TWI303143B

TWI303143B - Printed circuit board including track gap-filled resin and fabricating method thereof

Info

Publication number: TWI303143B
Application number: TW094112450A
Authority: TW
Inventors: Young Ha Bae
Original assignee: Cho Hyun Gui
Priority date: 2004-04-19
Filing date: 2005-04-19
Publication date: 2008-11-11
Also published as: TW200536445A; CN1875669A; WO2005101929A1

Description

1303143 九、發明說明：【發明所屬之技術領域】本發明係關於一種印刷電路板(PCB)，更明確地說，係關於一種含有線軌間隙填充樹脂（TGFR)的PCB(下文中亦稱為TGFR PCB)及其製造方法，其中該具有特殊成分的 TGFR會被塗敷在形成於該PCb之上的線執間隙之中，並且會被平面化，致使能夠改良線軌之間的電絕緣效果以及電強度，並且能夠避免於安置及焊接該PCB上的電組件 I 時出現短路現象。【先前技術】心來說，一 PCB係一可於其上焊接電组件（例如積體電路、電阻器、以及切換器）的薄板。於pCB的製造中銅箔會被黏著於一由電絕緣樹脂（例如環氧樹脂或是電木 (bakeme))所構成的薄板之上，然後便會將抗蝕劑塗敷於該銅箱之中希望作為電路互連線路的部份之上。接著，該塊其^塗敷著該抗餘劑的板子便會被浸入一能夠嫁化銅的餘刻劑之中’該銅箱中未覆有該抗餘劑的部份便會被餘刻。接著’當移除該抗姓劑之後，於該塊板子上便會留下預期圖案的銅落。該已圖案化的鋼落中置放電組件的部份會被鑽鑿以形成複數個開孔，並且會在該銅箱中必須防止被焊劑万損的其它部份之上印刷藍色抗焊劑。第一圖為先前PCB的結構的概略剖面圖。如第一圖中所示，該先前PCB於其中間部份之上會構成—介電層】。 6 1303143 於該介電層1的每個外表面之上，則會構成一導體觸墊2 以及一線路3。^具有特定寬度的線軌間隙6會形成於該導體觸墊2以及該線路3之間。於該導體觸墊2以及該線路3 之上’則會形成具有特定圖案的焊劑遮罩4或是表面精工體5 〇

该介電層1亦稱為「半固化片（prepreg)」，而其製備方法如下··對由纸材戒是破螭纖維製成之供PCB使用的布（其係作為強化材料）進行熱處理，然後利用矽烷耦合劑來處王里其表面，並且再塗佈各種樹脂（或是浸入樹脂之中）。該半固化片會與一銅箔進行壓合，並且擠壓形成一輛箔層壓介電板。複數個該等介電板會互相堆疊，並且藉由熱與壓力被完全固化。於此堆疊製程期間，該㈣層會被黏著於其中一個或兩個層壓體的表面上。

接者，便會利用油墨或是乾膜抗餘劑來塗敷該銅羯中希望供電路使㈣部份，而後便钱職_巾未塗敷讀等抗_的部份。經過祕刻製程所留下的㈣部份則: 並且電齡屬以供連接使用。接著便會將各種^ ，件焊接於該m面的正確位置處於部份情況中旎會使用環氧樹脂黏著劑來黏著該等電組件。因此 W贼術的⑽的製程中出讓該介電層！厚度小於該線執之厚度的產品。先珂PCB受其使用環境(例如熱、溼度、以，該響非常大。舉例來說，當其冷卻效應下降時，、:緣性)的影度升高而於該先前PCB t出現脫層情形更會因為溫考’當於該先

7 1303143 ‘ 前PCB之中安裝電組件並且運作時，該產品的可靠度便可 • 能會因該PCB或該等電組件所產生的熱而下降。此外，因為該先前PCB會因該線軌間隙6的關係而呈現出極高的彈性，所以於將該專電組件安裝且裝配於該PCB之上的製程 . 期間便邛能會造成許多較差的產品。 : 明硪地說，於含有大量銅的PCB的情況中，構成該導體觸墊2的銅薄膜會於焊接時裸露於外界環境中，因此便可能會造成短路現象。另外，因為有不完全樹脂灌輸的可 % 能性，所以該介電層1於使用時便必須具有極大的厚度。【發明内容】

據此，本發明可解決先前技術中所出現的上述問題，而本發明的目的則係提供一種含有線執間隙填充樹脂 (TGFR)的印刷電路板(PCB)，製造該pCB的方法包括下面的步驟：對一板子進行蝕刻與表面清洗；利用氧化或是藉由軟蝕刻來處理一線軌的表面與護壁；於一線軌間隙中^ 敷TGFR ;固化且平面化所塗敷的TGFR，從而完成—塊已於該線執間隙中填充該TGFR的PCB板。另外，本發明提供一種多層大量銅的PCB板，其製造方法如下：上面目的中所述的步驟；對—内部線執進= 化處理步驟、積層(lay_up)步驟以及壓合步驟；以及外部線軌進行表面清洗步驟、咖塗敷與烘乾步驟、❹ 步驟、顯影步驟、PSR固化步驟、以及絲網印刷步驟。 1303143 【實施方式】下文中將參考附圖詳細地說明本發明，其中：第二圖為根據本發明之TGFR PCB的結構的概略剖面圖；第三圖為將根據本發明之複數個TGFR pCB互相堆疊的概略剖面圖，以及第四圖為用於製造根據本發明之TGFR pCB的製程的概略流程圖。如第一圖中所示，根據本發明之TGFR pCB於其中間邛份之上會構成一介電層1。於該介電層丨的每個外表面之上，則會構成一導體觸墊2以及一線路3，而一線軌間隙填充树脂(TGFR)l〇則會被填充於該導體觸墊2以及該線路3 之間。於该導體觸墊2以及該線路3之上，則會形成具有特定圖案的焊劑遮罩4或是表面精工體5。該TGFR(線執間隙填充樹脂）1〇係一種新的合成樹脂，其成分可提高絕緣效果以及線執間的介電強度。於本發明的其中一具體實施例之中，該TGFR較佳的係包括重虿百分比18%至23%的DGEBPA(雙酚a二環氧甘油醚）、重量百分比3%至7%的改質環狀環氧樹脂、重量百分比2〇% 至33%的DBDPO(十溴二苯醚）、重量百分比3%至7%的氧化銻（III)、重置百分比30%至50%的氫氧化鋁、以及重量百分比3%至7%的雙氰胺。

DGEBPA(雙紛 A 二環氧甘油醚；CAS No. 25068-38-6) 係一種使用於塗佈劑以及鑄模劑之中的環氧樹脂。假使該 DGEBPA的含量低於重量百分比18%的話，那麼該TGFR 的黏性便會過南。所以，便很難進行絲網印刷步驟。相反 1303143 地，假使超過重量百分比23%的話，那麼便可能會形成無機材料的沉殿物。該改質環狀環氧樹脂係3,4-EPOXYCYCLOHEXYL METHYL 3，，4，-EPXOY-CYCLOHEANE CARBOXYLAT、雙酚A(BISPHENOL-A)、以及DGEBPA的反應產物，並且呈

現出良好的抗熱特性以及良好的電特性。假使該改質環狀環氧樹脂的含量低於重量百分比3%的話，那麼抗熱特性便可能很差。相反地，假使超過重量百分比7%的話，那麼便可能會形成裂痕，因為該已固化材料的硬度過高。 DBDPO係一種溴化物防燃劑。假使該DBDPO的含量低於重量百分比20%的話，那麼防燃特性便可能很差。相反地，假使超過重量百分比33%的話，那麼TGFR的電特性便可能會很差。氧化銻(III)係DBDPO的輔助劑。氧化銻(III)較佳的含量在DBDPO的重量百分比10%至30%範圍之中。氫氧化鋁也是一種防燃劑，並且可能係一種用於控制抗磨損特性的無機材料。假使該氫氧化鋁的含量低於重量百分比30%的話，那麼防燃特性便可能很差。相反地，假使超過重量百分比50%的話，那麼TGFR的介電特性便可能會很差。雙氰胺係該環狀環氧樹脂的固化劑。假使該雙氰胺的含量低於重量百分比3%的話，那麼該已固化材料的特性可能會因為固化程度不足而變得很差。相反地，假使超過重量百分比7%的話，那麼TGFR的電特性便可能會很差。 1303143 ^ 於另一具體實施例中，該TGFR 10較佳的係包括重量百分比18%的DGEBPA、重量百分比3%的改質環狀環氧樹脂、重量百分比20%的DBDPO、重量百分比3%的氧化録 _ (111)、重量百分比50%的氫氧化鋁、以及重量百分比3%的 ·、雙氰胺。此組成可呈現優良的吸熱效應。 - 焊劑遮罩4係該PCB的一部份，其係藉由塗敷油墨所構成，以便於將組件安置於該PCB之上時防止焊劑附著於 |非預期的部份之上，並且防止該PCB表面上的電路受到外界環境的影響。其亦稱為「抗焊劑」或是「焊劑遮罩」。於 ' 本么明中，為方便說明起見，塗敷著油墨的部份即稱為焊 ^ 劑遮罩4。

、可相依於使用環境與條件適當選出的製程來構成該焊劑遮罩4。在匕製程的範例包含：光抗焊劑⑽幻製程，其中 :將黏度15G_3G() >自的油墨錄於其上形成複數個電路的 j的正個表面上，亚且進行曝光與顯影；液態光成像⑽）衣矛/、貝行方式和PSR製程相同，並且使用黏度低於謂 ^油墨；以及紅外線⑽)製程、鮮製程、以及碳製程，二㈢’工由#產生網狀的板子將油墨塗敷於—基板表面明伤之上’並且進行印刷而沒有任何曝光。於本發實施财，該焊劑遮罩4係由該PSR製程所構成。再者於本《明巾’形成該焊劑料4的位置係高於 Γ於該導賴塾2之上料面精讀5,因此便可改良線之間的^緣效果，I且可防止因該㈣裸露於外界環 1303143 境中而造成短路現象。 • 同時，亦可以多層結構來形成該TGFR PCB。於本發明的其中一具體實施例中，第三圖中所示的係一具有三層 . 結構之多層大量銅PCB。 • 如第三圖所示，根據本發明的多層大量銅PCB於其上 - 方部份處具有一上方介電層1。於該介電層1的外表面之 • 上，則會構成一外部線軌12，其組成如下：該導體觸墊2、該線路3、以及填充於該導體觸墊2和該線路3之間的線執 % 間隙之中的TGFR 10。於該導體觸墊2以及該線路3之上，則會形成具有特定圖案的焊劑遮罩4或是表面精工體5。再者，於該介電層1的下表面之上，則會構成一内部 • 線軌11，其組成如下：該導體觸墊2、該線路3、以及填充於該導體觸墊2和該線路3之間的線執間隙之中的TGFR 10。

可利用氧化來處理該内部線執11，用以強化其和位於該内部線執11之下表面上的中間介電層1的黏著效果。接著，該内部線執11便可緊密地黏著至該中間介電層1。再者，於該中間介電層1的下表面之上，則會構成一内部線執11，其組成如下：該導體觸墊2、該線路3、以及填充於該導體觸墊2和該線路3之間的線執間隙之中的 TGFR 10。於此内部線軌11的下表面之上會黏著一下方介電層1。於該下方介電層1的下表面之上，則會構成一外部線執12，其組成如下：該導體觸墊2、該線路3、以及填充於

12 1303143 該導體觸墊2和該線路3之間的線軌間隙之中的 10。於該導體觸墊2以及該線路3之上，則會形成具有特定圖案的焊劑遮罩4或是表面精工體5。如上所討論般，藉由將該介電層1置放於該等單廣 TGFRPCB的該等内部線執11之間，便可輕易地製造出該多層大量銅PCB。下文中，將參考第四圖所示的流程圖來說明用於製造根據本發明之TGFRPCB的方法的每道步驟。

根據所設計的電路圖，必須利用鑽孔步驟S1於一 PCB 板之中先形成複數個開孔。為於該PCB板之上形成複數條電互連線路，接著便必須於該PCB板之上實施化學與電氣的鍍銅步驟S2。經過鍍銅之後的PCB板會進行钱刻步驟S3與S4，以形成一具有特定寬度的線軌間隙6。於其中形成該線執間隙6的PCB基板會進行表面清洗 %步驟S5,用以移除外來物質。於該表面清洗步驟中，會進行軟蝕刻及/或氧化處理，以便處理該線執間隙的表面與内護壁。於完成該表面清洗步驟S5之後，便可實行於該線執間隙6上塗敷線執間隙填充樹脂1 〇的步驟S6。可藉由印刷法或滾筒式塗佈法來塗敷該TGFR 10，並且藉由一位於外面的熱空氣機或是加熱器來快速地固化已塗敷的TGFR 10。當固化該TGFR 1〇之後，便可藉由沙磨法、拂刷法、削切法、或者三者的組合來進行平面化該TGFR表面的步 13 1303143 驟S7 〇後面的步驟會藉由該内部線軌11與該外部線執12之間的差異來實施。

對内部線執11來說，會實施利用氧化來處理該内部線軌表面的步驟S11，以提高該内部線執u和形成該介電層 1的树脂的黏著效果。接著，便會依序進行積層步驟S12 以及壓合步驟S13。後面的步驟和用於製造一多層的一般製程中的步驟相同，因此，本文將省略其說明。對外部線執12來說，會於塗敷PSr以前先進行表面清洗γ驟S21。於該表面清洗步驟21中，會實施軟钱刻或氧化處理，以便處理該線執的表面與護壁。於該PCB板中已經實施過該表面清洗步驟S21的表面上會依序實施下面步驟：塗敷與烘乾光焊劑樹脂(pSR)的步驟S22、曝光步驟823、顯影步驟S24、PSR固化步驟S25、以及絲網印刷步驟S26。此等步驟及後面的步驟均和用於製造一多層PCB的一般製程中的步驟相同，因此，本文將省略其說明。範例1 於一 PCB板之中已經利用鑽孔步驟先形成複數個必要的開孔。該PCB板係由玻璃布與環氧樹脂所製成。為於該 PCB板之上形成複數條電互連線路，接著便會於該pC]B板之上實施電氣鍍銅步驟，以形成5辦厚度的銅绪。經過鑛銅之後的PCB板會進行複數道钱刻步驟，以形成一具有 0.6mm寬度的線執間隙。於其中形成該線執間隙的Pcb基 14 1303143 板會進行表面清洗步驟’用以移除外來物質。於該表面清 .洗步驟中，會進行氧化處理，以便處理該線軌間隙的表面與内護壁。於完成該表面清洗步驟之後，便可實行於該線 ‘軌_上塗敷線執間隙填充樹月旨的步驟。肖tgfr包括重

：量百分比18%的DGEBPA(魏A二環氧甘㈣）、重量百 -分比3%的改質環狀環氧樹脂、重量百分比鳩的DBDp〇、重量百分比3%的氧化銻(111)、重量百分比5〇%的氮氧化 I呂、以及重量百分比3%的雙氰胺。藉由印刷法來塗敷該 » TGFR，並且藉由-熱线機來快速地固化已塗敷的 TGFR。當固化該TGFR時’藉由沙磨法來進行平面化該 TGFR表面的步驟。後面的步驟讀由勒部線執與該外部 •線執之間的差異來實施。對内部線執來說，會實施利用氧 .化來處理該内部線執表面的步驟，以提高該内部線執和形成該介電層的樹脂的黏著效果。接著，便會依序進行積層步驟以及壓合步驟。後面的步驟和用於製造一多層pCB的 % —般製程中的步驟相同。對外部線軌來說，會於塗敷pSR 以前進行表面清洗步驟。於該表面清洗步驟中，會進行軟餘刻處理，以便處理該線執的表面與護壁。於該PCB板中已經實施過該表面清洗步驟的表面上會依序實施下面步驟：塗敷與烘乾光焊劑樹脂(PSR)的步驟、曝光步驟、顯影步驟、PSR固化步驟、以及絲網印刷步驟。此等步驟與後面的步驟均和用於製造一多層PCB的一般製程中的步驟相同。範例2

Cs 1303143 以和範例1中相同的方式來製備一 TGFR PCB，不過該線軌間隙為1.1 mm。範例3 以和範例1中相同的方式來製備一 TGFR PCB，不過該線執間隙為1.6mm。對照範例1 以和範例1中相同的方式來製備一 PCB，不過並未使用 TGFR。

對照範例2 不過並未使

以和範例2中相同的方式來製備一 PCB 用 TGFR。對照範例3 以和範例3中相同的方式來製備一 PCB，不過並未使用 TGFR。測試对例高加速應力測試

為確認範例1-3及對照範例1-3中所製備出來的PCB 中是否發生脫層，可實行高加速應力測試。測試條件為DC 400V、40 °C、以及80%的溼度。該等結果如第五圖中所示。如第五圖中所示，本發明的TGFR PCB的短路時間長於根據先前技術的PCB的短路時間。雖然已經針對解釋用途說明過本發明的較佳具體實施例，不過，熟習本技術者將會發現，亦可進行各種修改、添加、以及取代，並不會脫離隨附申請專利範圍中所揭示 (s 1303143 之本發明的範轉與精神。從上面吾等可看出，根據先前技術的PCB的介電層於使用時必須有很大的厚度。所以，熱傳輸速率與冷卻速率便會非常慢。不過，因為該線執間隙中所塗敷的TGFR的關係，根據本發明的PCB的介電層的厚度則非常薄。據此，熱傳輸速率與冷卻速率便會非常快。

此外，本發明的TGFR的熱傳輸速率為1.8-6W/mK(其為半固化片中所使用之環氧樹脂的熱傳輸速率的6倍或20 倍）。所以，冷卻效應相當優越，並且<避免發生脫層。相反地，於根據先前技術的PCB的侧邊上的PSR層的厚度則非常薄（1-20綱），進而會造成破裂的危險。據此，該pcB 便可能會出現電壓干擾與可靠度下降的問題。不過，本發明的PCB則包括TGFR，其會佔據該pCB的侧邊上的PSR 的位置，因此便不會有破裂的問題。產業應用性如上述，於根據本發明的TGFR pCB中，該具有特殊成分的新樹脂TGFR 10係被填充於該線執間隙6之中所以可，免脫層以改良線執之間的電絕緣效果以及介電強度。逐有，因為該介電層丨之上的線軌間隙6中填充著該 TGFR’所錢可製造出職介電層1厚度小於該線執之厚度的產再者，虽使用該合成樹脂時該等或是被安裝於其^的電組件於它們運作時會^現出良好的冷卻效應，而且還可抗衡它們的使用環境(熱、澄度以及絕緣性) 而具有良好的可靠度。

(S 17 1303143 此外，當將該TGFR 10填充於該線軌間隙6之中時，本發明的PCB呈現出極高的彈性，所以便可大幅地降低將該等組件安裝且裝配於該PCB之上的製程中的不良率。另外，該TGFR 10可防止位於該導體觸墊2之護壁處的銅箔部份裸露於外界環境之中，因此便能夠於將組件安置且焊接於該PCB之上時防止短路現象。【圖式簡單說明】

第一圖為先前PCB的結構的概略剖面圖。第二圖為根據本發明之TGFR PCB的結構的概略剖面

第三圖為將根據本發明之複數個TGFR PCB互相堆疊的概略剖面圖。第四圖為用於製造根據本發明之TGFR PCB的製程的概略流程圖。

第五圖為對照範例1-3及範例1-3中製備PCB之高加速應力測試的結果。【主要元件符號說明】 1 介電層 2 導體觸墊 3 線路 4焊劑遮罩 5表面精工體 18 1303143 6線軌間隙 10線執間隙填充樹脂 11内部線執 12外部線軌

Claims

1303143 十、申請專利範園： 1.

2·

一種含有一線執間隙填充樹脂（TGFR)的印刷電路板 (PCB)，該PCB包括一介電層卜形成於該介電層1之兩個表面上的導體觸墊2與線路3、以及形成於該導體觸墊2與該線路3之間具有特定寬度的線執間隙6,其中該線執間隙6填充著一線執間隙填充樹脂 (TGFR)10，用以提高絕緣效果與介電強度，而形成於該線路3及該TGFR 10之上的焊劑遮罩4的位置係高於形成於該導體觸塾2之上的表面精工體5。如申請專利範圍第1項之PCB，其中該TGFR包括重量百分比18%至23%的DGEBPA(雙酚A二環氧甘油 _)、重量百分比3%至7%的改質環狀環氧樹脂、重量百分比20%至33%的DBDPO(十溴二苯醚）、重量百分比3%至7%的氧化銻(III)、重量百分比3〇%至5〇%的氫氧化銘、以及重量百分比3%至7%的雙氰胺。如申請專利範圍第1項之PCB，該TGFR 10較佳的係包括重量百分比18%的DGEBPA(雙盼A二環氧甘油 _)、重量百分比3%的改質環狀環氧樹脂、重量百分比20%的DBDPO、重量百分比3%的氧化銻(Η!)、重量百分比50%的氫氧化銘、以及重量百分比3%的雙氰胺。 —種用於製造一含有TGFR之PCB的方法，其包括：一鑽孔步驟S1，用以於一 PCB板之中形成複數個必要的開孔； 20 4. 1303143 一化學與電氣的鑛銅步驟S2，用以於該PCB板之上形成複數條電互連線路；蝕刻步驟S3與S4,以便於該已鍍銅的PCB板之中形成一線執間隙6 ; 表面清洗步驟S5，用以從其中形成該線執間隙6 的PCB板之中移除外來物質；塗敷與固化步驟S6，用以將一線執間隙填充樹脂 (TGFR) 10填充於該線軌間隙6之中；

5· TGFR表面平面化步驟S7，藉由沙磨法、拂刷法、削切法、或者三者的組合來平面化該已固化TGFR 10 的表面；於該内部線執11之上依序進行氧化處理步驟S11 以提高該内部線執11和形成該介電層1的樹脂的黏著效果、積層步驟S12以及壓合步驟S13 ;以及於一外部線執12之上依序進行表面清洗步驟21、 PSR (光焊劑樹脂）塗敷與烘乾步驟S22、曝光步驟 S23、顯影步驟S24、PSR固化步驟S25、以及絲網印刷步驟S26。如申請專利範圍第4項之方法，其中可利用氧化處理法或軟蝕刻法來實施該等表面處理步驟S5與S21。如申請專利範圍第4項之方法，其中於該TGFR塗敷與固化步驟S6之中，可藉由印刷法或滾筒式塗佈法來進行塗敷，並且藉由一外部的熱空氣機或是加熱器來快速地固化已塗敷的TGFR 10。 21 6.