[发明专利]电路材料、多层电路及其制造方法

说明书

背景技术

本发明涉及用于制造电路材料和多层电路的材料和方法。

印刷电路板必须满足日益严峻的性能和环境要求。例如，先进印刷电 路板合并多个层且在愈加高的频率下运行。较薄的层是理想的，但其潜在 地增加了与电介质或电路相关的损耗。为满足该需求，可以使用介电常数 (Dk)小于4的的基板，因为这样的基板可以提供更高的信号传播速度， 并使插入损耗最小化。

出于环境原因，制造商力求减少电路组合件中的重金属。无铅焊接 满足该要求，但需要较高加工温度，这对热膨体系数(CTE)高或热稳 定性低的多层电路材料不利。这种材料会分层、化学降解，或简单熔化。 此外，还是出于环境原因，高频电子设备制造商也在寻求基本消除氯化 和溴化阻燃剂的使用来达到UL-94V0可燃性等级。

对低Dk、低损耗、耐高温以及固有阻燃性的要求，造成对新型电 路基板的需求。满足该需求的一类材料为聚(芳醚酮)聚合物(PAEK)。 PAEK包括聚(醚醚酮)(PEEK)、聚(醚酮)(PEK)、聚(醚醚酮酮) (PEEKK)、聚(醚酮酮)(PEKK)以及类似材料。该类材料表现出 耐高温性(熔点为307℃～381℃)，以及相当低的介电常数和损耗值。

除了上述优点以外，PAEK还易于挤出成薄膜，并具有低的热膨体 系数(CTE)。通过向PAEK聚合物中加入较少量的矿物或陶瓷填料， 可以实现与铜箔层压件覆层的良好面内CTE匹配。当选择性蚀刻铜箔 以形成电路层时，良好的面内CTE匹配对于实现电路尺寸稳定性是重 要的。因此，PAEK聚合物表现出液晶聚合物层压件如Rogers3000的许多优点，还具有较高熔点的附加优点。

尽管PAEK为用于生产覆铜高频电路层压件的介电材料的优异候 选材料，但其使用需要同样表现出低Dk、低损耗、耐高温性以及固有 阻燃性的新型粘合材料的伴随发展。这样的粘合材料(连接层(bond plies))用于将两个以上的电路层压件粘合以提供多层电路组合件。

多种热塑性、低介电损耗的粘合材料可商业获得并且用于层压高频 电路组合件。然而，这些材料可能具有低熔点从而限制电路组合件的最 高使用温度或加工温度。获自Arlon公司的6250连接层，将 多层电路的使用温度限制在最高为75℃。同样获自Arlon的6700 连接层的熔点为184℃。用这种材料构建的电路组合件将不能经受无铅焊 接组合件所需的220℃或更高的温度。

包括DuPontFEP(熔点＝250℃)、PFA(熔点＝ 308℃)和Rogers3908(熔点＝280℃)的较高熔点热塑性连 接层也已被用于制造低损高频电路板。尽管高熔点基板简化了多层电路的 制造，但其它因素如基板模量可能是限制性的。例如，典型的基板材料 Rogers3850(熔点＝315℃)可以与诸如3908的 连接层一起使用。尽管该基板和连接层的熔点之间有35℃的温度窗，但高 温下基板的低模量导致粘合期间基板变形。该变形导致电路组合件的层之 间的对准变差。另一方面，如果诸如DuPont Teflon PFA薄膜的基板与诸 如3908的连接层一起使用，则基板的熔点与连接层的熔点之 间7℃的温度窗太小而无法使多层电路以工业方法制造。

热固性连接层也广泛用于多层电路产业。近年来，最广泛使用的材 料为“FR4”，其为一类阻燃剂，环氧玻璃纤维复合基板材料和连接层。 玻璃化转变温度(Tg)、分解温度和高频电性能取决于环氧树脂的精确配 方。通常，用于较低频率消费产品中的最便宜级别的FR4表现出约125℃ 的Tg和在10GHz下大于0.02的损耗因子(DF)。用PAEK基板和FR4 环氧(Tg＝125℃)制得的多层电路不能经受用于无铅焊接所需的高温。 这样的多层还表现出对于许多高频设备中的应用而言过高的DF值。

Isola小组制造了称为FR408的高性能FR4配方，其表现出180℃的 Tg和10GHz下0.013的DF。即使热固性连接层具有这些改进性能，但用 该材料和PAEK制得的电路组合件也不会表现出高性能。这种无铅焊接耐 温性对于稳定制造来说不够高，而多层组合件的DF对于许多高频应用而 言不够低。