印刷电路板材料的制作方法

背景技术：

1、包括双面、多层、柔性和高密度互连印刷电路板(hdi-pcb)的印刷电路板通常包括用于互连印刷电路板(pcb)的不同层的通孔。对于许多使用多层pcb、hdi-pcb的系统来说，希望在增加pcb功能的同时减小pcb的面积。这些进步通常是由移动计算、4g和5g应用、航空电子设备和军事应用驱动的组件的小型化所推动的。为了实现这些目标，连续几代的多层pcb和hdi-pcb通常使用越来越薄的介电材料，在hdi或连续层压构建的情况下使用激光钻孔微孔。

2、pcb中的通孔有两种主要的失效模式：(1)过应力和(2)低周疲劳。在组件温度通常为约250℃的回流过程中，会出现过应力。回流通常需要多次通过，并且过应力和/或循环疲劳的组合会导致微孔失效。第二种失效模式是由工作条件引起的低周疲劳(少于1000–10000次循环)，在极端情况下，工作条件可能在-55℃到135℃之间变化。在这两种失效模式中，可靠性差的主要原因是铜和介电材料之间的热膨胀系数(cte)差异大。在pcb中，介电材料通常为具有明显各向异性的玻璃纤维和树脂的复合材料，其中由于介电材料在x和y方向(或轴)上受到约束，z轴cte比x和y方向要高得多。介电施加在铜互连上的应力为cte差、介电模量和互连所经受的温度偏移(temperature excursion)的函数。到目前为止，现有技术水平的方法是通过用有助于降低cte和/或增加交联密度的填料填充增强介电中使用的聚合物/树脂来降低cte差。因此，cte下降，但不足以完全降低应力，同时存在不希望的后果，例如更高的玻璃化转变温度tg和更高的模量。此外，由于所使用的介电(预浸料和层压材料)是用织造或非织造织物增强的，所以介电本身是各向异性的。通常，z轴cte比x和y方向的高得多。z轴模量由树脂控制，并且与由增强材料(如织造玻璃布)控制的x和y方向的模量相比要低得多。当x和y轴上的cte显著下降并且z轴上的cte显著上升时，各向异性在tg处增加，其幅度远远超过各向同性材料中的情况。由于增强材料的存在，介电在z方向上保持明显的刚性。另一方面，各向同性膜不受这些影响。现有技术方法使用更高的交联密度和更高的填料填充量，从而提高模量和tg。净效应是应力没有减少太多。为了最小化互连上的应力和由此产生的应变，需要最小化由cte差乘以介电模量再乘以tg和偏移下限之间的差的乘积给出的量。现有技术仅解决了减小cte差的问题，这种方法会导致不希望的更高的模量和tg。因此，需要有助于降低互连应力的更低模量和更低tg的系统。

3、还需要提供能够支持大于28gbps(例如，56、112或224gbps/信道)的数据速率的数据信道(例如，传输线)的印刷电路板。然而，在高基频(例如8-56ghz基频)下实现这种数据速率的一个障碍是传统传输线的信道损耗，这是由于用于形成和隔离传输线的导体(例如铜)和介电。目前，差分信号用于存在各向异性和不均匀介电性能问题的增强层压材料。由于纤维织造效应，当每条传输线遇到不同的有效介电常数时，这种方法导致会偏斜。由窄导体宽度(相对较高的介电常数的结果)和由于加固引起的偏斜所强加的带宽限制导致了现有技术在实现更高数据速率方面存在重大的、潜在的不可克服的问题。

4、用于数据传输的现有带状线的介电厚度为3.5密耳至5密耳，铜厚度为18微米至35微米。织造材料的介电常数(dk)最好不低于3.0。这是通过使用低dk玻璃实现的。然而，任何通过使用低dk树脂来降低dk的尝试都会增加偏斜。复合材料的介电常数降低，但是增强材料的介电常数保持不变，并且树脂的介电常数降低，从而增加了树脂和增强材料之间的dk间隔，从而增加了偏斜。

5、因此，需要克服这些限制的高可靠性介电材料和包含该介电材料的印刷电路板。

技术实现思路

1、本文部分描述了介电层和膜及它们在印刷电路板中的用途，例如天线、刚性-柔性、柔性、常规和高密度互连(hdi)印刷电路板(pcb)。本公开的介电膜可以例如用玻璃纤维增强或不用玻璃纤维增强。在一些实施方案中，层和膜各自具有低tg、低模量(例如杨氏模量、拉伸模量或弹性模量)和/或低介电常数。在一些实施方案中，层和膜可以具有低耗散因子。

2、在本领域中已知，在用于多层印刷电路板和hdi-pcb的积层材料的介电常数相对较高。本公开部分地表明，用于pcb层的低介电常数材料，尤其是介电常数小于或等于约2.8的介电聚合物膜，使得相同介电厚度的膜能够具有更宽的传输线，从而降低电路板中的插入损耗。

3、此外，本文描述的介电聚合物膜或层中的玻璃化转变温度tg可以是机械屈服点的类似物。例如，介电膜的cte和模量可以在tg以上显著变化。较低的tg通常与介电膜的较低屈服强度相关。因此，当膜材料达到其tg时，pcb(例如，主要是铜)的互连上的应力可以显著降低到低于(例如，铜的)屈服强度。此外，使用具有低介电常数和/或低耗散因子的热固性膜能够使固化和c级在低于250℃的温度下进行。

4、本公开的介电聚合物膜的特征还在于相对低的tg和基本上各向同性的相对低的模量(例如，小于6gpa或5gpa的基本上各向同性的杨氏模量)，这两者结合在一起已显示出改善了本文描述的印刷电路板的可靠性，包括过应力和低周疲劳的降低，这由膜的cte的各向异性的降低和铜连接上的应变的减少来证明。在优选实施方案中，本文描述的介电膜的tg低于120℃(例如，低于100℃)。在优选实施方案中，本文描述的介电膜的模量低于5gpa。此外，在一些实施方案中，本公开的介电聚合物膜可以具有低耗散因子(例如，0.005或更低)，已有利地发现这降低了介电损耗，从而降低了插入损耗。介电损耗与介电常数、耗散因子和工作频率的平方根成正比。

5、因此，当将具有较低介电常数和耗散因子的材料作为介电层和膜结合到印刷电路板中时，本公开考虑了这些材料来降低插入损耗，从而提高信号完整性。较低介电常数的另一个好处是，它增加了特定设计阻抗所需的线宽。这给插入损耗带来了额外的好处。此外，导体损耗与线宽成反比。线越宽，插入损耗越低。因此，较低的dk和df不仅有助于降低介电损耗，还有助于降低导体损耗。本文还预期，由于较低的介电常数而使用较宽的线也有助于提高工艺产量，因为在制造具有较细线的印刷电路板时对工艺产量有不利影响。结果，本公开的聚合物膜可以具有如上所述的相对低的介电常数、tg、模量和/或耗散因子，并赋予与如上所述的每种性能相关的益处。在其它实施方案中，本公开的聚合物膜可以具有如上所述的相对低的介电常数、tg、模量和耗散因子，因此通过由于较低模量和tg、由于膜的低dk和低df导致的较低介电损耗、由于膜的低介电常数和低介电常数导致的较宽线路实现的降低的导体损耗、以及由于膜的较低介电常数实现的较高工艺产量的直接结果，互连(例如通孔和微孔)上的应力降低，来提高可靠性。这些特性使得在印刷电路板中能够实现高密度互连板、超高工作频率和超高数据速率。膜的各向同性有助于避免偏斜问题，这与在印刷电路板中使用增强介电的现有技术相反。在另一个实施方案中，由于更低的插入损耗、增加的可靠性和增加的互连密度，本公开的印刷电路板还被预期能够实现更高的数据速率和更高的工作频率。因此，在一个实施方案中，本公开描述了新型传输线，其通过使用低介电常数非增强膜的独特配置克服了本文描述的问题，该配置允许使用更宽的迹线来扩展通信信道的带宽，同时整体厚度减小，并且没有明显的纤维编织偏斜。

6、一方面，本文描述了一种印刷电路板，其包括含有至少一个介电聚合物膜的介电层，其中所述至少一个介电聚合物膜具有：(i)小于或等于约130℃的玻璃化转变温度；(ii)小于或等于约2.8的介电常数；和(iii)当至少一个介电聚合物膜的平均温度低于玻璃化转变温度时，基本上各向同性的小于或等于约6gpa的弹性模量。

7、在一些实施方案中，至少一个介电聚合物膜的耗散因子为约0.001至约0.005。

8、在一些实施方案中，介电常数为约1.1至约2.5。

9、在一些实施方案中，玻璃化转变温度为约25℃至约110℃。

10、在一些实施方案中，当至少一个介电聚合物膜的平均温度低于玻璃化转变温度时，弹性模量小于或等于约4gpa。

11、在一些实施方案中，至少一个介电聚合物膜形成印刷电路板的传输线结构的一部分。

12、在一些实施方案中，传输线的耗散因子在5ghz下小于或等于约0.0025。在一些实施方案中，传输线的耗散因子在10ghz下小于或等于约0.0025。

13、在一些实施方案中，传输线的宽度大于或等于约5密耳。

14、在一些实施方案中，传输线为第一传输线，其中至少一个介电聚合物膜形成印刷电路板的第二传输线，其中第一传输线和第二传输线之间的介电层的厚度为0.1密耳至4密耳。

15、在一些实施方案中，电路板包括至少一个被配置为使用脉冲幅度调制(pam)通过传输线传输信号的组件。

16、在一些实施方案中，在脉冲幅度调制中使用的脉冲幅度级别的数量为2至16。

17、在一些实施方案中，电路板包括至少一个被配置为以大于或等于约10gbps的数据速率通过传输线传输数据的组件。

18、在一些实施方案中，传输线是由介电聚合物膜形成的多条传输线中的一条，其中印刷电路板的一个或多个组件被配置为以大于或等于约10gbps的数据速率通过多条传输线中的每条传输线传输数据。

19、在一些实施方案中，电路板为计算设备或网络设备的组件。

20、在一些实施方案中，计算设备为台式计算机、笔记本电脑、服务器、平板电脑、加速器、超级计算机或移动电话。

21、在一些实施方案中，网络设备为交换机、路由器、接入点或调制解调器。

22、在一些实施方案中，介电层或至少一个聚合物膜的热导率高达4w/mk。

23、在一些实施方案中，介电聚合物膜用于制造双面或多层天线。

24、在一些实施方案中，使用连续溶剂流延工艺将介电聚合物膜制造成膜。

25、在一些实施方案中，电路板为多层印刷电路板或高密度互连印刷电路板。

26、在一些实施方案中，介电聚合物膜在tg以上的热膨胀系数小于200ppm/℃。

27、在一些实施方案中，介电聚合物膜在tg以上的热膨胀系数大于200ppm/℃。

28、在一些实施方案中，介电聚合物膜包括交联聚合物组合物。

29、另一方面，本文公开了一种印刷电路板，包括：芯层；设置在芯层第一面上的介电层，其中介电层包括至少一个介电聚合物膜，该膜具有：(i)小于或等于约130℃的玻璃化转变温度；(ii)小于或等于约2.8的介电常数；和(iii)当至少一个介电聚合物膜的平均温度低于玻璃化转变温度时，基本上各向同性的小于或等于约6gpa的弹性模量；以及一个或多个微孔，该微孔穿透介电层并连接设置在介电层相对侧上的一对或多对相应的导电迹线。

30、在一些实施方案中，与高密度互连印刷电路板中没有介电层时相比，介电层降低了一个或多个微孔由于低周疲劳或过应力而失效的风险。

31、在一些实施方案中，芯层是基于玻璃纤维的介电或层压板。

32、在一些实施方案中，介电层为第一介电层，高密度互连印刷电路板还包括第二介电层，第二介电层包括至少一个介电聚合物膜。

33、在一些实施方案中，电路板还包括一个或多个微孔，该微孔穿透第二介电层并连接设置在第二介电层的相对侧上的一对或多对相应的导电迹线。

34、在一些实施方案中，第二介电层设置在芯层的第二面上。

35、在一些实施方案中，根据权利要求所述的电路板还包括：设置在第一介电层上并包括至少一个介电聚合物膜的第三介电层；和设置在第二介电层上并包括至少一个介电聚合物膜的第四介电层。

36、在一些实施方案中，第二介电层设置在第一介电层上。

37、在一些实施方案中，电路板为多层印刷电路板或高密度互连印刷电路板。