專利名稱：先進(jìn)印刷電路板及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為關(guān)于印刷電路板(PCB， printed circuit board),更具體而 言，為有關(guān)于具有非金屬圖案(non-metal pattern)的先進(jìn)印刷電路板。
背景技術(shù)：
近年來，由于高密度電路結(jié)構(gòu)的技術(shù)日益精進(jìn)，多層印刷電路板 (multilayer PCB)發(fā)展至可應(yīng)用于各式各樣的電子產(chǎn)品。多層印刷電路板 的實(shí)例包括設(shè)置于一基板的一表面上的一內(nèi)層印刷電路圖案(inner printed circuit pattern), 由一絕緣層(insulation layer)所覆蓋，絕 緣層之上再設(shè)置一外層印刷電路圖案，內(nèi)層與外層印刷電路圖案經(jīng)由絕緣 層中的一盲孔(未穿孔，blind hole)而保持電性聯(lián)接。無(wú)電電鍍光阻層 (electroless plating resist layer)通過網(wǎng)版印刷(screen printing) 來印刷一油墨圖案以作為光阻而形成于固化接合層(cured bond layer)的 表面上，其中由熱來完成固化。用以電性聯(lián)接內(nèi)層與外層電路圖案的盲孔 利用碳酸氣雷射(carbonic acid gas laser)而形成，位于上述盲孔附近 的穿孔(through hole)則由鉆孔形成。形成于絕緣層上的外層電路圖案由 無(wú)電電鍍所形成。
美國(guó)專利第6， 117， 706號(hào)揭露了一印刷電路板。其印刷電路板包含一 基板，其中包含一可負(fù)載一電子部件的部分負(fù)載部件(part loading portion)、復(fù)數(shù)個(gè)接觸終端分別形成于基板的1表面且該表面曝露于外以 提供外部接觸、以及開口分別形成于基板的另一表面以插入接合線 (bonding wires)來連接上述電子部件至其相對(duì)應(yīng)的接觸終端，而該電子
部件為負(fù)載至基板的部分負(fù)載部件。在印刷電路板中，每一接觸終端由一 直接且靠近于基板而接合的金屬箔(metal foil)所形成。然而，在先前技術(shù)中，使用二鉻酸(dichromic acid)/硫酸/氟化鈉溶 液于化學(xué)粗加工(roughing)處理以加強(qiáng)前述無(wú)電電鍍的附著力 (adherence) 。 二鉻酸為有害物質(zhì)且有些地區(qū)禁止使用二鉻酸。含有污染 源六價(jià)鉻的泥土非常難以處理。此將造成嚴(yán)重環(huán)境污染的問題。在使用氟 化鈉的情況下，廢水中含有氟化物的處理將變得棘手又復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一目的為提供沒有前述缺失的先進(jìn)改良印刷電路板。 本發(fā)明更特定的目的為提供一多層印刷電路板，包含 一基板，電性 絕緣且提供至少一電路圖案于基板的至少1表面；上述至少一電路圖案由 非金屬材料所形成且得以電性聯(lián)接。上述至少一電路圖案的材質(zhì)包括含有 金屬的氧化物，其中該金屬為選自以下族群之一或其組合金(Au)、鋅 (Zn)、銀(Ag)、鈀(Pd)、鉑(Pt)、銠(Rh)、釕(Ru)、銅(Cu)、鐵(Fe)、鎳 (Ni)、鈷(Co)、錫(Sn)、鈦(Ti)、銦(In)、鋁(A1)、鉭(Ta)、鎵(Ga)、鍺 (Ge)、銻(Sb)。上述電路圖案包括摻雜于其中的氧化鋁(Al203)。電路圖案 可由碳管(carbon tube)及導(dǎo)電聚合物所形成。導(dǎo)電聚合物包括聚噻吩(或 聚-一 硫二烯伍環(huán))(polythi叩henes)、 聚 一 硒二烯伍環(huán) (poly(sele卿henes))、聚一碲二烯伍環(huán)(poly (tellurophenes))、 聚口比 唂(polypyrroles)、 聚苯月安(polyanilines)。
印刷電路板包含電路圖案，其中電路圖案包含玻璃、導(dǎo)電粒子、添加 物。上述玻璃選自氧化鋁(Al203)、氧化硼(13203)、 二氧化硅(Si02)、氧化 鐵(Fe203)、五氧化二磷(P205)、 二氧化鈦(Ti02)、氧化硼/硼酸/四硼酸鈉 (B203/H3B03/ Na2B407)、氧化鉛(Pb0)、氧化鎂(MgO)、氧化鎵^203)、氧 化鋰(Li20)、五氧化二釩(V205)、 二氧化鋅(Zn02)、氧化鈉(Na20)、 二氧化 鋯(Zr02)、氧化鉈/三氧化二鉈/氫氧化鉈(1) (T10/T1203/T10H)、氧化鎳/ 鎳(NiO/Ni)、 二氧化錳(Mn02)、氧化銅(CuO)、 一氧化銀(AgO)、三氧化二 鈧(Sc2。3)、氧化鍶(SrO)、氧化鋇(BaO)、氧化鈣(Ca0)、鉈(T1)、氧化鋅 (Zn0)、或其中的組合。


為讓本發(fā)明的上述內(nèi)容能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合 附圖，作詳細(xì)說明如下，其中-
圖1為本發(fā)明的印刷電路板的剖面圖；以及
圖2為本發(fā)明的印刷電路板的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
圖l為本發(fā)明的印刷電路板的剖面圖。如圖1所示，在本發(fā)明的單層
(或多層)印刷電路板(PCB， printed circuit board) 100中，印刷電路板 100包含一具有平坦外型的絕緣基板(insulation substrate)以作為一支 撐基底。絕緣基板由環(huán)氧樹脂(印oxy resin)或以玻璃纖維強(qiáng)化的環(huán)氧樹 脂所制成。提供至少一電路圖案(circuit pattern) 102于絕緣基板的上 表面或下表面其中之一。電路可形成于印刷電路板之間。先前技術(shù)包含由 銅箔(copper foil)層積(laminated)于絕緣基板的上表面及下表面二者所 制成的導(dǎo)電層。當(dāng)干膜(dry films)通過一光罩(photomask)而曝露于紫外 線中且利用1%碳酸鈉水溶液展開之后，再使用氯化銅(n)水溶液進(jìn)行蝕 刻。接著移開干膜而形成內(nèi)層電路圖案(inner circuit pattern)。本發(fā)
明并未使用已知方法，因?yàn)橐阎椒▽⒃黾釉斐扇笔У目赡苄浴?一電子組 件或組件104可經(jīng)由電子連接106而形成于印刷電路板100之上。連接106 中的部分耦合至所欲的電路圖案102。組件104僅為例示之用，非用以限 制本發(fā)明。應(yīng)理解為任何種類的組件皆可形成于印刷電路板之上。連接106 可為凸塊(bump)、接腳(pin)等等。
在一實(shí)施例中，導(dǎo)電圖案102的材質(zhì)包括含有金屬或合金的氧化物， 其中該金屬以選自下列金屬之一或多種為較佳金(Au)、鋅(Zn)、銀(Ag)、 鈀(Pd)、鉑(Pt)、銠(Rh)、釕(Ru)、銅(Cu)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、鈷(Co)、 錫(Sn)、鈦(Ti)、銦(In)、鋁(A1)、鉭(Ta)、鎵(Ga)、鍺(Ge)、銻(Sb)。 一些透明材質(zhì)包括含有鋅的氧化物與摻雜于其中的氧化鋁(A1203)。在透 明導(dǎo)電層形成的過程中利用適當(dāng)?shù)钠帘?mask)以架構(gòu)此種形狀。
形成透明導(dǎo)電層的方法包括離子束(ion beam)方法以于低溫形成薄膜 (film)，舉例而言，薄膜可在室溫下以接受性(rec印tivity)低于3x 10—4 奧姆，公分Olcm)的條件而形成。再者，亦可使用以射頻磁控濺鍍法(RFmagnetron sputtering)所濺鍍的薄膜。透明度可高于82%。在成本及生產(chǎn) 的考慮下，用以形成導(dǎo)電薄膜的方法亦可使用，例如，氧化銦錫(indium tin oxide)，可在潮濕空氣的室溫下形成，其具有非晶形態(tài)，可于高蝕刻率下 得到所欲的圖案。當(dāng)薄膜形成且具有圖案之后，以約略介于180 。C至220 。C的溫度對(duì)其進(jìn)行熱處理--小時(shí)至三小時(shí)以降低薄膜的電阻(resistance) 及加強(qiáng)其穿透率(transmiUance)。另 一 形成方式為化學(xué)溶液涂布 (coating)法。涂布溶液包含平均粒子直徑為l至25微米(pm)的粒子、平 均粒子直徑為1至25微米&m)的氧化硅(silica)粒子、及一溶劑。氧化 硅粒子與導(dǎo)電粒子的重量比以介于0. 1至1為較佳。導(dǎo)電粒子以選自下列 金屬之一或多種金屬粒子為較佳:金(Au)、鋅(Zn)、銀(Ag)、鈀(Pd)、鉬 (Pt)、銠(Rh)、釕(Ru)、銅(Cu)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、鈷(Co)、錫(Sn)、鈦 (Ti)、銦(In)、鋁(A1)、鉭(Ta)、鎵(Ga)、鍺(Ge)、銻(Sb)。導(dǎo)電粒子可 經(jīng)由在一醇類/水的混合溶劑中還原上述一或多種金屬的鹽類而得到。熱 處理以高于約100 。C的溫度進(jìn)行。氧化硅(silica)粒子可增進(jìn)所生成的 導(dǎo)電薄膜的導(dǎo)電性。金屬粒子在導(dǎo)電薄膜涂布液(coating liquid)中的重 量百分率濃度約為0. 1%至5%。
透明導(dǎo)電薄膜的形成可先經(jīng)由在一基板上施以上述液體，將其干燥后 則可形成一透明導(dǎo)電粒子層，之后將上述涂布液施加于上述精細(xì)粒子層以 于上述粒子層上形成一透明薄膜。將用以形成一透明導(dǎo)電層的涂布液施加 于一基板的方法可為浸漬(dipping)、旋轉(zhuǎn)(spinning)、噴霧(spraying)、 輥涂布(roll coating)、快干印刷(flexographic printing)、或類似的 方法，之后將上述液體在室溫至90 。C之間進(jìn)行干燥。千燥之后，涂布薄 膜經(jīng)由不低于100 °C的溫度加熱以進(jìn)行固化(curing)或以電磁波照射或 在氣體環(huán)境下干燥。
擇一形式實(shí)施方式中，形成前述電路圖案的材料包括導(dǎo)電聚合物(或 導(dǎo)電環(huán)氧化合物(印oxy)、樹脂(resin))、導(dǎo)電碳或?qū)щ娔z(glue)。非金 屬材料重量較輕、價(jià)格較低、免除環(huán)境污染的困擾、且制程較為簡(jiǎn)化。已 知印刷電路板由銅或其類似物所制成。銅的成本較高且其較重。反之，本 發(fā)明使用非金屬材料來呈現(xiàn)電路圖案于印刷電路板上以節(jié)省成本并且減 輕重量。導(dǎo)電聚合物、導(dǎo)電碳、或?qū)щ娔z的塑形或形成可藉由印刷(如網(wǎng)版印刷(screen printing))、涂布、通過粘合或蝕刻(etching)以接合而 形成。所需制程較已知制程簡(jiǎn)化。另，薄膜可接合或形成于不規(guī)則表面或 非平面表面。
在一實(shí)施例中，上述材料可為導(dǎo)電聚合物、導(dǎo)電膠、或?qū)щ娞?如奈 米碳管(CNT， carbon nanotube))。在一實(shí)施例中，導(dǎo)線由導(dǎo)電碳所制成， 例如包含多層同心殼(concentric shells)的奈米碳管(CNTs)，稱之多層 壁奈米碳管(MWNTs， multi-walled carbon nanotubes)、以及包含單一層 平面(sp2鍵結(jié))石墨薄片(gr即hene)巻于其上的單層壁奈米碳管(S麗Ts， single-walled carbon nanotubes)， 上述導(dǎo)電碳在(電)弧放電(arc discharge)的過程中利用摻雜過渡金屬的碳電極合成而得。單層壁奈米碳 管(S麗Ts)的無(wú)接縫(seamless)石墨結(jié)構(gòu)賦予這些材料特殊的機(jī)械性質(zhì) 煩請(qǐng)參照由Yakobson等人于Phys. Rev. Lett. 1996， 76， 2411所發(fā)表 的文章；Lourie等人于J. Mater. Res. 1998， 13， 2418所發(fā)表的文章； 以及Iijima等人于J. Chem. Phys. 1996， 104， 2089所發(fā)表的文章中所 述及的楊氏模量(Young's modulus)為低范圍的兆帕斯卡(TPa， trillion Pascal)及張力(tensile strengths)為超過37十億帕斯卡(GPa ， gigapascal)。 一般而言，奈米碳管復(fù)合材料(CNT composites)為互穿奈 米纖維網(wǎng)絡(luò)(interpenetrating腦ofiber networks),上述網(wǎng)絡(luò)包含相 互纏絡(luò)(entangled)的奈米碳管與巨分子在交聯(lián)聚合物基質(zhì)(crosslinked polymer matrix)中纏結(jié)(intertwined)。 一種形成奈米碳管(CNT)的方法 為將有機(jī)分子浸入(infusion)以穿入纏絡(luò)的奈米碳管叢(clumps)，因此造 成奈米碳管網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)張且產(chǎn)生分層(exfoliation)。有機(jī)分子接著進(jìn)行原位 聚合反應(yīng)(in situ polymerization)及固化(curing)以生成纏絡(luò)奈米碳管 或奈米碳管奈米纖維(線ropes)的互穿網(wǎng)絡(luò)，與交聯(lián)巨分子纏結(jié)。
導(dǎo)電聚合物包括聚噻吩(或聚一硫二烯伍環(huán))(polythi叩henes)、聚 一硒二烯伍環(huán)(poly(selenophenes))、 聚 一 碲二烯伍環(huán) (poly(tellurophenes))、 聚 口比唂 (polypyrroles)、 聚苯胺 (polyanilines)。在一實(shí)施例中，上述導(dǎo)電聚合物可自下列中的至少一種 先質(zhì)單體(precursor monomer)合成而得噻吩(或 一 硫二烯伍環(huán)) (thiophenes)、 一石西二烯伍環(huán)(selenophenes)、 一碲二烯伍環(huán)(tellurophenes)、吡咯(pyrroles)、苯胺(anilines)、及多環(huán)芳香族 (polycyclic aromatics)。由上述單體所合成而得的聚合物在本說明書中 分別稱為聚噻吩(或聚一硫二烯伍環(huán))(polythiophenes)、聚一硒二烯伍 環(huán)(poly (selenophenes))、 聚一碲二烯伍環(huán)(poly (tellurophenes))、聚 吡咯(polypyrroles)、聚苯胺(polyanilines)、及多環(huán)芳香族聚合物 (polycyclic aromatic polymers)。美國(guó)專利申請(qǐng)第20080017852號(hào)由Huh Dal Ho 等人所發(fā)明的 「Conductive Polymer Composition Comprising Organic Ionic Salt and Optoelectronic Device Using the S腦e」中 揭露了一種形成導(dǎo)電聚合物的方法。在一實(shí)施例中，導(dǎo)電聚合物為一有機(jī) 聚合物半導(dǎo)體、或一有機(jī)半導(dǎo)體。導(dǎo)電聚乙炔(polyacetylenes)類型包括 聚乙炔、聚吡咯(polypyrroles)、聚苯胺(polyanilines)、及其衍生物。 導(dǎo)電有機(jī)聚合物通常具有延伸的非定域鍵(delocalized bond),這些非定 域鍵產(chǎn)生如同硅的能帶(band)結(jié)構(gòu)，但具有局域態(tài)(localized state)。 零能帶間隙(zero band gap)導(dǎo)電聚合物可呈現(xiàn)如金屬般的特性。
擇一形式實(shí)施方式中，印刷電路板的電路圖案可由導(dǎo)電膠形成，導(dǎo)電 膠可由如硅樹脂(silicones)或環(huán)氧化合物(印oxy)等材料摻雜金屬粒子 所制成。薄膜導(dǎo)線為透明。在一實(shí)施例中，導(dǎo)電膠可由下列中至少一種的 混合物所形成玻璃、添加物、及導(dǎo)電粒子(如金屬粒子)。導(dǎo)電膠可包含 鋁(及/或銀)粉、及一固化劑(curing agent)。上述玻璃選自氧化鋁 (A1203)、氧化硼(B203)、 二氧化硅(Si02)、氧化鐵(Fe2。3)、五氧化二磷 (P205)、 二氧化鈦(Ti02)、氧化硼/硼酸/四硼酸鈉(B203/ H3B03/ Na2B407)、 氧化鉛(Pb0)、氧化鎂(Mg0)、氧化鎵(Ga203)、氧化鋰(Li20)、五氧化二釩 (V205)、 二氧化鋅(Zn02)、氧化鈉(Na20)、 二氧化鋯(Zr02)、氧化鉈/三氧 化二鉈/氫氧化鉈(1) (T10/T1203/T10H)、氧化鎳/鎳(Ni0/Ni)、 二氧化錳 (Mn02)、氧化銅(Cu0)、 一氧化銀(Ag0)、三氧化二鈧(Sc203)、氧化鍶(Sr0)、 氧化鋇(Ba0)、氧化鈣(Ca0)、鉈(T1)、氧化鋅(Zn0)。添加物的材料包括 油酸(oleic acid)。
擇一形式實(shí)施方式中，電子組件104的連接106可由前述的材料形成 以避免環(huán)境污染。上述材料不包含鉛于其中。因此，可提供一無(wú)鉛結(jié)構(gòu)。 再者，如圖2所示，前述電路圖案的導(dǎo)電材料102a可形成于組件104的
9至少一表面，例如上表面、側(cè)面、下表面以加強(qiáng)散熱。
如同熟習(xí)此領(lǐng)域技術(shù)者所知悉，上述本發(fā)明中的較佳實(shí)施例僅為例示 之用并非用以限制本發(fā)明。在不偏離本發(fā)明的精神及權(quán)利要求范疇下所作 的各種修改及類似變化亦包含于本發(fā)明，本發(fā)明的范疇?wèi)?yīng)以最寬廣的方式 解讀以涵蓋所有上述的各種修改及類似結(jié)構(gòu)。雖然本發(fā)明以特定實(shí)施例闡 明如上，然而，應(yīng)理解為許多變化在不偏離本發(fā)明的精神及范疇下亦可被 實(shí)施。
權(quán)利要求
1、一種印刷電路板，包含一基板；至少一電路圖案提供于該基板的至少一表面；其中該至少一電路圖案由非金屬材料所形成且得以電性聯(lián)接。
2、 如權(quán)利要求1所述的印刷電路板，其中該至少一電路圖案的材料包括含有金屬的氧化物，其中該金屬為選自以下族群之一或其組合金、鋅、銀、鈀、鉬、銠、釕、銅、鐵、鎳、鈷、錫、鈦、銦、鋁、鉭、鎵、鍺、銻。
3、 如權(quán)利要求2所述的印刷電路板，其中該至少一電路圖案包含氧化鋁摻雜于其中。
4、 如權(quán)利要求l所述的印刷電路板，其中該電路圖案由碳管所形成。
5、 如權(quán)利要求l所述的印刷電路板，其中該電路圖案由導(dǎo)電聚合物、環(huán)氧化合物或樹脂所形成。
6、 如權(quán)利要求5所述的印刷電路板，其中該導(dǎo)電聚合物包括聚噻吩或聚一硫二烯伍環(huán)、聚一硒二烯伍環(huán)、聚一碲二烯伍環(huán)、聚吡咯、聚苯胺。
7、 如權(quán)利要求1所述的印刷電路板，其中該電路圖案包括導(dǎo)電膠，其中包含玻璃、導(dǎo)電粒子或添加物。
8、 如權(quán)利要求7所述的印刷電路板，其中該玻璃為選自氧化鋁、氧化硼、二氧化硅、氧化鐵、五氧化二磷、二氧化鈦、氧化硼/硼酸/四硼酸鈉、氧化鉛、氧化鎂、氧化鎵、氧化鋰、五氧化二釩、二氧化鋅、氧化鈉、二氧化鋯、氧化鉈/三氧化二鉈/氫氧化鉈(1)、氧化鎳/鎳、二氧化錳、氧化銅、 一氧化銀、三氧化二鈧、氧化鍶、氧化鋇、氧化鈣、鉈、氧化鋅或其中的組合。
9、 如權(quán)利要求1所述的印刷電路板， 一電子組件連接至該至少一電路圖案，其中該電子組件包括由該非金屬材料所形成的連接。
10、 如權(quán)利要求9所述的印刷電路板，其中該非金屬材料包括含有金2屬的氧化物，其中該金屬為選自以下族群之一或其組合金、鋅、銀、鈀、鉑、銠、釕、銅、鐵、鎳、鈷、錫、鈦、銦、鋁、鉭、鎵、鍺、銻。
11、 如權(quán)利要求9所述的印刷電路板，其中該非金屬材料由碳管所形成。
12、 如權(quán)利要求9所述的印刷電路板，其中該非金屬材料由導(dǎo)電聚合物、環(huán)氧化合物或樹脂所形成。
13、 如權(quán)利要求12所述的印刷電路板，其中該導(dǎo)電聚合物包括聚噻吩或聚一硫二烯伍環(huán)、聚一硒二烯伍環(huán)、聚一碲二烯伍環(huán)、聚吡咯、聚苯胺。
14、 如權(quán)利要求9所述的印刷電路板，其中該非金屬材料包括導(dǎo)電膠，其中包含玻璃、導(dǎo)電粒子或添加物。
15、 如權(quán)利要求14所述的印刷電路板，其中該玻璃為選自氧化鋁、氧化硼、二氧化硅、氧化鐵、五氧化二磷、二氧化鈦、氧化硼/硼酸/四硼酸鈉、氧化鉛、氧化鎂、氧化鎵、氧化鋰、五氧化二釩、二氧化鋅、氧化鈉、二氧化鋯、氧化鉈/三氧化二鉈/氫氧化鉈(1)、氧化鎳/鎳、二氧化錳、氧化銅、 一氧化銀、三氧化二鈧、氧化鍶、氧化鋇、氧化鈣、鉈、氧化鋅或其中的組合。
16、 如權(quán)利要求l所述的印刷電路板， 一電子組件連接至該至少一電路圖案，其中該電子組件包含形成于該電子組件的一表面上的一層，其中該層由該非金屬材料所形成。
17、 如權(quán)利要求16所述的印刷電路板，其中該非金屬材料包括含有金屬的氧化物，其中該金屬為選自以下族群之一或其組合金、鋅、銀、鈀、鉑、銠、釕、銅、鐵、鎳、鈷、錫、鈦、銦、鋁、鉭、鎵、鍺、銻。
18、 如權(quán)利要求16所述的印刷電路板，其中該非金屬材料由碳管所形成。
19、 如權(quán)利要求16所述的印刷電路板，其中該非金屬材料由導(dǎo)電聚合物、環(huán)氧化合物或樹脂所形成。
20、 如權(quán)利要求1所述的印刷電路板，其中該非金屬材料包括導(dǎo)電膠，其中包含玻璃、導(dǎo)電粒子或添加物。
全文摘要
本發(fā)明提供一多層印刷電路板，具有至少一內(nèi)層印刷電路圖案及一外層印刷電路圖案，經(jīng)由一絕緣層而迭層于一基板上且通過絕緣層中的盲孔而彼此電性聯(lián)接。絕緣層包含不溶于氧化劑的樹脂及分散于樹脂中的無(wú)機(jī)粉末。無(wú)機(jī)粉末可溶于氧化劑。其中至少一電路圖案由非金屬材料所形成且得以電性聯(lián)接。
文檔編號(hào)H05K1/11GK101600297SQ200910146639
公開日2009年12月9日 申請(qǐng)日期2009年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月3日
發(fā)明者江國(guó)慶 申請(qǐng)人:江國(guó)慶