具硅胶黏合层的电路板结构的制作方法

[0001]
本发明是有关一种电路板结构，特别是指一种利用硅胶层予以结合金属层以及基板的软性电路板结构。


背景技术：

[0002]
软板电路板(flexible printed circuit board；fpc)因其自身可弯曲而具有可挠曲的特性，因而能应用于各种电子装置，举例来说，软性电路板可以安装于笔记本电脑的主体以及可开启显示单元之间来传输电子信号；或是可安装于计算机的光驱的本体与可移动的读取投组件之间来传递信号。
[0003]
软性铜箔基板(flexible copper clad laminate；fccl)主要用于软性电路板的制造，其通过将譬如为铜箔的金属箔胶合于譬如为聚亚酰胺(polyimide；pi)的耐热薄膜表面，目前最常见者为以环氧树脂(epoxy)、聚酯树脂(polyester)、压克力树脂(acrylic resin)等材料作为接着剂来予以黏接。fccl一般通过180度左右的热压来形成此层状结构，因为环氧树脂等接着剂的主链过于刚硬，因此在热压过程中，容易因热缩性而产生翘曲的现象。
[0004]
为了改善此一问题，后续发展出无胶型态的双层软性铜箔基板(2l fccl)。而2l fccl乃是将环氧树脂等接着剂予以省略，而直接以涂布(casting)、金属溅镀(sputtering)、或是层压(laminate)等方式来直接将铜箔结合于软性的基板(譬如为聚亚酰胺(polyimide；pi)等)。
[0005]
然而，因为材料先天的问题，不论三层或是双层的软性铜箔基板，都面临到低离子迁移阻抗的问题。因主要的基板材料聚亚酰胺(polyimide；pi)以及作为接着剂的环氧树脂(epoxy)、压克力树脂(acrylic)等材料，都具有极性且吸水性高，当运用于高电压且线路密集的状态时，譬如为液晶显示器(lcd)、有机发光二极管(organic light-emitting diode；oled)、电浆显示器等，如第1图所示，以三层的软性铜箔基板为例，通过基板40上的金属层形成有第一线路43以及第二线路44，而底下分别为接着层41、42，因第一线路43以及第二线路44之间的间距s相当小，于高电压状态下，因接着层41、42以及基板40皆具有极性且吸水性高，很容易产生离子迁移(ion migration)的现象(假设第一线路43与第二线路44分别传输正、负信号)，而造成信号强度降低，更甚者会造成无法作动，使得显示器部份区域无法正常显示。另一方面，即便是双层的的软性铜箔基板，金属层直接设置于pi上，因pi也是具有极性且易于吸水，也会面临同样的问题。


技术实现要素：

[0006]
有鉴于上述课题，本发明的主要目的在提供一种软性电路板结构，利用硅胶作为金属层以及基板的接着材料，通过硅胶软性材质的特性，使得高温处理后，金属层以及基板之间热缩性的变形能予以吸收，而不会有弯曲或是翘曲的情况。
[0007]
同时，本发明利用硅胶不具有极性以及阻水性佳的特性，避免于高电压下形成电
子解离的情况，而不会产生压降或是信号强度减弱等窘境。
[0008]
另一方面，本发明所提供的软性电路板结构，硅胶黏着层两侧具有改质硅胶固化层，作为硅胶层与金属层、基板之间的介质，而大幅降低气泡产生率以及气泡尺寸，因此，两者的接合强度高而不易脱离，在制程良率与生产速度上，均有相当正面的贡献。
[0009]
为达上述目的，依本发明的一种软性电路板结构包含基板、硅胶黏着层以及金属层，硅胶黏着层设置于基板上，并可以将金属层黏着于基板上，因硅胶硬化后仍具有一定的形变能力，因此，高温烘烤后可以吸收金属层以及基板，因高温处理后所产生热缩性的变形，使得整体电路板结构不至于产生弯曲变形或是翘曲等状况。同时，硅胶不具有极性以及阻水性佳，可解决现有技术利用环氧树脂(epoxy)、聚酯树脂(polyester)、压克力树脂(acrylic resin)等材料作为接着层，以及譬如为聚亚酰胺(polyimide)等基板材料易于吸水以及具有极性所衍生的问题，而可于高压运作下，不会因离子解离而导致压降或是信号强度降低、甚至崩坏的问题。
[0010]
另一方面，考虑硅胶材质不易与异质性材质良好接着，因此，可通过两改质硅胶固化层分别设置于硅胶黏着层两侧上，两改质硅胶固化层皆主要包含有下列化学式(一)：
[0011][0012]
硅胶黏着层主要包含有下列化学式(二)：
[0013][0014]
两改质硅胶固化层与硅胶黏着层都具有化学式(一)与化学式(二)的成份，来解决气泡与基板容易剥离等问题；而改质硅胶固化层进行接口张力与材料极性的调整，而大幅改善对于相异材料的黏着力。
[0015]
底下通过具体实施例详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
附图说明
[0016]
图1为现有技术应用于高电压、高密度的电路板结构的状态示意图。
[0017]
图2为本发明较佳实施例的电路板结构的示意图。
[0018]
图3为本发明的电路板结构应用于高电压、高密度的状态示意图。
[0019]
图4为现有技术硅胶被覆的状态示意图。
[0020]
图5为本发明较佳实施例的电路板结构的另一实施例的示意图。
[0021]
图6a、图6b为本发明较佳实施例的电路板结构的不同实施态样的示意图。
[0022]
附图标记
[0023]
11
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基板
[0024]
12、121、122
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硅胶黏着层
[0025]
13
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金属层
[0026]
131 第一线路
[0027]
132 第二线路
[0028]
21 基板
[0029]
22
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硅胶层
[0030]
23
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气泡
[0031]
31
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第一改质硅胶固化层
[0032]
32
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第二改质硅胶固化层
[0033]
40
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基板
[0034]
41
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接着层
[0035]
42
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接着层
[0036]
43
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第一线路
[0037]
44
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第二线路
[0038]
s
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间距
具体实施方式
[0039]
为清楚说明本发明所公开的电路板结构的技术特征，以下将提出数个实施例以详细说明本发明的技术特征，更同时佐以图式使该些技术特征得以彰显。
[0040]
硅胶(silicone)是一种化学合成的弹性体，触感类似橡胶的柔韧，可制成透明成品，也可加入色料调制各种不同颜色的产品；其具有环保无毒，耐高低温，耐酸碱，防水，抗uv，电气特性佳等优点，因此经常作为各种电子产品、外围商品的表面被覆材料，提高产品外部的触感，同时可增加产品表面的特性。同时，熔融状态的硅胶又具有一定的流动性以及接着力，硬化后仍保有部份的柔软度，且极性极低，阻水性加，因此，适合来予以取代现有技术的压克力树脂(epoxy)层作为黏着材料。
[0041]
请参考图2所示，其为本发明较佳实施例的电路板结构的示意图。如图2所示，软性电路板包含基板11、硅胶黏着层12以及金属层13。基板11可为聚亚酰胺(pi)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)、玻璃、玻璃纤维或液晶型高分子等各种软板、硬板的材料，基本上为非金属材质所构成。而硅胶黏着层12则夹设于金属层13以及基板11之间，作为其黏着之用的中间层，因硅胶于熔融状态具有一定的流动性，易于作为接着剂使用，举例来说，可利用涂布的方式涂抹于基板11上，再与金属层13一同进入烘烤干燥硬化。同时，硬化后，硅胶仍保有一定的柔软特性，作为缓冲的中间层，使得高温处理后，金属层以及基板之间热缩性的变形能予以吸收，而不会有弯曲或是翘曲的情况。完成后的电路板结构，其金属层13则可供后续蚀刻或加工为所需要的线路布局，当然，完成后也可于其上再增加保护层、防焊层(solder mask)等；而金属层13常见的材料，可譬如为铜、铝、镍、金、银或锡等金属，因此，基本上金属层13的材质与基板11不同。
[0042]
再者，硅胶不具有极性，且阻水性佳(换句话说，吸水性相当差)，因此应用于高压、高密度的电路时，譬如为液晶显示器(lcd)、有机发光二极管(organic light-emitting diode；oled)、电浆显示器等，请参阅图3，金属层13连同硅胶黏着层12经过蚀刻后形成有第一线路131以及第二线路132，以及分别位于其底下的硅胶黏着层121、122，不同于现有技术
结构，因为硅胶黏着层121、122本身的材质极性极低，故阻水性佳、不易吸水，因此，即便底下的基板11(譬如为pi材质)具有极性且易吸水，也会因为硅胶黏着层121、122的阻绝，而不会使第一线路131、第二线路132之间发生离子解离的现象；因此，不会有压降或是信号降低等问题产生。
[0043]
然而，硅胶对于大部分的基板的黏着力不佳，同时，一般硅胶会同时存在有缩合反应(condensation reaction)以及加成反应(addition reaction)，缩合反应的结构较加成反应的结构对于基板的黏着力差，同时，缩合反应会产生副生成物—氢气(h2)，使硅胶容易产生气泡。请参阅图4，硅胶层22铺设被覆于异质性材质的基板21时，经过聚合反应后，气体乱序移动时，当遇到基板21阻碍，且基板21为致密基板时，譬如为金属、玻璃、高结晶分子的基板等，氢气无法由基板21一侧散佚，因而容易于两者的接口之间累积而产生气泡23；一旦接口之间有气泡23产生时，结构容易剥离，使结构间的接着状态相当脆弱。
[0044]
一般来说，硅胶广泛应用于填充，也就是说至少有一侧面是未封闭的开放面(如同图4)，若是缓步聚合时，所形成的气体可以被慢慢挤出，而不会存留于内；但是以本案上/下基板以及金属层夹置的态样，需要以热压制程或是加热聚合以加快熟化制程，此时，气体也随之大量产生，气体乱序移动时，当碰到基板与金属层的阻碍时，则会破坏原本已经形成与基板的黏着接口，同时，气泡会相互整合形成较大尺寸的气泡，使得接口间的缺陷结构变大。
[0045]
因此，请参阅图5，其为本发明较佳实施例的电路板结构的另一实施例的示意图。其分别于硅胶黏着层12的上、下两侧增设有第一改质硅胶固化层31、以及第二改质硅胶固化层32；换句话说，第一改质硅胶固化层31设置于硅胶黏着层12以及基板11之间，而第二改质硅胶固化层32设置于硅胶黏着层12以及金属层13之间。其中，第一改质硅胶固化层31以及第二改质硅胶固化层32乃是预先配合基板11以及金属层13的材质，进行接口张力与材料极性的调整，使其适用于不同材质间的黏着，进而可使第一改质硅胶固化层31与基板11之间、以及第二改质硅胶固化层32与金属层13之间的接着状况予以改善，大幅降低气泡的产生或是降低气泡尺寸。
[0046]
第一改质硅胶固化层31与第二改质硅胶固化层32皆主要包含有下列化学式(一)：
[0047][0048]
硅胶黏着层12主要包含有下列化学式(二)：
[0049][0050]
第一改质硅胶固化层31、第二改质硅胶固化层32与硅胶黏着层12都具有上述化学式(一)与化学式(二)的成份。
[0051]
硅胶黏着层12中化学式(二)成份的量大于化学式(一)成份的量，第一改质硅胶固化层31、第二改质硅胶固化层32中化学式(一)成份的量大于化学式(二)成份的量。
[0052]
此外，硅胶黏着层12中化学式(二)成份的量比第一改质硅胶固化层31或第二改质硅胶固化层32中化学式(二)成份的量大于0.1-60％(重量/体积比)。
[0053]
第一改质硅胶固化层31与第二改质硅胶固化层32的改质的方式，可为增加加成型硅胶(addition type silicone)的比例、或是在硅胶内增添压克力树脂(epoxy)、压克力酸(acrylic acid)或其组合来予以改质。
[0054]
举例来说，其形成方式可先于基板11以及金属层13上，分别单独形成第一改质硅胶固化层31以及第二改质硅胶固化层32，来调整基板11以及金属层13的表面特性，使其增加于后续与硅胶黏着层12的黏着力。换句话说，第一改质硅胶固化层31以及第二改质硅胶固化层32可视为基板11以及金属层13的表面改质层。然后通过缓慢熟化的方式来予以固化，因为非上/下夹置的开放表面、且配合缓慢熟化，硅胶熟化过程中所产生的气体较容易予以排出，配合第一改质硅胶固化层31以及第二改质硅胶固化层32系依据基板11以及金属层13的材料来加以改质，将会使得第一改质硅胶固化层31与基板11之间、以及第二改质硅胶固化层32与金属层13之间的接着状况相当良好。
[0055]
接续硅胶黏着层12设置于第一改质硅胶固化层31或第二改质硅胶固化层32上，然后将基板11以及金属层13连同硅胶黏着层12、第一改质硅胶固化层31或第二改质硅胶固化层32一同结合，此熟化过程可采用两阶段进行使其黏着更加紧密；第一阶段的热处理温度低于第二阶段的热处理温度，而第一阶段的热处理时间大于第二阶段的热处理时间。于较低热处理温度的第一阶段过程中，硅胶黏着层12中的化学式(二)成份为主导成份，而于硅胶黏着层12中形成具结晶结构(crystalline structure)，由于硅胶黏着层12厚度较薄，因此结晶结构视为是硅胶黏着层12中阻挡湿气的结构，因此结晶结构可以强化于硅胶黏着层12与第一改质硅胶固化层31、以及与第二改质硅胶固化层32之间接口阻挡湿气的能力；当电路板作为电池组件时，此为非常重要的性能，举例来说，电路板中部份的金属层可能直接作为锂电池的集电层。
[0056]
于较高热处理温度的第二阶段过程中，硅胶黏着层12中的化学式(一)成份为主导成份，并且具有优于化学式(二)成份的黏着力，因此，硅胶黏着层12与第一改质硅胶固化层31之间、以及硅胶黏着层12与第二改质硅胶固化层32之间则可紧密相互黏着。较佳者，第一阶段的热处理温度低于第二阶段的热处理温度约30-70度(℃)，而第一阶段的热处理时间大于第二阶段的热处理时间约80-300秒。为了避免硅胶黏着层12于上述过程中变形，硅胶黏着层12可还包含有间隔物(spacer)，间隔物硅包含有二氧化硅、氧化钛颗粒或其组合。
[0057]
由此一种接着方式，具有下列优点：第一、由于硅胶黏着层12与上/下的第一改质硅胶固化层31以及第二改质硅胶固化层32因属同构型材质(材料相同或概略相同)，故黏着力高，一旦产生气体也不容易破坏两者之间的黏着结构。第二，由于硅胶材质相对于致密性高的基板11、以及金属层13而言，微观的内部结构具有较大于基板11、以及金属层13内部的孔洞，即便硅胶黏着层12是夹置于第一改质硅胶固化层31以及第二改质硅胶固化层32之间来进行固化，所产生的气体也可由第一改质硅胶固化层31以及第二改质硅胶固化层32排出，而较不易堆积气体而形成气泡。第三，由于硅胶黏着层12与改质硅胶固化层31、32内分子作用力相当，使气体于其中的流动状态均匀，不会如同硅胶黏着层12与异质性基板11(尤其是致密基板，譬如为金属、玻璃、高结晶分子的基板等)以及金属层13般，由于分子作用力的明显差异，导致气体流动性不均匀，产生气泡整合变大使得缺陷变大的问题。故，通过同
构型的材质，使得熟化过程中，所产生的气体不易整合为较大尺寸的气泡。因此，硅胶黏着层12与第一改质硅胶固化层31、第二改质硅胶固化层32，接口之间的结合状况改善许多，使得整体电路板的接着效果提高。基于上述理由，第一改质硅胶固化层31与基板11之间、以及第二改质硅胶固化层32与金属层13之间的接口将会较现有技术接口来得稳固接合。
[0058]
第一改质硅胶固化层31与第二改质硅胶固化层32的厚度会随着可挠性需求来变化，举例来说为电路板的弯曲能力，一般说来，第一改质硅胶固化层31与第二改质硅胶固化层32的厚度需要大于10微米来展现出可挠曲的特性；因此，第一改质硅胶固化层31与第二改质硅胶固化层32的厚度较佳者为10-50微米。
[0059]
硅胶黏着层12作为本发明的黏着层，其厚度为设定值(setting value)，并不会随着电路板的可挠性需求来变化，因此，硅胶黏着层12的厚度为5-25微米。当硅胶黏着层12的厚度太薄时，换句话说小于5微米，则其黏着力会太弱；而当硅胶黏着层12的厚度太厚时，换句话说大于25微米，则黏着层材料本身的机械强度将无法忽视，而须列入整个电路板结构的机械应力中，失去仅作为黏着层的效用。再者，硅胶黏着层12在熟化过程是属于两端封闭式的接合固化过程，当其厚度太厚时，则会使得阻水性变差。
[0060]
另一方面，也可选择仅于其中一个接口间增设有改质硅胶固化层，譬如可仅于基板11以及硅胶黏着层12之间增设第一改质硅胶固化层31(见图6a)、或是仅于金属层13以及硅胶黏着层12之间增设第二改质硅胶固化层32(见图6b)，仅针对气泡产生较为严重的接口予以增设，具有提接口之间接着性的效果。