CN101072468A - 软性印刷电路板基板 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种软性印刷电路板基板，其包含导电层、粘合于该导电层的支撑层，其中该支撑层进一步包含用作结构支撑的金属薄层、形成于该金属薄层的一面用以与该导电层粘合的粘着层，以及形成于该金属薄层另一面的保护层。本发明软性印刷电路板基板可克服已知软性印刷电路板基板因尺寸变异性大所造成的基板弯翘的情形。

Description

软性印刷电路板基板
技术领域
本发明涉及一种软性印刷电路板基板，尤其涉及一种具有多层结构的软性印刷电路板基板。
背景技术
由于目前对于电子产品轻薄化的要求，使得软印性刷电路板基板已被广泛应用于许多电子产品中。已知的软印性刷电路板基板为双层式软性基板(two-layer laminate)，其包含作为导电用的铜箔层(copper foil)与聚酰亚胺(polyimide)层。已知的双层式软性基板的制备方法，主要有溅镀-电镀法(Sputtering-Plating)、涂布法(Casting)以及压合法(Lamination)等。虽然双层式软性基板具有良好的物性及轻薄柔软的特性，但是由于聚酰亚胺层对铜箔层的附着性不佳，因此两者界面间不易达成良好的结合，因而会造成令人困扰的问题。
为克服该问题，有人提出在前述双层式软性基板的铜箔层与聚酰亚胺层之间加入接着剂(adhesive)层，形成三层式结构，来克服聚酰亚胺层对铜箔层附着性不佳的问题。但这种基板却具有尺寸变异性不易掌控的问题。例如，基板经过蚀刻、压合等工序后，会产生相当程度的尺寸胀缩，然而其并非是均匀性的胀缩，因而导致所制得的软性印刷电路的尺寸精密度不佳，进而使得软性印刷电路板产业不容易在精密度上作更进一步的技术提升。推究其原因，可能是由于铜箔与聚酰亚胺具有相近的热膨胀系数(约在30ppm/℃左右)，而接着剂则具有相对较高的热膨胀系数(约在150～300ppm/℃左右)。因此当基板在工序中受热时，就会因不同材质间的热胀冷缩差异，造成基板产生这种基板弯翘或尺寸变异等现象。除此之外，尺寸变异的问题还有可能因以下的因素所造成：
接着剂遇热会进一步的硬化，这会造成其脆化及体积收缩，进而增加了接着剂与铜箔间的应力，致使基板向接着剂面弯翘；
接着剂与聚酰亚胺膜具有高的吸水率(1～3％)，因此其会因吸水而使其体积膨胀，进而造成基板向铜箔面弯翘；
聚酰亚胺膜遇热再冷却时，会因释放残余应力而收缩(约0.2％)，这会造成基板向聚酰亚胺膜面弯翘；以及
接着剂与聚酰亚胺膜在显影、蚀刻等湿式工序(Wet Process)中，会产生一些化学反应，这也会使得其体积膨胀，使得基板会向铜箔面弯翘。
为克服前述尺寸变异的问题，美国专利US 6,620,513号中揭示一种通过精确控制基板中各层厚度，来克服前述尺寸变异的方法。另外，美国专利US6,350,844号中也揭示一种通过改变聚酰亚胺的化学结构，来降低其吸水性与热膨胀系数，来增加基板中聚酰亚胺膜的尺寸稳定性的方法。但前述的这些方法或者无法完全克服尺寸变异的问题，或者是在应用上有限制。另一方面，也有人尝试通过在接着剂中添加无机填充物(inorganic fillers)，以降低接着剂的热膨胀系数，试图克服基板的尺寸变异问题，但效果仍不显著。也有人尝试以软质环氧树脂(flexible epoxy resin)取代聚酰亚胺，但是仍无法获得令人满意的效果。这主要是因为软质环氧树脂所形成的薄膜并不像聚酰亚胺具有稳定支撑铜箔的足够的机械强度。另外，有人尝试模仿硬质印刷电路板基板的作法，以玻璃纤维布(fiber glass gloth)含浸软质环氧树脂，再与铜箔作贴合，但这样方法所制得的基板却有屈挠性不足的问题。
由于已知的软性印刷电路板基板至今仍存在着上述的问题，因此开发出一种能克服尺寸变异问题的软性印刷电路板基板，便成为此技术领域的技术人员重要的努力方向。
发明内容
为解决前述现有技术的问题，本发明的目的在于提供一种软性印刷电路板基板，其通过多层结构来克服已知的尺寸变异问题。
为实现本发明的目的，根据本发明所指出的一种软性印刷电路板基板，其包含：
导电层(electric conductive layer)；以及
粘合于该导电层的支撑层，
其中，该支撑层是由用作结构支撑用的金属薄层、形成于该金属薄层的一面用以与该导电层粘合的粘着层，以及形成于该金属薄层另一面的保护层所组成。
根据本发明所指出的软性印刷电路板基板，通过其中所包含的支撑层可有效克服已知软性印刷电路板基板因尺寸变异性所造成的基板弯翘的情形。
本发明将通过参考下列的实施方式做进一步的说明，在此所述的实施方式并不限制本发明前面所揭示的内容。熟习本发明的技术人员，可做一定的改良与修改，但仍不脱离本发明的范畴。
附图说明
图1为本发明软性电路板基板的剖面示意图。
主要组件符号说明：
1   软性印刷电路板基板
10  导电层
20  支撑层
22  粘着层
24  金属薄层
26  保护层
具体实施方式
图1是本发明软性电路板基板的剖面示意图。本发明软性印刷电路板基板1包含导电层10以及粘合于该导电层的其中一面的支撑层20。其中，该支撑层20至少由粘着层22、金属薄层24以及保护层26依序层叠组成。前述的粘着层22用作使该支撑层20粘合到导电层10；该金属薄层24提供软性电路板基板1足够的支撑性；而该保护层26披覆于金属薄层24上，用以保护该金属薄层24及用做绝缘。
前述的该导电层10用作导通电路，例如经由蚀刻而形成电路(circuitpattern)。导电层10可通过任何已知的导电金属所制备，优选以铜箔制备。可应用于本发明中作为铜箔的例子，例如电解铜箔(Electric Deposited CopperFoil)、压延铜箔(Roll Annealed Copper Foil)或经电解热处理后的铜箔等，但并不仅限于此。但考虑到成品的可挠折性时，以压延铜箔为优选。导电层10的厚度可依需要加以制备，在本发明中并没有特别的限制。
前述支撑层20中的金属薄层24可通过任何已知具有可挠折性的金属材料所制备，其可根据产品的需求而加以选用。金属材料在此可举出的例子，包含铝、铜、银、金与铁等，但并不仅限于此。如考虑重量、价格或柔软度时，以铝为优选。但若要使所制得的基板较易具有良好的平整性时，则此时以铜为优选。
可应用于本发明中用于制备前述粘着层22的粘着剂的例子，包括丙烯酸酯(acrylates)树脂或软质环氧树脂(flexible epoxy resins)等，但并不仅限于此。作为前述软质环氧树脂的例子，包含羧酸化丁二烯-丙烯腈橡胶(carboxylated NBR)，以及以二聚酸(dimer acid)改性的热固型环氧树脂，但并不仅限于此。其中，由于以二聚酸改性的热固型环氧树脂，具有较佳的柔软性、耐老化性及耐焊锡性，因此以其作为本发明中的软质环氧树脂为优选。前述二聚酸是指具有两个以上羧基(-COOH)的不饱和脂肪酸。前述以二聚酸改性的热固型环氧树脂实际商品化的例子，例如南亚塑料的NPER-172(DimerAcid modified DGEBA)、CVC特用化学公司(CVC Specialty Chemicals Inc.)的HyPox DA3 23(Dimer Acid Adducted to an Epoxidized Bisphenol A Resin；CASNO.67989-52-0)与ERYSYS GS-120(Dimer Acid Glycidyl Ester；CAS NO.68475-94-5)等商品化的产品，但并不仅限于此。
上述的软质环氧树脂，当应用于本发明中作为粘着剂时，可单独使用，或与其它类型的树脂混用，以调整其反应性及物性。作为前述混用的树脂的例子，例如双酚A环氧树脂(Bisphenol-A epoxy resins)、溴化双酚A环氧树脂(brominated Bisphenol-A epoxy resins)、双酚F环氧树脂(Bisphenol-F epoxyresins)、长链双酚A环氧树脂(Long-chain Bisphenol-A epoxy resins)、长链双酚F环氧树脂(Long-chain Bisphenol-F epoxy resins)、端羧基丁腈橡胶改性的环氧树脂(CTBN modified epoxy resins)、羧酸化丙烯腈丁二烯橡胶(carboxylated acrylonitrile-butadiene rubber)、丙烯腈丁二烯橡胶及羧酸化丙烯酸橡胶(carboxylated acrylic rubber)等，但并不仅限于此。
当前述软质环氧树脂为以二聚酸改性的热固型环氧树脂，且如上所述与其它类型的树脂混用时，以二聚酸改性的热固型环氧树脂的添加量占树脂总重量比优选在40～100phr(每一百份树脂所添加的量)，而其它类型的树脂的添加量则占树脂总重量比优选为不超过60phr。
前述热固型软性环氧树脂中进一步包含硬化剂与催化剂。作为本发明中硬化剂的例子，包含双氰胺(Dicyandiamide)、酚甲醛树脂(Phenol-FormaldehydeResins)、三聚氰胺-甲醛树脂(Melamine-Formaldehyde Resins)、聚酰胺(Polyamides)、多硫化物(Polysulfides)、酰胺-胺(Amidoamines)以及芳香族胺(Aromatic Amines)等，但并不仅限于此。作为本发明中催化剂的例子，包含胺(Amines)、咪唑(Imidazoles)以及三氟化硼单乙烷胺(Boron Trifluoride-Monoethylamine，BF3-MEA)等，但并不仅限于此。
当在热固型软性环氧树脂添加硬化剂或催化剂时，以树脂的总重量为100phr时，硬化剂的添加量为1～30phr，而催化剂的添加量则为0.1～10.0phr。
前述热固型软性环氧树脂中也可根据需要进一步包含适量的流变调整剂(thixotropic reagent)，例如微细白烟(Fumed Silica)、消泡剂(defoamers)、流平剂(leveling agents)、有机溶剂(organic solvents)、色料(pigments)、阻燃剂(fireretardants)及无机填充物(inorganic fillers)等。
前述的软质环氧树脂亦可使用羧酸化丁二烯-丙烯腈橡胶(carboxylatedNBR)与环氧树脂所混合而成的树脂混合物，其已被广泛采用作为软性印刷电板基板与保护膜的接着剂。前述的环氧树脂为通用型的环氧树脂，例如双酚A环氧树脂、溴化双酚A环氧树脂、双酚F环氧树脂、长链双酚A环氧树脂、长链双酚F环氧树脂，以及端羧基丁腈橡胶改性的环氧树脂等，但并不仅限于此。前述的树脂混合物中，以环氧树脂的重量以100phr为基础时，羧酸化丁二烯-丙烯腈橡胶的添加量优选为40～120phr。此种软质环氧树脂也可如前所述进一步添加硬化剂、催化剂、流变调整剂等，其添加比例也如前所述。
可用于制备本发明中保护层26的材料种类范围与前述粘着剂的材料是一致的，但两者可分别选用不同或相同的材料来制备。
根据本发明所指出的软性印刷电路板基板中的支撑层，由于其是由软性树脂-金属薄膜-软性树脂所构成的三层式复合结构，因此能提供铜箔足够的支撑及绝缘性。这样的三层式复合结构从纵切面来看，是具有对称性的。因此即使是软性树脂与金属薄膜可能因热膨胀系数不同，在遇热及冷却时会有不同的胀缩尺寸，但由于软性树脂是在金属薄膜的两对称面上，因此其热应力会刚好抵销，故而不会有基板弯翘或是尺寸变异的问题产生。
另外一方面，这样的对称结构，也同时解决了因其它环境因素所引起的胀缩，例如在显影、蚀刻等湿式工序中，因化学反应或吸收湿气所造成的胀缩。再者，金属薄膜因两面均受到软性树脂保护，因此也不会受到前述环境因素的影响而发生变化，同时也可充分承担支撑基板尺寸安定性的主要功能。此外，当分别位于金属薄膜两面的软性树脂处于前述的环境因素下，即同时暴露于相同的化学环境中，此时即使有任何尺寸胀缩，其效应也会互相抵销。
本发明软性印刷电路板基板除了具有极佳的柔软性外，更重要的是它能克服现在一般软性印刷电路板令人极为困扰的问题，即尺寸变异性大及基板弯翘。因此当应用本发明软性印刷电路板基板时，可使软性印刷电路板产业的精密度大幅提升。除此之外，由于本发明基板的支撑层中包含金属薄层，因此可获得许多附加的好处。例如，已知金属薄层的本质上具有阻绝电磁波(Electromagnetic Shielding)的功能。这对需要无线电波传输的电子产品而言，是一个极重要的优点。此外，因为金属薄膜具有极佳的导热性，因此这样的基板也可立即解决电子产品的散热问题。另一方面，因为金属薄膜对于湿气及氧气也是极佳的阻绝材，因此其也可对于基板产生良好的保护作用，解决长久以来困扰电路板的吸水及氧化的问题。再者，这样的基板具有极佳的可塑性，因此本发明基板可以维持于任何弯折的状态下，这将使得电路板可以脱离易受限的平面摆置，使得电路板进行三维空间的设计变得可能。
本发明软性刷电路板基板在制备的过程中，可通过已知的片式生产法或卷式生产法制备。
实施例1～2
在此以制备二聚酸改性的软性环氧树脂作为事例说明。首先，依表一所示的配方组成配制热固型树脂，再将实施例1和2配方的热固型树脂涂布成薄膜，并以150℃加热硬化20分钟。之后，测定硬化后涂膜的物性。经测定所得的涂膜的物性示于表二。
实施例3
取1/2oz的压延铜箔(18μ)裁切成250mm×250mm的长宽大小。将实施例1的树脂以网印方式涂布于铜箔的一面。在此使用的网版为40T的丝网版。在完成涂布后，将铜箔置入热风烘箱中，以150℃烘烤10分钟，使热硬化反应大致完成。
之后再以同样的树脂以同样的方式涂布于铜箔的另外一面，再置入热风烘箱中，以90℃烘烤10分钟来除去溶剂，以获得无溶剂但具有粘性的树脂表面(沾粘面)。由此可以得到在铜箔的两面均涂布上软质热固型树脂的三明治式复合薄膜，即形成本发明所述软性印刷电路板基板的支撑层，其相当于公知的介电层(dielectric layer)。
再取一片具有与前述铜箔相同面积的1/2oz的压延铜箔，与前述的支撑层的沾粘面以滚筒压合的方式贴合。再以150℃进行烘烤10分钟至所述的热硬化反应完成。由此可制得本发明所述软性印刷电路板基板。
对由此所制得的软性印刷电路板基板进一步测定其物性，测试所得结果示于表三。
实施例4
除以12μ厚度的铝箔取代实施例3中的1/2oz压延铜箔，作为支撑层中的金属薄层外，其余操作与制备条件与实施例3相同。对由此所制得的软性印刷电路板基板进一步测定其物性，测试所得结果示于表三。
实施例5
除以18μ厚度的铝箔取代1/2oz的压延铜箔作为导电层外，其余操作与制备条件与实施4相同。对由此所制得的软性印刷电路板基板进一步测定其物性，测试所得结果示于表三。
实施例6
除以实施例2树脂取代实施例1树脂外，其余操作与制备条件与实施例4相同。对由此所制得的软性印刷电路板基板进一步测定其物性，测试所得结果亦示于表三。
表一软性印刷电路板基板的热固型树脂配方的实施例
成分     实施例1     实施例2
HyPox DA323**     100.0*     70.0
LG化学LER-153F***     0.0     30.0
二甘醇单***(Dipropylene Glycol MonomethylEther) 20.0 20.0
消泡剂TSA-750     2.0     2.0
微细白烟A380     2.0     2.0
微细白烟R974     2.0     2.0
双氰胺     2.0     2.0
2-甲基咪唑     1.0     1.0
*重量比
**CVC特用化学公司的二聚酸改性的热硬化型环氧树脂
***溴化环氧树脂
表二经硬化后涂膜的物性
物性     实施例1     实施例2
铅笔硬度(ASTM D3363)     4H     5H
屈挠性(IPC-TM-650 2.4.5.1)a     通过     通过
耐焊锡性(IPC-TM-650 2.4.13)b     通过     通过
耐酸性(IPC-TM-650 2.3.3)c     通过     通过
耐溶剂性(IPC-TM-650 2.3.3)d     通过     通过
a以3mm直径的轴棒转10圈而没有任何的破损。
b于288℃下测试10秒，没有皱缩(shrinkage)、起泡(blistering)、扭曲(distortion)或熔化(melting)。
c于23℃下浸泡于10％HCl中30分钟。
d于23℃下浸泡于异丙醇中30分钟。
表三实施例3～6所制得的软性印刷电路板基板的物性测试结果分析表
  各层功能 实施例3 实施例4   实施例5   实施例6
  导电层 压延铜箔 压延铜箔   铝箔   压延铜箔
  粘着层 实施例1 实施例1   实施例1   实施例2
  金属薄层 压延铜箔 铝箔   铝箔   铝箔
  保护层 实施例1 实施例1   实施例1   实施例2
  尺寸变异*
  150℃下加热20分钟(MD) 0％ 0％   0％   0％
  150℃下加热20分钟(TD) 0％ 0％   0％   0％
  以CuCl2蚀刻(MD) 0％ 0％   0％   0％
  以CuCl2蚀刻(TD) 0％ 0％   0％   0％
  屈挠性** 通过 通过   通过   通过
  耐焊锡性(solder float resistance)*** 通过 通过   通过   通过
*依据IPC测试方法(IPC-TM-650 2.2.4)测试：基板以线标记出250mm×250mm的正方形。于环境暴露(environmental exposure)后，将这些线与原来基板上的线比对。尺寸变异即可由测量这些线的相对位置位移来计算。MD：机械(纵向)方向(Machine Direction)；TD：横宽方向(Transverse(Cross)Direction)。
**依据IPC测试方法(IPC-TM-650 2.4.5.1)测试：基板以3mm直径的轴棒转10圈而没有任何的破损。
***依据IPC测试方法(IPC-TM-650 2.4.13)测试：于288℃下测试10秒，没有皱缩、起泡、扭曲或熔化。

Claims (23)

1.一种软性印刷电路板基板，其包含：
导电层；以及
粘合于所述导电层的支撑层，
其中，所述支撑层至少由用作结构支撑的金属薄层、形成于所述金属薄层的一面用以与所述导电层粘合的粘着层，以及形成于所述金属薄层另一面的保护层所组成。
2.如权利要求1所述的软性印刷电路板基板，其中所述导电层用来形成电路。
3.如权利要求1所述的软性印刷电路板基板，其中所述导电层由铜箔构成。
4.如权利要求3所述的软性印刷电路板基板，其中所述铜箔为压延铜箔、电解铜箔或经电解热处理后的铜箔。
5.如权利要求1所述的软性印刷电路板基板，其中用以制备所述金属薄层的材料选自铝、铜、银、金与铁所组成的族群。
6.如权利要求1所述的软性印刷电路板基板，其中用以制备所述金属薄层的材料为铝。
7.如权利要求1所述的软性印刷电路板基板，其中所述粘着层或所述保护层由丙烯酸酯树脂制备。
8.如权利要求1所述的软性印刷电路板基板，其中所述粘着层或所述保护层由软质环氧树脂制备。
9.如权利要求8所述的软性印刷电路板基板，其中所述软质环氧树脂为以二聚酸改性的热固型环氧树脂。
10.如权利要求9所述的软性印刷电路板基板，其中所述二聚酸具有两个以上羧基的不饱和脂肪酸。
11.如权利要求9所述的软性印刷电路板基板，其中所述软质环氧树脂进一步包含树脂，且所述树脂选自双酚A环氧树脂、溴化双酚A环氧树脂、双酚F环氧树脂、长链双酚A环氧树脂、长链双酚F环氧树脂、端羧基丁腈橡胶改性的环氧树脂、羧酸化丙烯腈丁二烯橡胶、丙烯腈丁二烯橡胶以及羧酸化丙烯酸橡胶所组成的族群。
12.如权利要求11所述的软性印刷电路板基板，其中所述以二聚酸改性的热固型环氧树脂的添加量占树脂总重量比为40～100phr，且所述树脂的添加量占树脂总重量比不超过60phr。
13.如权利要求9所述的软性印刷电路板基板，其中所述软质环氧树脂进一步包含硬化剂与催化剂。
14.如权利要求13所述的软性印刷电路板基板，其中所述硬化剂选自双氰胺、酚甲醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、聚酰胺、多硫化物、酰胺-胺以及芳香族胺所组成的族群。
15.如权利要求13所述的软性印刷电路板基板，其中所述催化剂选自胺、咪唑以及三氟化硼单乙烷胺所组成的族群。
16.如权利要求13所述的软性印刷电路板基板，其中以所述树脂的总重量为100phr时，所述硬化剂的添加量为1～30phr，且所述催化剂的添加量为0.1～10.0phr。
17.如权利要求9所述的软性印刷电路板基板，其中所述软质环氧树脂进一步包含流变调整剂。
18.如权利要求17项所述的软性印刷电路板基板，其中所述流变调整剂系选自微细白烟、消泡剂、流平剂、有机溶剂、色料、阻燃剂及无机填充物所组成的族群。
19.如权利要求8所述的软性印刷电路板基板，其中所述软质环氧树脂系为羧酸化丁二烯-丙烯腈橡胶。
20.如权利要求19所述的软性印刷电路板基板，其中所述软质环氧树脂中进一步包含环氧树脂。
21.如权利要求20所述的软性印刷电路板基板，其中所述环氧树脂选自双酚A环氧树脂、溴化双酚A环氧树脂、双酚F环氧树脂、长链双酚A环氧树脂、长链双酚F环氧树脂以及端羧基丁腈橡胶改性的环氧树脂所组成的族群。
22.如权利要求20所述的软性印刷电路板基板，其中环氧树脂的重量以100phr为基础时，所述羧酸化丁二烯-丙烯腈橡胶的添加量为40～120phr。
23.如权利要求1所述的软性印刷电路板基板，其中所述粘着层与所述保护层以相同的材料制备。
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