CN110049618A - 用于金属化的聚酰亚胺膜、基板结构及电路基板 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于金属化的聚酰亚胺膜、基板结构及电路基板，本发明的聚酰亚胺膜通过混入多个雾化颗粒而具有特定的雾度与透光率，优选地，聚酰亚胺膜的雾度介于60％至80％之间，且透光率介于55％至70％之间。借此，能符合软性印刷电路板的生产需求。

Description

用于金属化的聚酰亚胺膜、基板结构及电路基板
技术领域
本发明涉及一种聚酰亚胺膜及该膜的应用，特别是涉及一种用于金属化的聚酰亚胺膜、基板结构及电路基板。
背景技术
随着电子工业的蓬勃发展，印刷电路板的需求量成长相当快速。聚酰亚胺(polyimide)属于高机械强度、耐高温且绝缘的高分子材料，如今已成为制作软性印刷电路板(Flexible Printed Circuit，FPC)的重要材料。例如，业界常会使用聚酰亚胺覆金属积层板来制成软性印刷电路板。
随着现今各种消费性电子、信息及通信产品的功能越来越强大，印刷电路板的设计也越来越复杂，例如，印刷电路板所需的层数增加，而且印刷电路板上的电路图案需具有更高的精度和密度。然而，以聚酰亚胺膜作为基材且在双面均形成有金属线路的电路基板(如FCCL)而言，由于聚酰亚胺基材具有高透光性，使得其中一层金属线路在进行自动光学检测(Automatic Optical Inspection，AOI)时，会受到另一层金属线路所产生的光反射而影响精确性。现行调整检查仪器的灰阶设定的作法虽然可以解决上述问题，但是这存在漏检其他质量缺陷的风险。除此之外，采用在聚酰亚胺基材与金属线路层之间形成一遮光层的方式，虽然可以改善金属线路的反光问题，但是这会增加工艺成本和复杂度。
聚酰亚胺材料的组成会影响铜箔基板的制作，例如当采用热压法(Lamination)来制作FCCL时，须先在聚酰亚胺膜上涂覆一层薄的热可塑性聚酰亚胺树脂(TPI)，待高温硬化后，再利用高温高压将TPI重新熔融并压合铜箔。然而，这个方法并不适用于厚度在12微米以下的铜箔的制作，故无法满足微细线路的制作要求。
另一方面，聚酰亚胺材料的组成也会影响其后续应用产品的使用性能和质量，例如当FCCL中的聚酰亚胺膜的透光度不足时，可能会影响贴合液晶显示器模块(LCM)与触控面板的对位准确度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供一种用于金属化的聚酰亚胺膜、基板结构及电路基板。
为了解决上述的技术问题，本发明所采用的其中一技术方案是：一种用于金属化的聚酰亚胺膜，其特征在于，所述用于金属化的聚酰亚胺膜中混有多个雾化颗粒，所述用于金属化的聚酰亚胺膜的雾度介于60％至80％之间，且所述用于金属化的聚酰亚胺膜的透光率介于55％至70％之间。
在本发明的一实施例中，所述用于金属化的聚酰亚胺膜的表面粗糙度介于0.1微米至0.8微米之间。
在本发明的一实施例中，多个所述雾化颗粒的平均粒径介于0.2微米至10微米之间。
在本发明的一实施例中，多个所述雾化颗粒包含二氧化钛颗粒、二氧化硅颗粒以及聚酰亚胺颗粒中的一种或两种以上的组合。
在本发明的一实施例中，所述用于金属化的聚酰亚胺膜中还混有一分散剂，且所述分散剂的含量占所述聚酰亚胺膜总重量的0.2重量％至1.5重量％。
在本发明的一实施例中，所述分散剂为带酸性颜料亲合基团的共聚酯烷醇铵。
为了解决上述的技术问题，本发明所采用的另外一技术方案是：一种基板结构，所述基板结构包括一前述的聚酰亚胺膜、一第一金属层以及一第二金属层，所述第一金属层形成于所述金属化的聚酰亚胺膜的一面上，且所述第二金属层形成于所述第一金属层上。
在本发明的一实施例中，所述第一金属层的厚度介于0.08微米至0.11微米之间，且所述第二金属层的厚度介于0.2微米至18微米之间。
在本发明的一实施例中，所述第一金属层为镍金属层，所述第二金属层为铜金属层。
为了解决上述的技术问题，本发明所采用的另外再一技术方案是：一种电路基板，所述电路基板是使用前述的基板结构所制得。
本发明的其中一有益效果在于，本发明所提供的用于金属化的聚酰亚胺膜、基板结构及电路基板，其能通过“聚酰亚胺膜中混有多个雾化颗粒”以及“聚酰亚胺膜的雾度介于60％至80％之间，且透光率介于55％至70％之间”的技术方案，以提高电路基板上线路的光学检测的效率和精度。
更进一步地说，虽然聚酰亚胺膜中混有雾化颗粒，但其仍具有一定的透光率、良好的耐热性与高尺寸稳定性，因此可提高后续应用产品(如：液晶显示器模块)的贴合组装对位的效率和精度，且利用此聚酰亚胺膜的基板结构与现有的压合型FCCL相比，更有利于线宽和线距的缩减，从而可实现高密度细线路的制作。
为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
图1为本发明第一实施例的基板结构的立体示意图。
图2为本发明第一实施例的基板结构的平面示意图。
图3为本发明第一实施例的电路基板的一种实施方式的立体示意图。
图4为本发明第一实施例的电路基板的一种实施方式的平面示意图。
图5为本发明第一实施例的电路基板的制造方法的流程图。
图6为本发明第二实施例的基板结构的一种实施方式的立体示意图。
图7为本发明第二实施例的基板结构的一种实施方式的平面示意图。
具体实施方式
以下是通过特定的具体实施例来说明本发明所公开有关“用于金属化的聚酰亚胺膜、基板结构及电路基板”的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的构思下进行各种修改与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。
应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种组件或者信号，但这些组件或者信号不应受这些术语的限制。这些术语主要是用以区分一组件与另一组件，或者一信号与另一信号。另外，本文中所使用的术语“或”，应视实际情况可能包括相关联的列出项目中的任一个或者多个的组合。
第一实施例
请参阅图1及图2所示，本发明第一实施例的基板结构100为一单面形式的金属层合体，例如单面软性铜箔基板(Flexible Copper Clad Laminate，FCCL)。基板结构100主要包括一聚酰亚胺膜110、一第一金属层130及一第二金属层140。其中，聚酰亚胺膜110中混有多个雾化颗粒120，第一和第二金属层130、140形成于聚酰亚胺膜110的一面上(如：上表面或下表面上)。
具体来说，是先在聚酰亚胺膜110的表面上形成第一金属层130作为籽晶层，以使第二金属层140通过第一金属层130而形成于聚酰亚胺膜110上，并与聚酰亚胺膜110接合，从而提高第二金属层140与聚酰亚胺膜110之间的结合力。在本实施例中，第一金属层130的厚度的优选范围在0.08微米至0.11微米之间，第一金属层130为一镍金属层，且可由无电镀(或称“化学镀”)方式形成，但不受限于此。第二金属层140的厚度的优选范围在0.2微米至18微米之间，第二金属层140为一铜金属层，且可由电镀(electroplating)方式形成，但不受限于此。实务上，可以先对成型后的聚酰亚胺膜110进行双轴延伸加工，以增进聚酰亚胺膜110的机械强度和尺寸稳定性。
基板结构100用于制成电路基板，例如软性电路板(Flexible Print Circuit，FPC)。而本发明人发现，通过在聚酰亚胺膜110中混入特定种类、含量与形状尺寸的雾化颗粒120，能调控聚酰亚胺膜110的光学特性，以使聚酰亚胺膜110具有所需的雾度(Haze)与透光率(又称“全光线透过率T.T”)。具体来说，聚酰亚胺膜110在具有较高雾度的同时仍具有一定的透光率，从而有助于电路基板上线路的光学检测与后续应用产品(如：液晶模块)的组装对位。优选地，聚酰亚胺膜110的雾度介于60％至80％之间，聚酰亚胺膜110的透光率介于55％至70％之间。在这里，聚酰亚胺膜110的雾度与透光率是使用日本电色工业公司的测定装置(NDH-2000)所测得。在本实施例中，聚酰亚胺膜110的厚度的优选范围在5微米至125微米之间，雾化颗粒120均匀散布于聚酰亚胺膜110中，且雾化颗粒120的粒径的优选范围在0.2微米至10微米之间。
值得说明的是，若雾化颗粒120在聚酰亚胺膜110中的含量超过20重量％，则会影响聚酰亚胺膜110的机械性质，例如，聚酰亚胺膜110可能发生脆化的现象；若雾化颗粒120在聚酰亚胺膜110中的含量不到1重量％，则聚酰亚胺膜110无法达到所需的光学特性。另外，雾化颗粒120的粒径太大或太小都会对聚酰亚胺膜110造成不良影响；一旦雾化颗粒120的粒径大于10微米，聚酰亚胺膜110的表面会过于粗糙，而无法应用于电子产品；一旦雾化颗粒120的粒径小于0.2微米，雾化颗粒120容易产生聚集的现象，而造成加工性与分散差的问题。
更进一步地说，雾化颗粒120可单独使用或复合使用不同种类或具有不同功效的有机颗粒或无机颗粒。前述有机粒子没有特别限制，例如可举出：聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、硅氧树脂、聚对苯二甲酸二乙酯、聚酰胺(polyamide，PA)等，前述无机粒子没有特别限制，例如可举出：氧化锌(ZnO)、二氧化硅(SiO2)、二氧化钛(TiO2)、氧化锆(ZrO2)、氧化铝(Al2O3)、硫化锌(ZnS)、硫酸钡(BaSO4)。当雾化颗粒120包含二氧化钛颗粒、二氧化硅颗粒及聚酰亚胺颗粒中的一种或两种以上的组合时，聚酰亚胺膜110更容易达到所需的雾度与透光率。
聚酰亚胺膜110中可进一步混有一分散剂，以提高雾化颗粒120的分散性与稳定性，即雾化颗粒120能在聚酰亚胺膜110中均匀稳定分散。本实施例中，分散剂可为改性高分子共聚物，例如为带酸性颜料亲合基团的共聚酯烷醇铵(Alkylol ammonium salt of acopolymer with acidic groups)，且分散剂的含量优选为占聚酰亚胺膜110总重量的0.2wt％至1.5wt％。
请参阅图3及图4所示，基板结构100可以在经过必要的加工后制成电路基板100’。关于加工方法，本发明没有特别的限制，任何能同时将第一和第二金属层130、140图案化，以使第一和第二金属层130、140转换成线路层L的加工方法都可以被使用，例如半加成法(semi-additive process，SAP)、减成法(subtractive process)等。而本发明人另外发现，虽然聚酰亚胺膜110中混有雾化颗粒120，但其表面粗糙度Rz并不会受到影响，而能保持在0.1微米至0.8微米之间，如此将更有利于线宽及线距的微缩，从而有利于制作高密度细线路。
请参阅图5所示，本实施例的基板结构100的结构特征已详述如上，接下来将进一步介绍其制造方法。基板结构100的制造方法主要包括：步骤S100，制备一雾化颗粒分散液与一聚酰胺酸(polyamic acid,PAA)清漆，并取适量混合均匀，以得到一聚酰胺酸混合物；步骤S102，将聚酰胺酸混合物形成一聚酰亚胺膜；以及步骤S104，将聚酰亚胺膜金属化。
在步骤100中，于制备雾化颗粒分散液时，是将一定量的雾化颗粒与一定量的溶剂充分混合，以得到具有特定固含量的雾化颗粒分散液。其中，雾化颗粒可为二氧化钛颗粒、二氧化硅颗粒、聚酰亚胺颗粒或它们的组合。溶剂可为极性非质子性溶剂，其具体例包括：二甲基乙酰胺(DMAC)、N,N'-二甲基甲酰胺(DMF)、N-甲基吡咯啶酮(NMP)、二甲亚砜(DMSO)、四甲基砜、N,N'-二甲基-N,N'-丙烯基脲(DMPU)等。
于制备聚酰胺酸清漆时，是在一定量的溶剂中先加入一定量的二胺单体，待溶解后再加入一定量的二酐单体，并持续搅拌以使二胺单体与二酐单体进行聚合反应。其中，溶剂的具体例如前面所述。二胺单体的具体例包括：4,4'-二胺基二苯醚(4,4'-oxydianiline(4,4'-ODA))、对苯二胺(phenylenediamine(p-PDA))、2,2’-双(三氟甲基)联苯胺(2,2'-Bis(trifluoromethyl)benzidine(TFMB))、1,3-双(4'-胺基苯氧基)苯(1,3-bis(4-aminophenoxy)benzene(TPER))、1,4-双(4-胺基苯氧基)苯(1,4-bis(4-aminophenoxy)benzene(TPEQ))、4,4’-二胺基-2,2’-二甲基-1,1’-联苯(2,2'-dimethyl[1,1'-biphenyl]-4,4'-diamine(m-TB-HG))、1,3-双(3-胺基苯氧基)苯(1,3’-Bis(3-aminophenoxy)benzene(APBN))、3,5-二胺基三氟甲苯(3,5-Diaminobenzotrifluoride(DABTF))、2,2'-双[4-(4-胺基苯氧基苯基)]丙烷(2,2'-bis[4-(4-aminophenoxy)phenyl]propane(BAPP))、6-胺基-2-(4-胺基苯基)-苯并恶唑(6-amino-2-(4-aminophenyl)benzoxazole(6PBOA))、5-胺基-2-(4-胺基苯基)-苯并恶唑(5-amino-2-(4-aminophenyl)benzoxazole(5PBOA))等。二酐单体的具体例包括：3,3',4,4'-联苯四羧酸二酸酐(3,3',4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride(BPDA))、2,2-双[4-(3,4-二羧基苯氧基)苯基]丙烷二酸酐(2,2-bis[4-(3,4dicarboxyphenoxy)phenyl]propane dianhydride(BPADA))、均苯四甲酸二酸酐(pyromellitic dianhydride(PMDA))、4,4'-(六氟异丙烯)二酞酸酐(2,2'-Bis-(3,4-Dicarboxyphenyl)hexafluoropropane dianhydride(6FDA))、二苯醚四甲酸二酸酐(4,4-Oxydiphthalic anhydride(ODPA))、苯酮四羧酸二酸酐(Benzophenonetetracarboxylic dianhydride(BTDA))、3,3',4,4'-二环己基四甲酸二酐(3,3',4,4'-dicyclohexyltetracarboxylic acid dianhydride(HBPDA)等。
在步骤102中，是先取一定量的聚酰胺酸混合物与一定量的溶剂混合稀释，并于低温下静置一段时间，再依特定摩尔比例，将聚酰胺酸混合物的稀释液与一脱水剂及一催化剂混合。然后，将所得到的混合物涂布于一基材上进行干燥，以形成一聚酰胺酸混合物层。最后，将聚酰胺酸混合物层置于高温下进行亚酰胺化反应(imidization)，以得到聚酰亚胺膜110。其中，干燥温度介于80℃至170℃之间，干燥时间介于0.5小时至2小时之间。反应温度介于170℃至370℃之间，反应时间介于4小时至8小时之间。脱水剂的具体例包括：脂肪族酸酐(如醋酸酐及丙酸酐)、芳香族酸酐(如苯酸酐及邻苯二甲酸酐)等。催化剂的具体例包括：杂环三级胺(例如甲吡啶(picoline)、吡啶等)、脂肪族三级胺(例如三乙基胺(TEA)等)、芳香族三级胺(例如二甲苯胺等)等。
在步骤104中，是先利用无电镀方式在聚酰亚胺膜110上形成第一金属层130(即镍金属层)，再对聚酰亚胺膜110/第一金属层130进行热处理，然后对第一金属层130进行酸处理，以去除其上的氧化层。其中，热处理温度介于90℃至130℃之间，热处理时间介于2小时至28小时之间。酸处理溶液为稀硫酸。然后，利用电镀方式在第一金属层130上形成第二金属层140(即铜金属层)。
实例
雾化颗粒分散液的制备：
将5g的SiO2粉体(粒径0.7μm)置于反应瓶中，接着加入45g的DMAC，混合搅拌1小时至溶液澄清，可得固含量10％的分散溶液。
聚酰胺酸清漆的制备：
将53.3g的DMAC置入反应瓶中，加入1.71g(0.0158mole)的p-PDA与4.24g(0.0144mole)BPDA进行搅拌1小时，待完全溶解后再加入2.59g(0.0129mole)的4,4-ODA和3.15g(0.0144mole)PMDA至该溶液中，反应至动黏度约200,000cps，最后加入25g的DMAC并持续搅拌1小时，形成固含量为13％的聚酰胺酸清漆。
聚酰胺酸混合物的制备：
取90g的聚酰胺酸清漆与1.599g的SiO2分散溶液混合搅拌1小时，即可得SiO2含量为1.5wt％的聚酰胺酸混合物。
聚酰亚胺膜的成型：
取30g的聚酰胺酸混合物与11.53g的DMAC混合稀释后低温冷藏30分钟。将聚酰胺酸混合物的稀释液与乙酸酐(acetic anhydride)脱水剂及甲基吡啶(picoline)催化剂依摩尔比1：2：1混合；接着于玻璃平板上，以刮刀将此混合物溶液涂布成层。该经涂布的玻璃平板放入80℃的烘箱内加热约30分钟，移除大多数的溶剂后；再放入170℃～370℃的烘箱内，加热约4小时，使混合物烤干成膜，之后将该膜自玻璃板取下即为聚酰亚胺膜，其厚度介于24～26μm之间。
聚酰亚胺膜的金属化：
将聚酰亚胺膜依照SLP工艺(SLP process，药液是购自奥野制药株式会社)进行无电解镀镍，以形成镍金属层/聚酰亚胺膜的复合膜，且镍金属层的厚度介于0.08～0.11μm之间。
将镍金属层/聚酰亚胺膜的复合膜先进行热处理，条件为120℃烘烤24小时，再使用2wt％的硫酸清除镍金属层表面的氧化层，接着于电镀槽中进行电解电镀，电镀液包含150g/L的硫酸、120g/L的硫酸铜及50ppm的氯离子，电流密度为4ASD，于镍金属层表面形成厚度5μm铜金属层。
第二实施例
请参阅图6及图7所示，本发明第二实施例的基板结构100为一双面形式的金属层合体(FCCL)，例如双面软性铜箔基板。基板结构100主要包括一聚酰亚胺膜110、两个第一金属层130及两个第二金属层140。两个第一金属层130分别形成于聚酰亚胺膜110的双面(如：上表面和下表面)上，两个第二金属层140分别形成于两个第一金属层130上，其中聚酰亚胺膜110中混有多个雾化颗粒120。关于聚酰亚胺膜110、第一金属层130与第二金属层140的相关技术细节与具体实施方式可参考第一实施例所述，故于此不再赘述。
附带说明一点，本实施例的基板结构100也可以在经过必要的加工后制成电路基板，当然也须在聚酰亚胺膜110中设置导电结构(图中未显示)，以使聚酰亚胺膜110双面的线路导通。
实施例的有益效果
本发明的其中一有益效果在于，本发明所提供的用于金属化的聚酰亚胺膜、基板结构及电路基板，其能通过“聚酰亚胺膜中混有多个雾化颗粒”以及“聚酰亚胺膜的雾度介于60％至80％之间，且透光率介于55％至70％之间”的技术方案，以提高电路基板上线路的光学检测的效率和精度。
更进一步地说，虽然聚酰亚胺膜中混有雾化颗粒，但其仍具有一定的透光率、良好的耐热性与高尺寸稳定性，因此可提高后续应用产品(如：液晶显示器模块)的贴合组装对位的效率和精度，且利用此聚酰亚胺膜的基板结构与现有的压合型FCCL相比，更有利于线宽和线距的缩减，从而可实现高密度细线路的制作。
以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的权利要求书的保护范围，故凡运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的权利要求书的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于金属化的聚酰亚胺膜，其特征在于，所述用于金属化的聚酰亚胺膜中混有多个雾化颗粒，所述用于金属化的聚酰亚胺膜的雾度介于60％至80％之间，且所述用于金属化的聚酰亚胺膜的透光率介于55％至70％之间。
2.根据权利要求2所述的用于金属化的聚酰亚胺膜，其特征在于，所述用于金属化的聚酰亚胺膜的表面粗糙度介于0.1微米至0.8微米之间。
3.根据权利要求2所述的用于金属化的聚酰亚胺膜，其特征在于，多个所述雾化颗粒的平均粒径介于0.2微米至10微米之间。
4.根据权利要求3所述的用于金属化的聚酰亚胺膜，其特征在于，多个所述雾化颗粒包含二氧化钛颗粒、二氧化硅颗粒以及聚酰亚胺颗粒中的一种或两种以上的组合。
5.根据权利要求1所述的用于金属化的聚酰亚胺膜，其特征在于，所述用于金属化的聚酰亚胺膜中还混有一分散剂，且所述分散剂的含量占所述聚酰亚胺膜总重量的0.2重量％至1.5重量％。
6.根据权利要求5所述的用于金属化的聚酰亚胺膜，其特征在于，所述分散剂为带酸性颜料亲合基团的共聚酯烷醇铵。
7.一种基板结构，其特征在于，所述基板结构包括一根据权利要求1所述的聚酰亚胺膜、一第一金属层以及一第二金属层，所述第一金属层形成于所述金属化的聚酰亚胺膜的一面上，且所述第二金属层形成于所述第一金属层上。
8.根据权利要求7所述的基板结构，其特征在于，所述第一金属层的厚度介于0.08微米至0.11微米之间，且所述第二金属层的厚度介于0.2微米至18微米之间。
9.根据权利要求7所述的基板结构，其特征在于，所述第一金属层为镍金属层，所述第二金属层为铜金属层。
10.一种电路基板，其特征在于，所述电路基板是使用根据权利要求7所述的基板结构所制得。
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