TWI394494B - 維度穩定之撓性覆金屬層壓板及其製造方法 - Google Patents

維度穩定之撓性覆金屬層壓板及其製造方法 Download PDF

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Description

維度穩定之撓性覆金屬層壓板及其製造方法
本發明係有關於一種撓性覆金屬層壓板，尤指一種用於筆記型電腦、監視器或電視組之大尺寸液晶顯示器，以及例如行動電話或PDA(可攜式數位助理)之小尺寸電子裝置所使用的可撓性電路板中的主要部分之撓性覆金屬層壓板。
一般說來，印刷電路板(printed circuit board,PCB)是利用各種導電途徑或路徑來支援及連接各式組件，因此常被比作為電子產品之神經系統。隨著諸如筆記型電腦、行動電話、PDAs、小尺寸影像相機或電子式行程規劃器等電子產品的發展，就產品之高度整合及微型化之觀點而言，PCB變得更為重要。
根據物理特徵，PCB可以區分為硬質PCB、撓性PCB、結合硬質PCB與撓性PCB之硬質-撓性PCB、以及相似於硬質-撓性PCB之多撓性PCB。
撓性PCB是由撓性覆金屬層壓板所組成。撓性覆金屬層壓板可用在數位電子產品，例如行動電話、數位攝相機、筆記型電腦、或液晶螢幕。撓性覆金屬層壓板具有極佳的彈性，並且具有重量輕與體積小之優勢。因此，撓性覆金屬層壓板之需求目前正快速增加中。
一般說來，撓性覆金屬層壓板使用一高分子膜為基材，而高分子膜上形成有一電路。然而，高分子膜與形成電路之金屬層之間的強度及熱膨脹係數(coefficient of thermal expansion,CTE)並不相同。因此，在撓性覆金屬層壓板中存在有應力，而當形成圖案時將導致維度改變，並因此使得用以強制限制高分子膜的金屬層脫離。
在形成圖案之後，維度變化率(a dimensional change ratio)是很大的，當嵌上半導體晶片或是連接液晶面版或PCB基材到撓性覆金屬層壓板時，在撓性覆金屬層壓板一側的電路，可能有局部沒有與位在半導體晶片、LCD面板或PCB基材一側的電路(亦即，相對於撓性覆金屬層壓板之電極)重疊，如第1圖之S部分所示。結果可能發生未連結。再者，若以維度變化率之中心值來看，當維度變化率誤差太大，在某些情況下可能無法建立穩定的連線與連接。
本發明係設計用來解決上述的問題。因此，本發明之一目的係提供具極佳特性之撓性覆金屬層壓板，藉由控制金屬層之組成與紋理結構以及高分子膜的材料性質，使得即使在圖案形成之後，其維度變化率很小。
以下將詳述本發明之其他目的與優點，並可由本發明之較佳實施例得到更清楚的瞭解。並且，可以藉由單獨地或組合地使用記載於隨附申請專利範圍中之手段而理解本發明之目的與優點。
為達上述目的，一種撓性覆金屬層壓板，包括一高分子膜、一連結塗層(a tie-coat layer)、一金屬晶種層以及一金屬導電層，其中該金屬導電層之不純物總含量為0.03%或更低，紋理結構(texture)中主要配向成分(predominant orientational components)之體積比例為50%或更高，以及粗結晶(macrocrystal)之比例為10%或更低。
較佳地，該高分子膜具有5.0至10.5Gpa之模數、11至18μm/m℃之熱膨脹係數(CTE)以及5.5至9.5ppm之吸濕性膨脹係數。
較佳地，該連結塗層係由鎳、鉻、或其合金所製成，該金屬晶種層及該金屬導電層係由銅或銅合金所製成，以及該高分子膜係由聚亞醯胺所製造。
較佳地，於圖案形成後，該撓性覆金屬層壓板之維度變化率為0.05%或更低，以及該撓性覆金屬層壓板之維度變化率之誤差為0.02%點(0.02% point)或更低。
根據本發明之另一態樣，一種用於製造撓性電路板之撓性覆金屬層壓板的方法，包括：(a)製備一高分子膜；(b)形成一連結塗層於該高分子膜上；(c)形成一金屬晶種層於具有該連結塗層之該高分子膜上；(d)以電鍍形成一金屬導電層於該金屬晶種層上，該金屬導電層之不純物總含量為0.03%或更低，紋理結構中主要配向成分之體積比例為50%或更高，以及粗結晶之比例為10%或更低。
較佳地，在步驟(a)中，製備出一高分子膜，其模數為5.0至10.5GPa，熱膨脹係數為11至18μm/m℃，以及吸濕性膨脹係數5.5至9.5ppm。
下文中，將配合附圖詳細說明本發明之較佳實施例。在敘述前，應瞭解在說明書及後附之申請專利範圍中的用語不應被解釋成限制在一般及字典上的意義，基於為了最佳釋明而允許發明人適當地定義用語之原則，應以對應本發明之技術觀點的意義與觀念而為解釋。因此，於此所提之敘述是僅為說明之目的之一較佳實施例，並非意圖限制本發明的範籌，所以應瞭解在不脫離本發明之精神及範疇下，對本發明為其他均等意義及修改是可能的。
第2圖為根據本發明一實施例之撓性覆金屬層壓板的剖面示意圖。
請參照第2圖，根據本發明之一撓性覆金屬層壓板包括一高分子膜100；一連結塗層110形成在高分子膜100上，且是由不同種類的金屬所組成；一金屬晶種層120，其係藉由鍍膜而形成在連結塗層110上；以及一金屬導電層130，其係藉由電鍍而形成在金屬晶種層120上。
高分子膜100為一聚亞醯胺，具有適合於一撓性覆金屬層壓板之彈性。聚亞醯胺膜具有高熱組抗與可撓性以及極佳的機械強度，而且其熱膨脹係數相似於金屬的熱膨脹係數，因此被廣泛的當作一可撓性膜來使用。在此，所形成的高分子膜100具有極佳的材料性質。亦即，高分子膜100具有5.0至10.5Gpa之模數、11至18μm/m℃之熱膨脹係數(CTE)以及5.5至9.5ppm之吸濕性膨脹係數。若高分子膜100符合上述條件，此高分子膜100具有極佳的材料性質，以下將詳述之。在可撓性電路板之一預定圖案被形成在金屬導電層(下文將敘述)以及據此圖案而移除此導電金屬層之後，此示範性條件能夠使撓性覆金屬層壓板之物理性質，特別是維度變化率以及維度變化率之誤差值很小。
藉由一真空成膜方法，在高分子膜100的表面上形成連結塗層110。連結塗層110夾置在高分子膜100與金屬晶種層120之間，可提高附著強度以及作為其間的阻障。因此，即使撓性覆金屬層壓板經高溫處理，連結塗層110仍可避免金屬晶種層120自高分子膜100上分開。
較佳地，連結塗層110的厚度是控制在經高溫處理或是被用來形成電路的電鍍溶液滲透之後，而能夠使得連結塗層110不會被分離。因為連結塗層110夾置於高分子膜100與金屬晶種層120之間，並用以增強其間的附著強度，所以連結塗層110之厚度不需要太厚。較佳地，連結塗層110之厚度為50至300。若連結塗層110之厚度過度地薄，連結塗層110太脆弱而無法對抗高溫，且侵蝕組抗太差。而使得在高溫處理或是被用以形成電路的電鍍溶液滲透之後，連結塗層110可能分離。
較佳地，連結塗層110是由與其他材料具有好的鍵結性及反應性的金屬所製成的，例如鉻、鎳或其合金。
金屬晶種層120是藉由各種真空鍍膜方法而形成在連結塗層110上，例如濺鍍。較佳地，金屬晶種層120是由銅或銅合金所製成的。金屬晶種層120的厚度是被控制在能夠使得金屬晶種層120得與以下敘述的金屬導電層130之間具有至少一預定範圍的接著強度。較佳地，金屬晶種層120的厚度為500或更高。
金屬導電層130藉由電鍍方式形成在金屬晶種層120上。亦即，在藉由真空鍍膜方法形成金屬晶種層120之後，將金屬晶種層120浸泡在一電鍍溶液中，所以金屬導電層130是藉由電化學反應而形成在金屬晶種層120上。較佳地，金屬導電層130是由銅(Cu)或銅合金所製成。
具有導電性之金屬導電層130具有能夠展現極佳材料性質的紋理結構及組成。亦即，所形成的金屬導電層130是使得其中例如碳(C)及硫(S)之不純物之總含量為0.03%或更低，紋理結構(texture)中的主要配向成分(predominant orientational components)之體積比為50%或更多，而且粗結晶之比例為10%或更低。若金屬導電層130符合上述條件，則金屬導電層130具有極佳的材料性質，以下將說明之。如上所述，在可撓性電路板之一預定圖案被形成在金屬導電層中以及據此圖案移除此導電金屬層之後，此示範性條件能夠使得撓性覆金屬層壓板維度變化率以及維度變化率之誤差值變很小。
此時，紋理結構是指具有相同晶體向位(crystal orientation)之複數結晶體在多晶物質中的分佈情形。例如，晶體向位平面中的紋理結構為一結晶學之紋理結構，其中晶體有秩序地沿著某一特定軸之方向排列(垂直此平面之方向)。具有至少兩紋理結構之金屬層在材料性質中呈現重要特徵。
較佳地，在圖案形成以及隨後移除金屬導電層後，其維度變化率為0.05%或更低，且維度變化率之誤差為0.02%點(0.02% point)或更低，因此可以得到穩定的接線及連接。
下文中，將詳細敘述根據本發明一實施例之撓性覆金屬層壓板的製造方法。
第3圖為根據本發明一實施例之撓性覆金屬層壓板的製造方法的流程圖。
請參照第3圖，首先製備高分子膜100(S10)，然後以例如濺渡、蒸發(evaporation)或離子鍍膜(ion plating)等真空成膜之方法而形成不同種類金屬之連結塗層110(S20)。
具體地說，形成高分子膜100使其模數為5.0至10.5Gpa、熱膨脹係數(CTE)為11至18μm/m℃、吸濕性膨脹係數(CHE)為5.5至9.5ppm。將所製備的高分子膜100置入一維持在真空的腔體中，而且為了表面改質，是以包含如氬、氧、氮或其混合物之電漿進行乾式預處理。接著，在維持腔體內真空度下，藉由包括濺渡之真空成膜方法，由一金屬靶(鎳鉻元素合金的金屬靶)在例如氬之惰性氣體環境中，在高分子膜100上形成連結塗層110。
接著，在連結塗層110上形成銅或銅合金之金屬晶種層120(S30)。當腔體內維持真空時，在例如氬之惰性氣體環境中，藉由濺鍍方式由一銅或銅合金靶材而在連結塗層110上形成金屬晶種層120。
接著，在金屬晶種層120上形成金屬導電層130(S40)。金屬導電層130是由使用電鍍溶液之電鍍而形成。當以電鍍方式形成金屬導電層130，金屬導電層130之組成、晶體以及紋理結構是藉由下述之參數控制。
當連結塗層110及金屬晶種層120堆疊在高分子膜100上時，高分子膜100之改質預處理的條件改變，例如氣體之種類、混合比、功率、預處理方式、堆疊時的壓力、金屬靶材與高分子膜100之間距以及金屬靶材、堆疊速度與高分子膜100的溫度。而且，當電鍍形成金屬導電層130時，電鍍溶液之溫度與組成以及電流密度也改變。金屬導電層130之紋理結構依據晶體區塊維度、表面狀況、電鍍溶液的溫度及組成、以及連結塗層110及金屬晶種層120電鍍時之電流密度而改變。藉此，決定了紋理結構中之金屬導電層130之不純物的含量、粗結晶之比例以及主要配向成分之體積比。
而且，金屬導電層130之紋理結構是依據鍍膜槽外提供之磁石的磁場強度而改變，而此鍍膜槽中容置含有欲電鍍金屬離子的電鍍溶液。
下文中，將經由實驗例詳細敘述本發明。然而，本發明並不限於實驗例，而且在後附的申請專利範圍之範疇內可以實施各種的實施例。
在這實驗例中，製備一樣品，其中一連結塗層、一金屬晶種層、以及一金屬導電層依序形成在高分子膜上。同時，製備其他複數個樣品，其中改變高分子膜的材料性質以及金屬導電層之組成與紋理結構。在圖案形成後，測試所製備之樣品，以量測維度變化率及維度變化率之誤差。
下表1及2呈現於圖案形成後之維度變化率及維度變化率誤差的量測結果，在實驗例與比較例中使用的樣品是改變例如金屬導電層(銅層)之不純物的總含量、主要配向成分的體積比與粗結晶之比例、以及高分子膜之模數、熱膨脹係數及吸濕性膨脹係數等因子所製備而成的。
請參照表1及2，以解釋實驗例及比較例中各因子的評估結果。
首先，根據本發明之實驗例所使用的樣品，其中金屬導電層(銅層)之不純物總含量(碳及硫)為0.03%或更低，紋理結構中主要配向成分之體積比為50%或更高，粗結晶比例為10%或更低，而且高分子膜之模數為5.0至10.5Gpa，熱膨脹係數(CTE)為11至18μm/m℃，以及吸濕性膨脹係數(CHE)為5.5至9.5ppm。
藉由使用符合上述條件所製成之撓性覆金屬層壓板樣品，在圖案形成之後，根據維度變化率及維度變化率誤差之量測結果，其維度變化率為0.05%或更低，以及維度變化率誤差為0.02%點或更低，如表1所示。
表2所示的比較例中，在金屬導電層之不純物總含量高於0.03%的樣品中，於圖案形成之後，具有維度變化率為0.056至0.063%，那是超過標準值0.05%。而且，在金屬導電層之紋理結構中主要配向成分體積比小於50%的樣品中，其具有維度變化率為0.058至0.071%(超過標準值0.05%)。而且，在金屬導電層之粗結晶比例高於10%的樣品中，其具有維度變化率為0.056%至0.074%(超過標準值0.05%)。
再者，高分子膜之模數小於5.0GP的樣品中，其維度變化率為0.059%，超過本發明的標準值；而且，高分子膜之模數大於10.5GPa的樣品之維度變化率為0.057至0.062%，其超過本發明的標準值。再者，高分子膜之熱膨脹係數高於18μm/m℃的樣品中，其維度變化率為0.077至0.081%，超過本發明的標準值；同時，高分子膜之熱膨脹係數(CTE)低於11μm/m℃的樣品之維度變化率為0.061至0.065%，超過了本發明的標準值。而且，高分子膜之吸濕性膨脹係數(CHE)高於9.5ppm的樣品中，例如11ppm，其維度變化率為0.055至0.058%，超過了本發明的標準值。
因此，於圖案形成後，比較例的條件不符合維度變化率之標準值，即0.05%或更低，且於圖案形成之後，不能局部地符合維度變化率誤差之標準值，即0.02%點或更低。
結論是，較佳地，形成高分子膜100而使其模數為5.0至10.5Gpa、熱膨脹係數(CTE)為11至18μm/m℃、以及吸濕性膨脹係數(CHE)為5.5至9.5ppm。而且，較佳為形成金屬導電層而使其中之不純物總含量(碳及硫)為0.03%或更低，紋理結構中主要配向成分之體積比為50%或更高，以及粗結晶比例為10%或更低。若滿足上述條件，既使撓性覆金屬層壓板在圖案形成之後，也可具有極佳的性質，亦即，維度變化率為0.05%或更低，以及維度變化率誤差為0.02%點或更低。
因此，本發明可以提供一種維度上穩定的撓性覆金屬層壓板，藉由控制高分子膜之之材料性質以及不純物含量，紋理結構以及形成在高分子膜上之金屬導電層之晶體比例，既使在圖案形成之後，其維度變化率很小。
如上所述，本發明之較佳實施例已經參照附圖而詳細地敘述。然而，應瞭解當中所表示為本發明之較佳實施例者，其中詳細的敘述以及特定的實驗例僅為說明之目的而已，對本發明所屬技術領域中之技術人士而言，由以上詳細地說明，在本發明之範疇與精神內為各式變化與修改是顯而易見的。
100．．．高分子膜
110．．．連結塗層
120．．．金屬晶種層
130．．．金屬導電層
S10,S20,S30,S40．．．步驟
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：
第1圖為顯示一使用習知撓性覆金屬層壓板之可撓性電路板因維度改變而發生之連接不良之示意圖。
第2圖為根據本發明一實施例之撓性覆金屬層壓板的剖面示意圖。
第3圖為根據本發明一實施例之撓性覆金屬層壓板的製造方法之流程圖。
100．．．高分子膜
110．．．連結塗層
120．．．金屬晶種層
130．．．金屬導電層

Claims (7)

  1. 一種撓性覆金屬層壓板，包括一高分子膜、一連結塗層、一金屬晶種以及一金屬導電層，其中該金屬導電層之不純物總含量為0.03%或更低，紋理結構中主要配向成分之體積比例為50%或更高，以及粗結晶之比例為10%或更低，且其中該高分子膜具有5.0至10.5Gpa之模數、11至18μm/m℃之熱膨脹係數(CTE)以及5.5至9.5ppm之吸濕性膨脹係數。
  2. 如請求項1所述之撓性覆金屬層壓板，其中該連結塗層係由鎳、鉻、或其合金所製成。
  3. 如請求項1所述之撓性覆金屬層壓板，其中該金屬晶種層及該金屬導電層係由銅或銅合金所製成。
  4. 如請求項1所述之撓性覆金屬層壓板，其中該高分子膜係由聚亞醯胺所製造。
  5. 如請求項1所述之撓性覆金屬層壓板，其中該撓性覆金屬層壓板於圖案形成後的維度變化率為0.05%或更低。
  6. 如請求項1所述之撓性覆金屬層壓板，其中該撓性覆金屬層壓板於圖案形成後的維度變化率誤差為0.02%點或更低。
  7. 一種用於製造撓性電路板之撓性覆金屬層壓板的方法，包括：(a)製備一高分子膜，其模數為5.0至10.5GPa，熱膨脹係數為11至18μm/m℃，以及吸濕性膨脹係數為5.5至9.5ppm；(b)形成一連結塗層於該製備之高分子膜上；(c)形成一金屬晶種層於具有該連結塗層之該高分子膜上；(d)以電鍍形成一金屬導電層於該金屬晶種層上，該金屬導電層之不純物總含量為0.03%或更低，紋理結構中主要配向成分之體積比例為50%或更高，以及粗結晶之比例為10%或更低。
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