TW201438902A - 具有實木層複合材料之電路板 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種用於製造包括實木層(11)之印刷電路板(20)的方法，其中該方法包含用於進行以下操作的步驟：產生實木層複合材料(10)，其包括實木層(11)及合成樹脂(12)；提供一或多個預浸體(21)；將銅箔施加至該實木層複合材料之一側或兩側上，及/或將銅箔施加至至少一個預浸體的一側或兩側；圖案化該銅箔或該等銅箔以形成一或多個導電結構(22)，及在適當時在由不同銅箔形成之導電結構之間形成導電連接；將該實木層複合材料(10)及該一或多個預浸體壓製在一起，從而形成複合印刷電路板；及至少部分地固化該實木層複合材料的該等合成樹脂部分及該(等)預浸體。該用於產生實木層複合材料(10)之步驟據此包含用於進行以下操作的子步驟：提供實木層(S1，S1*)，藉由流體合成樹脂浸漬該實木層(11)(S2，S4*)，及將該實木層(11)置放於容器中(S3，S2*)，且在該容器中產生負壓(S4，S3*)。

Description

具有實木層複合材料之電路板
本發明係關於裝飾印刷電路板，且詳言之係關於具備實木層之印刷電路板，該實木層能抵抗在焊接位於印刷電路板上或內之組件時出現的溫度。
已知曉為了裝飾用途在使用印刷電路板技術製造之電路上使用實木層。德國專利申請案DE 10 2010 010 750揭示(例如)一種包含藉由具有高吸光性質之覆蓋層形成的外層之主動多層基板，該外層尤其可使用實木層來實施。
如此文件中所使用，術語「實木層」應理解為薄的片狀木材。實木層之厚度較佳小於1mm，且詳言之小於0.7mm，例如0.5mm。厚度之下限由所使用木材之各別類型控制，且詳言之由實木層之所要的或以其他方式所容許之半透明度來界定。較佳實木層係具有0.2mm至約0.3mm且在適用情況下更薄之厚度的實木層。術語「多層基板」係指具有安置於印刷電路板內部之電路組件的複合多層化印刷電路板。正如多層電路板(無內部安置之組件的基板)一樣，多層基板亦藉由層壓預浸體(pre-preg)來製造。在印刷電路技術中，術語預浸體用於指示浸漬有樹脂的玻璃纖維墊，其中樹脂已經預先聚合達到預浸體在被觸摸時無黏性的程度。在較高溫度下，樹脂開始再次流動，且在施加壓力及溫度後完全固化。
在印刷電路技術中，實木層用於裝飾用途，且因此較佳地施 加至使用印刷電路技術製造之電路的可見面。然而，在印刷電路技術中，實木層係無法整合至一般製造製程中的相異材料。
因此，實木層當前極其罕見地且僅在印刷電路板的生產之後施加至印刷電路板，以上情形需要額外製程步驟且大幅度地增加電路的總體厚度，此係因為實木層需要用於對人產生木材表面之印象的最小厚度，藉此最小厚度取決於所使用木材的各別類型。當將組件置放於電路板之表面上時，待施加至該表面之實木層將進一步必須經圖案化，使得由組件佔用之區域被曝露。然而，此情形極大地限制了印刷電路板除其電路功能性外亦充當設備(例如，載具儀錶、地板安裝設備(floor installation)或其類似者)之表面上及表面中的裝飾元件的應用範疇。
為了解決此情形，可用適宜於電路板之生產及製造中之製程的合成樹脂來浸漬實木層。樹脂在浸漬時透入實木層，且因此使得實木層能夠用作電路板之整體部分。藉由聚合、加成聚合或聚縮合反應合成地生產之所有樹脂被稱作合成樹脂。
當使用印刷板產生電路時，安置於電路板上及/或內部之電氣及電子組件必須使用位於電路板上及/或內之導電軌跡來電互連。然而，當應用對於此用途必要之焊接製程時，頻繁地觀測到浸漬有合成樹脂的實木層的分層。
因此需要提供一種用於製造印刷電路板之方法，該印刷電路板包括實木層，且適用於印刷電路板技術中的用於製造電路的習知製程而無實木部分與電路板分層的風險。
關於一種用於製造包括實木層之印刷電路板的方法之具體實例包含用於進行以下操作的步驟：產生實木層複合材料，其包括實木層及合成樹脂；提供一或多個預浸體；將銅箔施加至該實木層複合材料之一 側或兩側上，及/或將銅箔施加至至少一個預浸體的一側或兩側；圖案化該銅箔或該等銅箔以形成一或多個導電結構，及視需要在由不同銅箔形成之導電結構之間形成導電連接；將該實木層複合材料及該一或多個預浸體壓製在一起，以形成複合印刷電路板；及至少部分固化該實木層複合材料的該等合成樹脂部分及該(等)預浸體。該用於產生實木層複合材料之步驟據此包含用於進行以下操作的子步驟：提供實木層，藉由流體合成樹脂浸漬該實木層，及將該實木層置放於容器中，且在該容器中產生負壓。
將該實木層置放於容器中及在該容器中產生負壓導致截留於該實木層中之空氣及黏附至該實木層之一表面之空氣的有效移除。包括以此方式由實木及合成樹脂製造之複合材料的電路板在用於將組件焊接至電路板之溫度下不展示該實木層複合材料的分層。
請注意，在此情形下，用於在此說明書或申請專利範圍中列出特徵的術語「包括」、「包含」、「具有」、「含有」及「具」以及其語法修改通常被視為指示諸如方法步驟、元件、範圍、數量或其類似者的特徵之非窮盡清單，且決不排除其他或額外特徵或者其他或額外特徵之群組的存在。
根據本方法之類型的具體實例，該用於將該實木層置放於容器中及用於在該容器中產生負壓的子步驟係在該用於藉由流體合成樹脂浸漬該實木層的子步驟之後執行。各別具體實例使得能夠在無許多工程工作量的情況下將該合成樹脂施加至該實木層上及/或中。藉由將該浸漬有合成樹脂的實木層置放於容器中且其後在該容器中產生負壓，該合成樹脂及該實木層受到的外部壓力減低，使得截留於該實木及該合成樹脂中之空氣的壓力高於其周圍材料的壓力，從而導致氣穴移動至浸漬有合成樹脂的實木層的表面，在該表面處，氣穴消失。
根據本方法之替代性類型的具體實例，該用於藉由流體合成 樹脂浸漬該實木層的子步驟係在該用於將該實木層置放於容器中及在該容器中產生負壓的子步驟之後執行。藉由此具體實例，存在於實木層之微孔中的氣體壓力已足夠低，從而使得合成樹脂能夠無阻礙地穿透至實木層之空腔中且填充空腔。
在其他類型之具體實例中，該用於藉由流體合成樹脂浸漬該實木層的子步驟包括將該實木層浸沒於流體合成樹脂中，及/或藉由該流體樹脂塗佈該實木層的至少一面，及/或使用壓力強制該流體合成樹脂進入該實木層中。所有子步驟皆可在無許多工程工作量的情況下且在處於負壓之容器外部或內實施。實木層藉由浸沒於流體合成樹脂中的浸漬允許合成樹脂自所有側面穿透至實木層中，因此允許實現樹脂對實木層的改善之穿透。可藉由在實木層置放於流體樹脂中的情況下對流體樹脂加壓從而強制流體樹脂進入至木材結構中來增強樹脂之穿透。當在僅一側上塗佈實木層時，所需要之合成樹脂的量被最小化，此情形對於小規模生產為特別有益的。又在此狀況下，可藉由加壓塗層或藉由隨後對塗層加壓來加速或改善合成樹脂至實木層中的穿透。在此等具體實例之組態中，流體合成樹脂至實木層中的加壓注入包含例如藉由以下操作來使浸漬有合成樹脂的實木層滾動：使壓在經浸漬實木層上之滾筒滾動越過實木層之表面，或在(例如)壓於實木層上之碾壓機的兩個滾筒之間推動經浸漬實木層。
較佳具體實例具有對應於小於300毫巴之氣體壓力的負壓，其特別導致自樹脂浸漬實木層移除可能引起實木層複合材料在製造製程之稍後階段中分層的所有經截留空氣。
對於一些具體實例，用於產生實木層複合材料的步驟包含用於預聚合該合成樹脂的另一有利子步驟，該子步驟在用於進行以下操作的子步驟之後進行：藉由流體合成樹脂浸漬該實木層，以及將該實木層置放於容器中，及在該容器內產生負壓。各別預聚合允許實現實木層複合材料 之形成，該實木層複合材料在被觸摸時無黏性，且可用於製造印刷電路板，此係因為其類似於適合於典型電路板技術製程的預浸體。在其他具體實例中，該用於產生實木層複合材料的步驟包含用於在浸漬之後，亦即在將實木層複合材料層壓於其他電路板組件上之前，固化包含於實木層中之合成樹脂的子步驟。
在一些具體實例中，流體合成樹脂包含熱固樹脂與固化劑的摻合物，其經組態以儲存於涼爽地方或在需要時儲存於室溫下歷時一段時間而不凝固，且在升高之溫度下凝固。在此等具體實例中的一些中，該熱固樹脂係基於環氧樹脂之樹脂或基於乙烯酯的樹脂。其他具體實例使用不同主要成份的樹脂。
在一些具體實例中，用於提供實木層之子步驟較佳包含用於預處理實木層以用於後續樹脂浸漬的一或多個動作。詳言之，在一些具體實例中，用於提供實木層之子步驟包含對實木層之表面的精細砂磨，從而減少自實木層之表面突出的木材纖維末端的長度及密度。為了改善之結果，精細砂磨程序可重複若干次，藉此在兩個精細砂磨中之每一者之間合適地潤濕實木層之表面，以便使剩餘纖維末端在下一砂磨程序之前直立。如此處所使用之術語「精細砂磨」應理解為使用類似於(例如)砂紙或砂布、精細鋼絲絨及非編織磨料的貼附於基板上之磨料的表面處理。為了達成具有平滑表面之實木層複合材料，在一些具體實例中，用於提供實木層之子步驟進一步包含自實木層移除灰塵。為了防止實木層複合材料歸因於在層壓時包括於實木層中之濕氣之蒸發而發生分層，在一些具體實例中，用於提供實木層的子步驟亦包含乾燥實木層。
本發明之其他特徵將自例示性具體實例之以下描述與申請專利範圍及諸圖一起而顯而易見。在諸圖中，向相同或類似元件指派相同 或類似參考數字。應瞭解，本發明藉由附加申請專利範圍之範疇來界定，且不限於所描述之例示性具體實例的組態。本發明之具體實例詳言之可以相較於下文所描述之例示性具體實例不同的數目及組合來實施個別特徵。當在下文中關於特殊具體實例解釋本發明時，參看所附諸圖，其中圖1為裏面截留有空氣之浸漬有樹脂的實木層的示意性橫截面圖，圖2為根據本發明之展示第一類型之具體實例的基本步驟之流程圖，圖3為展示用於對實木層進行預處理之步驟的流程圖，圖4為根據本發明之展示第二類型之具體實例的基本步驟之流程圖，且圖5為以示意性表示展示具有由浸漬有合成樹脂的實木層形成之一個層的印刷電路板的透視圖。
圖1之示意性橫截面圖說明以習知方式藉由流體樹脂12浸漬之實木層11的微觀結構。在圖的下部部分中展示了浸漬有合成樹脂的實木層10之繪有影線的個別組件。儘管說明於圖1中之微觀結構對應於平坦鋸切之落葉松木的微觀結構，但該表示代表所有類型之實木層，此係由於所有類別之木材皆具有微孔或空腔。
展示於圖1中之浸漬有合成樹脂的實木層10包含若干氣穴13，該等氣穴13係在實木層11之多孔結構的未由穿透之合成樹脂12取代的一些位置處。實木層進一步具有木材纖維末端(圖中未示)，該等木材纖維末端自實木層的表面直立，從而截留在藉由合成樹脂浸漬實木層時形成之氣泡。
已認識到，氣穴及氣泡內部之壓力在電路板上焊接組件時通常涉及之溫度(約220℃至260℃)下增加，會達到引起周圍的浸漬有合成樹脂的實木層變形的程度。當使用浸漬有合成樹脂的實木層作為印刷電路 板之部分或作為主動多層基板的部分時，變形導致浸漬有合成樹脂的實木層與電路板之剩餘部分的分離。此情形被稱作分層，且致使電路板為不能用的。
為了防止各別分層，在一些具體實例中在實木層之浸漬之後藉由施加負壓而自合成樹脂移除氣穴或氣泡。在其他具體實例中，藉由在負壓氣氛內浸漬實木層之前施加負壓來移除存在於實木層中之空氣。為了減少形成於浸漬有合成樹脂的實木層之表面上的氣泡之密度及大小，實木層之表面係處於上文指定之具體實例的經預處理之組態，以便達成儘可能平滑之木材表面，其藉由自表面突出之木材纖維的低密度及此等木材纖維之短長度來特徵化。
圖2展示說明第一類型之具體實例的基本方法步驟之流程圖F0。該方法以提供用於製造實木層複合材料之實木層的步驟S1開始。在隨後步驟S2中，實木層由流體合成樹脂浸漬，且在步驟S3中最終置放於封閉容器中，其中在隨後步驟S4中產生負壓。較佳藉由自容器抽空空氣來產生負壓，該空氣可能亦含有自合成樹脂脫氣的一些揮發性組分。
空氣較佳經抽空，直至容器中之負壓穩定，且因此指示無其他氣態組分離開浸漬有合成樹脂的實木層中。在較佳具體實例中，抽空容器有利地進一步繼續，直至可能影響浸漬有合成樹脂的實木層在其他電路板材料上之黏結的氣穴仍留在浸漬有合成樹脂的實木層中之可能性實際上為零。準確時間週期取決於所選擇之負壓，及每一實木層之類型，且可方便地以實驗方式來判定。可使用對應於小於300毫巴且因此在技術意義上為真空條件之氣體壓力的負壓來可靠地移除氣穴及氣泡。在已移除氣穴(同樣包括在實木層之表面處之氣泡)之後，自容器移除實木層。
為了增強因此浸漬之實木層的儲存穩定性，含有於實木層中之合成樹脂在一些具體實例中經預聚合，且在其他具體實例中經固化。各 別預聚合或固化可在自負壓氣氛取出經浸漬實木層之前或之後執行。
在較佳具體實例中，提供實木層包含對實木層之預處理以用於達成具有低密度之所謂自由木材纖維末端(亦即，類似於頭髮之自實木層表面突出的木材纖維末端)的儘可能平滑的實木層表面。藉此使剩餘自由木材纖維末端的長度保持為儘可能短的。針對實木層之預處理進行的步驟取決於各別實木層之類型及表面品質。
具有粗糙表面之實木層較佳首先經精細砂磨。精細砂磨可以若干步驟進行，且包括(例如)使用砂紙、砂布或非編織磨料使表面平滑化，及可能藉由鋼或塑膠絲絨或可能藉由非編織磨料剝離表面。為了使自由纖維末端直立，以便其可在隨後砂磨或剝離動作中被更容易地移除，可在連續砂磨或剝離動作之間對實木層之表面加濕。當使用高品質實木層時，實木層表面之精細砂磨可能並非必要的。
為了達成表面足夠平滑而能良好地黏附至其他電路板組件之實木層，較佳地在任何後續處理之前自實木層移除任何灰塵。為了防止由留置於實木層中之殘餘濕氣引起之對黏附的任何不利影響，實木層在藉由合成樹脂浸漬或置放於負壓容器內之前經乾燥。
圖3之流程圖F1說明針對實木層之預處理的上文指定之步驟。在步驟S10中開始預處理之後，預處理包含用於藉由精細砂磨使實木層之表面平滑化的可選步驟S11，藉此此步驟可被再分成如上文所解釋的若干個別步驟。預處理進一步包括用於自實木層之表面移除灰塵的步驟S12，以及用於使實木層乾燥的步驟S13。步驟S13為可取的，但在低濕度含量之實木層的情況下並非總是必要的。在流程圖F1中，預處理之終止由步驟S14指示。
藉由合成樹脂浸漬經預處理實木層可以各種方式來進行。實木層較佳置放或浸沒於流體合成樹脂中。在其他具體實例中，實木層在一 側或兩側上塗佈有合成樹脂，藉此塗佈可包括藉由流體合成樹脂鑄塗、刮塗或噴塗實木層表面的一者或兩者或其組合。為了使得合成樹脂能夠深深地穿透至實木層中且對其進行完全浸漬，在較佳具體實例中，合成樹脂隨後經加壓以強制其進入實木層中。在一些具體實例中，使用滾筒強制樹脂自實木層之表面進入至實木層內部。在一些具體實例中，滾動可與塗覆合成樹脂同時地進行，例如藉由使用碾壓機，其中合成樹脂正塗覆至碾壓機之滾筒中之一者或兩者上，且以加壓方式傳送至饋送通過滾筒的實木層。替代碾壓機，亦可使用多級滾筒機構。
其他具體實例使實木層浸沒於位於容器中且經加壓的流體合成樹脂中。使合成樹脂加壓通常發生於合適封閉之容器中。
其他類型之具體實例在實木層藉由合成樹脂浸漬之前將經預處理或提供之實木層置放於容器中，藉此在封閉容器之後在容器中產生負壓，以移除實木層內的空氣。隨後使用上述方法中的一者藉由流體合成樹脂來浸漬實木層，藉此浸漬在不關斷負壓的情況下發生。為了容納用於浸漬實木層所需之裝置，負壓容器相較於進行首先提及之類型的具體實例所需之負壓容器具有較大內部容積。負壓之產生因此需要更多時間。為了使至此所需之時間為短的，可使用一或多個可抽空鎖定腔室將實木層傳送至負壓容器中。
根據之前所描述之類型之具體實例的方法的基本步驟清楚地說明於展示於圖4中的流程圖F0*。
方法以在步驟S1*中提供實木層開始，可能包含對實木層之預處理，該預處理包括以上子步驟中的至少一者，亦即，對實木層之表面的精細砂磨，及/或自實木層之表面移除灰塵，及/或實木層的乾燥。與第一類型之具體實例不同，在此第二類型之具體實例中提供的實木層首先在步驟S2*中置放於封閉容器(例如，真空腔室)中。置放至容器中以及自容器 移除可使用可抽空鎖定腔室來實現，藉此在將實木層傳送至容器或傳送出容器時避免對容器內部的通風。當使用鎖定腔室時，在實木層被進一步傳送至封閉容器之內部中之前在步驟S3*中於鎖定腔室內部中產生負壓。否則，容器經封閉，且在步驟S3*中於容器內部中產生負壓。在負壓於容器之內部已穩定，且在足夠長而足以移除空氣且看情況亦移除實木層結構內的任何濕氣的時間段中保持穩定之後，在步驟S4*中藉由流體合成樹脂浸漬實木層。經浸漬實木層之可選加壓可藉由如上文所描述之機械構件或藉由使用合成樹脂貯藏器來實施，在已使實木層自負壓容器傳送至在負壓條件下的合成樹脂貯藏器中且隨後經加壓之後，合成樹脂貯藏器之內部與負壓容器分離。用於自容器移除浸漬有合成樹脂的實木層的步驟在圖4中由S5*參考，藉此術語容器根據以上解釋係指負壓容器抑或合成樹脂貯藏器。
獨立於用於藉由合成樹脂浸漬實木層的各別方法，可進一步如上文針對預聚合或固化包含於實木層中的合成樹脂所解釋而處理經浸漬之實木層，以便增強最終實木層複合材料的儲存穩定性。
圖5說明實施有電路板技術之電路20，該電路20具有藉由層壓於一或多個預浸體層21上之浸漬有合成樹脂的實木層形成的外層10。導電軌跡圖案22形成於預浸體層21的表面上，從而互聯若干主動及/或被動組件23及24。儘管在諸圖中以相同參考數字來參考若干組件，但此等數字通常表示不同組件，諸如，電阻器、電感器、電容器、二極體、電晶體、積體電路、顯示器及其類似者。導電軌跡圖案及組件亦可進一步位於由實木層材料板10及預浸體層21形成的電路板內，以及實木層材料板10的底側上。形成於不同層級上之導電軌跡圖案可藉由經電鍍之通孔來互聯。
上文所描述之本發明使得實木層能夠整合至電路板技術電路的製造製程中。如上文所描述製造的藉由實木層複合材料製造之電路板可用於待施加至物件之可見表面上的電路，該等可見表面類似於(例如) 傢俱或設備、儀錶、儀錶板或其類似者的表面。藉由實木層複合材料飾面之電路板的可見面藉此亦可具備在適用時電連接至組件的導電跡線圖案。
所描述之實木層在需要時可與任何標準電路板技術材料組合，從而允許製造所有可能類型之電路板。使用材料之各別混合允許組合不同材料之益處與實木合成樹脂複合表面之視覺吸引力。
F0‧‧‧流程圖

Claims (14)

  1. 一種用於製造具有實木層(11)之印刷電路板(20)的方法，該方法包含用於進行以下操作的步驟：產生實木層複合材料(10)，其包括實木層(11)及合成樹脂(12)，提供一或多個預浸體(21)，將銅箔施加至該實木層複合材料之一側或兩側上，及/或將銅箔施加至至少一個預浸體的一側或兩側，圖案化該銅箔或該等銅箔以形成一或多個導電結構(22)，及在適當時在由不同銅箔形成之導電結構之間形成導電連接，將該實木層複合材料(10)及該一或多個預浸體壓製在一起，從而形成複合印刷電路板，及至少部分固化該實木層複合材料的該等合成樹脂部分及該(等)預浸體，藉此該用於產生實木層複合材料(10)之步驟包含以下子步驟：提供實木層(S1，S1*)，藉由流體合成樹脂浸漬該實木層(11)(S2，S4*)，及將該實木層(11)置放於容器中(S3，S2*)，且在該容器中產生負壓(S4，S3*)。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該用於將該實木層(11)置放於容器中(S3)及用於在該容器中產生負壓(S4)的子步驟在該用於藉由該流體合成樹脂浸漬該實木層(11)的子步驟(S2)之後執行。
  3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該用於藉由該流體合成樹脂浸漬該實木層(11)的子步驟(S4*)在該用於將該實木層置放於容器中(S2*)及用於在該容器中產生負壓(S3*)的子步驟之後執行。
  4. 如申請專利範圍第1項、第2項或第3項中任一項之方法，其中該 用於藉由流體合成樹脂浸漬該實木層的子步驟(S2，S4*)包含以下操作中的至少一者：將該實木層(11)浸沒於該流體合成樹脂(12)中，藉由該流體合成樹脂(12)塗佈該實木層(11)的至少一面，及使用壓力強制該流體合成樹脂(12)進入該實木層(11)中。
  5. 如申請專利範圍第4項之方法，其中該在壓力下強制該合成樹脂(12)進入該實木層(11)中包含滾動施加有該流體合成樹脂的該實木層。
  6. 如前述申請專利範圍中任一項之方法，其中該負壓對應於小於300毫巴的氣體壓力。
  7. 如前述申請專利範圍中任一項之方法，其中該用於產生實木層複合材料(10)的步驟進一步包含用於預聚合該合成樹脂(12)的子步驟，該子步驟在用於進行以下操作的子步驟之後進行：藉由流體合成樹脂浸漬該實木層(S2，S4*)，將該實木層置放於容器中(S3，S2*)，及在該容器中產生負壓(S4，S3*)。
  8. 如前述申請專利範圍中任一項之方法，其中該用於產生一實木層複合材料(10)的步驟進一步包含用於固化該合成樹脂(12)的子步驟，該子步驟在用於進行以下操作的子步驟之後進行：藉由流體合成樹脂浸漬該實木層(S2，S4*)，將該實木層置放於容器中(S3，S2*)，及在該容器中產生負壓(S4，S3*)，或在該用於預聚合該合成樹脂(12)的可選子步驟之後進行。
  9. 如前述申請專利範圍中任一項之方法，其中該流體合成樹脂(12)包含熱固樹脂與固化劑的摻合物。
  10. 如申請專利範圍第9項之方法，其中該熱固樹脂係基於環氧樹脂之樹脂或基於乙烯酯的樹脂。
  11. 如前述申請專利範圍中任一項之方法，其中該用於提供實木層 (S1，S1*)之子步驟包含對該實木層之表面的精細砂磨。
  12. 如前述申請專利範圍中任一項之方法，其中該用於提供實木層之子步驟(S1，S1*)包含自該實木層移除灰塵。
  13. 如前述申請專利範圍中任一項之方法，其中該用於提供實木層之子步驟(S1，S1*)包含乾燥該實木層。
  14. 一種藉由如申請專利範圍第1項至第13項中任一項之方法可獲得之包含一或多個預浸體(21)、一或多個經圖案化銅箔，及一或多個實木層複合材料(10)的印刷電路板(20)。
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