TWI556694B - 含可切換電壓介電材料之基板 - Google Patents

含可切換電壓介電材料之基板 Download PDF

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Description

含可切換電壓介電材料之基板
本發明係關於設計及製造納入可切換電壓介電材料之物件。
本申請案係部分接續申請案且主張2010年1月27日提出申請之美國專利申請案第12/694,702號之優先權權益，該美國專利申請案第12/694,702號主張2009年1月27日提出申請且標題為「Techniques for Reducing Warpage in the Application of VSD Material to Core and Substrate」之美國臨時專利申請案第61/147,730號的優先權權益。上述申請案之揭示內容以引用方式併入本文中。
可使用印刷電路板、印刷線路板、積體電路(IC)封裝或類似基板(下文稱作PCB)組裝並連接電子組件。PCB通常包括介電材料及一或多個導電引線以在多個附接組件、晶片及諸如此類間提供導電性。在一些情形下，可包括金屬引線(例如，作為隨後加以蝕刻之Cu層)以提供電連接性。
典型PCB可自經基質(例如聚合物樹脂)預浸漬之強化物(例如玻璃纖維)製造而成。可將實質上為液體時之基質與強化物組合(例如，滲入其中)。預浸漬材料之操作可藉由使基質經受部分固化(例如，B-階段固化)以使基質至少部分固體化來增強，該基質可在後續階段中完全固化至C-階段。PCB可自一或多個預浸漬材料層製造而成。
預浸漬材料經常闡述為「預浸料」。預浸料通常可以材料之片或卷形式獲得，且特徵可在於諸如紋理(與卷方向中之「長度」相關)及填充(與卷方向中之「寬度」相關)等規範。預浸料之特徵可在於各種其他規範，例如尺寸(例如未固化厚度、固化厚度及諸如此類)、強化物材料(例如具有一直徑之玻璃纖維)、織造圖案(例如纖維之織造圖案)、基質組成(例如樹脂組成、基質%、填充劑及諸如此類)、固化方案及諸如此類。預浸料之類型之特徵可在於「型式」，其可概述一個或許多個闡述預浸料之參數。型式可包括對強化物類型(例如玻璃布)、股大小、織造組態、密度及諸如此類之說明。例示性標準型式包括106、1080、2313、2116、7628及諸如此類。
PCB製造可包括選擇一或多個預浸料層、堆疊該等層及固化堆疊之層(經常利用壓力)以形成固體基板。可在PCB上及/或其中納入通孔及/或引線。預浸料經常在固化期間通常以可預測方式收縮，且可將預期收縮率納入PCB規範中。許多預浸材料尤其在尺寸變化(例如在固化期間)方面具有各向異性。紋理方向上之尺寸變化可與另一方向(例如填充方向)上不同。
許多預浸材料之特徵在於一或多種「原圖補償(artwork compensation)」規範，該等規範可描述固化期間之預期收縮率。原圖補償之規範經常受足夠控制且可預測，從而使得可將其納入PCB設計中。可經常自個別預浸料規範、定向及預浸料層之堆疊次序計算自預浸料之堆疊製造之PCB的原圖補償規範。
可藉由各種方法使基板(尤其薄基板)翹曲、彎曲或以其他方式變形。在一些情形下，基板可在處理期間(例如在PCB固化期間)無意地變形。可藉由外力使基板翹曲。可藉由內部彈性力(例如材料間之熱膨脹失配)使基板翹曲。
觀看橫截面(即，平行於PCB之平面觀看)，PCB之特徵可在於中心線。典型PCB堆疊經設計以相對於中心線機械「平衡」，從而使得中心線上方之力(例如在固化及/或自高溫冷卻期間誘發)由中心線下方之等效力消除或以其他方式對抗。舉例而言，具有第一紋理定向及中心線上之第一距離之預浸料層可藉由位於中心線下方相同距離處且具有相同紋理定向的等效層來平衡。經常藉由相對於中心線產生對稱預浸料堆疊來達成平衡。在一些情形下，中心線可代表鏡面對稱(至少在機械及/或熱性質方面)之線，其中中心線上方之層係藉由中心線下方之相應「鏡面」層來平衡。
各種電組件及電子組件可受益於電湧保護，例如保護靜電放電(ESD)及其他電事件。ESD保護可包括納入可切換電壓介電材料(VSDM)。VSDM在低電壓下可起絕緣體之作用且在較高電壓下可起導體之作用。VSDM之特徵可在於該等低導電率與高導電率狀態間之所謂「切換電壓」。VSDM可提供連接地面之分流，其藉由使高於切換電壓之電壓下之電流經由VSDM而非經由受保護裝置傳輸至地面來保護電路及/或組件抵抗該等電壓。
許多VSDM材料係基於聚合物之材料，且可包括填充聚合物。處理PCB上之VSDM層可造成不期望的翹曲。控制尺寸變化(例如維持平面度)可改良在薄基板(其尺寸可藉由VSDM中之應力加以改變)上納入VSDM、且尤其VSDM層之裝置的處理。
圖1A及1B繪示例示性不平衡基板(例如不平衡PCB)。不平衡PCB 100之特徵可在於中心線110。PCB之第一部分120(在中心線110上方)可因PCB之相應第二部分130(在中心線110下方)而不平衡。在一些情形下，不平衡在後續處理(例如固化PCB及/或自高於室溫之固化溫度冷卻)之前可不表現。在圖1B中所示之實例中，PCB 102已經處理。在經處理PCB 102中，第一部分122可具有比第二部分132高之收縮率(例如在固化或冷卻期間)，從而導致經處理PCB 102翹曲。
可切換電壓介電材料可具有與典型預浸料層之熱、彈性、塑性、黏性及其他性質不同之彼等性質。在預浸料堆疊中納入VSDM可產生不平衡基板。在各種處理步驟期間，基板之不平衡可表現為失去尺寸控制(例如，PCB翹曲)。
各個態樣可提供以產生滿足各種規範(包括尺寸規範)之基板的方式在基板中納入可切換電壓介電材料。在一些實施例中，設計PCB以滿足規範之方法可包括選擇包含一或多個預浸料層之PCB的第一設計。可在第一設計中納入包含VSDM之第一區域以產生ESD保護設計。可鑑別平衡區域，預計或預測將其納入ESD保護設計中可平衡因納入第一區域而誘發之不平衡。可將平衡區域納入ESD保護設計中以產生平衡之ESD保護設計。平衡區域亦可提供其他期望性質。舉例而言，平衡區域可具有電阻性及/或電容性。
一些設計可實質上平(例如足夠平以滿足平面度規範或以期望方式實施)。一些設計包括中心線。某些實施例包括預浸料堆疊，其不顯示相對於與預浸料堆疊相關之中心線之鏡面對稱。一些態樣包括平衡之ESD保護PCB(及或PCB設計)，其不具有相對於與ESD保護設計相關之中心線之鏡面對稱。
可將納入VSDM之第一區域與平衡區域佈置於中心線之同一側上。第一區域可在平衡區域之相對側上。平衡區域可與第一區域在同一側上及在中心線之相對側上。在一些情形下，可將平衡區域佈置在距中心線之距離大於第一區域處。
納入平衡區域可包括自預浸料堆疊增加或減去預浸料層。納入平衡區域可包括自預浸料堆疊增加第一預浸料層及減去第二預浸料層。在一些情形下，平衡區域包含複數個單獨區域。增加之預浸料層可具有不同型式、厚度、紋理定向、樹脂含量、強化物、織造及/或其他方面之不同。增加之預浸料層可與預浸料堆疊中已存在之另一預浸料層相同。
納入平衡區域可包括向基板中增加另一材料(例如除另一預浸料層外)。平衡區域可包含聚合物、陶瓷、金屬及/或其複合物。平衡區域可包括填充聚合物，且可包括第二VSDM材料。在一些情形下，納入平衡區域中之材料可經選擇以具有與納入VSDM之第一區域類似之類似熱、彈性、機械或其他性質。
在一些情形下，PCB設計之特徵可在於原圖補償規範，其可為製造PCB之組件(例如預浸料層)之原圖補償規範的積分值或平均值。在一些情形下，平衡區域可包括原圖補償規範比第一設計之原圖補償規範大之材料。在某些情形下，平衡區域可包括原圖補償規範比個別預浸料層之原圖補償規範大之材料。平衡區域可包括熱膨脹係數(CTE)比第一區域及/或與第一設計相關之疊層之熱膨脹係數大的材料。在某些情形下，平衡區域可包括CTE比個別預浸料層之CTE大的材料。平衡區域可包括CTE與第一區域之CTE實質上匹配的材料。平衡區域可包括收縮率百分比(例如，與因固化所致之收縮或膨脹相關之應變)與第一區域之收縮率百分比實質上匹配的材料。在一些實施例中，平衡區域包含第二VSDM，其具有與第一區域中之VSDM類似之性質及相對位置(在堆疊中)。
印刷電路板可包括一或多個預浸料層，且特徵可在於缺少與中心線相關之鏡面對稱。在一些實例中，ESD保護PCB可包括VSDM。ESD保護PCB之特徵可在於缺少相對於與ESD保護PCB相關之中心線及/或與一或多個預浸料層相關之中心線之鏡面對稱。
ESD保護PCB可具有一或多個在工業界定規範(例如IEEE、IEC、IPC、ISO及諸如此類)內之尺寸規範。某些ESD保護基板(例如ESD保護PCB)之特徵可在於在公差(例如IPC(Association Connecting Electronics Industries)4101A規範)內之平整度。
某些態樣提供模製包含VSDM之基板。在例示性實施例中，提供諸如載體箔(例如聚合物、金屬或複合物薄基板)等撓性基板。可在載體箔之至少一部分上塗佈VSDM。可使經塗佈載體箔形成一形狀(例如使用模具)。模具可包括平面平行板。模具可包括其他形狀，例如圓柱體、球體、橢圓體及諸如此類。可在模製的同時處理(例如固化)經塗佈基板。在一些情形下，在模具中時固化經塗佈基板可導致經脫模及固化之經塗佈基板「彈回」並非模具形狀之形狀。圓柱狀模製基板(例如VSDM面向外)可經固化、冷卻及脫模以產生實質上平整的經塗佈基板。用於模製之圓柱體的直徑可介於0.25英吋與20英吋之間，介於0.5英吋與10英吋之間，介於1英吋與8英吋之間，及介於2英吋與5英吋之間。
各個態樣提供將VSDM納入基板中以產生ESD保護基板。在一些情形下，以產生ESD保護基板之方式納入VSDM，該基板滿足各種後續處理或應用之一或多個規範(例如，厚度、平面度及諸如此類)。各種態樣提供設計納入VSDM之基板(例如PCB)及調節基板之一或多個態樣以設計平衡之ESD保護基板。某些實施例包括ESD保護基板(例如納入VSDM)，其在機械及/或彈性上平衡，但可能不顯示相對於穿過基板之中心線之結構對稱(例如鏡面對稱)。
在一些實施例中，接收PCB之規範，納入VSDM，且將平衡區域納入PCB之設計中以適應VSDM之納入，同時滿足規範。納入平衡區域可包括修改PCB之結構(例如預浸料疊層之次序)。納入平衡區域可包括修改PCB之組件(例如增加聚合物層)。納入平衡區域可包括修改處理方案(例如與固化相關之變溫速率、駐留時間、壓力及/或溫度)。納入平衡區域可包括使用多種形式、形狀、模具及諸如此類將基板/VSDM(或PCB)模製成一形狀(例如在固化期間)。
可將VSDM以層形式施加至載體箔，該載體箔可為聚合物、金屬、陶瓷、複合物及諸如此類。可將VSDM施加至晶圓、封裝、印刷電路板(PCB)、印刷線路板(PWB)及諸如此類。出於本說明書之目的，PCB通常可描述可納入VSDM之基板。本文所用術語「層」可包括一或多個亞層，該等亞層本身可構成層。術語「區域」具有類似定義。
圖2A及2B示意性繪示根據一些實施例，納入VSDM之平衡基板。平衡PCB 200包括納入VSDM之第一區域210。在此實例中，第一區域210包括佈置為實質上平面層之VSDM，在一些情形下，其厚度可介於0.2密爾與5密爾之間，或厚度介於1密爾與3密爾之間。第一區域可包括以其他幾何結構(例如線、跡線或其他體積)佈置之VSDM。
平衡區域可包括基板之一部分，將該部分納入設計中會平衡VSDM誘發或與其相關之一或多種力(例如在後續處理期間)。平衡區域可包括另外一或多個預浸料層。平衡區域可包括另一材料(例如聚合物、填充聚合物、VSDM、樹脂層、強化物層及諸如此類)。平衡區域之特徵可在於自設計移除層。平衡區域可為平面的，且可包括除平面外之形狀。
在一些實施例中，平衡區域可與PCB疊層相關。使許多典型PCB疊層(未納入VSDM)平衡。尤其在未慮及VSDM之納入時，納入平衡區域之PCB疊層可表現為相對於中心線「不平衡」(即無VSDM(ex-VSDM)之PCB堆疊可表現為不平衡)。儘管無VSDM之PCB堆疊表現為不平衡，但同時納入包含VSDM之第一區域及平衡區域可產生平衡PCB設計。平衡PCB 200可包括平衡區域220。
在圖2A及2B中所示之實例中，第一區域210可包括VSDM，其熱膨脹係數(CTE)比基板中除平衡區域220外之其他部分之熱膨脹係數大。平衡區域220可與第一區域210具有類似(或相同)CTE。在此實例中，將第一區域210佈置於中心線230上方，且將平衡區域220佈置於中心線230下方(或在中心線之另一側上)。在第一區域210及平衡區域220具有相同CTE時，可將其佈置於距中心線230相同距離處。在平衡區域220具有比第一區域210小之CTE時，可將其佈置於距中心線230較遠處(且反之亦然)。
圖2B係經處理PCB之示意圖。在此實例中，PCB 200可經處理以形成經處理PCB 202。處理可包括加熱、曝露於光、沈積、蝕刻、灰化、壓製、固化、切割、雕刻、鑽孔、電鍍、回流焊接及諸如此類。處理可包括附接一或多種組件，例如電阻器、電容器、電感器及諸如此類。處理可包括附接晶片、封裝、系統級封裝(SIP)、晶片系統(SOC)及諸如此類。
經處理PCB 202可滿足一或多個規範，例如厚度、平整度、大小、熱性質、介電性質及諸如此類。一些規範可經標準化(例如由標準制定組織標準化)，例如ISO、IEEE、IEC、IPC、JEDEC及諸如此類。在一些實施例中，基板(其可納入VSDM層)可滿足平整度標準，例如IPC-4101A。
本文所用術語「平整的」係指經處理PCB在使用以下程序量測時「翹曲」小於或等於約13.1%。在本文呈現之數據中，藉由量測厚度小於300微米之8"×10"薄核心試樣之四個角的最大垂直位移來量測翹曲。隨後藉由將最大位移除以試樣組之長度及寬度之平均值來計算翹曲。如下表中所概述，在較佳實施例中，翹曲小於或等於8.7%，且最佳小於或等於4.4%。由於厚度及勁度減小，薄核心遠比厚核心對機械應力更敏感。
表1.　厚度小於300 um之薄核心上的平整度規範
圖3A、3B及3C繪示根據一些實施例與設計平衡之ESD保護基板相關的步驟及結構。設計用於應用之基板可藉由一或多個規範來界定。在此實例中，第一基板設計300可為PCB，且可包括一或多個預浸料層310。在一些情形下，可規定預浸料疊層，此可產生包括中心線320之設計。在一些情形下，可規定外部性質(例如期望厚度312)。
圖3B示意性繪示ESD保護基板的設計(其可能不平衡)。ESD保護基板設計302包括包含VSDM之第一區域330。VSDM可(尤其)保護附接至基板之各種電路。保護可包括防止亂真電事件(例如靜電放電(ESD))。出於本說明書之目的，納入VSDM之基板可闡述為ESD保護基板。
圖3C繪示平衡之ESD保護基板設計。在此實例中，平衡ESD保護基板設計304包括具有VSDM之第一區域330及平衡區域340。平衡區域340可「平衡」或以其他方式抵消與納入第一區域330相關之各種不期望效應。代表性非限制效應可包括因固化VSDM誘發之翹曲、與第一區域與基板中其他部分間之CTE失配相關的尺寸變化及諸如此類。平衡之ESD保護基板設計304可不顯示相對於中心線320之鏡面對稱。
可藉由計算或以其他方式估計納入第一區域(例如VSDM)對後續處理步驟之效應來修改設計以納入平衡區域。舉例而言，可在試件上量測與VSDM之固化相關之收縮率。對於VSDM(納入PCB設計中)之給定厚度、VSDM性質及PCB中之其他材料(例如預浸料)之相關處理，可計算預期效應(例如使用混合定律及相關幾何因素之規則)。在圖3C中所示之實例中，可使用疊層幾何結構及疊層材料之相關性質來計算納入定位於距中心線320第一距離332之第一區域330(例如具有第一固化收縮率或第一CTE)之效應。使用對不平衡設計之一或多種可能修改的電腦模擬，可選擇具有平衡區域參數之適當組合的層類型，其產生平衡之ESD保護設計。舉例而言，可模擬具有不同CTE值、厚度、距離342、固化收縮率及諸如此類之層的設計(例如使用設計之有限元建模來預測性質)，且可選擇產生平衡之ESD保護基板的組合。在一些情形下，可模擬(例如使用蒙特卡羅模擬(Monte-Carlo simulation))大量偽隨機選擇之設計且可選擇彼等產生與期望性質之最佳匹配者。
在例示性計算中，第一設計可包括第一預浸料疊層。可將納入VSDM之平面第一區域納入該設計中。在一些情形下，第一區域之厚度、位置、切換電壓、形狀及其他性質可至少部分地由期望電性質(例如通孔、線、晶片及諸如此類之位置)決定。可基於第一區域之性質及預浸料疊層之性質來計算納入之預期結果。例示性預期結果包括與VSDM固化相關之預期翹曲或與固化基板自較高溫度冷卻至室溫相關之預期翹曲。可藉由模擬額外預浸料層之增加、減去(及/或二者)(及對最終性質之相應效應)來鑑別平衡區域。可使「擬合優度」參數最大化，從而使得可選擇最有可能產生期望性質之模擬。舉例而言，可模擬預浸料層之複數個隨機選擇之增加/減去，且可選擇彼等在固化及冷卻後最期望產生平整基板者。在一些實施例中，可以分析方式計算出平衡區域之期望性質(例如彈性模數、固化收縮率、CTE、厚度、位置)，且可選擇具有該等性質之適當材料並將其設計至適當位置。
圖4A、4B及4C示意性繪示根據一些實施例之若干不同平衡區域。圖4A繪示PCB 400之平衡之ESD保護設計。PCB 400包括具有VSDM且位於中心線420之第一側上之第一區域410。平衡區域430可相對於第一區域410至少部分地佈置於中心線之同一側上。例示性平衡區域430之特徵可在於固化收縮率比各個預浸料層低。例示性平衡區域430之彈性模數可比各個預浸料層高、低或類似。
圖4B繪示PCB 402之平衡之ESD保護設計。PCB 402包括具有VSDM且位於中心線420之第一側上之第一區域410。在此實例中，平衡區域440相對於第一區域410部分地佈置於中心線之相對側上且部分地佈置於中心線之同一側上。
圖4C繪示PCB 404之平衡之ESD保護設計。PCB 404包括具有VSDM且位於中心線420之第一側上的第一區域410。在此實例中，實質上整個PCB疊層皆經重新設計(例如用不同預浸料層替代)以平衡第一區域410之納入。平衡之ESD保護基板400、402及404可能不顯示相對於中心線420之鏡面對稱。
圖5繪示根據一些實施例，將平衡區域納入PCB設計中。圖5繪示包括增加預浸料層之例示性納入。在此實例中，ESD保護基板500可包括具有VSDM之第一區域510。在此實例中，基板包括四個2113型預浸料層之堆疊，且第一區域係如所顯示佈置。ESD保護基板500可不平衡。
ESD保護基板500之設計可經修改以產生平衡之ESD保護基板502之設計。在此實例中，平衡之ESD保護基板502包括平衡區域，其包含在中心線之相對側(相對於第一區域510)上插入之106型預浸料之額外層520。在此實例中，將額外層520插入兩個2113型預浸料層之間，且與第一區域510相對。
某些實施例包括調節與平衡區域相關之類型(例如預浸料層之類型)。類型可為諸如預浸料層等材料之一或多種(且在一些情形下，許多)特性之多變量描述詞。類型可包括型式及/或表徵層之其他參數，例如強化物(例如E-玻璃)、樹脂類型(例如環氧樹脂)、額外樹脂(例如多級樹脂)、鹵素濃度、固化類型、樹脂含量、觸媒、樹脂填充劑類型及載量、Tg、CTE、電容率、損失、介電常數、模數及諸如此類。在一些情形下，類型可包括標準特性(例如型式)，其經修改及注釋以進一步定義特性(例如具有高Tg且不含鹵素之106型二級樹脂)。選擇類型可包括選擇適當預浸料參數(例如樹脂組成、樹脂含量、填充劑組成、填充劑含量、固化動力學及諸如此類)。
平衡之ESD保護PCB 502可能不顯示相對於中心線530之鏡面對稱，該中心線530可位於基板(包括第一區域510)之中點或PCB-堆疊(不包括第一區域510)之中點處。在一些實施例中，移除一或多個預浸料層以使不平衡之PCB重新平衡可描述為納入平衡區域。
圖6繪示根據一些實施例在PCB設計中納入平衡區域。在此例示性納入中，移除第一預浸料層並在設計中增加第二預浸料層。ESD保護PCB 600包括包含VSDM之第一區域610。除第一區域610外，該設計包括四個預浸料層，其分層為7628-2113-中心線-2113-7628型。第一層610佈置在上方7628與2113預浸料層之間。ESD保護PCB 600之設計可不平衡。
平衡之ESD保護PCB 602包括與ESD保護PCB 600不同之預浸料堆疊。此差別之態樣可描述為在第一區域610之相對側上之預浸料層的差別。在此實例中，將對側7628型預浸料層替換為兩個2113型預浸料層，從而產生平衡之ESD保護PCB。平衡之ESD保護PCB 602可能不顯示相對於中心線630之鏡面對稱，該中心線630可位於基板(包括第一區域610)之中點或PCB-堆疊(不包括第一區域610)之中點處。
圖7繪示根據一些實施例在PCB設計中納入平衡區域。ESD保護PCB 700包括包含VSDM之第一區域710。除第一區域710外，該設計包括四個預浸料層，其分層為7628-2116-中心線-2116-7628型。第一層710佈置在上方7628與2116預浸料層之間。ESD保護PCB 700之設計可不平衡。
平衡之ESD保護PCB 702包括與ESD保護PCB 700不同之預浸料堆疊。差別包括在第一區域710之同一側上增加預浸料層，在中心線之相對側上替換預浸料層，及改變預浸料層之紋理定向。
在此實例中，在第一區域710與毗鄰2116型預浸料層之間增加106型額外預浸料層。在中心線之相對側上，以所示堆疊用1080、2313、1080'及2313'型預浸料層替代2116及7628型預浸料層。在此實例中，1080及1080'型具有不同紋理定向，且2313及2313'型具有不同紋理定向。平衡之ESD保護PCB 702可能不顯示相對於中心線730之鏡面對稱，該中心線730可位於基板(包括第一區域710)之中點或PCB-堆疊(不包括第一區域710)之中點處。
圖8及9繪示根據一些實施例之方法及相關結構。圖8繪示處理包含VSDM之基板的方法。圖9繪示例示性相關結構。
在步驟800中提供載體箔900。在步驟810中，可將VSDM 910施加至(例如塗佈於)載體箔900之至少一部分上。在步驟820中，可使用模具920使經塗佈載體箔成形或成型。在一些實施例中，可對經塗佈載體箔實施可選乾燥步驟以乾燥及/或部分固化VSDM。模製可包括使用壓力922。可經由外部組件(例如模具920)施加壓力。可經由內部產生之彈性力施加壓力。舉例而言，可將經塗佈載體箔纏繞在圓柱體周圍。對於載體箔具有比VSDM遠遠較高之彈性模數的情況，可將VSDM限制為載體箔之形狀及大小(及依照該形狀及大小來剪切)。模具可具有任一形狀，包括平整的(例如平面平行板)、圓柱形、球形、雙曲線形、橢圓形、拋物線形、成角的及其他形狀。
在步驟830中，處理經塗佈載體箔。在一些情形下，處理可包括將經塗佈載體箔加熱至一溫度，其可在爐930中實施。在一些情形下，可在處理期間維持壓力922。處理可包括固化、乾燥、固化後處理、曝露於光(例如紫外光)、振動、超音波處理、施加壓力或其他力、彎曲、拉伸、夾緊及諸如此類。在一些實施例中，可將經塗佈載體箔纏繞在圓柱體周圍(例如VSDM面向外)，且可將經纏繞圓柱體放置於爐中並加熱至與VSDM相關之固化溫度。固化VSDM/載體箔複合物之殘餘收縮(例如在冷卻及脫模後)可產生上面具有固化VSDM層之實質上平面載體箔。
圖10繪示根據一些實施例，層壓堆疊材料之例示性過程參數，該等堆疊材料形成包括VSDM之經處理基板。
圖11繪示根據一些實施例，平衡層厚度對翹曲之效應的量測數據。圖11中之數據係針對納入VSDM且疊層結構類似於圖2A及2B中所繪示者之平衡基板來量測。具體而言，VSDM塗層、預浸料及樹脂塗佈之銅(RCC)係如下文更詳細所述來堆疊，且根據圖10中所繪示之條件在高溫及高壓下層壓。
隨後將層壓後之核心切成8英吋×10英吋之大小，隨後遮蔽並使用氯化鐵銅蝕刻劑溶液一次蝕刻掉一側之銅。應理解，翹曲問題會因蝕刻掉所有銅而非僅蝕刻電跡線而放大。
隨後藉由記錄自由地放在經整平的平整表面上之核心之四個角的最大位移來量測翹曲(角之垂直位移)(根據IPC-TM-650 2.4.22.1 Bow and Twist-Laminate修改)。測試原樣核心(具有全部銅)、僅蝕刻掉一側銅之核心以及移除兩側銅之核心的翹曲。
由於嵌入VSDM之核心之不對稱性質，翹曲具有多個方向。若四個角向核心之VSDM側翹曲，則本文所用翹曲稱作正翹曲；若核心之角向無VSD材料之側翹曲，則稱作負翹曲。
在自下而上具有以下堆疊的基板上進行無平衡層之對照量測：厚度為約18微米之銅，其經厚度為約25微米之VSDM層塗佈；不同厚度之預浸料；及厚度為約18微米之頂部銅層。下表及圖12概述所量測數據且證實了具有VSDM之薄核心之翹曲與厚度之間的關係。
表2.　具有VSDM之薄核心之翹曲與厚度之間的關係
如審閱表2及圖12後可見，厚度小於約300 um之薄壓層(核心)對熱應力(在結合在一起之分層材料的不同CTE間產生)之反應比300 um以上之核心更顯著。事實上，薄核心之翹曲以極高斜率隨著厚度之減小而幾乎線性地增大，而厚度大於300 um之核心係平整的或接近平整的，如上文所定義。
隨後在自下而上具有以下堆疊的基板上量測平衡層之效應：厚度為約18微米之銅，其經厚度為約25微米之VSDM層塗佈；1或2層Panasonic R1551V 106(總厚度為約55或約110微米)；及由樹脂塗佈之銅(RCC)(來自Oak-Mitsui型樹脂、MRG200或其他環氧樹脂塗佈之銅)組成的不同厚度之平衡區域。本文所用術語「約」意欲允許由於方法變化而產生之厚度變化。
在與圖10中所顯示相同之條件下層壓堆疊材料。剪切、遮蔽並蝕刻此RCC平衡之VSDM核心。隨後如上文所述量測翹曲。如圖11中針對2層具有106型玻璃之預浸料所示，此產生平衡區域厚度為約45微米之平整核心。
已觀察到，核心(無銅)翹曲隨結構中每一層材料之楊氏模數(young's modulus)、厚度及CTE之組合而變化。具體而言，翹曲主要取決於兩個外層，意指VSD及平衡材料。換言之，尤其在預定中心層(在大多數情形下為預浸料)之厚度及材料時，平衡材料之選擇及厚度隨VSD材料及厚度而變化。此在審閱圖11中之數據後可見。可見在施加適當量之平衡(此處對於此實例VSD材料，其係45 um MRG200樹脂)時，產生平整核心。過少平衡材料將不能克服朝向VSD側之翹曲，而過多平衡材料將過度平衡並使核心朝向樹脂側翹曲。
在確定特定VSD塗層之適當平衡樹脂後，已觀察到，所用預浸料之材料及厚度對翹曲具有極小效應或無效應。換言之，產生平整核心之平衡材料及VSDM的厚度與預浸料之厚度或類型無關(或實質上無關)。圖13中所示量測結果支持此觀察結果。
圖13繪示根據一些實施例，預浸材料及厚度對翹曲之效應的量測數據。在量測數據中，使用45微米MRG200樹脂來平衡不同核心基板之VSDM，該等基板具有不同預浸料(包括Panasonic R1551-V型、EMC 285型、MGC 832NX-A型)及厚度(在125 um至180 um範圍內)組合。如圖12中可見，核心始終顯示極佳平整度，且翹曲完全在PCB規範內。
圖14繪示根據一些實施例，不同類型之RCC及厚度對厚度為125微米之核心之翹曲之效應的量測數據。在自下而上具有以下堆疊的基板上進行量測：厚度為約18微米之銅，其經厚度為約25微米之VSDM層塗佈；1層EMC 285 106(總厚度為約55微米)；及由不同類型之RCC組成的平衡區域，如圖14中所指示。
一些實施例包括調節VSDM之配方，其可包括改變環氧樹脂(例如類型、比率)、固化劑(例如類型、與環氧樹脂或樹脂之比率)及/或添加其他添加劑以改良平衡。例示性環氧樹脂包括Epon 828、GP611、Polybd及諸如此類。例示性固化劑包括雙氰胺、二胺基二苯碸、甲基納迪克酸酐(Nadic methyl anhydride)及諸如此類。
具有VSDM之第一區域可由VSDM組成。第一區域可包含VSDM及另一物質(或空隙、孔及諸如此類)。第一區域可係均勻的(例如平面的)。第一區域可包括離散元件(例如碟、線、導線及諸如此類)。
一些實施例包括感測器以感測各種參數(例如，厚度、應變、溫度、應力、黏度、濃度、深度、長度、寬度、層數、熱膨脹係數(CTE)、切換電壓及/或電壓密度(絕緣與導電之間)、觸發電壓、箝位電壓、斷態電流通過、介電常數、時間、日期及其他特性)。不同設備可監測不同感測器，且可藉由自動控制(螺線管、氣動、壓電及諸如此類)來致動系統。一些實施例包括與處理器及記憶體耦合之電腦可讀儲存媒體。可藉由處理器執行儲存於電腦可讀儲存媒體上之可執行指令以實施本文所述之各種方法。感測器及致動器可與處理器耦合，從而提供輸入並接收與各種方法相關之指令。某些指令可經由提供輸入之耦合感測器及接收指令以調節參數之耦合致動器來閉環控制各種參數。某些實施例包括材料。各種實施例包括電話(例如行動電話)、USB裝置(例如USB儲存裝置)、個人數位助理、膝上型電腦、上網本電腦、桌上型PC電腦及諸如此類。
以上說明具有闡釋性且無限制性。審閱本揭示內容後，彼等熟習此項技術者可明瞭本發明之許多變化。因此，本發明範圍不應參照以上說明來確定，而應參照隨附申請專利範圍以及其等效內容之完全範圍來確定。
100．．．不平衡印刷電路板
102．．．經處理印刷電路板
110．．．中心線
120．．．第一部分
122．．．第一部分
130．．．第二部分
132．．．第二部分
200．．．平衡之印刷電路板
202．．．經處理印刷電路板
210．．．第一區域
220．．．平衡區域
230．．．中心線
300．．．第一基板設計
302．．．靜電放電保護基板設計
304．．．平衡之靜電放電保護基板設計
310．．．預浸料層
320．．．中心線
330．．．第一區域
340．．．平衡區域
400．．．印刷電路板
402．．．印刷電路板
404．．．印刷電路板
410．．．第一區域
420．．．中心線
430．．．平衡區域
440．．．平衡區域
500．．．靜電放電保護基板
502．．．平衡之靜電放電保護基板
510．．．第一區域
520．．．額外層
530．．．中心線
600．．．靜電放電保護印刷電路板
602．．．平衡之靜電放電保護印刷電路板
610．．．第一區域
630．．．中心線
700．．．靜電放電保護印刷電路板
702．．．平衡之靜電放電保護印刷電路板
710．．．第一區域
730．．．中心線
900．．．載體箔
910．．．可切換電壓介電材料
920．．．模具
922．．．壓力
930．．．爐
圖1A及1B繪示例示性不平衡基板(例如不平衡PCB)。
圖2A及2B示意性繪示根據一些實施例，納入VSDM之平衡基板。
圖3A、3B及3C繪示根據一些實施例，與設計平衡之ESD保護基板相關的步驟及結構。
圖4A、4B及4C示意性繪示根據一些實施例之若干不同平衡區域。
圖5繪示根據一些實施例，在PCB設計中納入平衡區域。
圖6繪示根據一些實施例，在PCB設計中納入平衡區域。
圖7繪示根據一些實施例，在PCB設計中納入平衡區域。
圖8及9繪示根據一些實施例之方法及相關結構。
圖10繪示根據一些實施例，層壓包括VSDM之基板的例示性過程參數。
圖11繪示根據一些實施例，平衡層厚度對翹曲之效應的量測數據。
圖12繪示核心厚度對嵌有VSDM且無平衡層之薄核心之翹曲之效應的量測數據。
圖13繪示根據一些實施例，預浸材料及厚度對翹曲之效應的量測數據。
圖14繪示根據一些實施例，RCC材料及厚度對翹曲之效應的量測數據。
200．．．平衡之印刷電路板
202．．．經處理印刷電路板
210．．．第一區域
220．．．平衡區域
230．．．中心線

Claims (20)

  1. 一種印刷電路板，其包含：預浸料層，其具有第一表面及第二表面；該預浸料層之該第一表面上之可切換電壓介電材料層，該預浸料層及該可切換電壓介電材料層界定在經受特定處理時經受翹曲的第一區域；第一平衡材料層，其位於該預浸料層之該第二表面上，該第一平衡材料層完全置於該印刷電路板之中心線之與該可切換電壓介電材料層同一側上，當自與該印刷電路板平行之平面觀之，該中心線代表該印刷電路板之大約中心處；及第二平衡材料層，其完全位於該印刷電路板之該中心線之相對側上，其中該第一平衡材料層與該中心線間有第一距離，而該第二平衡材料層與該中心線間有第二距離，該第二距離大於該第一距離，該預浸料層及該第一平衡材料層界定第二區域以抵消該第一區域之該翹曲，從而使得該預浸料層、該可切換電壓介電材料層及該第一平衡材料層界定在經受該特定處理時平整之多層堆疊。
  2. 如請求項1之印刷電路板，其中該第一及第二平衡材料層中至少一者之厚度取決於該可切換電壓介電材料層之厚度。
  3. 如請求項1之印刷電路板，其中該第一及第二平衡材料層中至少一者及該可切換電壓介電材料層之厚度與該預 浸料層之厚度無關。
  4. 如請求項1之印刷電路板，其中該可切換電壓介電材料層具有與該第一平衡材料層不同之性質。
  5. 如請求項4之印刷電路板，其中該可切換電壓介電材料層與該第一平衡材料層之該等不同性質包括不同熱膨脹係數、厚度及彈性模數中之至少一者。
  6. 如請求項1之印刷電路板，其中該特定處理包含該印刷電路板所經受之固化、蝕刻及回流焊接中之至少一者。
  7. 如請求項1之印刷電路板，其中：該預浸料層具有約125微米之厚度；該可切換電壓介電材料層具有約25微米之厚度；且該第一平衡材料層具有約45微米之厚度。
  8. 如請求項1之印刷電路板，其中：該預浸料層具有約55微米之厚度；該可切換電壓介電材料層具有約25微米之厚度；且該第一平衡材料層具有約45微米之厚度。
  9. 如請求項1之印刷電路板，其中該預浸料層具有小於約300微米之厚度。
  10. 如請求項1之印刷電路板，其中：該預浸料層具有約25微米之厚度；該可切換電壓介電材料層具有約25微米之厚度；且該第一平衡材料層具有約35微米之厚度。
  11. 一種製造電路板之方法，該方法包含：形成具有第一表面及第二表面之預浸料層； 在該預浸料層之該第一表面上形成可切換電壓介電材料層，該預浸料層及該可切換電壓介電材料層界定在經受特定處理時經受翹曲的第一區域；在該預浸料層之該第二表面上形成第一平衡材料層，該第一平衡材料層完全置於該印刷電路板之中心線之與該可切換電壓介電材料層同一側上，當自與該印刷電路板平行之平面觀之，該中心線代表該印刷電路板之大約中心處；及形成完全置於該印刷電路板之該中心線之相對側上之第二平衡材料層，其中該第一平衡材料層與該中心線間有第一距離，而該第二平衡材料層與該中心線間有第二距離，該第二距離大於該第一距離，該預浸料層及該第一平衡材料層界定第二區域以抵消該第一區域之該翹曲，從而使得該預浸料層、該可切換電壓介電材料層及該第一平衡材料層界定在經受該特定處理時平整之多層堆疊。
  12. 如請求項11之方法，其中該第一及第二平衡材料層中至少一者之厚度取決於該可切換電壓介電材料層之厚度。
  13. 如請求項11之方法，其中該第一及第二平衡材料層中至少一者及該可切換電壓介電材料層之厚度與該預浸料層之厚度無關。
  14. 如請求項11之方法，其中該可切換電壓介電材料層具有與該第一平衡材料層不同之性質。
  15. 如請求項14之方法，其中該可切換電壓介電材料層與該 第一平衡材料層之該等不同性質包括不同熱膨脹係數、厚度及彈性模數中之至少一者。
  16. 如請求項11之方法，其中該特定處理包含該印刷電路板所經受之固化、蝕刻及回流焊接中之至少一者。
  17. 如請求項11之方法，其中：該預浸料層具有約125微米之厚度；該可切換電壓介電材料層具有約25微米之厚度；且該第一平衡材料層具有約45微米之厚度。
  18. 如請求項11之方法，其中：該預浸料層具有約55微米之厚度；該可切換電壓介電材料層具有約25微米之厚度；且該第一平衡材料層具有約45微米之厚度。
  19. 如請求項11之方法，其中該預浸料層具有小於約300微米之厚度。
  20. 如請求項11之方法，其中：該預浸料層具有約25微米之厚度；該可切換電壓介電材料層具有約25微米之厚度；且該第一平衡材料層具有約35微米之厚度。
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