TWI412452B - 複合材料結構、包含複合材料之電路板結構與形成複合材料電路板結構的方法 - Google Patents

Description

複合材料結構、包含複合材料之電路板結構與形成複合材料電路板結構的方法

本發明係關於一種包含複合材料之電路板結構與形成複合材料電路板結構的方法。特定言之，本發明係關於一種包含觸媒顆粒之複合材料，以及使用包含觸媒顆粒之複合材料以協助形成一電路板結構。

電路板是電子裝置中的一種重要的元件。為了追求更薄的成品厚度、因應細線路的需求、突破蝕刻與信賴性的缺點，嵌入式線路結構已逐漸興起。由於嵌入式線路結構係將線路圖案埋入基材中，因此有助於減少封裝成品的厚度。

就目前的技術而言，已知有數種方法以形成此等電路板。其中一種方法是使用雷射燒蝕將基材圖案化，來定義一鑲嵌形式的結構，再使用一導電材料來填滿形成在基材上的凹穴，以完成一嵌入式線路結構。

一般說來，基材的表面要先經過活化，才能使得導電材料成功地填滿在基材上的凹穴，通常是使用無電電鍍的技術。就當前的技術方案而言，其製作方式是直接線路設計。例如前述使用雷射將基材圖案化，來定義一鑲嵌形式的結構，再使用一導電材料來填滿形成在基材上的凹穴，以完成一嵌入式線路結構。

請參考第1圖，例示現有無電電鍍技術造成電鍍滿溢(over-plating)的現象。若是使用無電電鍍的技術將導電材料130，例如銅，填入基材101中預先形成凹穴122的過程中，很容易造成電鍍滿溢(over-plating)的現象。電鍍滿溢一旦發生時，一方面，導電材料130會沿著凹穴開口的轉角處向四面八方延伸。由於當前技術都著重於細線路的開發，故同一線路層中的線距都被設計成儘可能的窄。沿著凹穴122開口向四面八方延伸的導電材料130顯著地增加了相鄰導線間短路的機會。另一方面，填入基材101凹穴122中的導電材料130會依據凹穴122的立體形狀進行共形(conformal)沉積，結果就產生了凹凸不平的表面131。其中任何一種結果都是本領域之技藝人士所不樂見的。因此，以上之缺點實在有待克服。

本發明於是提出一種包含複合材料之電路板結構與形成複合材料電路板結構的方法。本發明包含複合材料之電路板結構中之複合材料會抑制電鍍滿溢的發生，於是得以避免導電材料沿著凹穴的開口向四面八方延伸的問題。既然電鍍滿溢的問題受到抑制，填入基材中凹穴的導電材料就幾乎不會進行共形沉積，從而導電材料表面平坦度亦獲得改善。

本發明首先提出一種複合材料結構。本發明之複合材料結構包含一觸媒介電層以及一保護介電層。觸媒介電層包含一介電材料與一觸媒顆粒。保護介電層包含此介電材料並接觸觸媒介電層。觸媒顆粒的材質包括金屬的配位化合物，例如金屬氧化物、金屬氮化物、金屬錯合物及/或金屬螯合物。金屬的種類可以為鋅、銅、銀、金、鎳、鈀、鉑、鈷、銠、銥、銦、鐵、錳、鋁、鉻、鎢、釩、鉭、及/或鈦。

本發明其次提出一種複合材料電路板結構，包含一基材、一複合材料介電層以及一圖案化導線層。複合材料介電層位於基材上，並包含一觸媒介電層及一保護介電層。觸媒介電層包含一介電材料與一觸媒顆粒，並接觸基材。而保護介電層則包含介電材料並接觸觸媒介電層。圖案化導線層係位於觸媒介電層上。

本發明複合材料電路板結構中之介電材料可以為環氧樹脂、改質之環氧樹脂、聚脂、丙烯酸酯、氟素聚合物、聚亞苯基氧化物、聚醯亞胺、酚醛樹脂、聚碸、矽素聚合物、BT樹脂、氰酸聚酯、聚乙烯、聚碳酸酯樹脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)、液晶高分子(liquid crystal polyester,LCP)、聚醯胺(PA)、尼龍6、共聚聚甲醛(POM)、聚苯硫醚(PPS)或環狀烯烴共聚物(COC)。

本發明又提出一種形成複合材料電路板結構的方法。首先，提供一複合材料結構。此等複合材料結構包含一基材以及一複合材料介電層。複合材料介電層位於基材上，並包含一觸媒介電層及一保護介電層。觸媒介電層包含一介電材料與一觸媒顆粒，並接觸基材。而保護介電層則包含介電材料並接觸觸媒介電層。然後，圖案化複合材料介電層並同時活化觸媒顆粒。繼續，形成一導線層。導線層位於觸媒介電層上。較佳者，導線層表面最高點與最低點之差距不大於3μm，或是，導線層由單一銅層所組成。

本發明提供一種複合材料結構、包含複合材料之電路板結構與形成複合材料電路板結構的方法。本發明之複合材料，可以抑制複合材料電路板結構在無電電鍍時電鍍滿溢的發生，與避免導電材料沿著凹穴的開口向四面八方延伸的問題。另外，填入基材中凹穴的導電材料亦不會進行共形沉積，從而改善導電材料表面平坦度。

本發明首先提供一種複合材料結構。第2圖例示本發明複合材料結構之示意圖。如第2圖所示，本發明之複合材料結構200包含一觸媒介電層210以及一保護介電層220。觸媒介電層210包含一介電材料211與至少一觸媒顆粒212。觸媒顆粒212會分散於介電材料211中。一但使用例如雷射活化以後，觸媒介電層210在此觸媒顆粒212的幫助下，可以輔助一導電層的成形。另外，保護介電層220則包含介電材料211並接觸觸媒介電層210。視不同之線寬尺寸而定，保護介電層220的厚度最多可達15μm。

如第2圖所示，視情況需要，本發明之複合材料結構200還可以進一步包含一圖案化導線層230。圖案化導線層230會嵌入複合材料結構200中，使得圖案化導線層230位於觸媒介電層210上並直接接觸觸媒介電層210。較佳者，圖案化導線層230表面最高點與最低點之差距不大於3μm。另外，由於化學製程所得的銅與電鍍製程所得的銅在質地上並不完全相同，圖案化導線層230在結構上較佳僅包含單一銅層，例如由化學製程所得，而不是由多種物理性質相異之銅所組成，例如混合由化學製程與電鍍製程所得的銅。

一方面，本發明複合材料結構200中之介電材料211可以包含一高分子材料，例如環氧樹脂、改質之環氧樹脂、聚脂、丙烯酸酯、氟素聚合物、聚亞苯基氧化物、聚醯亞胺、酚醛樹脂、聚碸、矽素聚合物、BT樹脂(bismaleimide triazine modified epoxy resin)、氰酸聚酯、聚乙烯、聚碳酸酯樹脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、液晶高分子、聚醯胺、尼龍6、共聚聚甲醛、聚苯硫醚或是環狀烯烴共聚物。

另一方面，本發明複合材料結構200中之觸媒顆粒212可以包括金屬的配位化合物所形成之多個奈米顆粒。適當之金屬的配位化合物可以是金屬氧化物、金屬氮化物、金屬錯合物、及/或金屬螯合物。金屬的配位化合物中之金屬可以為鋅、銅、銀、金、鎳、鈀、鉑、鈷、銠、銥、銦、鐵、錳、鋁、鉻、鎢、釩、鉭、及/或鈦。

本發明繼續提供一種複合材料電路板結構，較佳者，包含前述之複合材料結構。第3圖例示本發明複合材料電路板結構之示意圖。如第3圖所示，本發明之複合材料電路板結構300包含一基材301、一複合材料介電層302以及一圖案化導線層330。

複合材料介電層302包含一觸媒介電層310以及一保護介電層320。觸媒介電層310包含一介電材料311與至少一觸媒顆粒312。觸媒顆粒312會分散於介電材料311中。另外，保護介電層320包含介電材料321並接觸觸媒介電層310。視不同之線寬尺寸而定，保護介電層320的厚度最多可達15μm。圖案化導線層330會嵌入複合材料介電層302中，使得圖案化導線層330位於觸媒介電層310上並直接接觸觸媒介電層310。一但使用例如雷射活化以後，觸媒介電層310在此觸媒顆粒312的幫助下，可以輔助圖案化導線層330的成形。

本發明複合材料電路板結構300中之基材301可以為一多層電路板，導電線路層可以例如是埋入式線路結構及/或非埋入式線路結構。另外，介電材料311可以包含一高分子材料。而觸媒顆粒312可以包括金屬的配位化合物所形成之多個奈米顆粒。介電材料311與觸媒顆粒312之較佳實施方式可以如前所述之介電材料211與觸媒顆粒212，在此不多加贅述。

在本發明一較佳實施態樣中，圖案化導線層330表面最高點與最低點之差距不大於3μm。另外，由於化學製程所得的銅與電鍍製程所得的銅在質地上並不完全相同，圖案化導線層330在結構上較佳僅包含單一銅層，例如由化學製程所得，而不是由多種物理性質相異之銅所組成，例如混合由無電電鍍製程與一般電鍍製程所得的銅。

本發明再提供一種形成複合材料電路板結構的方法。第4-7圖例示形成本發明形成複合材料電路板結構方法之示意圖。如第4圖所示，本發明形成複合材料電路板結構的方法，首先提供一複合材料結構404。複合材料結構404包含一基材401以及一複合材料介電層402。

本發明複合材料結構404中之基材401可以為一多層電路板，導電線路層可以例如是埋入式線路結構及/或非埋入式線路結構。複合材料介電層402可以包含一觸媒介電層410以及一保護介電層420。觸媒介電層410可以包含一介電材料411與至少一觸媒顆粒412。觸媒顆粒412會分散於介電材料411中。一但使用例如雷射活化以後，觸媒介電層410在此觸媒顆粒412的幫助下，可以輔助一導電層的成形。另外，保護介電層420可以包含介電材料411並接觸觸媒介電層410。視不同之線寬尺寸而定，保護介電層420的厚度最多可達15μm。

然後，如第5圖所示，圖案化複合材料介電層402以形成溝槽422，同時活化觸媒顆粒412。圖案化複合材料介電層402的方式可以使用物理方法。例如，可以使用雷射燒蝕製程或電漿蝕刻製程。其中，可以使用紅外線雷射、紫外線雷射、準分子(Excimer)雷射或遠紅外線雷射等雷射光源來進行雷射燒蝕製程。

接著，如第6圖所示，形成一導線層430。導線層430會嵌入圖案化複合材料介電層402的溝槽422中，故位於觸媒介電層410上並直接接觸觸媒介電層410。可以使用例如無電電鍍方法，將導電材料，例如化銅，填入圖案化複合材料介電層402之溝槽422中，形成導線層430。本發明之複合材料可以降低複合材料電路板結構在電鍍時電鍍滿溢的發生，與避免導電材料從溝槽422的開口向四面八方延伸的問題。

例如，保護介電層420中之介電材料421會使得化銅不容易成長。因此，只有在活化過觸媒顆粒412的幫助下，導線層430才容易成形。在此導引下，電鍍滿溢的問題便不容易發生，於是避免導電材料從溝槽422的開口向四面八方延伸的問題。另外，在此導引下，填入基材中溝槽422的電鍍材料亦不容易進行共形沉積，而是盡量均勻地填入圖案化複合材料介電層402之溝槽422中。如此一來，就可以改善導線層430表面平坦度，例如，導線層430表面最高點與最低點之差距會不大於3μm。

由於化學製程所得的銅與電鍍製程所得的銅在質地上並不完全相同，導線層430在結構上較佳僅包含單一銅層，例如由化學製程所得，而不是由多種物理性質相異之銅所組成，例如混合由化學製程與電鍍製程所得的銅。本發明複合材料結構404中介電材料411與觸媒顆粒412之較佳實施方式可以如前所述之介電材料211與觸媒顆粒212，在此不多加贅述。

在本發明一實施態樣中，如第7圖所示，視情況需要，複合材料介電層402還可以包含一水溶性薄膜440。水溶性薄膜440位於保護介電層420之外表面上。可以在圖案化複合材料介電層402之後形成導線層430之前，移除水溶性薄膜440，避免圖案化複合材料介電層402之後產生的任何雜質影響導線層430的形成。

水溶性薄膜440會保護保護介電層420。水溶性薄膜440可以包含親水性高分子，使得在必要時可以用水洗去。例如，此等親水性高分子之特性官能基可以包含羥基(-OH)、醯胺基(-CONH₂ )、磺酸基(-SO₃ H)、羧基(-COOH)其中之一的官能基團，或者前述各官能基團的任意組合。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

101．．．基材

122．．．凹穴

130．．．導電材料

131．．．表面

200．．．複合材料結構

210．．．觸媒介電層

211．．．介電材料

212．．．觸媒顆粒

220．．．保護介電層

230．．．圖案化導線層

300．．．複合材料電路板結構

301．．．基材

302．．．複合材料介電層

310．．．觸媒介電層

311．．．介電材料

312．．．觸媒顆粒

320．．．保護介電層

330．．．圖案化導線層

401．．．基材

402．．．複合材料介電層

404．．．複合材料結構

410．．．觸媒介電層

411．．．介電材料

412．．．觸媒顆粒

420．．．保護介電層

422．．．溝槽

430．．．導線層

440．．．水溶性薄膜

第1圖例示現有無電電鍍技術造成電鍍滿溢的現象。

第2圖例示本發明複合材料結構之示意圖。

第3圖例示本發明複合材料電路板結構之示意圖。

第4-7圖例示形成本發明複合材料電路板結構方法之示意圖。

200．．．複合材料結構

210．．．觸媒介電層

211．．．介電材料

212．．．觸媒顆粒

220．．．保護介電層

230．．．圖案化導線層

Claims (24)

1. 一種複合材料電路板結構，包含：一基材；一複合材料介電層，位於該基材上，該複合材料介電層包含一觸媒介電層及一保護介電層，其中該觸媒介電層包含一介電材料與一觸媒顆粒並接觸該基材，該保護介電層包含該介電材料並接觸該觸媒介電層，該複合材料介電層中形成有一溝槽涵蓋該觸媒介電層及該保護介電層部位；以及一圖案化導線層，嵌入該觸媒介電層部位的該溝槽中。
2. 如請求項1之複合材料電路板結構，其中該基材為一多層電路板。
3. 如請求項1之複合材料電路板結構，其中該基材包含一埋入式線路結構電路板。
4. 如請求項1之複合材料電路板結構，其中該介電材料包含一高分子材料。
5. 如請求項1之複合材料電路板結構，其中該介電材料選自由環氧樹脂、改質之環氧樹脂、聚脂、丙烯酸酯、氟素聚合物、聚亞苯基氧化物、聚醯亞胺、酚醛樹脂、聚碸、矽素聚合物、BT樹脂、氰酸聚酯、聚乙烯、聚碳酸酯樹脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、液晶高分子、聚醯胺、 尼龍6、共聚聚甲醛、聚苯硫醚與環狀烯烴共聚物所組成的組合。
6. 如請求項1之複合材料電路板結構，其中該觸媒顆粒包括多個奈米顆粒。
7. 如請求項1之複合材料電路板結構，其中該觸媒顆粒的材質包括金屬的配位化合物。
8. 如請求項7之複合材料電路板結構，其中該金屬的配位化合物選自於由一金屬氧化物、一金屬氮化物、一金屬錯合物、一金屬螯合物及其所組成的群組。
9. 如請求項7之複合材料電路板結構，其中該金屬選自於由鋅、銅、銀、金、鎳、鈀、鉑、鈷、銠、銥、銦、鐵、錳、鋁、鉻、鎢、釩、鉭以及鈦所組成的群組。
10. 如請求項1之複合材料電路板結構，其中該圖案化導線層表面最高點與最低點之差距不大於3μm。
11. 一種形成複合材料電路板結構的方法，包含：提供一複合材料結構，包含：一基材；一複合材料介電層，位於該基材上，該複合材料介電層包 含一觸媒介電層及一保護介電層，其中該觸媒介電層包含一介電材料與一觸媒顆粒並接觸該基材，該保護介電層包含該介電材料並接觸該觸媒介電層；以雷射燒蝕製程圖案化該複合材料介電層以形成一溝槽涵蓋該觸媒介電層以及該保護介電層部位，並活化該溝槽中該觸媒介電層部位的該觸媒顆粒；以及形成一導線層嵌入該觸媒介電層部位的該溝槽中。
12. 如請求項11形成複合材料電路板結構的方法，其中該基材為一多層電路板。
13. 如請求項11形成複合材料電路板結構的方法，其中該基材包含一埋入式線路結構電路板。
14. 如請求項11形成複合材料電路板結構的方法，其中該介電材料包含一高分子材料。
15. 如請求項11形成複合材料電路板結構的方法，其中該介電材料選自由環氧樹脂、改質之環氧樹脂、聚脂、丙烯酸酯、氟素聚合物、聚亞苯基氧化物、聚醯亞胺、酚醛樹脂、聚碸、矽素聚合物、BT樹脂、氰酸聚酯、聚乙烯、聚碳酸酯樹脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、液晶高分子、聚醯胺、尼龍6、共聚聚甲醛、聚苯硫醚與環狀烯烴共聚物所組成 的組合。
16. 如請求項11形成複合材料電路板結構的方法，其中該觸媒顆粒包括多個奈米顆粒。
17. 如請求項11形成複合材料電路板結構的方法，其中該觸媒顆粒的材質包括金屬的配位化合物。
18. 如請求項17形成複合材料電路板結構的方法，其中該金屬的配位化合物選自於由一金屬氧化物、一金屬氮化物、一金屬錯合物、一金屬螯合物及其所組成的群組。
19. 如請求項17形成複合材料電路板結構的方法，其中該金屬選自於由鋅、銅、銀、金、鎳、鈀、鉑、鈷、銠、銥、銦、鐵、錳、鋁、鉻、鎢、釩、鉭以及鈦所組成的群組。
20. 如請求項11形成複合材料電路板結構的方法，其中該導線層表面最高點與最低點之差距不大於3μm。
21. 如請求項11形成複合材料電路板結構的方法，其中該導線層由單一銅層所組成。
22. 如請求項11形成複合材料電路板結構的方法，其中該複合材料 介電層更包含一水溶性薄膜，位於該保護介電層上。
23. 如請求項22形成複合材料電路板結構的方法，在形成該導線層前更包含：移除該水溶性薄膜。
24. 如請求項11形成複合材料電路板結構的方法，其中使用一雷射加工以圖案化該複合材料介電層並活化該觸媒顆粒。