TWI579980B - 高頻應用之含孔有機絕緣層及複合基板 - Google Patents

Description

高頻應用之含孔有機絕緣層及複合基板

本發明是有關於一種高頻應用之含孔有機絕緣層及包含此含孔有機絕緣層的複合基板。

新世代的電子產品趨向輕薄短小，並且需具備高頻傳輸的能力，因此電路板的配線走向高密度化，且電路板的材料選用走向更嚴謹的需求。一般而言，高頻電子元件會與電路板接合。為了維持傳輸速率及保持傳輸訊號完整性，電路板中的絕緣層必須兼具較低的介電常數(dielectric constant)及損耗因子(又稱損失因子，dissipation factor)。因此，如何使絕緣層的介電常數以及損耗因子更低，乃是現階段相關技術領域研發人員所面臨之問題。

本發明之目的在於提供一種高頻應用之含孔有機絕緣層，其具有多個孔洞隨機且大致均勻分佈於含孔有機 絕緣層中。由於孔洞中充斥著氣體，氣體的介電常數為約1，故相對於無孔的絕緣層，含孔有機絕緣層的介電常數更低，更能夠符合高頻基板領域對於絕緣層之低介電常數的需求，而可解決現階段相關技術領域研發人員所面臨之問題。

本發明之一態樣提供一種高頻應用之含孔有機絕緣層，其包含多個孔洞，隨機且大致均勻分佈於含孔有機絕緣層中。各孔洞的直徑介於0.1微米至5微米。

根據本發明之一實施方式，各孔洞具有氣體位於孔洞中，氣體為氦氣、氫氣、氧氣、氮氣、氬氣、空氣或其組合。

根據本發明之一實施方式，含孔有機絕緣層之材質為熱固性聚醯亞胺(thermosetting polyimide)、熱塑性聚亞醯胺(thermoplastic polyimide,TPI)、液晶高分子(LCP)、聚乙烯對苯二甲酸酯(Polyethylene Terephthalate,PET)、鐵氟龍(Te flon)、聚乙烯(Polyethylene,PE)、聚丙烯(Polypropylene,PP)、聚苯乙烯(Polystyrene,PS)、聚氯乙烯(Polyvinyl Chloride,PVC)、聚醯胺(Polyamide)、壓克力樹脂(Acrylic resin)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯樹脂(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene resin)、酚樹脂(Phenolic Resin)、環氧樹脂(Epoxy resin)、聚酯(Polyester)、矽膠(Silicone)、聚氨基甲酸乙酯(Polyurethane PU)、聚碳酸酯(Polycarbonate,PC)、丁基橡膠(Butyl rubber)或其組合。

根據本發明之一實施方式，各孔洞之直徑與含孔有機絕緣層之厚度的比例介於5%至50%。

根據本發明之一實施方式，含孔有機絕緣層之厚度介於5微米至260微米。

根據本發明之一實施方式，孔洞為圓形、橢圓形或不規則形。

本發明之另一態樣提供一種高頻應用之複合基板，包含導電層以及前述之含孔有機絕緣層，含孔有機絕緣層設置於導電層上。

根據本發明之一實施方式，複合基板更包含一接著層夾設於導電層及含孔有機絕緣層之間。

根據本發明之一實施方式，複合基板更包含另一導電層覆蓋含孔有機絕緣層，使含孔有機絕緣層位於導電層及另一導電層之間。

根據本發明之一實施方式，導電層之材質為銅、鋁、鐵、銀、鈀、鎳、鉻、鉬、鎢、鋅、鉻、錳、鈷、金、錫、鉛、不鏽鋼或其組合。

100‧‧‧含孔有機絕緣層

110‧‧‧孔洞

200‧‧‧導電層

200’‧‧‧另一導電層

300‧‧‧接著層

d‧‧‧孔洞的直徑

t‧‧‧含孔有機絕緣層的厚度

第1圖係顯示依照本發明之一實施方式之含孔有機絕緣層的剖面示意圖。

第2圖係顯示依照本發明之一實施方式之複合基板的剖面示意圖。

第3圖係顯示依照本發明之一實施方式之複合基板的剖面示意圖。

第4圖係顯示依照本發明之一實施方式之複合基板的剖面示意圖。

以下將以圖式揭露本發明之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。

一般而言，適用於高頻傳輸的絕緣層必須兼具較低的介電常數(dielectric constant,Dk)以及較低的損耗因子(dissipation factor,Df)。這是因為線路的訊號傳遞時間延遲與絕緣層的介電常數的平方根成正比，因此絕緣層的介電常數通常越小越好；另一方面，損耗因子越小代表訊號傳遞的損失越少，故損耗因子較小的材料所能提供的傳輸品質也較為良好。

因此，本發明之一態樣提供一種含孔有機絕緣層，具有多個孔洞隨機且大致均勻地分佈在含孔有機絕緣層中。第1圖係顯示依照本發明之一實施方式之高頻應用之含孔有機絕緣層100的剖面示意圖。含孔有機絕緣層100具有多個孔洞110隨機且大致均勻地分佈於含孔有機絕緣 層100之中。

在數個實施方式中，含孔有機絕緣層100之材質為熱固性聚醯亞胺(thermosetting polyimide)、熱塑性聚亞醯胺(thermoplastic polyimide,TPI)、液晶高分子(LCP)、聚乙烯對苯二甲酸酯(Polyethylene Terephthalate,PET)、鐵氟龍(Teflon)、聚乙烯(Polyethylene,PE)、聚丙烯(Polypropylene,PP)、聚苯乙烯(Polystyrene,PS)、聚氯乙烯(Polyvinyl Chloride,PVC)、聚醯胺(Polyamide)、壓克力樹脂(Acrylic resin)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯樹脂(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene resin)、酚樹脂(Phenolic Resin)、環氧樹脂(Epoxy resin)、聚酯(Polyester)、矽膠(Silicone)、聚氨基甲酸乙酯(Polyurethane PU)、聚碳酸酯(Polycarbonate,PC)、丁基橡膠(Butyl rubber)或其組合。上述材料的介電常數幾乎都大於或等於2。

孔洞110中充斥著氣體，氣體的介電常數為約1，使含孔有機絕緣層100的介電常數小於3，甚至可小於1.5，而更能夠符合高頻基板領域對於絕緣層之低介電常數的需求。在數個實施方式中，氣體為氦氣、氫氣、氧氣、氮氣、氬氣、空氣或其組合，但不限於此。

孔洞110的形狀可為圓形、橢圓形或不規則形狀。在一實施方式中，孔洞110的直徑d小於後續所欲形成的線路(未繪示)的寬度，因此，可依據線路寬度來選擇合適的孔洞110直徑d。在一實施方式中，孔洞110的直徑d小於含孔有機絕緣層100的厚度t。在一實施方式中，孔洞110 的直徑d介於0.1微米至5微米。在一實施方式中，含孔有機絕緣層100的厚度t介於5微米至260微米。在一實施方式中，各孔洞110的直徑d與含孔有機絕緣層100的厚度t的比例介於5%至50%。此外，孔洞110可位於含孔有機絕緣層100的內部，亦可位於含孔有機絕緣層100的表面。

孔洞110是隨機且大致均勻地分佈於含孔有機絕緣層100之中。前述的「大致均勻分佈」是指孔洞110分散在含孔有機絕緣層100之中，而孔洞110的分佈均勻性是足夠的，使各單位體積的含孔有機絕緣層100的介電常數之間的差值小於或等於3。換言之，含孔有機絕緣層100的各個位置的介電常數之間的差異極小，因此無論線路形成在含孔有機絕緣層100的哪個位置上，皆能表現出更低的訊號傳遞時間延遲。

假使孔洞並非隨機且大致均勻分佈在含孔有機絕緣層中，而是規則且均勻分佈在含孔有機絕緣層中，容易造成訊號在傳輸時產生駐波，使訊號滯留在某一處，進而導致訊號損耗。但由於本發明的含孔有機絕緣層100的孔洞110為隨機且大致均勻分佈，因此不會使訊號在傳輸時產生駐波而導致訊號損耗。

綜合上述，本發明之實施方式的含孔有機絕緣層100具有低介電常數、介電常數均勻且不會使訊號在傳輸時產生駐波而導致訊號損耗等優點。

以下舉例如何製備含孔有機絕緣層100。例如當前 驅物混合反應而合成出某一材料時，材料可能具有一定的黏度，故在攪拌的情況下自然會帶入氣泡於材料中。或者，可在合成時加入發泡劑，使其產生氣泡於材料中。當合成結束後，可選擇性地進行脫泡製程。此時可選用合適脫泡方式及條件，以留下足夠的氣泡量於材料中。然後經由合適的塗佈及熟化等製程，即可製備出具有多個孔洞110隨機且大致均勻分佈的含孔有機絕緣層100。

此外，亦可先形成發泡前驅體，再進行發泡製程。在一實施方式中，先將二酸酐在混合溶劑(如四氫砆喃/甲醇)中回流形成二元酯，再加入等莫耳量的二胺進行反應，然後加熱除去多餘的溶劑，而得到聚酯銨鹽前驅體粉末。此聚酯銨鹽前驅體粉末可進行微波發泡，以形成多個孔洞110。在進行微波發泡之前或微波發泡時，可加入成核劑，如可膨脹石墨、氧化鎂、奈米碳酸鈣等。成核劑在微波作用下會產生熱效應，幫助氣泡核形成及成長，使泡孔密度變大。此外，成核劑的加入還能使泡孔直徑的離散係數明顯變小。

在一實施方式中，先形成發泡前驅體，如PI發泡前驅體粉末，然後利用熱發泡方式進行發泡，以形成多個孔洞110。於實際應用中，可將PI發泡前驅體粉末在75℃下進行預處理，然後再於140℃至180℃的溫度下進行發泡。

此外，可添加熱分解物質於選用的含孔有機絕緣層的材料中。藉由熱分解物質在高溫下會降解的特性，以形成多個細微的孔洞110。在一實施方式中，將二酸酐、二胺 與熱分解物質在溶劑中進行反應，形成共聚物。然後在惰性氣體環境下進行亞胺化，再於空氣或氧氣條件下使熱分解物質氧化分解，而形成含孔PI絕緣層100。熱分解物質例如可為聚氧化丙烯(polypropylene oxide(PO)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、脂肪族聚酯或其他合適的物質。脂肪族聚酯例如為聚己內酯(PCL)、聚戊內酯(PVL)或其他合適的物質。

本發明之含孔有機絕緣層可與導電層結合，而構成複合基板。因此，本發明之另一態樣提供一種複合基板，包含導電層及上述含孔有機絕緣層。第2圖係顯示依照本發明之一實施方式之複合基板的剖面示意圖。複合基板包括含孔有機絕緣層100及導電層200，含孔有機絕緣層100設置於導電層200上。

在數個實施方式中，導電層200的材質為銅、鋁、鐵、銀、鈀、鎳、鉻、鉬、鎢、鋅、鉻、錳、鈷、金、錫、鉛、不鏽鋼或其組合，但不限於此。在數個實施方式中，導電層200的厚度為5微米至70微米。然而導電層200的厚度可根據高頻應用之複合基板的用途作適當的選擇，故導電層200的厚度不限於上述所例示的實施方式。

第3圖係顯示依照本發明之一實施方式之複合基板的剖面示意圖。第3圖與第2圖所示之複合基板的差異在於，第3圖之複合基板更包含接著層300夾設於導電層200及含孔有機絕緣層100之間。接著層300可用以提供良好的接著性能，使導電層200與含孔有機絕緣層100之間 牢固接著。接著層300之材質可為熱塑膠系、熱固膠系、混成膠系或感壓膠系之樹脂。具體而言，接著層300的材質可為熱塑性或熱固性聚醯亞胺、環氧樹脂、苯氧基樹脂、丙烯酸樹脂、胺基甲酸乙酯樹脂、矽橡膠系樹脂、聚對環二甲苯系樹脂、雙馬來醯亞胺系樹脂或其混合物。接著層300的厚度例如可為約3微米至50微米。

第4圖係顯示依照本發明之一實施方式之複合基板的剖面示意圖。第4圖與第2圖所示之複合基板的差異在於，第4圖之複合基板更包含另一導電層200’覆蓋含孔有機絕緣層100之表面。導電層200’的材質可與上述導電層200的材質的實施方式相同，故在此不贅述。

上述第2-4圖所例示的複合基板結構可藉由成膜及壓合製程等形成。成膜方式例如為塗佈成膜，例如藉由旋轉塗佈、狹縫塗佈、擠壓塗佈、淋幕塗佈、斜板塗佈或刮刀塗佈方式形成含孔有機絕緣層100或形成接著層300於導電層200。假如複合基板為雙面板(如第4圖所示)，可藉由壓合製程將另一導電層200’壓合在如第2圖所示的複合基板的含孔有機絕緣層100上，以形成如第4圖所示的雙面板。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧含孔有機絕緣層

110‧‧‧孔洞

d‧‧‧孔洞的直徑

t‧‧‧含孔有機絕緣層的厚度

Claims (9)

1. 一種高頻應用之含孔有機絕緣層，包含：複數個孔洞，隨機且大致均勻分佈於該含孔有機絕緣層中，各該孔洞之直徑介於0.1微米至5微米，其中該含孔有機絕緣層之材質為熱固性聚醯亞胺(thermosetting polyimide)、熱塑性聚亞醯胺(thermoplastic polyimide,TPI)、液晶高分子(LCP)、聚乙烯對苯二甲酸酯(Polyethylene Terephthalate,PET)、鐵氟龍(Teflon)、聚乙烯(Polyethylene,PE)、聚丙烯(Polypropylene,PP)、聚苯乙烯(Polystyrene,PS)、聚氯乙烯(Polyvinyl Chloride,PVC)、聚醯胺(Polyamide)、壓克力樹脂(Acrylic resin)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯樹脂(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene resin)、酚樹脂(Phenolic Resin)、環氧樹脂(Epoxy resin)、聚酯(Polyester)、矽膠(Silicone)、聚氨基甲酸乙酯(Polyurethane PU)、聚碳酸酯(Polycarbonate,PC)、丁基橡膠(Butyl rubber)或其組合。
2. 如請求項1所述之含孔有機絕緣層，其中各該孔洞具有氣體位於該孔洞中，該氣體為氦氣、氫氣、氧氣、氮氣、氬氣、空氣或其組合。
3. 如請求項1所述之含孔有機絕緣層，其中各該孔洞之該直徑與該含孔有機絕緣層之厚度的比例介於5%至50%。
4. 如請求項1所述之含孔有機絕緣層，其中該含孔有機絕緣層之厚度介於5微米至260微米。
5. 如請求項1所述之含孔有機絕緣層，其中該些孔洞為圓形、橢圓形或不規則形。
6. 一種高頻應用之複合基板，包含：導電層；以及請求項1-5中任一項所述之含孔有機絕緣層，設置於該導電層上。
7. 如請求項6所述之複合基板，更包含一接著層夾設於該導電層及該含孔有機絕緣層之間。
8. 如請求項6所述之複合基板，更包含另一導電層覆蓋該含孔有機絕緣層，使該含孔有機絕緣層位於該導電層及該另一導電層之間。
9. 如請求項6所述之複合基板，其中該導電層之材質為銅、鋁、鐵、銀、鈀、鎳、鉻、鉬、鎢、鋅、鉻、錳、鈷、金、錫、鉛、不鏽鋼或其組合。