TWI589196B

TWI589196B - Multilayer printed circuit board with low warpage

Info

Publication number: TWI589196B
Application number: TW103145876A
Authority: TW
Inventors: Hao Chen; Li-Zhi Yu; xiang-nan Li; xing-fa Chen
Priority date: 2014-12-04
Filing date: 2014-12-27
Publication date: 2017-06-21
Also published as: CN105722303B; CN105722303A; TW201622497A; US20160165714A1

Description

具低翹曲特性之多層印刷電路板

本發明係關於一種多層印刷電路板，特別係關於一種兼具低翹曲特性及高訊號傳輸特性之多層印刷電路板。

為滿足電子產品輕薄短小及方便攜帶的需求，現今電子產品製造商無不朝向電子元件微小化的方向進行研發。

印刷電路板是許多電子產品（如智慧型手機）中不可或缺的元件之一，其功能在於提供不同電子元件之間的電子訊號傳輸。為了減少印刷電路板之體積或厚度，近年來許多印刷電路板製造商開始採用諸如高密度互連（high density interconnection，簡稱HDI）等技術手段，目的在於以相同或更小的體積或厚度形成更為密集的線路連接。

以HDI技術為例，其採用雷射微盲孔鑽孔、細線寬及高性能的薄型材料等各種方式來達成線路高密度化。此種密度的增加可大幅提升單位面積上的連接功能，此外，更先進的任意層（any layer）HDI多層印刷電路板更採用電鍍填孔堆疊式的微盲孔結構，以達到更為複雜的層間互聯。

一般而言，任意層HDI技術與傳統印刷電路板製造流程不同，其主要是採用增層法（build-up method）來形成各線路層及絕緣層，每一次增層均涉及壓合半固化片及銅箔、雷射鑽孔、孔內金屬化及線路製作（曝光、顯影、蝕刻）等程序，並依照所需層數重覆前述步驟數次以完成多層印刷電路板，例如一般手機用電路板層數約為8至14層。

於表面元件（如主動元件或被動元件）安裝於印刷電路板上時，需要經過回焊製程（如IR-reflow），使無鉛焊料熔融後將表面元件與印刷電路板上的金屬線路接著。然而，一般製作印刷電路板絕緣層的樹脂材料經過回焊製程後會產生形變，造成基板翹曲變形而平整度降低，進而發生焊接不良（如虛焊或假焊）等負面影響，容易造成產品短路及終端產品熱當機等問題。

據此，有需要提供一種可同時滿足低翹曲特性及高訊號傳輸特性之多層印刷電路板。

本發明之主要目的之一，在於提供一種低翹曲特性的多層印刷電路板，其可減少翹曲造成的焊接不良等問題，同時保有符合要求的訊號傳輸特性。

為達前述目的，本發明提供一種多層印刷電路板，包括：一核心板，包括一核心絕緣層及形成於該核心絕緣層兩側表面之線路；複數絕緣層，分別依序形成於該核心板之兩側；以及複數線路層，分別形成於該等絕緣層之間及最外側絕緣層之表面；其中，該核心絕緣層含有不同於該等絕緣層之樹脂材料，致使該核心絕緣層之翹曲特性低於該等絕緣層。

前述多層印刷電路板之主要特徵之一，在於核心絕緣層所採用的樹脂材料與其他絕緣層有所不同，且核心絕緣層具有優於其他絕緣層的低翹曲特性，特別是受熱後低翹曲特性，以降低各層板材在壓合製程後所發生的變形問題，進而確保不會造成報廢而提高不良率的問題。此外，核心絕緣層外的其他絕緣層具有較佳的電子訊號傳輸特性，例如較低的介電常數或介電損耗，因而適用於傳輸高頻訊號。

所述樹脂材料係與樹脂組成物為同義詞，其指包含多個成分(components or ingredients)之組成物。

於一實施例中，前述翹曲特性可為IPC-TM-650 2.4.22規範的扭曲（Twist）量測方法所測得。舉例而言，該多層印刷電路板經過260^o C回焊製程後，翹曲高度低於0.6 mm，翹曲率低於0.4%（皆依IPC-TM-650 2.4.22測試標準量測）。於較佳實施例中，該多層印刷電路板經過260^o C回焊製程後，翹曲高度低於0.5 mm，翹曲率低於0.3%。

於另一實施例中，該等絕緣層之訊號傳輸特性優於該核心絕緣層。

於再一實施例中，其他絕緣層之介電常數小於核心絕緣層。舉例而言，其他絕緣層之介電常數可小於3.6（依JIS C2565測試方法量測）。

於另一實施例中，其他絕緣層之介電損耗小於核心絕緣層。舉例而言，其他絕緣層之介電損耗可小於0.010（依JIS C2565測試方法量測）。

於又一實施例中，前述其他絕緣層之介電常數（如小於3.6）係於2至10 GHz頻率下量測。

於再一實施例中，前述其他絕緣層之介電損耗（如小於0.010）係於2至10 GHz頻率下量測。

一般而言，核心板可由以下步驟製得：提供一基材（如玻璃纖維布）含浸於一樹脂組成物中並烘烤成半固化態（B-stage），該樹脂組成物包括但不限於馬來醯亞胺、硬化劑及交聯劑、無機填充物，該樹脂組成物亦可進一步包含環氧樹脂或氰酸酯樹脂；於該樹脂組成物含浸之基材（又稱半固化片）兩側分別疊合一銅箔並進行壓合；以及於銅箔表面形成線路。

此外，前述多層印刷電路板可由以下步驟製得：提供一含浸有一樹脂組成物之基材（例如第一半固化片），該樹脂組成物包括但不限於馬來醯亞胺、二胺交聯劑（例如：2,2’-雙(4-(4-胺基苯氧基)苯基)丙烷，2,2'-Bis(4-(4-aminophenoxy)phenyl)propane）及二氧化矽無機填充物；於該基材兩側分別疊合一銅箔並進行壓合；於銅箔表面形成線路，藉此形成一具有核心絕緣層之核心板；依照所需層數，重複進行以下增層步驟：將第二半固化片及銅箔壓合於該核心板至少一面之外側，使第二半固化片形成外部絕緣層；進行鑽孔製程；進行孔內金屬化製程；以及於銅箔表面製作線路；以及於獲得所需層數之外部絕緣層後，進行表面處理；其中，該核心絕緣層之翹曲特性優於外部絕緣層，外部絕緣層之訊號傳輸特性優於該核心絕緣層。

於一實施例中，本發明之多層印刷電路板之該等絕緣層係分別以壓合方式形成，並對壓合後之多層板量測其翹曲特性（如翹曲高度或翹曲率）。

以下謹搭配隨附圖式對實施例進行說明，以增進對於本文所呈現之理論的理解。具有通常知識者應瞭解，圖式中之元件乃是為了達成簡單及清楚說明之目的，且不一定按比例繪製。例如，在該等圖式中，某些物件的尺寸相對於其他物件可能有所放大，以有助於對實施例的理解。

由於各種態樣與實施例僅為例示性且非限制性，故在閱讀本說明書後，具有通常知識者可知在不偏離本發明之範疇下，亦可能有其他態樣與實施例。根據下述之詳細說明與申請專利範圍，將可使該等實施例之特徵及優點更加彰顯。

於本發明中，係使用「一」或「一個」來描述本文所述的元件和組件。此舉只是為了方便說明，並且對本發明之範疇提供一般性的意義。因此，除非很明顯地另指他意，否則此種描述應理解為包括一個或至少一個，且單數也同時包括複數。

此外，於本文中，用語「包含」、「包括」、「具有」、「含有」或其他任何類似用語意欲涵蓋非排他性的包括物。舉例而言，含有複數要件的一元件、結構、製品或裝置不僅限於本文所列出的此等要件而已，而是可以包括未明確列出但卻是該元件、結構、製品或裝置通常固有的其他要件。除此之外，除非有相反的明確說明，用語「或」是指涵括性的「或」，而不是指排他性的「或」。例如，以下任何一種情況均滿足條件「A或B」：A為真（或存在）且B為偽（或不存在）、A為偽（或不存在）且B 為真（或存在）、A 和 B均為真（或存在）。

本發明一實施例提供一種多層印刷電路板，例如一種採用HDI技術製得之多層印刷電路板，其主要包括：一核心板，包括一核心絕緣層及形成於該核心絕緣層兩側表面之線路；複數絕緣層，分別依序形成於該核心板之兩側；以及複數線路層，分別形成於該等絕緣層之間及最外側絕緣層之表面。

除非另有指明，前述多層印刷電路板之層數並不特別限制，且可為例如8層板、10層板、12層板、14層板、16層板…等等，其中層數之計算係以多層印刷電路板中導電層（例如銅線路層）的數量決定。

前述核心板可利用以下方式製作：將基材（例如習知玻璃纖維布1078）含浸於第一樹脂組成物後烘烤至半固化態（即B-stage）後得到半固化片（prepreg），將半固化片依照一定大小進行裁切後，在兩側分別疊合一張0.5 oz HTE銅箔，之後於真空條件、高溫（195^o C）及高壓（500 psi）下壓合固化三小時，並視需要於銅箔表面製作線路（如透過曝光、微影、蝕刻製程）以製得核心板。

於一實施例中，前述第一樹脂組成物可包含馬來醯亞胺、硬化劑或交聯劑、無機填充物等成分，其可為適於製造出較低翹曲特性之絕緣層的任一種樹脂組成物，例如雙馬來亞醯胺三嗪（bismaleimide triazine，BT）樹脂或馬來醯亞胺與雙苯胺的組成物，或進一步再包含氰酸酯樹脂或環氧樹脂，又例如可購自並使用台光電子材料所生產之EM-LX組成物。

於製得核心板後，在核心板兩側分別疊合一張半固化片，並於半固化片外側再疊合一張0.5 oz HTE銅箔，並於真空條件、高溫（175^o C）及高壓（360 psi）下壓合固化一小時，以完成第一壓，並視需要進行鑽孔製程、孔內金屬化製程及線路製程以完成第一增層步驟，進而形成四層板。

前述增層步驟中所使用的半固化片可由例如習知玻璃纖維布1067含浸於第二樹脂組成物後進行烘烤至半固化態而得，其中第二樹脂組成物有別於第一樹脂組成物且為一低介電材料（Dk小於3.5，於2GHz頻率下量測），例如台光電子材料所生產之EM-355(D)組成物（Dk=3.33，於2GHz頻率下量測）。據此，增層步驟中所形成的其他外部絕緣層因使用低介電材料而具有較佳的訊號傳輸特性。

之後，視需要進行第二增層步驟、第三增層步驟…等，以達到所需層數的印刷電路板，例如對核心板進行四次增層即可得到10層板，之後進行表面處理及其他印刷電路板製程採用的後處理程序，即可獲得多層印刷電路板之成品。

本發明之主要特徵在於，在製造過程中，使用成品翹曲特性較佳的樹脂材料來製造核心板，以提供較佳（即較低）的翹曲特性，使完成後的電路板經過回焊製程（260^o C至288^o C）後不至於嚴重翹曲。此外，於外層結構採用了訊號傳輸特性較佳（如低介電常數（Dk ＜ 3.5，於2 GHz頻率下量測），但不以此為限）的材料進行增層，使得增層所得之絕緣層達到所需的高傳輸速率。

就多層印刷電路板的訊號傳輸而言，於低頻（＜1 GHz）下訊號大多於線路層（如銅線路層）傳遞，於高頻（＞ 1GHz，如2 GHz）下訊號傳輸則與絕緣層（或稱介質層）的特性相關，例如絕緣層的傳輸速率V與Dk呈以下關係： V = k*c / （其中，V為訊號傳輸速度、c為光速、k為常數、Dk為介電常數）。因此，絕緣層之介電常數越小，傳輸速率V越快。

本發明之主要優點在於使用低翹曲特性材料作為核心層，提高後續電路板製程的低翹曲特性，並使用高訊號傳輸特性的材料做為其他絕緣層（或稱介質層），可有效提高訊號傳輸速率，因而可同時克服下述三種多層印刷電路板架構所衍生的問題：（A）多層板皆使用一般FR-4材料，有翹曲特性不佳、訊號傳輸速率不佳的問題；（B）多層板皆使用一般低介電常數材料，有翹曲特性不佳的問題；（C）多層板皆使用低翹曲特性材料，則訊號傳輸速率較慢（低翹曲特性的材料之介電常數一般會高於低介電常數材料），材料成本高，且需要使用更高溫度的壓合製程，所需壓合成本較高，且容易造成棕化銅箔受熱後耐熱性不佳、撈邊成型等加工不易等缺點。

具體實施例

實施例1之核心板利用以下方式製作：準備第一半固化片（EM-LX，可購自台光電子材料，使用1078玻布），在第一半固化片兩側分別疊合一張0.5 oz HTE銅箔，之後於真空、高溫（195^o C）及高壓（500 psi）條件下壓合固化三小時得到含銅基板，並於銅箔表面製作線路（如習知之曝光、微影、蝕刻製程，在此不做贅述）以製得核心板，核心板厚度約2.4密耳(mil)。

實施例1之增層步驟利用以下方式製作：於製得上述核心板後，準備第二半固化片（EM-355(D)，使用1067玻布），於核心板兩側分別疊合一張第二半固化片，並於半固化片相對於核心板之另外一側再疊合一張0.5 oz HTE銅箔，並於真空條件、高溫（175^o C）及高壓（360 psi）下壓合固化一小時，以完成第一壓，並進行鑽孔製程，並利用鑽孔製程製作對位孔，再進行孔內金屬化製程及線路製程以完成第一增層步驟，進而形成四層板。

重複上述增層步驟，形成六層板（第二增層，第二壓）、八層板（第三增層，第三壓）直到形成十層板（第四增層，第四壓）。

將製作完成之實施例及比較例十層板（樣本數均為二十四個），裁切成長150毫米、寬78毫米、對角線長169毫米，如圖1所示之多層（十層）印刷電路板1，其主要包括一核心板10，包括一核心絕緣層12及形成於該核心絕緣層兩側表面之線路14；複數增層方式形成之絕緣層20，分別依序形成於該核心板10之兩側；以及複數線路30，分別形成於該等絕緣層20之間及最外側絕緣層20之表面。前述十層印刷電路板可由習知技藝已公開之方法製得，且核心板材料及絕緣層材料均可購自台光電子材料所公開銷售之產品。其中，實施例及比較例之核心板主要採用玻璃纖維布作為基材，且核心絕緣層分別含有下表一所示之材料特性：表一

實施例及比較例之核心板及複數（增層）絕緣層主要採用玻璃纖維布作為基材，且三種樹脂材料含有下表二所示之材料特性：表二

上表分別比較低翹曲特性材料EM-LX、低介電材料EM-355(D)及一般FR-4.1材料EM-285之材料特性，其中翹曲高度與翹曲率之量測方式如下：準備第一半固化片（使用1078玻布），在第一半固化片兩側分別疊合一張0.5 oz HTE銅箔，之後於真空、高溫（195^o C）及高壓（500 psi）條件下壓合固化三小時得到雙面含銅基板，將該雙面含銅基板之任一側銅箔蝕刻去除並保留另一側之銅箔以製得單面銅箔之核心板，並將上述三種材料所得之單面銅箔之核心板分別依據IPC-TM-650 2.4.22測試方法測得翹曲高度及翹曲率。

於上表二中，由於不含銅核心板之翹曲高度及翹曲率較小難以量測，因此選用翹曲高度及翹曲率較明顯之單面銅箔之核心板進行比較。另外，介電常數Dk為使用1067玻布含浸樹脂組成並烘烤成半固化態的兩張半固化片製作的不含銅基板利用空腔共振器量測（依據JIS C2565測試方法）所得數值。

此外，對於實施例及各比較例，量測各樣本於260^o C回焊製程一回後之電路板翹曲特性，量測方法係依據IPC-TM-650 2.4.22規範中針對扭曲（Twist）量測之相關說明，將十層板裁切成長150毫米、寬78毫米、最大平面之對角線長169毫米的尺寸，將其放至於大理石平台上，以高度規量測電路板翹曲最大的一角與相對於另外三角形成的平面之垂直距離作為翹曲高度。翹曲率之定義為：翹曲率 = (翹曲高度/對角線長度)*100%。實施例E1及比較例C1、C2之樣本數均為二十四個。

實施例及各比較例之十層板板材之翹曲高度、翹曲率如下表三及表四所示：表三表四

由上表數據可知，本發明實施例一使用低翹曲特性的材料做為核心板，其它絕緣層使用低介電材料製作的十層電路板，其具有較低的平均翹曲高度及平均翹曲率，且最大翹曲率與最小翹曲率的差值也最小，代表本發明實施例具有較佳的翹曲特性。反之，比較例一及比較例二的核心板分別使用低介電材料及一般FR-4.1材料，具有相對較大的平均翹曲高度及平均翹曲率。

以上實施方式本質上僅為輔助說明，且並不欲用以限制申請標的之實施例或該等實施例的應用或用途。於本文中，用語「例示性」代表「作為一實例、範例或說明」。本文中任一種例示性的實施態樣並不必然可解讀為相對於其他實施態樣而言為較佳或較有利者。

此外，儘管已於前述實施方式中提出至少一例示性實施例或比較例，但應瞭解本發明仍可存在大量的變化。同樣應瞭解的是，本文所述之實施例並不欲用以透過任何方式限制所請求之申請標的之範圍、用途或組態。相反的，前述實施方式將可提供本領域具有通常知識者一種簡便的指引以實施所述之一或多種實施例。再者，可對元件之功能與排列進行各種變化而不脫離申請專利範圍所界定的範圍，且申請專利範圍包含已知的均等物及在本專利申請案提出申請時的所有可預見均等物。

1‧‧‧多層印刷電路板
10‧‧‧核心板
12‧‧‧核心絕緣層
14‧‧‧線路
20‧‧‧絕緣層
30‧‧‧線路

圖1為本發明一實施例之多層（十層）印刷電路板示意圖。

1‧‧‧多層印刷電路板

10‧‧‧核心板

12‧‧‧核心絕緣層

14‧‧‧線路

20‧‧‧絕緣層

30‧‧‧線路

Claims

一種多層印刷電路板，包括：一核心板，包括一核心絕緣層及形成於該核心絕緣層兩側表面之線路；複數絕緣層，分別依序形成於該核心板之兩側；以及複數線路層，分別形成於該等絕緣層之間及最外側絕緣層之表面；其中，該核心絕緣層含有不同於該等絕緣層之樹脂材料，致使該核心絕緣層之翹曲特性低於該等絕緣層。
如請求項1所述之多層印刷電路板，其中該翹曲特性為翹曲高度。
如請求項1所述之多層印刷電路板，其中該翹曲特性為翹曲率。
如請求項2所述之多層印刷電路板，其中該多層印刷電路板經過260^o C回焊製程後，翹曲高度低於0.6 mm。
如請求項3所述之多層印刷電路板，其中該多層印刷電路板經過260^o C回焊製程後，翹曲率低於0.4%。
如請求項2所述之多層印刷電路板，其中該多層印刷電路板經過260^o C回焊製程後，翹曲高度低於0.5 mm。
如請求項3所述之多層印刷電路板，其中該多層印刷電路板經過260^o C回焊製程後，翹曲率低於0.3%。
如請求項1所述之多層印刷電路板，其中該等絕緣層之介電常數小於該核心絕緣層。
如請求項1所述之多層印刷電路板，其中該等絕緣層之介電損耗小於該核心絕緣層。