TWI665243B - 用於金屬化之聚醯亞胺膜、基板結構及電路基板 - Google Patents

Abstract

本發明公開一種用於金屬化之聚醯亞胺膜、基板結構及電路基板，本發明的聚醯亞胺膜通過混入多個霧化顆粒而具有特定的霧度與透光率，優選地，聚醯亞胺膜的霧度介於60%至80%之間，且透光率介於55%至70%之間。通過上述設計，能符合軟性印刷電路板的生產需求。

Description

用於金屬化之聚醯亞胺膜、基板結構及電路基板

本發明涉及一種聚醯亞胺膜及該膜的應用，特別是涉及一種用於金屬化之聚醯亞胺膜、基板結構及電路基板。

隨著電子工業的蓬勃發展，印刷電路板的需求量成長相當快速。聚醯亞胺(polyimide)屬於高機械強度、耐高溫且絕緣的高分子材料，如今已成為製作軟性印刷電路板(Flexible Printed Circuit，FPC)的重要材料。例如，業界常會使用聚醯亞胺覆金屬積層板來製成軟性印刷電路板。

隨著現今各種消費性電子、資訊及通訊產品的功能越來越強大，印刷電路板的設計也越來越複雜，例如，印刷電路板所需的層數增加，而且印刷電路板上的電路圖案需具有更高的精度和密度。然而，以聚醯亞胺膜作為基材且在雙面均形成有金屬線路的電路基板(如FCCL)而言，由於聚醯亞胺基材具有高透光性，使得其中一層金屬線路在進行自動光學檢測(Automatic Optical Inspection，AOI)時，會受到另一層金屬線路所產生的光反射而影響精確性。現行調整檢查儀器的灰階設定的方式雖然可以解決上述問題，但是這存在漏檢其他品質缺陷的風險。除此之外，採用在聚醯亞胺基材與金屬線路層之間形成一遮光層的方式，雖然可以改善金屬線路的反光問題，但是這會增加製程成本和複雜度。

聚醯亞胺材料的組成會影響銅箔基板的製作，例如當採用熱 壓法(Lamination)來製作FCCL時，須先在聚醯亞胺膜上塗覆一層薄的熱可塑性聚醯亞胺樹脂(TPI)，待高溫硬化後，再利用高溫高壓將TPI重新熔融並壓合銅箔。然而，這個方法並不適用於厚度在12微米以下的銅箔的製作，故無法滿足微細線路的製作要求。

另一方面，聚醯亞胺材料的組成也會影響其後續應用產品的使用性能和質量，例如當FCCL中的聚醯亞胺膜的透光度不足時，可能會影響貼合液晶顯示器模組(LCM)與觸控面板的對位準確度。

本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種用於金屬化之聚醯亞胺膜、基板結構及電路基板。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的其中一技術方案是：一種用於金屬化之聚醯亞胺膜，其特徵在於，所述用於金屬化之聚醯亞胺膜中混有多個霧化顆粒，所述用於金屬化之聚醯亞胺膜的霧度介於60%至80%之間，且所述用於金屬化之聚醯亞胺膜的透光率介於55%至70%之間。

在本發明的一實施例中，所述用於金屬化之聚醯亞胺膜的表面粗糙度介於0.1微米至0.8微米之間。

在本發明的一實施例中，多個所述霧化顆粒的平均粒徑介於0.2微米至10微米之間。

在本發明的一實施例中，多個所述霧化顆粒包含二氧化鈦顆粒、二氧化矽顆粒以及聚醯亞胺顆粒中的一種或兩種以上的組合。

在本發明的一實施例中，所述用於金屬化之聚醯亞胺膜中還混有一分散劑，且所述分散劑的含量佔所述聚醯亞胺膜總重量的0.2wt%至1.5wt%。

在本發明的一實施例中，所述分散劑為帶酸性顏料親合基團的共聚酯烷醇銨。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的另外一技術方案是：一種基板結構，其包括一前述用於金屬化之聚醯亞胺膜以及 一形成於所述金屬化之聚醯亞胺膜上的第一金屬層。

在本發明的一實施例中，所述第一金屬層的厚度介於0.08微米至0.11微米之間，且所述第二金屬層的厚度的優選範圍在0.2微米至18微米之間。

在本發明的一實施例中，所述第一金屬層為鎳金屬層，所述第二金屬層為銅金屬層。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的另外再一技術方案是：一種電路基板，其是使用前述的基板結構所製得。

本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的用於金屬化之聚醯亞胺膜、基板結構及電路基板，其能通過“聚醯亞胺膜中混有多個霧化顆粒”以及“聚醯亞胺膜的霧度介於60%至80%之間，且透光率介於55%至70%之間”的技術方案，以提高電路基板上線路之光學檢測的效率和精度。

更進一步地說，雖然聚醯亞胺膜中混有霧化顆粒，但其仍具有一定的透光率、良好的耐熱性與高尺寸安定性，因此可提高後續應用產品(如：液晶顯示器模組)之貼合組裝對位的效率和精度，且利用此聚醯亞胺膜的基板結構與現有的壓合型FCCL相比，更有利於線寬和線距的縮減，從而可實現高密度細線路的製作。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。

100‧‧‧基板結構

100’‧‧‧電路基板

110‧‧‧聚醯亞胺膜

120‧‧‧霧化顆粒

130‧‧‧第一金屬層

140‧‧‧第二金屬層

L‧‧‧線路層

圖1為本發明第一實施例的基板結構的立體示意圖。

圖2為本發明第一實施例的基板結構的平面示意圖。

圖3為本發明第一實施例的電路基板的一種實施方式的立體示意圖。

圖4為本發明第一實施例的電路基板的一種實施方式的平面示意圖。

圖5為本發明第一實施例的電路基板的製造方法的流程圖。

圖6為本發明第二實施例的基板結構的一種實施方式的立體示意圖。

圖7為本發明第二實施例的基板結構的一種實施方式的平面示意圖。

以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關“電路基板及其用於線路之光學檢測的基板結構”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。

應理解，雖然本文中可能使用術語第一、第二、第三等來描述各種元件或者信號，但這些元件或者信號不應受這些術語的限制。這些術語主要是用以區分一元件與另一元件，或者一信號與另一信號。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。

[第一實施例]

請參閱圖1及圖2所示，本發明第一實施例之基板結構100為一單面形式的金屬層合體，例如單面軟性銅箔基板(Flexible Copper Clad Laminate，FCCL)。基板結構100主要包括一聚醯亞胺膜110、一第一金屬層130及一第二金屬層140。其中，聚醯亞胺膜110中混有多個霧化顆粒120，第一和第二金屬層130、140形成於聚醯亞胺膜110之一面上(如：上表面或下表面上)。

具體來說，是先在聚醯亞胺膜110之表面上形成第一金屬層130作為晶種層，以使第二金屬層140通過第一金屬層130而形成於聚醯亞胺膜110上，並與聚醯亞胺膜110接合，從而提高第二金屬層140與聚醯亞胺膜110之間的結合力。在本實施例中，第一金屬層130的厚度介於0.08微米至0.11微米之間，第一金屬層130為一鎳金屬層，且可由無電鍍(或稱“化學鍍”)方式形成，但不受限於此。第二金屬層140的厚度的優選範圍在0.2微米至18微米之間，第二金屬層140為一銅金屬層，且可由電鍍(electroplating)方式形成，但不受限於此。並且，實務上可以先對成型後之聚醯亞胺膜110進行雙軸延伸加工，以增進聚醯亞胺膜110的機械強度和尺寸穩定性。

基板結構100用於製成電路基板，例如軟性電路板(Flexible Print Circuit，FPC)。而本發明人發現，通過在聚醯亞胺膜110中混入特定種類、含量與形狀尺寸的霧化顆粒120，能調控聚醯亞胺膜110的光學特性，以使聚醯亞胺膜110具有所需的霧度(Haze)與透光率(又稱“全光線透過率T.T”)。具體來說，聚醯亞胺膜110在具有較高霧度的同時仍具有一定的透光率，從而有助於電路基板上線路的光學檢測與後續應用產品(如：液晶模組)的組裝對位。優選地，聚醯亞胺膜110的霧度介於60%至80%之間，聚醯亞胺膜110的透光率介於55%至70%之間。在這裡，聚醯亞胺膜110的霧度與透光率是使用日本電色工業公司的測定裝置(NDH-2000)所測得。在本實施例中，聚醯亞胺膜110的厚度的優選範圍在5微米至125微米之間，霧化顆粒120均勻散佈於聚醯亞胺膜110中，且霧化顆粒120的粒徑的優選範圍在0.2微米至10微米之間。

值得說明的是，若霧化顆粒120在聚醯亞胺膜110中的含量超過20重量%，則會影響聚醯亞胺膜110的機械性質，例如，聚醯亞胺膜110可能發生脆化的現象；若霧化顆粒120在聚醯亞胺膜110中的含量不到1重量%，則聚醯亞胺膜110無法達到所需的 光學特性。另外，霧化顆粒120的粒徑太大或太小都會對聚醯亞胺膜110造成不良影響；一旦霧化顆粒120的粒徑大於10微米，聚醯亞胺膜110的表面會過於粗糙，而無法應用於電子產品；一旦霧化顆粒120的粒徑小於0.2微米，霧化顆粒120容易產生聚集的現象，而造成加工性與分散差的問題。

更進一步地說，霧化顆粒120可單獨使用或複合使用不同種類或具有不同功效的有機顆粒或無機顆粒。前述有機粒子沒有特別限制，例如可舉出：聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、矽氧樹脂、聚對苯二甲酸二乙酯、聚醯胺(polyamide，PA)等，前述無機粒子沒有特別限制，例如可舉出：氧化鋅(ZnO)、二氧化矽(SiO₂)、二氧化鈦(TiO₂)、氧化鋯(ZrO₂)、氧化鋁(Al₂O₃)、硫化鋅(ZnS)、硫酸鋇(BaSO₄)。當霧化顆粒120包含二氧化鈦顆粒、二氧化矽顆粒及聚醯亞胺顆粒中的一種或兩種以上的組合時，聚醯亞胺膜110更容易達到所需的霧度與透光率。

聚醯亞胺膜110中可進一步混有一分散劑，以提高霧化顆粒120的分散性與穩定性，即霧化顆粒120能在聚醯亞胺膜110中均勻穩定分散。本實施例中，分散劑可為改性高分子共聚物，例如為帶酸性顏料親合基團的共聚酯烷醇銨(Alkylol ammonium salt of a copolymer with acidic groups)，且分散劑的含量優選為佔聚醯亞胺膜110總重量的0.2wt%至1.5wt%。

請參閱圖3及圖4所示，基板結構100可以在經過必要的加工後製成電路基板100’。關於加工方法，本發明沒有特別的限制，任何能同時將第一和第二金屬層130、140圖案化，以使第一和第二金屬層130、140轉換成線路層L的加工方法都可以被使用，例如半加成法(semi-additive process，SAP)、減成法(subtractive process)等。而本發明人另外發現，雖然聚醯亞胺膜110中混有霧化顆粒120，但其表面粗糙度Rz並不會受到影響，而能保持在0.1微米至0.8微米之間，如此將更有利於線寬及線距的微縮，從而有 利於製作高密度細線路。

請參閱圖5所示，本實施例之基板結構100的結構特徵已詳述如上，接下來將進一步介紹其製造方法。基板結構100之製造方法主要包括：步驟S100，製備一霧化顆粒分散液與一聚醯胺酸(polyamic acid,PAA)清漆，並取適量混合均勻，以得到一聚醯胺酸混合物；步驟S102，將聚醯胺酸混合物形成一聚醯亞胺膜；以及步驟S104，將聚醯亞胺膜金屬化。

在步驟100中，於製備霧化顆粒分散液時，是將一定量的霧化顆粒與一定量的溶劑充分混合，以得到具有特定固含量的霧化顆粒分散液。其中，霧化顆粒可為二氧化鈦顆粒、二氧化矽顆粒、聚醯亞胺顆粒或它們的組合。溶劑可為極性非質子性溶劑，其具體例包括：二甲基乙醯胺(DMAC)、N,N'-二甲基甲醯胺(DMF)、N-甲基吡咯啶酮(NMP)、二甲亞碸(DMSO)、四甲基碸、N,N'-二甲基-N,N'-丙烯基脲(DMPU)等。

於製備聚醯胺酸清漆時，是在一定量的溶劑中先加入一定量的二胺單體，待溶解後再加入一定量的二酐單體，並持續攪拌以使二胺單體與二酐單體進行聚合反應。其中，溶劑的具體例如前面所述。二胺單體的具體例包括：4,4'-二胺基二苯醚(4,4'-oxydianiline(4,4'-ODA))、對苯二胺(phenylenediamine(p-PDA))、2,2’-雙(三氟甲基)聯苯胺(2,2'-Bis(trifluoromethyl)benzidine(TFMB))、1,3-雙(4'-胺基苯氧基)苯(1,3-bis(4-aminophenoxy)benzene(TPER))、1,4-雙(4-胺基苯氧基)苯(1,4-bis(4-aminophenoxy)benzene(TPEQ))、4,4’-二胺基-2,2’-二甲基-1,1’-聯苯(2,2'-dimethyl[1,1'-biphenyl]-4,4'-diamine(m-TB-HG))、1,3-雙(3-胺基苯氧基)苯(1,3’-Bis(3-aminophenoxy)benzene(APBN))、3,5-二胺基三氟甲苯(3,5-Diaminobenzotrifluoride(DABTF))、2,2'-雙[4-(4-胺基苯氧基苯基)]丙烷(2,2'-bis[4-(4-aminophenoxy)phenyl]propane(BAPP))、6- 胺基-2-(4-胺基苯基)-苯并噁唑(6-amino-2-(4-aminophenyl)benzoxazole(6PBOA))、5-胺基-2-(4-胺基苯基)-苯并噁唑(5-amino-2-(4-aminophenyl)benzoxazole(5PBOA))等。二酐單體的具體例包括：3,3',4,4'-聯苯四羧酸二酸酐(3,3',4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride(BPDA))、2,2-雙[4-(3,4-二羧基苯氧基)苯基]丙烷二酸酐(2,2-bis[4-(3,4dicarboxyphenoxy)phenyl]propane dianhydride(BPADA))、均苯四甲酸二酸酐(pyromellitic dianhydride(PMDA))、4,4'-(六氟異丙烯)二酞酸酐(2,2'-Bis-(3,4-Dicarboxyphenyl)hexafluoropropane dianhydride(6FDA))、二苯醚四甲酸二酸酐(4,4-Oxydiphthalic anhydride(ODPA))、苯酮四羧酸二酸酐(Benzophenonetetracarboxylic dianhydride(BTDA))、3,3',4,4'-二環己基四甲酸二酐(3,3',4,4'-dicyclohexyltetracarboxylic acid dianhydride(HBPDA)等。

在步驟102中，是先取一定量的聚醯胺酸混合物與一定量的溶劑混合稀釋，並於低溫下靜置一段時間，再依特定摩爾比例，將聚醯胺酸混合物的稀釋液與一脫水劑及一催化劑混合。然後，將所得到的混合物塗佈於一基材上進行乾燥，以形成一聚醯胺酸混合物層。最後，將聚醯胺酸混合物層置於高溫下進行亞醯胺化反應(imidization)，以得到聚醯亞胺膜110。其中，乾燥溫度介於80℃至170℃之間，乾燥時間介於0.5小時至2小時之間。反應溫度介於170℃至370℃之間，反應時間介於4小時至8小時之間。脫水劑的具體例包括：脂肪族酸酐(如醋酸酐及丙酸酐)、芳香族酸酐(如苯酸酐及鄰苯二甲酸酐)等。催化劑的具體例包括：雜環三級胺(例如甲吡啶(picoline)、吡啶等)、脂肪族三級胺(例如三乙基胺(TEA)等)、芳香族三級胺(例如二甲苯胺等)等。

在步驟104中，是先利用無電鍍方式在聚醯亞胺膜110上形成第一金屬層130(即鎳金屬層)，再對聚醯亞胺膜110/第一金屬層 130進行熱處理，然後對第一金屬層130進行酸處理，以去除其上之氧化層。其中，熱處理溫度介於90℃至130℃之間，熱處理時間介於2小時至28小時之間。酸處理溶液為稀硫酸。然後，利用電鍍方式在第一金屬層130上形成第二金屬層140(即銅金屬層)。

[實例]

霧化顆粒分散液之製備：

將5g的SiO₂粉體(粒徑0.7μm)置於反應瓶中，接著加入45g之DMAc，混合攪拌1小時至溶液澄清，可得固含量10%之分散溶液。

聚醯胺酸清漆之製備：

將53.3g的DMAc置入反應瓶中，加入1.71g(0.0158mole)的p-PDA與4.24g(0.0144mole)BPDA進行攪拌1小時，待完全溶解後再加入2.59g(0.0129mole)的4,4-ODA和3.15g(0.0144mole)PMDA至該溶液中，反應至動黏度約200,000cps，最後加入25g的DMAc並持續攪拌1小時，形成固含量為13%的聚醯胺酸清漆。

聚醯胺酸混合物之製備：

取90g之聚醯胺酸清漆與1.599g之SiO₂分散溶液混合攪拌1小時，即可得SiO₂含量為1.5wt%之聚醯胺酸混合物。

聚醯亞胺膜之成型：

取30g之聚醯胺酸混合物與11.53g之DMAc混合稀釋後低溫冷藏30分鐘。將聚醯胺酸混合物之稀釋液與乙酸酐(acetic anhydride)脫水劑及甲基吡啶(picoline)催化劑依莫耳比1：2：1混合；接著於玻璃平板上，以刮刀將此混合物溶液塗佈成層。該經塗佈的玻璃平板放入80℃的烘箱內加熱約30分鐘，移除大多數 的溶劑後；再放入170℃~370℃的烘箱內，加熱約4小時，使混合物烤乾成膜，之後將該膜自玻璃板取下即為聚醯亞胺膜，其厚度介於24~26μm之間。

聚醯亞胺膜之金屬化：

將聚醯亞胺膜依照SLP製程(SLP process，藥液是購自奧野製藥株式會社)進行無電解鍍鎳，以形成鎳金屬層/聚醯亞胺膜之複合膜，且鎳金屬層的厚度介於0.08~0.11μm之間。

將鎳金屬層/聚醯亞胺膜之複合膜先進行熱處理，條件為120℃烘烤24小時，再使用2wt%之硫酸清除鎳金屬層表面之氧化層，接著於電鍍槽中進行電解電鍍，電鍍液包含150g/L之硫酸、120g/L之硫酸銅及50ppm之氯離子，電流密度為4 ASD，於鎳金屬層表面形成厚度5μm銅金屬層。

[第二實施例]

請參閱圖6及圖7所示，本發明第二實施例之基板結構100為一雙面形式的金屬層合體(FCCL)，例如雙面軟性銅箔基板。基板結構100主要包括一聚醯亞胺膜110、兩個第一金屬層130及兩個第二金屬層140。兩個第一金屬層130分別形成於聚醯亞胺膜110之雙面(如：上表面和下表面)上，兩個第二金屬層140分別形成於兩個第一金屬層130上，其中聚醯亞胺膜110中混有多個霧化顆粒120。關於聚醯亞胺膜110、第一金屬層130與第二金屬層140的相關技術細節與具體實施方式可參考第一實施例所述，故於此不再贅述。

附帶說明一點，本實施例之基板結構100也可以在經過必要的加工後製成電路基板，當然也須在聚醯亞胺膜110之中設置導電結構(圖中未顯示)，以使聚醯亞胺膜110雙面的線路導通。

[實施例的有益效果]

本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的用於金屬化之聚醯亞胺膜、基板結構及電路基板，其能通過“聚醯亞胺膜中混有多個霧化顆粒”以及“聚醯亞胺膜的霧度介於60%至80%之間，且透光率介於55%至70%之間”的技術方案，以提高電路基板上線路之光學檢測的效率和精度。

更進一步地說，雖然聚醯亞胺膜中混有霧化顆粒，但其仍具有一定的透光率、良好的耐熱性與高尺寸安定性，因此可提高後續應用產品(如：液晶顯示器模組)之貼合組裝對位的效率和精度，且利用此聚醯亞胺膜的基板結構與現有的壓合型FCCL相比，更有利於線寬和線距的縮減，從而可實現高密度細線路的製作。

以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。

Claims (9)

1. 一種用於金屬化之聚醯亞胺膜，其特徵在於，所述用於金屬化之聚醯亞胺膜中混有多個霧化顆粒，且多個所述霧化顆粒的平均粒徑介於0.2微米至10微米之間，所述用於金屬化之聚醯亞胺膜的霧度介於60%至80%之間，且所述用於金屬化之聚醯亞胺膜的透光率介於55%至70%之間。
2. 如請求項1所述的用於金屬化之聚醯亞胺膜，其中，所述用於金屬化之聚醯聚醯亞胺膜的表面粗糙度介於0.1微米至0.8微米之間。
3. 如請求項1所述的用於金屬化之聚醯亞胺膜，其中，多個所述霧化顆粒包含二氧化鈦顆粒、二氧化矽顆粒以及聚醯亞胺顆粒中的一種或兩種以上的組合。
4. 如請求項1所述的用於金屬化之聚醯亞胺膜，其中，所述用於金屬化之聚醯亞胺膜中還混有一分散劑，且所述分散劑的含量佔所述聚醯亞胺膜總重量的0.2wt%至1.5wt%。
5. 如請求項1所述的用於金屬化之聚醯亞胺膜，其中，所述分散劑為帶酸性顏料親合基團的共聚酯烷醇銨。
6. 一種基板結構，其包括一如請求項1所述的用於金屬化之聚醯亞胺膜、一第一金屬層以及一第二金屬層，所述第一金屬層形成於所述金屬化之聚醯亞胺膜之一面上，且所述第二金屬層形成於所述第一金屬層上。
7. 如請求項6所述的基板結構，其中，所述第一金屬層的厚度介於0.08微米至0.11微米之間，且所述第二金屬層的厚度的優選範圍在0.2微米至18微米之間。
8. 如請求項6所述的基板結構，其中，所述第一金屬層為鎳金屬層，所述第二金屬層為銅金屬層。
9. 一種電路基板，其是使用如請求項6項所述的基板結構所製得。