CN1728923A - 具有液晶聚合物覆盖层的刚柔结合pcb及其制造方法 - Google Patents

具有液晶聚合物覆盖层的刚柔结合pcb及其制造方法 Download PDF

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Abstract

公开了一种刚柔结合PCB及这种刚柔结合PCB的制造方法。全层加工法的特征在于使用液晶聚合物形成柔性区域的覆盖层，具有防止层间分离的优点，因此可以提供一种高可靠性的刚柔结合PCB，符合电气设备低能耗、高频可用和细长的新要求。

Description

具有液晶聚合物覆盖层的刚柔结合PCB及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种使用液晶聚合物的刚柔结合(rigid-flexible)印制电路板(PCB)。具体地说，本发明涉及一种刚柔结合PCB，其中通过全层加工法在柔性区域形成液晶聚合物覆盖层。同时，本发明涉及这种刚柔结合PCB的制造方法。
背景技术
为了满足当今越来越小、越来越细的封装要求，人们最近开发了各种多层印制电路板，可以在其表面安装集成电子装置。具体地说，人们正在对刚柔结合PCB进行大量的研究，因为它们具有节约空间和空间可变性的优点。
刚柔结合PCB广泛应用于个人计算机、PDA和移动电话中，通常包括刚性区域和柔性区域，其中刚性区域由预浸料支撑，赋予PCB机械强度，柔性区域将刚性区域相互连接起来。
在刚柔结合电路板中有覆盖膜，用来保护在柔性区域形成的电路图案，通常由聚酰亚胺制得。
为了更好地理解本发明的背景，下面将结合图1～3描述传统的刚柔结合PCB及其制造方法。
图1描述在刚柔结合PCB中柔性区域的预定部分上形成覆盖层的部分涂布法。
首先，用带图案的掩模在铜箔层12上形成预定的内部电路图案(未示出)，铜箔层12与聚酰亚胺层11共同构成聚酰亚胺铜箔叠层板10。
为了保护内部电路图案，聚酰亚胺薄膜12的尺寸要比限定电路图案的柔性区域大。
将聚酰亚胺薄膜20置于铜箔层12的柔性区域，胶粘剂21将其交替隔开，然后借助于焊接棒手工将聚酰亚胺薄膜假粘在柔性区域上。
将聚酰亚胺薄膜20粘在柔性区域后，预浸料30用以提供机械强度和与聚酰亚胺铜箔叠层板10间的粘结力，如图1所示。
然后，将另一块聚酰亚胺层暴露的铜箔叠层板10’压在预浸料30上，得到单层刚柔结合PCB，其中以预浸料30作中间夹层的刚性区域通过柔性区域相互连接，部分柔性区域覆有聚酰亚胺覆盖层。
使用压力机，将单层刚柔结合PCB粘在用位于镜面对称轴上的预浸料30’薄层相间的另一个刚柔结合PCB上，可以得到多层PCB结构。如图1所示，多层PCB具有由预浸料30和30’支撑并赋予PCB机械强度的刚性区域和部分覆有聚酰亚胺薄膜20并且将刚性区域相互连接起来的柔性区域。
随后，在形成预定的外部电路图案时，蚀刻和电镀产生用于层间电连接的通孔，如图3所示。
接下来，在与柔性区域相对应的那部分外电路图案上形成聚酰亚胺薄膜覆盖层。
其后，在PCB上涂覆一层感光防焊掩模油墨160，用以保护外部电路图案150，并且防止外部电路图案150上锡桥(Solder bridge)的形成。结果，得到一种单层或多层刚柔结合PCB，其中由聚酰亚胺薄膜制得的覆盖层覆盖柔性区域。
然而，由于覆盖层加工和假粘结工艺，使得这种刚柔结合PCB的制造时间长，生产成本高。另外，由于存在部分固定覆盖层薄膜的步骤，这种PCB在电路形成和堆叠方面表现出低可靠性。
为了解决这些问题，使柔性区域完全被覆盖层薄膜覆盖，如图2所示。
首先，用带图案的掩模在铜箔层12上形成预定的内电路图案(未示出)，铜箔层12与聚酰亚胺层11共同构成聚酰亚胺铜箔叠层板10。为了保护内电路图案，使用胶粘剂21将聚酰亚胺薄膜20粘结在内电路图案上，覆盖整个柔性区域；
柔性区域上的聚酰亚胺薄膜覆盖层20形成以后，提供预浸料30以提供机械强度和与聚酰亚胺铜箔叠层板10的粘结力，如图2所示。
然后，将另一块聚酰亚胺层暴露的铜箔叠层板10’压紧预浸料30，得到单层刚柔结合PCB，其中由预浸料30支撑的刚性区域通过柔性区域相互连接，柔性区域被聚酰亚胺覆盖层完全覆盖。
使用压力机，将单层刚柔结合PCB粘在用为于镜面对称轴的预浸料30’分开的另一个刚柔结合PCB上，可以得到多层PCB结构。如图2所示，多层PCB包括由预浸料30和30’支撑以赋予PCB机械强度的刚性区域和完全覆盖聚酰亚胺薄膜20并且将刚性区域相互连接起来的柔性区域。
随后，在形成预定的外部电路图案时，蚀刻和电镀产生用于层间电连接的通孔，如图3所示。
接下来，在与柔性区域相对应的那部分外部电路图案上形成聚酰亚胺薄膜覆盖层。
其后，在PCB上涂覆一层感光防焊掩模油墨160，用以保护外部电路图案150，并且防止外部电路图案150上锡桥的形成。结果，得到单层或多层刚柔结合PCB，其中由聚酰亚胺薄膜制得的覆盖层覆盖柔性区域。
当聚酰亚胺薄膜制成的覆盖层沉积在整个柔性区域上时，由于省去了假粘结和覆盖层加工，所以与图1描述的部分涂布工艺相比，PCB的制造工艺简化。
然而，覆盖层聚酰亚胺薄膜20未涂覆胶粘剂21的一面由于其特有的刚性分子结构而具有低的表面能，从而导致其与预浸料30和30’之间粘结不牢。因此，覆盖层与预浸料30和30’之间容易层离，导致产品可靠性下降。也就是说，当用作覆盖层的聚酰亚胺薄膜20通过胶粘剂21粘结在柔性区域时，由于它们之间具有不同的热膨胀系数并且热稳定性低，因此导致聚酰亚胺薄膜20与胶粘剂21之间的层离。
传统方法的问题还包括产品的尺寸稳定性差，绝缘层的介电常数高，这是由于聚酰亚胺薄膜20具有低表面能和极性聚合分子链。因此，传统产品难以实现低能耗、高频可用和细化。
此外，聚酰亚胺薄膜的高成本使传统产品不具有价格竞争力。
发明内容
本发明是本发明人对刚柔结合PCB深入细致研究的结果，发现使用液晶聚合物的全层法可以避免层间层离，同时得到轻、细、短、小的刚柔结合PCB。
本发明的一个目的是提供一种刚柔结合PCB，它表现出低能耗、高频可用以及高可靠、便宜和细长的特点。
本发明的另一个目的是提供这种刚柔结合PCB的制造方法。
根据本发明的一个方面，提供一种刚柔结合印制电路板的制造方法，包括以下步骤：提供包括液晶聚合物的第一基板，其中液晶聚合物的一面或两面覆有铜箔层；在铜箔层上进行成像处理，形成内电路图案；在与第一基板柔性区域相对应的那部分内部电路图案上形成具有液晶聚合物的覆盖层；使用胶粘剂材料将第一基板与另一第一基板粘结起来，使所得结构中的液晶聚合物面对面并以胶粘剂材料为中间夹层，该胶粘剂材料中与柔性区域相对应的部分是暴露的；在粘结好的第一基板结构的两侧沉积包括铜箔层和液晶聚合物层的第二基板，使得第二基板的液晶聚合物层与第一基板的内电路图案相对，所述液晶聚合物中与柔性区域相对应的部分是暴露的；在第二基板的铜箔层上进行成像处理，形成外电路图案；在与柔性区域相对应的那部分外电路图案上形成具有液晶聚合物的覆盖层；和在PCB上涂覆一层感光防焊掩模油墨以形成防焊掩模，用以保护外电路图案免受焊接工艺的损坏。
根据本发明的另一个方面，提供一种刚柔结合印制电路板，包括：多个第一基板，各个第一基板具有液晶聚合物层，液晶聚合物层的一面或两面覆有铜箔层，在铜箔层上形成内电路图案；多个第一覆盖层，各自沉积在与柔性区域相对应的那部分内电路图案上；多个胶粘剂，通过该胶粘剂将第一基板相互粘结，使得液晶聚合物层相互面对；多个第二基板，各自具有外电路图案，并使用胶粘剂沉积在第二基板上；多个第二覆盖层，各自沉积在部分外电路图案上，覆盖第二基板的柔性区域；和多个焊接掩模，用以保护外电路图案。
附图说明
图1说明使用聚酰亚胺薄膜通过传统的部分涂布法制造的刚柔结合PCB上柔性区域的位置。
图2说明使用聚酰亚胺薄膜通过传统的完全涂布法制造的刚柔结合PCB上柔性区域的位置。
图3为根据传统方法的刚柔结合PCB的截面图。
图4为根据本发明的全层加工法制造刚柔结合PCB的流程图。
图5提供根据本发明的刚柔结合PCB制造过程中的截面图。
具体实施方式
根据本发明的制造刚柔结合PCB的全层加工法将根据附图进行详细描述。
关于图4和5，是说明根据本发明的刚柔结合PCB制造过程的流程图和截面图。
首先提供的是液晶聚合物铜箔叠层板100，其将作为刚柔结合PCB的第一基板(S100)。液晶聚合物铜箔叠层板100包含一面或两面覆有铜箔层120的液晶聚合物层110。
为方便起见，以仅在液晶聚合物层110的一侧形成铜箔层120的液晶聚合物铜箔叠层板100为例进行下面的描述，如图5a所示。然而，应当理解，以液晶聚合物层为中间夹层的具有两层铜箔层的液晶聚合物铜箔叠层板也属于本发明的精神实质和范围。
然后，在第一基板100的铜箔层120上进行成像处理(S200)。
更详细地说，使用热辊将光敏干膜热压在铜箔层120上，然后将具有预定内电路图案的布线图薄膜紧紧地粘附在光敏干膜上。随后，通过有图案的布线图薄膜对紫外光曝光，光敏干膜被固化。使用显影液如碳酸钠或碳酸钾进行处理，溶解光敏干膜中未固化的部分，露出液晶聚合物铜箔叠层板100上的铜箔层120。以剩余的固化后的光敏薄膜图案作为掩模，对暴露的铜箔层120进行蚀刻，形成预定的内电路图案130，如图5b所示。
然后，提供覆盖层200以保护内电路图案130’中将形成柔性区域的部分免受外部环境的侵害(S300)。
覆盖层200用与第一基板100中液晶聚合物层110所用的相同材料制成。关于这点，在10-60kgf/cm2的压力下，在230-300℃保持20-120min，液晶聚合物就被沉积在全部或部分柔性区域上，如图5c所示。
使用可以在上述温度(如240℃)加工成型的液晶聚合物，覆盖层200可以单层或多层结构形成。对于后一种情况，可以使用胶粘剂粘结覆盖层。以环氧树脂或丙烯类树脂为例，适合于形成这种多层结构的胶粘剂的熔点与成型温度(如240℃)相近。当覆盖层200以多层结构构造时，为了防止柔性区域在随后的成型工艺中发生层间连接，用作覆盖层和胶粘剂的材料可以是液晶聚合物，只要覆盖层材料的熔点(如275℃)高于胶粘剂材料的熔点(如240℃)即可。
另外，以环氧树脂或丙烯酸类胶粘剂作为中间夹层的覆盖层200可以在稍低的温度下成型，如在120-150℃保持20-120min，完全或部分覆盖柔性区域。
覆盖层200在柔性区域上形成以后，所得结构通过胶粘剂材料300与另一所得结构粘结起来，使得两结构的基板110相互面对(S400)。在与基线板110的柔性区域相对应的位置上的胶粘剂材料300是暴露的，如图5d所示。胶粘剂材料300优选是液体聚合物，其在预定温度下加压时表现出强粘结强度。同时，胶粘剂材料300赋予所得刚柔结合PCB以机械强度。
以胶粘剂材料300为中间夹层并由两块第一基板100组成的结构的上面和下面都覆盖上第二基板100’，然后进行成像处理以形成外电路图案(S500)。
详细地说，在使用胶粘剂材料300相互面对地粘结在一起的第一基板的每一面上堆叠第二基板100’，外电路图案将在第二基板上形成，如图5e所示。第二基板100’包括液晶聚合物110’，其与第一基板的柔性区域相对应的部分是暴露的。第二基板的一侧或两侧覆有铜箔层120’。将第二基板100’堆叠在第一基板100上时，第二基板100’上的液晶聚合物110’处于与底层基线板100上的内电路图案130相对的位置。
将包括第一基板100和第二基板100’的堆叠结构压紧，形成单层或多层刚柔结合PCB，其中刚性区域由胶粘剂材料300支撑，赋予机械强度，覆有覆盖层200的柔性区域将刚性区域连接起来，如图5f所示。
随后，形成通孔400，刚柔结合PCB各层间通过该通孔相互进行电连接，如图5g所示。形成过孔400时，主轴转速70,000-120,000，进给速度1.5-3.0m/min，抬刀速率11-13m/min。液晶聚合物具有比聚酰亚胺树脂低的热膨胀系数，在激光钻孔方面表现出优异的可加工性。优选地，激光钻孔在短时间内多次进行，以防止所形成的通孔侧壁损伤。
接下来，对包含通孔400的所得结构进行电镀，得到镀层500，用以形成外电路图案，如图5h所示。
在镀层500上进行掩模过程后，形成预定的外电路图案510，如图5i所示。此处省略对于外电路图案510形成的详细描述，因为其过程与图5b描述的相同。
使用上述液晶聚合物，在外电路图案510上与柔性区域相对应的部分形成覆盖层200’(S600)。
在10-60kgf/cm2的压力下，在230-300℃保持20-120min，形成覆盖层200’的液晶聚合物即被沉积在全部或部分柔性区域上，如图5j所示。
使用可以在上述温度(如240℃)加工成型的液晶聚合物，覆盖层200’可以单层或多层结构形成。对于后一种情况，可以使用胶粘剂粘结覆盖层。以环氧树脂或丙烯类树脂(未示出)为例，适合于形成这种多覆盖层结构的胶粘剂的熔点与成型温度(如240℃)相近。当覆盖层200’以多层结构构造时，为了防止柔性区域在随后的成型工艺中发生层间连接，用作覆盖层和胶粘剂的材料可以是液晶聚合物，只要覆盖层材料的熔点(如275℃)高于胶粘剂材料的熔点(如240℃)即可。
或者，以环氧树脂或丙烯酸类胶粘剂作为中间夹层的覆盖层200’可以在稍低的温度下成型，如在120-150℃保持20-120min，完全或部分覆盖柔性区域。
最后，将感光防焊掩模油墨600选择性地涂覆在所得结构上，用以在焊接工艺中保护外电路图案510(S700)。关于这点，感光防焊掩模油墨600不仅保护外电路图案610，还用于防止焊接过程中外电路图案610上锡桥的形成。
图5k和5l表示根据本发明的全层法制造的刚柔结合PCB的结构，分别使用仅在液晶聚合物的一侧粘附铜箔层的基板100和以液晶聚合物作中间夹层具有两层铜箔层的基板100。
根据本发明的全层加工法，其特征在于使用液晶聚合物形成柔性区域的覆盖层，具有防止层间分离的优点，因此可以提供一种高可靠性的刚柔结合PCB。
同时，根据本发明的全层加工法制造的刚柔结合PCB符合电气设备低能耗、高频可用和细长的新要求。
另外，液晶聚合物的使用使生产成本降低，因为该聚合物价格低廉。
尽管为了说明的目的已经公开了本发明的优选实施方案，但是本领域技术人员将会理解，在不背离所附权利要求书中所披露的本发明的范围和精神实质的情况下，对本发明进行各种改进、添加和取代是可能的。

Claims (21)

1.一种刚柔结合印刷电路板的制造方法，包括以下步骤：
提供包括液晶聚合物的第一基板，其中液晶聚合物的一面或两面覆有铜箔层；
在铜箔层上进行成像处理，形成内电路图案；
在与第一基板柔性区域相对应的那部分内电路图案上形成液晶聚合物覆盖层；
使用胶粘剂材料将第一基板与另一第一基板粘结起来，使所得结构中的液晶聚合物相互面对并以胶粘剂材料为中间夹层，该胶粘剂材料中与柔性区域相对应的部分是暴露的；
在粘结好的第一基板结构的两侧沉积包括铜箔层和液晶聚合物层的第二基板，使得第二基板的液晶聚合物层面向第一基板的内电路图案，该液晶聚合物中与柔性区域相对应的部分是暴露的；
在第二基板的铜箔层上进行成像处理，形成外电路图案；
在与柔性区域相对应的那部分外电路图案上形成液晶聚合物覆盖层；以及
涂覆一层感光防焊掩模油墨，形成焊接掩模，以保护外电路图案免受焊接过程的损坏。
2.如权利要求1所述的方法，其中成像处理工艺实施如下：
将一层光敏干膜压在第一基板的铜箔层上；
将布线图薄膜紧紧地粘在所述干膜上，该布线图薄膜上有预定的内电路图案；
将布线图薄膜暴露在紫外光下，选择性地固化光敏干膜；
显影光敏干膜，溶解掉干膜上未固化的部分，部分地暴露铜箔层；
以固化干膜作为防蚀膜，除去铜箔层的暴露部分；以及
移除固化干膜，在铜箔层上形成内电路图案。
3.如权利要求1所述的方法，其中在真空条件下在成型温度将液体聚合物压在与柔性区域相对应的那部分内电路图案上，以单层结构形成内电路图案上的覆盖层。
4.如权利要求1所述的方法，其中在真空条件下在成型温度使用胶粘剂将液体聚合物压在与柔性区域相对应的那部分内电路图案上，以多层结构形成内电路图案上的覆盖层。
5.如权利要求4所述的方法，其中胶粘剂选自液晶聚合物、环氧树脂和丙烯酸树脂。
6.如权利要求3或4所述的方法，其中覆盖层沉积在内电路图案上，与柔性区域重叠。
7.如权利要求3或4所述的方法，其中覆盖层沉积在内电路图案上，完全覆盖柔性区域。
8.如权利要求1所述的方法，其中胶粘剂材料是一种液晶聚合物。
9.如权利要求1所述的方法，其中外电路图案的形成是通过：
形成通孔，用于刚柔结合印制电路板各层间的电气连接；
对包含通孔的所得结构进行电镀，形成镀层；
在压力下将光敏干膜粘贴在电镀层上；
将具有预定电路图案的布线图薄膜紧紧地粘在干膜上；
将布线图薄膜暴露在紫外光下，使光敏薄膜部分固化；
显影光敏干膜，溶解掉干膜上未固化的部分，部分地暴露镀层；
使用固化干膜作为防蚀涂层，去除镀层的暴露部分；以及
移除固化干膜，在镀层上形成外电路图案。
10.如权利要求1所述的方法，其中在真空条件下在成型温度将液体聚合物压在与柔性区域相对应的那部分外电路图案上，以单层结构形成外电路图案上的覆盖层。
11.如权利要求1所述的方法，其中在真空条件下在成型温度使用胶粘剂将液体聚合物压在与柔性区域相对应的那部分外电路图案上，以多层结构形成外电路图案上的覆盖层。
12.如权利要求11所述的方法，其中胶粘剂选自液晶聚合物、环氧树脂和丙烯酸树脂。
13.如权利要求10或11所述的方法，其中覆盖层沉积在内电路图案上，与柔性区域重叠。
14.如权利要求10或11所述的方法，其中覆盖层沉积在内电路图案上，完全覆盖柔性区域。
15.一种刚柔结合印制电路板，包括：
多个具有液晶聚合物层的第一基板，液晶聚合物层的一面或两面覆有铜箔层，在铜箔层上形成内电路图案；
多个第一覆盖层，沉积在与柔性区域相对应的那部分内电路图案上；
多个胶粘剂，将第一基板粘结在一起，使得液晶聚合物层相互面对；
多个第二基板，各自具有外电路图案，并且通过胶粘剂材料沉积在第一基板上；
多个第二覆盖层，沉积在部分外电路图案上，覆盖第二基板的柔性区域；以及
多个焊接掩模，用以保护外部电路图案。
16.如权利要求15所述的刚柔结合印制电路板，其中第一和第二覆盖层通过在预定的成型温度下将液晶聚合物压在与柔性区域相对应的那部分内电路和外电路图案上以单层结构沉积。
17.如权利要求15所述的刚柔结合印制电路板，其中第一和第二覆盖层通过在预定的成型温度下使用胶粘剂将液晶聚合物压在与柔性区域相对应的那部分内部和外部电路图案上以多层结构沉积。
18.如权利要求17所述的刚柔结合印制电路板，其中胶粘剂选自液晶聚合物、环氧树脂和丙烯酸树脂。
19.如权利要求16或17所述的刚柔结合印制电路板，其中第一和第二覆盖层分别沉积在内部和外部电路图案上，与柔性区域重叠。
20.如权利要求16或17所述的刚柔结合印制电路板，其中第一和第二覆盖层分别沉积在内电路和外电路图案上，完全覆盖柔性区域。
21.如权利要求15所述的刚柔结合印制电路板，其中用于将第一基板相互粘结起来的胶粘剂是液晶聚合物。
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