TW201332413A - 製造金屬印刷電路板的方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種製造一金屬印刷電路板之方法，該方法包含：在一離型膜上印刷一電路圖案；在該電路圖案上施加一導熱絕緣層；在該導熱絕緣層上貼合一導熱基層並熱壓經貼合之該導熱基層與該導熱絕緣層；以及自該電路圖案移除該離型膜。
Description
以下揭露內容係關於一種製造一金屬印刷電路板之方法，且更具體而言，係關於一種藉由以下方式製造金屬印刷電路板之方法：使用一印刷方法在一離型膜(release film)上形成一電路圖案及一導熱絕緣層，並將所形成之該電路圖案及該絕緣層與一導熱基層一起熱壓。
發光二極體(在下文中稱為LED)以一點光源之形式具有各種顏色，其最初被用作簡單之顯示器件，但由於其如光的光學效率、長使用壽命等優勢而被逐漸用於各種領域(例如，膝上型/桌上型電腦之顯示器及區域顯示裝置等)中。尤其，近來，LED之使用範圍已逐漸擴大至照明領域及液晶顯示器(liquid crystal display；LCD)電視(TV)背光之領域。
在LCD TV背光及LED照明之情形中，複數個發光器件在一板上配置成一陣列，且由於具有高的每單位面積亮度及無反差的冷光(flat luminescence)而被使用。在此種陣列配置中，對於維持LED之使用壽命及品質而言，有效散失由LED產生之熱量
係極為重要之因素。
為順利進行散熱，使用一金屬芯印刷電路板(metal core printed circuit board；MCPCB)取代先前技術之PCB中所使用之覆銅層壓板(copper clad lamination；CCL)作為LED陣列板。一般而言，此種MCPCB具有一三層式結構，該三層式結構由一金屬基層、一介電層、及一銅箔構成。
該介電層可由一填充有導熱顆粒之環氧樹脂製成，以便增大導熱率。與先前技術之PCB相似，可藉由形成一抗蝕圖案並使用一微影技術對板進行蝕刻來製造一電極電路。然而，用於形成電極電路之蝕刻製程極為複雜，並可能在該製程期間產生大量廢棄之蝕刻劑。另外，在基於MCPCB之LED板中，散熱效能可由於環氧介電層而受到明顯限制。
一種藉由以下方式形成一電極電路之技術揭露於韓國實用新型第20-0404237號中：使用一MCPCB進行蝕刻；自其中將一LED安裝至一絕緣層之部分形成一開口部(opening part)；將散熱金屬塊(slug)附接至該開口部；以及在該開口部上安裝其他LED構件。然而，可能難以完全分離所附接之絕緣層，此種技術與上述組裝方案之趨勢背道而馳，且其經濟可行性低。
一種LED陣列板揭露於韓國專利第696063號(專利文獻1)中，在該LED陣列板中，僅將LED晶片取出並安裝於由一壓低安裝部(depressed-mounting part)、一絕緣層、一結合晶粒、一反射器、及一電極構成之一單獨板上，而非使用一經封裝式
LED。然而，此種板就板特性而言可能不具有統一標準，且應在該板上進行複雜之製程，例如一機械加工製程、各種層形成製程、一圖案形成製程、一直接成型(molding)製程。另外，此種板與所述組裝方案之趨勢背道而馳，且其經濟可行性低。
(專利文獻1)韓國專利第696063號
本發明之一實施例旨在提供一種藉由以下方式製造具有優良電性性質及黏著力之金屬印刷電路板之方法：使用一印刷方法在一離型膜上形成一電路圖案及一導熱絕緣層，並將所形成之該電路圖案及該導熱絕緣層與一導熱基層一起熱壓，該方法與現有方法不同，在現有方法中，因一金屬印刷電路板係藉由在一導熱基層上依序印刷一絕緣塗層及電極電路而製成，故電性性質及每一材料間之黏著力會劣化。
在一個一般態樣中，一種製造一金屬印刷電路板之方法包含：在一離型膜上印刷一電路圖案；在該電路圖案上施加一導熱絕緣層；在該導熱絕緣層上貼合一導熱基層並熱壓經貼合之該導熱基層與該導熱絕緣層；以及移除該離型膜。
第1圖係為顯示根據本發明一實例性實施例之一種用於製造一金屬印刷電路板之方法之一視圖。
根據本發明一實例性實施例之一種用於製造一金屬印刷電路板之方法可包含：在一離型膜上印刷一電路圖案；在該電路圖案上施加一導熱絕緣層；在該導熱絕緣層上貼合一導熱基層並熱壓經貼合之該導熱基層與該導熱絕緣層；以及移除該離型膜。舉例而言，如第1圖所示，電路圖案印刷於離型膜上，導熱絕緣層被施加於該電路圖案上，導熱基層被貼合於該導熱絕緣層上並被熱壓，且隨後該離型膜被移除，進而可製成根據本發明實例性實施例之金屬印刷電路板。
作為離型膜，可使用一離型力經調整之經離型劑塗覆之膜(release coated film)，其中此種經離型劑塗覆之膜可藉由在一耐熱膜上施加一離型劑而製成。
耐熱膜可係為由聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylenenaphthalate；PEN)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(polyethyleneterephthalate；PET)、聚乙烯(PE)、聚醯亞胺(PI)、聚碳酸酯(PC)、或鋁(Al)製成之一膜，但並非僅限於此。換言之，可使用由此項技術中所習知之各種材料製成之耐熱膜。
作為離型劑，可使用一聚矽氧(silicone)或丙烯酸(acrylic)離型劑，其中聚矽氧離型劑具有於一熱壓製程期間防止過度收縮之耐熱特性，且其離型力可被輕易地調整。另外，可使用此項技術中所習知之各種離型劑。
可使用微凹版(micro gravure)法、凹版(gravure)
法、狹縫模具式(slot die)法、反轉式吻合法(reverse kiss method)、或旋轉網版塗佈法來施加離型劑。另外，可使用此項技術中能夠施加離型劑之各種方法。
電路圖案係一藉由使用一印刷方法印刷一金屬膏(metal paste)而形成之導電印刷電路圖案，其中該印刷方法可為凹版印刷法、柔版印刷法(flexo printing method)、平版印刷法、網版印刷法、旋轉網版印刷法、或噴墨打印印刷法，但並非僅限於此。換言之，可藉由此項技術中之各種方法印刷電路圖案。
電路圖案可由金屬膏製成。更具體而言，可使用一具有優良導電性之金屬(例如，銀(Ag)、銅(Cu)、銀/銅(Ag/Cu)、錫(Sn)、銀/銅/錫(Ag/Cu/Sn)、金(Au)、鎳(Ni)、鋁(Al)等)、或使用藉由塗覆或摻雜該金屬而製備之墨水、或使用該金屬之一合金以形成電路圖案。
作為一特定實例，可藉由使用銀錯合物、銀鹽、銀酸/基錯合物等銀透明電子墨水進行印刷及熱處理而形成電路圖案。作為另一實例，可藉由使用銀奈米膏(Ag Nano paste)、銀薄片膏(Ag flake paste)或銀顆粒膏進行印刷及熱處理而形成電路圖案。在此種情形中，除藉由熱處理進行固化之外，亦可藉由紫外光或電子束進行固化。
用於形成電路圖案之墨水並非僅限於上述墨水，而是可使用任何墨水，只要該墨水可具有導電性並可藉由一印刷方法進行印刷即可。
作為用於形成電路圖案之方法之另一實例，該方法可包含一印刷一主要電路圖案之主要印刷操作以及一在該主要圖案上印刷一輔助電路圖案之輔助印刷操作，藉此在控制一位置之同時印刷電路圖案。更具體而言，主要電路圖案及輔助電路圖案係依序印刷，俾可達成更精密之圖案。
除上述方法之外，可藉由一種使用一遮罩圖案沈積(depositing)或濺射(sputtering)鋁(Al)、銀(Ag)、銅(Cu)、鎳(Ni)等導電金屬之方法來形成金屬圖案。
同時，製造一金屬印刷電路板之方法可更包含：在電路圖案的印刷與導熱絕緣層的施加之間，在電路圖案上鍍覆(plating)一金屬，其中可於該金屬之鍍覆中進行電鍍(electro plating)或無電電鍍(electroless plating)。
如上所述，可單獨使用電路圖案。作為另一選擇，因所鍍覆之銅之鍍覆厚度可根據對其所施加之電流量進行調整，故電路可僅維持種晶層(seed layer)之特性。
此處，印刷電路板之電路可藉由以下方式形成：印刷包含一觸媒(例如，鈀(Pd)膠體、氯化鈀(PdCl2)等)之墨水以對應於電路圖案，隨後進行銅無電電鍍或鎳鍍覆。另外，在使用具有大的電流消耗量之高容量LED之情形中，可根據電流消耗量而以適當之厚度進行銅電鍍。
如上所述，可使用電鍍法、無電電鍍法、深塗佈(deep coating)法等作為鍍覆方法來增大導電率。鍍覆中所使用之金屬
並不受限制，但較佳者可為銅。在使用錫(Sn)或鋅(Zn)之情形中，深塗佈法可為較佳的。除銅之外，還可以各種方式使用鎳(Ni)、錫(Sn)、鈀(Pd)、鋅(Zn)、銀(Ag)、金(Au)等。
導熱絕緣層可由用於導熱絕緣層之一塗覆溶液製成，該塗覆溶液係作為一熱固性塗覆樹脂墨水。此處，可使用一UV塗覆樹脂取代熱固性樹脂而由紫外(UV)光固化該塗覆溶液，並可進行其他各種交聯反應。另外，樹脂之成份並不受限制。然而，具有耐熱性及耐大氣腐蝕性之樹脂成份可為較佳的。另外，在使用一具有高導電率之金屬薄片的情形中，較佳係對該金屬薄片進行表面處理，以使其具有電絕緣性質及導熱性。
舉例而言，作為導熱絕緣層中所使用之樹脂，可使用一環氧樹脂、一胺甲酸乙酯樹脂(urethane resin)、一脲樹脂(urea resin)、一三聚氰胺樹脂、一酚樹脂、一聚矽氧樹脂、一聚醯亞胺樹脂、一聚碸樹脂、一聚酯樹脂、一聚苯硫樹脂等。另外，可較佳地使用一熱交聯型樹脂，但未必僅限於此。
亦可使用一可UV固化之樹脂或一自由基聚合物型(radical polymer type)樹脂，並可使用任何樹脂，只要該樹脂具有優良之耐熱性及耐大氣腐蝕性即可，並可使用選自其改質材料中之至少一種。
導熱絕緣層除包含樹脂以外可更包含選自以下群組之一填料：二氧化矽(SiO2)、二氧化鈦(TiO2)、氧化鋁(Al2O3)、硫酸鋇(BaSO4)、碳酸鈣(CaCO3)、鋁薄片(Al flake)、銀薄
片(Ag flake)、氧化石墨烯、氧化石墨、經氧化之奈米碳管、銦錫氧化物(ITO)、氮化鋁(AlN)、氮化硼(BN)、以及氧化鎂(MgO)。此處，倘若為鋁薄片或銀薄片，則塗覆有一絕緣樹脂之鋁薄片或銀薄片可為較佳的。然而，填料並非僅限於此。
作為用於一導熱絕緣層之塗覆溶液之一實例，該溶液可藉由混合及分散一雙酚A型改質環氧樹脂(bisphenol A-type modified epoxy resin)、一苯酚酚醛環氧樹脂(phenol novolac epoxy resin)、六氫化酞酐(hexahydrophthalic anhydride)、季銨鹽、氧化鋁、一分散劑、以及一溶劑(甲基乙基酮(MEK))而製備，但本發明並非僅限於此。
可藉由S-刀塗佈法(S-knife coating method)、凹版塗佈法、柔版塗佈法、網版塗佈法、旋轉網版塗佈法、狹縫模具式塗佈法、或微凹版塗佈法施加導熱絕緣層。
在此種情形中，導熱絕緣層可被形成為一單層，或可形成主要導熱絕緣層及輔助導熱絕緣層。
更具體而言，可藉由以下方式形成導熱絕緣層：執行在電路圖案上施加一主要導熱絕緣層之一主要施加操作以及在該主要導熱絕緣層上施加一輔助導熱絕緣層之一輔助施加操作。
此處，可藉由選自以下群組之方法執行主要施加操作：微凹版塗佈法、S-刀塗佈法、凹版塗佈法、柔版塗佈法、網版塗佈法、及旋轉網版塗佈法。
可藉由選自以下群組之方法執行該輔助施加操作：
狹縫模具式法、S-刀塗佈法、及微凹版塗佈法。然而，本發明並不僅限於此。
更具體而言，在主要施加操作之情形中，可藉由塗佈方法(例如微凹版塗佈法、柔版塗佈法、網版塗佈法、及旋轉網版塗佈法)塗覆電路圖案之整個表面。另外，在鍍銅之印刷電路板中，因表面之階級(step)可能較大，故在輔助施加操作中使用一狹縫模具式塗佈器或一S-刀塗佈器之情形中，表面粗糙度可變得均勻。此處，在其中即使主要地施加了導熱絕緣層亦不確保表面均勻性之情形中，或其中導熱絕緣層需具有一厚的厚度之情形中，可較佳地藉由狹縫模具式法、S-刀塗佈法、及微凹版塗佈法執行導熱絕緣層之輔助施加。此外，為使散熱特性及絕緣特性最佳化，可較佳地以上述方式執行二步驟施加。
作為導熱基層，可使用一熱軋鋼片(hot-rolled steel sheet)、一冷軋鋼片(cold-rolled steel sheet)、一鋁板、一鍍鋅板、一銅板、一不鏽鋼板、一鍍錫板、一黃銅板、或一經樹脂塗覆之鋼板(resin-coated steel plate)，但不僅限於此。可使用一由此項技術中所使用之各種材料製成之散熱板。
舉例而言，為與導熱基層(例如鋁(Al)板)貼合，較佳地可於導熱絕緣層形成為一B階段狀態(為半固化狀態)之後，使導熱絕緣層與導熱基層相互貼合。
在導熱絕緣層上貼合導熱基層並熱壓導熱絕緣層與導熱基層時，可在120至200℃下、更佳地在140至175℃下進行熱
壓。
同時，如上所述，可藉由一輥對輥連續製程(roll to roll continuous process)執行根據本發明實例性實施例之用於製造金屬印刷電路板之方法的每一操作。在此種情形中，可提高生產速度，俾可提高生產效率。
在下文中，將藉由實施例及比較例來具體闡述本發明，但本發明並非僅限於此。
藉由一網版印刷法(東海精機(Tokai-seiki)公司，SFA-RR350)使用一銀膏(印可得(Inktec)公司，TEC-PF-021)在一作為離型膜之經耐熱性聚矽氧離型劑塗覆之膜(Biovision Chem.，MR-50)上印刷一電路圖案，然後將所印刷之電路圖案在150℃下乾燥5分鐘，藉此以1微米(μm)之厚度形成一電路圖案。
使用一狹縫模具式塗佈器(派提(Pactive)公司)在電路圖案上以50微米之一乾燥厚度塗覆一用於導熱絕緣層之塗覆溶液(表1)作為一熱固性塗覆樹脂墨水，藉此形成一導熱絕緣層。
此處，用於導熱絕緣層之塗覆溶液之一成份係顯示於表1中。
[表1]
在導熱絕緣層上貼合一1.5毫米(mm)厚之鋁板(世宗材料(Sejong Materials)公司，AL5052)作為一導熱基層，並使用一熱壓機將該導熱基層在170℃下熱壓60分鐘，隨後自其移除經耐熱性聚矽氧離型劑塗覆之膜，藉此製成一金屬印刷電路板。
藉由一網版印刷法(東海精機(Tokai-seiki)公司，SFA-RR350)使用一銀膏(印可得(Inktec)有限公司，TEC-PF-021)在一經耐熱性聚矽氧離型劑塗覆之膜(Biovision Chem，MR-50)上印刷一電路圖案，然後將所印刷之該電路圖案在150℃下乾燥5分鐘，藉此以1微米之厚度形成一電路圖案。
使用一狹縫模具式塗佈器(派提(Pactive)公司)在電路圖案上以100微米之乾燥厚度塗覆一用於導熱絕緣層之塗覆溶液(表1)，藉此形成一導熱絕緣層。
在導熱絕緣層上貼合一1.5毫米厚之鋁板(世宗材料(Sejong Materials)公司，AL5052)作為一導熱基層，並使用一熱壓機將該導熱基層在170℃下熱壓90分鐘，隨後，自其移除經耐熱性聚矽氧離型劑塗覆之膜，藉此製成一金屬印刷電路板。
藉由一網版印刷法(東海精機(Tokai-seiki)公司，SFA-RR350)使用一銀膏(印可得(Inktec)有限公司，TEC-PF-021)在一作為一離型膜之經耐熱性聚矽氧離型劑塗覆之膜(Biovision Chem，MR-50)上印刷一電路圖案，然後將所印刷之該電路圖案在150℃下乾燥5分鐘，藉此以2微米之厚度形成一電路圖案。
使用一狹縫模具式塗佈器(派提(Pactive)公司)在電路圖案上以100微米之乾燥厚度塗覆一用於導熱絕緣層之塗覆溶液(表1)作為一熱固性塗覆樹脂墨水，藉此形成一導熱絕緣層。
在導熱絕緣層上貼合一1.5毫米厚之鋁板(世宗材料(Sejong Materials)公司，AL5052)作為一導熱基層，並使用一熱壓機將該導熱基層在170℃下熱壓90分鐘，隨後自其移除經耐熱性聚矽氧離型劑塗覆之膜，藉此製成一金屬印刷電路板。
使用一狹縫模具式塗佈器(派提(Pactive)公司)在一1.5毫米厚且作為導熱基層之鋁板(世宗材料(Sejong Materials)公司，AL5052)上以50微米之乾燥厚度塗覆一用於導熱絕緣層之塗覆溶液(表1)作為一熱固性塗覆樹脂墨水，藉此形成一導熱絕緣層。
接下來，藉由一網版印刷法(東海精機(Tokai-seiki)公司，SFA-RR350)使用一銀膏(印可得(Inktec)有限公司，TEC-PF-021)在導熱絕緣層上印刷一電路圖案，隨後將所印刷之該電路圖案在150℃下乾燥5分鐘，俾形成1微米厚之電路圖案。隨後，在該電路圖案上貼合一經耐熱性聚矽氧離型劑塗覆之膜(Biovision Chem，MR-50)作為一離型膜，並使用一熱壓機將該離型膜在170℃下熱壓60分鐘，隨後自其移除該經耐熱性聚矽氧離型劑塗覆之膜，藉此製成一金屬印刷電路板。
使用一狹縫模具式塗佈器(派提(Pactive)公司)在一1.5毫米厚且作為導熱基層之鋁板(世宗材料(Sejong Materials)公司，AL5052)上以100微米之乾燥厚度塗覆一用於導
熱絕緣層之塗覆溶液(表1)作為一熱固性塗覆樹脂墨水，藉此形成一導熱絕緣層。
接下來，藉由一網版印刷法(東海精機(Tokai-seiki)公司，SFA-RR350)使用一銀膏(印可得(Inktec)有限公司，TEC-PF-021)在該導熱絕緣層上印刷一電路圖案，隨後將所印刷之該電路圖案在150℃下乾燥20分鐘，俾形成2微米厚之電路圖案。隨後，在該電路圖案上貼合一經耐熱性聚矽氧離型劑塗覆之膜(Biovision Chem，MR-50)作為一離型膜，並使用一熱壓機將該離型膜在170℃下熱壓90分鐘，隨後自其移除該經耐熱性聚矽氧離型劑塗覆之膜，藉此製成一金屬印刷電路板。
在根據各實施例及比較例所製成之每一金屬印刷電路板中，使用一非接觸型3D視訊量測機(奈米系統(NANO SYSTEM)公司，NV-p1010)量測電路圖案及導熱絕緣層於乾燥後之厚度，並在使用一片電阻計量儀(三菱化學分析科技(MITSUBISHI CHEMICAL ANALYTECH)，Laresta-GP MCP-610(4探針型))量測片電阻(sheet resistance)之後，將導電率表示成一計算所得之平均值。另外，藉由以下方法來量測黏著力：使用一十字切割機(cross-cutter)(YOSHIMITUSU公司，MR-YCC1)以100EA/1cm2切割所製成之金屬印刷電路板，並使用一膠帶(3M公司，810)來量測自該膠帶脫離之切割片之量。量測結果示於表
2中。
如表2中所示，在根據比較例1及比較例2製造金屬印刷電路板之情形中，因一電極形成溶液(electrode forming solution)浸漬於導熱絕緣層中，故效率降低75%。然而，在其中根據本發明使用印刷方法在離型膜上形成電路圖案及導熱絕緣層、並將該電路圖案及該導熱絕緣層與導熱基層熱壓於一起之情形中，電極電路之基本電性性質可被維持於90%或以上之水準。另外，可確保高的黏著力。
綜上所述，根據本發明，使用印刷方法在離型膜上形成電路圖案及導熱絕緣層，並將該電路圖案及該導熱絕緣層與導熱基層熱壓於一起，進而可提供一種用於製造具有優良電性性質及黏著力之金屬印刷電路板之方法。更具體而言，根據本發明，
可提供如下一種金屬印刷電路板：該金屬印刷電路板能夠在形成電路圖案時以維持固化金屬膏之優良導電性之一狀態形成絕緣層；維持高的導電率；提供高的黏著力；以及使損傷(例如，不同材料因當前之各別固化而發生熱膨脹所導致之裂縫等)最小化。
Claims (10)
- 一種製造金屬印刷電路板的方法，該方法包含：在一離型膜(release film)上印刷一電路圖案；在該電路圖案上施加一導熱絕緣層；在該導熱絕緣層上貼合(laminating)一導熱基層(heat conductive base layer)並熱壓(hot pressing)經貼合之該導熱基層與該導熱絕緣層；以及移除該離型膜。
- 如請求項1之方法，其中係以凹版印刷法、柔版印刷法(flexo printing method)、平版印刷法、網版印刷法、旋轉網版印刷法、或噴墨打印印刷法印刷該電路圖案。
- 如請求項1之方法，其中該電路圖案係由一金屬膏(metal paste)所製成。
- 如請求項1之方法，更包含在該電路圖案的印刷與該導熱絕緣層於該電路圖案上的施加之間，在該電路圖案上鍍覆(plating)一金屬。
- 如請求項4之方法，其中係於該鍍覆中進行電鍍(electro plating)或無電電鍍(electroless plating)。
- 如請求項1之方法，其中該導熱絕緣層係包括一環氧樹脂、一胺甲酸乙酯樹脂(urethane resin)、一脲樹脂(urea resin)、一三聚氰胺樹脂、一酚樹脂、一聚矽氧樹脂、一聚醯亞胺樹脂、一聚碸樹脂、一聚酯樹脂、或一聚苯硫樹脂。
- 如請求項1之方法，其中該導熱絕緣層係包含選自以下群組之一種或至少二種之填料：二氧化矽(SiO2)、二氧化鈦 (TiO2)、氧化鋁(Al2O3)、硫酸鋇(BaSO4)、碳酸鈣(CaCO3)、鋁薄片(Al flake)、銀薄片(Ag flake)、氧化石墨烯、氧化石墨、經氧化之奈米碳管、銦錫氧化物(ITO)、氮化鋁(AlN)、氮化硼(BN)、以及氧化鎂(MgO)。
- 如請求項1之方法，其中係以S-刀塗佈法(S-knife coating method)、凹版塗佈法、柔版塗佈法、網版塗佈法、旋轉網版塗佈法、狹縫模具式塗佈法、或微凹版塗佈法施加該導熱絕緣層。
- 如請求項1之方法，其中該導熱基層係一熱軋鋼片(hot-rolled steel sheet)、一冷軋鋼片(cold-rolled steel sheet)、一鋁板、一鍍鋅板、一銅板、一不鏽鋼板、一鍍錫板、一黃銅板、或一經樹脂塗覆之鋼板(resin-coated steel plate)。
- 如請求項1之方法，其中係在120至200℃下進行該導熱基層在該導熱絕緣層上之貼合以及該等層之熱壓。
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