CN1753598A - 用于内置无源器件的印刷电路板材料 - Google Patents
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Abstract
提供一种用于内置无源器件的印刷电路板材料,该印刷电路板材料具有优异电磁性能和可靠性。本发明提供一种印刷电路板材料,包括:导电铜箔层;形成在导电层上并包括超过70-100体积%的树脂和0-30体积%的填料;以及形成在树脂粘结层上并包括树脂和填料的功能层。印刷电路板材料具有在铜箔层和功能层之间插入的树脂粘结层。由此,即使当功能层中的填料含量增加,也保证导电层和功能层之间的粘结强度而不损坏功能层的性能,如介电和磁性能。
Description
相关申请
本申请基于并要求2004年9月23日申请的韩国申请号2004-76557的优先权,在此将其公开全部引入作为参考。
技术领域
本发明涉及用于内置无源器件的印刷电路板(PCB),更具体涉及用于内置无源器件的印刷电路板材料,该材料具有优良的电磁性能及可靠性。
背景技术
随着电子产品的尺寸变得越来越小以及更普遍和具有更多功能,近来引入了用于在PCB中内置无源器件的内置无源器件技术。该技术通常利用在绝缘层树脂中分散能实现希望性能的印刷膏形式或介电(或磁)填料形式的材料。该技术允许改进性能,如减小产品尺寸、减小噪音以及减小通过焊料连接导致的次品产品的数目以及减小高频噪声。
在通过分散介电(或磁)填料产生用于内置无源器件(EPD)的PCB材料中,填料量的增加表明希望的介电和磁性能增加,但是由于粘合剂树脂量的相对减小导致与金属(例如,铜)箔的剥离强度减小。这些引起可靠性问题,如在制造之后发生剥离。
而且,根据最近引入的无Pb焊料,需要增加树脂的抗热性。但是,树脂的抗热性增加通常引起剥离强度减小的问题。至于铜箔,不仅标准的铜箔,而且具有低粗糙度的低光滑度(LP)或极低光滑度(VLP)的铜箔如背面-处理(RT)或双面-处理(DT)的铜箔被经常使用,因为它们能实现精细图形和它们的介电性能的均匀性。这种金属箔的粗糙度的减小提高性能均匀性和刻蚀性能,但是引起粘附力减小的问题。
图1a和1b示出了根据现有技术的树脂-涂敷的铜(RCC)箔的结构。如图1a和1b所示,通过在导电铜箔层上涂敷填料和树脂的混合物并热处理涂敷的混合物产生双层结构(图1a)树脂涂敷的铜箔,或在导电铜箔层上涂敷填料和树脂的混合物、热处理涂敷混合物层并在涂敷的混合物层上形成树脂粘结层产生三层构造(图1b)的树脂-涂敷的铜箔。在填料/树脂混合物层上具有树脂粘结层的三层RCC克服了与待粘结表面的粘附力的问题,该问题是先前的RCC箔中的问题,但是双层RCC箔和三层RCC箔仍具有铜箔和树脂/填料混合物层之间剥离强度低的上述问题。
其间,在关于高介电电容器或印刷电路板的现有技术中,美国公开专利申请号2002-48137和美国专利号6,618,238公开了一种包括导电金属箔层和由填料和树脂制成的介电层的双层内置电容器和一种包括连续地淀积的导电层、介电层和树脂粘结层的电容器。但是,这种专利不包括任何关于改进剥离强度的公开内容。
而且,日本专利特许-公开号2000-208945公开了一种包括电极层和介电层的电容器-内置的布线板及其制造方法,其中防止了由于电极层和介电层之间的接触形成短路。但是,它也不包括任何关于增加电极层和介电层之间粘附力的公开内容。
发明内容
由此,本发明的目的是,提供一种用于内置无源器件的印刷电路板材料,该材料具有优异的电磁性能和可靠性。
本发明的另一目的是,提供一种用于内置无源器件的印刷电路板材料,包括在导电层和功能层之间插入的树脂粘结层,以及在介电和磁性能和粘附强度方面是优秀的。
在一个方面,本发明提供一种用于内置无源器件的印刷电路板,包括:导电铜箔层;形成在导电层上并包括超过70-100体积%的树脂和0-小于30体积%的填料的树脂粘结层;以及形成在树脂粘结层上并包括树脂和填料的功能层。
在另一方面,本发明提供一种用于内置无源器件的印刷电路板,包括:导电铜箔层;形成在导电层上并包括超过70-100体积%的树脂和0-小于30体积%的填料的第一树脂粘结层;形成在树脂粘结层上并包括树脂和填料的功能层;形成在功能层上并包括超过70-100体积%的树脂和0-小于30体积%的填料的第二树脂粘结层;以及形成在第二树脂粘结层上的导电铜箔层。
附图说明
从下面结合附图的详细说明将更清楚地理解本发明的上述及其他目的、特点及优点,其中:
图1a和1b是用于内置无源器件的现有印刷电路板材料的侧剖面图;
图2示出了用于制造内置无源器件的印刷电路板材料的工艺和由此制造的印刷电路板材料的侧剖面图,其中图2b是RCC箔的侧剖面图,以及图2c是CCL箔的侧剖面图;
图3示出了在比较例1的PCB中电性能和剥离强度随功能层的填料含量改变而改变的曲线图;
图4示出了在比较例1和发明例1中制造的印刷电路板材料的剥离强度变化的曲线图;以及
图5示出了在比较例2和发明例2中制造的印刷电路板材料的剥离强度变化的曲线图。
具体实施方式
下面通过参考附图的实例进一步详细描述本发明。
本发明提供一种用于内置无源器件的夹层型印刷电路板,其中在导电金属层和包括树脂和填料的功能层之间插入树脂粘结层。具有树脂粘结层、用于内置无源器件的本发明印刷电路板材料不仅在电磁性能方面如介电和磁性能是优秀的,而且在剥离强度方面也是优秀的。
图2示出了根据本发明用于制造用于内置无源器件的印刷电路板材料的工艺和由此制造的印刷电路板材料。下面,参考图2进行描述。如图2所示,用于内置无源器件的本发明印刷电路板材料包括导电铜箔层、树脂粘结层以及包括树脂和填料的功能层。
功能层通常由树脂和填料制成。根据PCB需要的性能如介电、磁或低-电介电性质选择介电填料、磁填料或中空型填料作为填料。此外,为了增加希望的性能,可以增加选择的填料量。但是,功能层中的填料量增加导致树脂量相对减少,因此引起导电金属层和功能层之间的粘结强度减小以致导电层容易被剥离的问题。
此外,导电层和功能层之间的粘结强度的这种减小导致在印刷电路板的制造过程中对施加热量的耐热性的减小,因此在PCB的处理和可靠性方面引起问题。
而且,因为需要可以实现精细图形和具有均匀介电性能的更薄和更平整的导电铜箔,所以导电层和功能层之间的粘结强度被进一步减小,以致导电层容易被剥离。
为此,本发明提供一种具有在导电层和功能层之间插入的树脂粘结层的PCB材料,以便满足优异的介电和磁性能以及剥离强度的所有要求。由于导电层和功能层之间的树脂粘结层,增加了导电层和功能层之间的粘结强度。
发明的PCB材料中的导电层可以由在PCB材料的制造中通常使用的任意铜箔制成。可用于本发明的铜箔例子包括,但不限于,电解铜箔,如标准型箔(STD,5-10μm的Rz)或极低的外形箔(VLP,2-5μm的Rz以及辊轧的铜箔(小于1μm的Rz)。
本发明旨在增加导电铜箔层和功能层之间的粘结强度,且特别有用于应用VLP型箔或辊轧的铜箔,VLP型箔或辊轧的铜箔由于小于5μm的低表面粗糙度,因此对功能层具有低粘附力。
如图2的(a)所示,在发明印刷电路板材料中,在导电铜箔层的一个表面上形成树脂粘结层,以便增加导电层和功能层之间的粘接强度。
树脂粘结层可以由0-小于30体积%的填料和超过70-100体积%的树脂制成。在导电层和包括大量填料的功能层之间插入树脂粘结层,以便增加其间的粘结强度。树脂粘结层中等于或小于70体积%的树脂含量不希望地导致填料含量相对增加,因而就表现出两个层之间的粘结强度没有足够地增加的效果。此外,如果树脂粘结层包括不引起粘附力减小的含量范围内的填料,具体小于30体积%的量,它将表明不仅功能层中的粘附力增加而且功能层中需要的介电或磁性能也增加。因此,树脂粘结层可以包括不会引起粘附力减小的量的填料。
树脂粘结层的厚度增加导致绝缘层的总厚度增加,以致可以减小电容量。为此,树脂粘结层优选形成尽可能小的厚度,以及即使当需要实现低-介电性质时,这些同样可以适用。此外,即使当使用填料如铁酸盐来实现电感时,树脂粘结层的厚度增加可以引起磁性能退化,且因此优选,以尽可能小的厚度形成树脂粘结层。由此,在本发明中,优选以等于或小于10μm的厚度形成树脂粘结层,以便它在导电层和功能层之间提供足够的粘结强度且不引起介电和/或磁性能减小。
可以通过在该技术领域通常使用的涂敷方法在导电铜箔层上形成树脂粘结层。涂敷方法的例子包括,但不限于,刮刀式(comma)涂敷和模铸法。
在形成树脂粘结层之后,如图2的b所示,使树脂粘结层经受B-阶段半固化。然后在半固化的树脂粘结层上涂敷功能层,以便制造树脂-涂敷的铜(RCC)箔。
功能层由树脂和填料制成。在本发明中可以使用包括给定混合比的树脂和填料的功能层。尽管功能层中的树脂和填料之间的混合比没有具体地限制,但是如果功能层包括大量填料,那么介电和/或磁性能增加,当本发明应用于包括大量填料的功能层时,本发明旨在增加粘结强度,且因此具体有利于增加粘附力。
例如,当本发明应用于包括30-99体积%的填料和1-70体积%的树脂时,它显著地增加剥离强度。
功能层的厚度没有被具体地限制,且可以适当地从该技术领域中通常应用的厚度范围内选择。
可以用于树脂粘结层和功能层的树脂包括热固性树脂和热塑性树脂。热固性树脂的例子包括,但不限于,环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、三聚氰胺树脂、氰酸盐树脂、双马来酰亚胺树脂和双胺加成聚合物以及双苯并环丁烯(BCB)。这种热固性树脂可以单独使用或使用两种或更多种的混合物。
热塑性树脂的例子包括,但不限于,聚酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰胺(PA)、聚碳酸脂(PC)以及聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)。这种热塑性树脂可以单独使用或使用两种或更多种的混合物。
任意树脂可以用作树脂,只要在加工印刷电路板(例如,在280℃时的焊接)时具有足够的耐热性。此外,在树脂粘结层和功能层中,可以使用相同的或不同的树脂。
至于树脂,考虑到耐热性、剥离强度等,环氧树脂是最优选的。
至于环氧树脂,可以使用本技术领域中普遍公知的那些树脂。环氧树脂的例子包括,但不限于,含芳香环的环氧化合物如石炭酸酚醛环氧树脂、甲酚酚醛环氧树脂、联苯环氧树脂、联苯酚醛环氧树脂、三羟苯基甲烷环氧树脂、四苯基乙烷环氧树脂、双酚A酚醛环氧树脂、双酚A环氧树脂和双茂石炭酸环氧树脂、环脂烃类环氧树脂以及含卤素的环氧树脂如四溴双酚A环氧树脂和多官能环氧树脂。这种环氧树脂可以单独使用或使用两种或更多种的混合物。
树脂粘结层和功能层中的填料可以根据功能层如介电、磁和低-介电性能需要的功能从介电填料、磁填料和中空型填料选择。
可以用于本发明的介电填料的例子包括金属粉末、在其表面上形成有金属层的树脂、陶瓷粉末以及高-介电填料。金属粉末的例子包括Cu、Al、As、Au、Ag、Pd、Mo以及W,以及高-介电填料的例子包括TiO、BaTiO3、SrTiO3、CaTiO3、MgTiO3、PbTiO3、KNbO3、NaTiO3、KTaO3和RbTaO3。
半导电填料或在其表面上形成有绝缘层的半导电填料也可以用作介电填料。半导电填料的例子可以包括氧化锌。用于在半导电填料的表面上形成绝缘层的绝缘材料的优选例子包括,但不限于,BaTiO3和Pb-基铁电体,因为它们可以形成绝缘层,而不引起半导电填料的介电常数的大量减小。
可以通过在半导电填料的表面上涂敷绝缘材料然后热处理该涂敷的材料或通过热处理半导电填料以使填料的表面氧化,形成半导电填料的表面上的绝缘层。
根据半导电填料的体积,以70-95体积%的量且优选80-90体积%的量,在半导电填料的表面上涂敷绝缘材料。如果绝缘材料的含量小于70体积%,那么半导电填料粉末不会被液体绝缘材料完全浸润或涂敷,如果绝缘材料的含量超过95体积%,那么涂敷的填料粉末的结晶性将减小。
在700-1,300℃时的氧化气氛条件下执行涂敷在半导电填料上的绝缘材料的热处理或半导电填料的热处理30分钟至2小时,且优选30分钟至1小时。如果在小于700℃下执行绝缘材料的热处理,那么绝缘材料将不会充分地分散到半导电填料的空位中,且如果在超过1,300℃下执行,那么将发生绝缘材料的压缩,由此引起物理性能改变。如果热处理时间短于30分钟,那么将不会充分地形成绝缘层,且如果时间长于2小时,那么绝缘层变厚,导致介电常数减小。
至于介电填料,也可以使用半导体铁电体。
可以通过热处理铁电体,或热处理之后通过添加掺杂的添加剂至铁电体的表面获得半导体铁电体。可用于本发明的铁电体的例子包括Pb-基铁电体如BaTiO3、PbTiO3、PMN-PT、SrTiO3、CaTiO3和MgTiO3。这种铁电体可以单独使用或使用两种或更多种的混合物。
可用于本发明的掺杂添加剂的例子包括Mn、Mg、Sr、Ca、Y或Nb的2+、3+和5+氧化物以及镧-系元素如Ce、Dy、Ho、Yb或Nd的氧化物。这种掺杂添加剂可以单独使用或使用两种或更多种的混合物。
可以在800-1,300℃且优选1,000-1,300℃时的氧化、还原或真空气氛条件下执行铁电体的热处理30分钟至2小时。这样导致氧空位增加,因此制成铁电半导体。
如果在低于800℃的温度下执行铁电体的热处理或执行铁电体的热处理小于30分钟,那么氧空位的形成需要的能量将是不充足的,以及如果在高于1,300℃的温度下执行铁电体的热处理或执行铁电体的热处理超过2小时,那么将发生晶粒生长,导致介电常数减小。
如果准备实现磁性能,那么金属填料如Ni、Cu和Fe或铁酸盐填料如NiCuZn铁酸盐或MnZn铁酸盐可以用作磁填料。
其间,如果准备实现具有低-介电性质的高频板材料,那么可以使用中空型聚合物填料作为填料。另外地,可以以空气被均匀地分散在构成功能层的树脂内的方式制成功能层。中空型聚合物填料的聚合物可以是具有耐热性的聚合物,例如,树脂粘结层和功能层中使用的树脂。
如果形成树脂粘结层和功能层的填料表现出相同的性能(介电或磁性能),那么可以使用相同或不同种类的填料。
必要时,树脂粘结层和功能层可以包含本技术领域中普遍使用的固化剂或固化催化剂。
本发明中使用的填料优选具有小于1μm的粒径,以便它们均匀地分散在树脂粘结层和功能层中。
如上所述制造的两个RCC箔以功能层相互面对的方式相互层叠。层叠结构经受C-阶段压缩和固化,因此制造如图2(c)所示的覆铜叠层(CCL),用作内置无源器件的PCB材料。图2(c)所示的CCL具有两个(第一和第二)树脂粘结层。
下面,将举例详细描述本发明。
比较例1
在该比较例中,测量根据现有技术制造的印刷电路板材料样品,印刷电路板的电性能和剥离强度随功能层中的填料改变而改变。以下列方式制造用于测量电性能和剥离强度的印刷电路板样品。
通过刮刀式涂敷法在具有5μm粗糙度和450mm宽度的STD铜箔的一个表面上涂敷20μm厚度的介电层。然后,涂敷的介电层经受150-170℃时的B阶段半固化1-5分钟,由此制造RCC箔。然后,如上所述制造的两片RCC箔以介电层相互面对的方式相互层叠。然后,在100kgf/cm2的压力条件下在170℃时压缩层叠箔,由此制造覆铜薄层压板(CCL)。
用改变钛酸钡(BaTiO3)的含量(10-90wt%)和变化双酚A环氧树脂的含量(10-90wt%)形成功能层。此外,至于树脂固化剂,以每100重量份的树脂使用2.6重量份的双氰胺(DICY),至于固化催化剂,以每100重量份的树脂使用的0.14重量份2-甲基咪唑(2MI)。
耐刻蚀带被粘附到如上所述制造的CCL的表面。然后,在硝酸蚀刻剂中浸渍CCL,以便刻蚀铜箔。然后,使用Zwick通用测试机器(UTM)根据IPC TM-650-2.4.8测量耐刻蚀带去除时的拉伸强度,因此测量剥离强度。图表1和图3和4示出了测量的剥离强度。
根据IPC TM-650-2.5.5.1测量CCP的电容量,且在图3中示出。
如由图表1和图3和4可以明显看出,介电层中的填料钛酸钡的含量增加显示电容量增加,但是剥离强度减小。
比较例2
在该比较例子中,测量根据现有技术制造的印刷电路板材料样品,印刷电路板的剥离强度随介电层中的填料含量改变而改变。
除了使用具有3μm粗糙度(Rz)的VLP铜箔作为铜箔以及使用以1∶3∶1的重量比混合的双酚A环氧树脂、双酚A酚醛环氧树脂和溴化环氧树脂的混合物作为介电层中的树脂之外,用和比较例1一样的方法制造该比较例中使用的样品。测量制造的样品的剥离强度,且在图表2和图5中示出了测量结果。
如由图表2和图5可以明显看出,功能层中的填料固体的含量增加表明剥离强度减小。
发明例1
该发明例表明根据发明方法制造的印刷电路板材料样品保持优异的剥离强度,而与功能层中的填料含量的改变无关。以下列方式制造用于剥离强度的测量的印刷电路板材料样品。
通过刮刀式涂敷法在具有5μm粗糙度和450mm宽度的STD铜箔的一个表面上涂敷10μm厚度的由双酚A环氧树脂制成的树脂粘结层。涂敷的树脂粘结层在150-170℃下经受B-阶段半固化1-5分钟。然后,通过刮刀式涂敷法在半固化的树脂粘结层上涂敷20μm厚度的介电层,并经受150-170℃下的B-阶段半固化1-5分钟,因此制造RCC箔。然后,以介电层相互面对的方式相互层叠如上所述制造的两片RCC箔,然后在100kgf/cm2的压力条件下在170℃时压缩,由此制造具有在导电层和介电层之间插入的树脂粘结层的覆铜叠层(CCL)。
用变化钛酸钡(BaTiO3)的含量(10-90wt%)和变化双酚A环氧树脂的含量(10-90wt%)形成介电层。
此外,至于树脂固化剂,以每100重量份的树脂使用2.6重量份的双氰胺(DICY),以及至于固化催化剂,以每100重量份树脂使用0.14重量份的2-甲基咪唑(2MI)。
耐刻蚀带被粘附到如上所述制造的CCL的表面。然后,在硝酸蚀刻剂中浸渍CCL,以便刻蚀铜箔。然后,使用Zwick通用测试机器(UTM)根据IPC TM-650-2.4.8测量耐刻蚀带去除时的拉伸强度,因此测量剥离强度。图表1和图4中示出了测量结果。
如由图表1和图4可以明显看出,发明样品表现出优异的剥离强度,而与介电层中的填料钛酸钡的含量增加无关。
图表1:比较例1和发明例1的样品之间的剥离强度的比较
填料固体 | 剥离强度(kgf/cm) | |
比较例1 | 发明例1 | |
10 | 1.8619 | 2.133 |
20 | 1.7644 | 2.08 |
30 | 1.6669 | 2.1 |
40 | 1.5694 | 2.035 |
50 | 1.4719 | 2.016 |
60 | 1.3744 | 2.014 |
70 | 1.2769 | 2.058 |
80 | 1.1795 | 2.067 |
90 | 1.0820 | 1.897 |
发明例2
该发明例子表明根据本发明方法制造的印刷电路板材料样品保持优异的剥离强度,而与功能层中的填料含量改变无关。
除了使用具有3μm粗糙度(Rz)的VLP铜箔作为铜箔以及使用以1∶3∶1的重量比混合的双酚A环氧树脂、双酚A酚醛环氧树脂和溴化环氧树脂的混合物作为树脂粘结层和介电层中的树脂之外,用和发明例1一样的方法制造发明例2中使用的样品。测量制造的样品的剥离强度,且在图表2和图5中示出了测量结果。
如由图表2和图5可以明显看出,发明样品表现出优异的剥离强度,与介电层中的填料钛酸钡的含量增加无关。
图表2:比较例2和发明例2的样品之间的剥离强度的比较
填料固体 | 剥离强度(kgf/cm) | |
比较例1 | 发明例1 | |
10 | 1.5319 | 1.633 |
20 | 1.4044 | 1.6258 |
30 | 1.2769 | 1.6064 |
40 | 1.1494 | 1.6015 |
50 | 1.0219 | 1.5906 |
60 | 0.8944 | 1.5914 |
70 | 0.7669 | 1.5958 |
80 | 0.6395 | 1.5467 |
90 | 0.5120 | 1.197 |
如上所述,发明的印刷电路板材料具有在铜箔层和功能层之间插入的树脂粘结层。由此,即使当功能层中的填料含量增加,也保证导电层和功能层之间的粘结强度而不损坏功能层的性能,如介电和磁性能。
Claims (11)
1、一种用于内置无源器件的印刷电路板材料,包括:
导电铜箔层;
形成在导电层上并包括超过70-100体积%的树脂和0-小于30体积%的填料的树脂粘结层;以及
形成在树脂粘结层上并包括树脂和填料的功能层。
2、一种用于内置的无源器件的印刷电路板材料,包括:
导电铜箔层;
形成在导电层上并包括超过70-100体积%的树脂和0-小于30体积%的填料的第一树脂粘结层;
形成在树脂粘结层上并包括树脂和填料的功能层;
形成在功能层上并包括超过70-100体积%的树脂和0-小于30体积%的填料的第二树脂粘结层;以及
形成在第二树脂粘结层上的导电铜箔层。
3、权利要求1或2的印刷电路板材料,其中导电层的铜箔是极低光滑度(VLP)型电解铜箔或辊轧铜箔。
4、权利要求1或2的印刷电路板材料,其中导电层的铜箔具有小于5μm的粗糙度。
5、权利要求1或2的印刷电路板材料,其中树脂粘结层、第一树脂粘结层和第二树脂粘结层的每一个具有等于或小于10μm的厚度。
6、权利要求1或2的印刷电路板材料,其中功能层是介电层、磁层或低-介电层。
7、权利要求1或2的印刷电路板材料,其中功能层包括30-99体积%填料和1-70体积%树脂。
8、权利要求6的印刷电路板材料,其中介电层包含选自由金属粉末如Cu、Al、As、Au、Ag、Pd、Mo以及W、TiO2、BaTiO3、SrTiO3、CaTiO3、MgTiO3、PbTiO3、KNbO3、NaTiO3、KTaO3、RbTaO3以及ZnO构成的组中的至少一种介电填料。
9、权利要求6的印刷电路板材料,其中磁层包含选自由Ni、Cu、Fe、NiCuZn铁酸盐和MnZn铁酸盐构成的组中的至少一种磁填料。
10、权利要求6的印刷电路板材料,其中低-介电层或包含中空型聚合物填料,或是空气均匀地分散在构成低-介电层的树脂中的功能层。
11、权利要求1或2的印刷电路板材料,其中树脂粘结层、第一树脂粘结层、第二树脂粘结层以及功能层的树脂选自由环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、三聚氰胺树脂、氰酸盐树脂、双马来酰亚胺树脂和双胺加成聚合物、双苯并环丁烯、聚酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚碳酸脂、聚对苯二甲酸丁二酯及其中的两种或多种的混合物构成的组。
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