绝缘层主要采用玻璃纤维布作为基材，且三种树脂材料含有下表二所示的材料特性：
表二
上表分别比较低翘曲特性材料EM-LX、低介电材料EM-355(D)及一般FR-4.1材料EM-285的材料特性，其中翘曲高度与翘曲率的测量方式如下：准备第一半固化片(使用1078玻布)，在第一半固化片两侧分别叠合一张0.5oz HTE铜箔，之后于真空、高温(195℃)及高压(500psi)条件下压合固化三小时得到双面含铜基板，将该双面含铜基板的任一侧铜箔蚀刻去除并保留另一侧的铜箔以制得单面铜箔的核心板，并将上述三种材料所得的单面铜箔的核心板分别依据IPC-TM-6502.4.22测试方法测得翘曲高度及翘曲率。
于上表二中，由于不含铜核心板的翘曲高度及翘曲率较小难以测量，因此选用翘曲高度及翘曲率较明显的单面铜箔的核心板进行比较。另外，介电常数Dk为使用1067玻布含浸树脂组成并烘烤成半固化态的两张半固化片制作的不含铜基板利用空腔共振器测量(依据JIS C2565测试方法)所得数值。
此外，对于实施例及各比较例，测量各样本于260℃回焊制程一回后的电路板翘曲特性，测量方法依据IPC-TM-6502.4.22规范中针对扭曲(Twist)测量的相关说明，将十层板裁切成长150毫米、宽78毫米、最大平面的对角线长169毫米的尺寸，将其放置于大理石平台上，以高度规测量电路板翘曲最大的一角与相对于另外三角形成的平面的垂直距离作为翘曲高度。翘曲率的定义为：翘曲率＝(翘曲高度/对角线长度)*100％。实施例1及比较例1、2的样本数均为二十四个。
实施例及各比较例的十层板板材的翘曲高度、翘曲率如下表三及表四所示：
表三
表四
由上表数据可知，本发明实施例一使用低翘曲特性的材料做为核心板，其它绝缘层使用低介电材料制作的十层电路板，其具有较低的平均翘曲高度及平均翘曲率，且最大翘曲率与最小翘曲率的差值也最小，说明本发明实施例具有较佳的翘曲特性。反之，比较例一及比较例二的核心板分别使用低介电材料及一般FR-4.1材料，具有相对较大的平均翘曲高度及平均翘曲率。
以上实施方式本质上仅为辅助说明，且并不限制本发明的实施例或该多个实施例的应用或用途。于本发明中，用语“例示性”代表“作为一实例、范例或说明”。本发明中任一种例示性的实施形式并不必然可解读为相对于其他实施形式而言为较佳或较有利者。
此外，尽管已于上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，本发明所述的实施例并不用以通过任何方式限制所请求的申请的范围、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所述的一种或多种实施例。再者，可对元件的功能与排列进行各种变化而不脱离权利要求所界定的范围，且权利要求包含已知的等同物及在本专利申请案提出申请时的所有可预见等同物。

Claims (7)

1.一种多层印刷电路板，包括：
一核心板，包括一核心绝缘层及形成于该核心绝缘层两侧表面的线路；
多个绝缘层，分别依序形成于该核心板的两侧；以及
多个线路层，分别形成于该多个绝缘层之间及最外侧绝缘层的表面；
其中，该核心绝缘层含有不同于该多个绝缘层的树脂材料，致使该核心绝缘层的翘曲特性低于该多个绝缘层，其中该翘曲特性为翘曲高度或翘曲率，且由该核心绝缘层的树脂材料制作的单面铜箔的核心板经260℃回焊一回后，其翘曲高度低于或等于4.5mm，其翘曲率低于或等于1.3％。
2.根据权利要求1所述的多层印刷电路板，其中该多层印刷电路板经过260℃回焊制程后，翘曲高度低于或等于0.6mm。
3.根据权利要求1所述的多层印刷电路板，其中该多层印刷电路板经过260℃回焊制程后，翘曲率低于0.4％。
4.根据权利要求1所述的多层印刷电路板，其中该多层印刷电路板经过260℃回焊制程后，翘曲高度低于0.5mm。
5.根据权利要求1所述的多层印刷电路板，其中该多层印刷电路板经过260℃回焊制程后，翘曲率低于0.3％。
6.根据权利要求1所述的多层印刷电路板，其中该多个绝缘层的介电常数小于该核心绝缘层。
7.根据权利要求1所述的多层印刷电路板，其中该多个绝缘层的介电损耗小于该核心绝缘层。
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