CN101076229A - 用于印刷电路板的导孔的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于印刷电路板的导孔的制作方法，其包括如下步骤：提供一表面已布好线路的内层线路板；在该内层线路板的至少一表面顺次增加一次外层覆铜基板及一最外层覆铜基板，每一层覆铜基板分别包括一铜箔层及一基板层，且每一铜箔层皆远离内层线路板；在最外层覆铜基板的铜箔层上预定位置形成最外层铜窗；在最外层覆铜基板形成最外层铜窗后剩余的铜箔区域形成保护层；在最外层覆铜基板的基板层经第一次雷射形成预制孔；在预制孔对应的次外层覆铜基板的铜箔层区域形成次外层铜窗；移除保护层；在次外层铜窗对应的次外层覆铜基板的基板层经第二次雷射形成导孔的基本孔形；及在形成的导孔基本孔形的内壁镀铜，形成所述导孔。
Description
技术领域
本发明关于印刷电路板领域的导孔，尤其是关于一种用于高密度互连印刷电路板的导孔的制作方法。
背景技术
在电子产品领域，产品趋向小型化且对高速性能的需求日益提高。这一趋势促使电路板表面所连接的元件不断增加，印刷电路的图型日趋高密度化，元件间间距逐渐减小，电路集成度不断提高。为增大电路板表面可利用面积，高密度互连电路板(HDI)因其进一步拓展了可利用空间而成为研发新热点，而导孔(Via)技术则为高密度互连电路板的多面互连提供了广阔空间。
众所周知，一般电路板包括多层结构，每一层表面为一电路平面，各平面间被一层电介质材料分开，而在不同平面之间存在多处金属相连部分。所谓“导孔”即指在两个平面之间或更多平面之间的这些金属相连部分，其孔径小于0.15毫米，其所占面积大约为机械钻孔的四分之一。其仅出现于需要进行电路连接的层间，有助于实现电路板各层间较高的互连密度。
所谓“导孔”包括盲孔、埋孔、通孔等形式，盲孔连接几层内部电路板与表面电路板，埋孔只连接内部电路板，通孔则电性连接整个电路板的各个表面。下面以盲孔为例描述导孔的制作方法。
典型的盲孔结构如图1所示，此时第一层与第二层、第三层直接相连，形成业界所称的“电梯结构”，其优点为电流传导更直接、快捷，可减少电流损失及涡流、电磁屏蔽现象发生。请参阅图2A～2G，目前业界对该种结构的制作方法为：
第一步，如图2A，提供布好线路的电路板，该电路板可为多层结构，一般为2、4、6...层，其具有相对的位于外层表面的线路层102，且已形成所需线路及图型；
第二步，如图2B，在该电路板的两外层表面102各增一层涂树脂铜箔(Resin Coated Copper，RCC)110，为便于后续描述，称为次外层涂树脂铜箔，简称次外层，其具有一树脂层114及一铜箔层112，铜箔层112远离电路板的线路层102；
所谓“涂树脂铜箔”是指在铜箔的粗糙面上涂一层特殊的树脂经烘箱干燥而成，其为制造高密度互连电路板的绝缘介质材料，突出特点为铜箔薄而树脂厚。
第三步，如图2C，在该次外层的铜箔层112上预定位置开铜窗130，即采用化学蚀刻方法将预定位置的铜箔蚀刻掉，露出对应位置的树脂层。其具体做法为常用的曝光显影制程：
首先在铜箔表面涂布光阻层，可为常用液态或固态光阻；
在具有预定图案的光罩遮盖下进行曝光制程，将光罩的图案复制到光阻层；
移除光罩，对经曝光的光阻层进行显影，从而在光阻层形成预定图案；
采用铜蚀刻液对未被光阻覆盖的铜箔进行蚀刻，从而形成次外层铜窗，最后移除光阻层。
第四步，如图2D，再于次外层涂树脂铜箔110表面继续各增加一层涂树脂铜箔120，称为最外层涂树脂铜箔，简称最外层。此时形成图1所示结构的基本框架已具备，此时次外层的铜箔已于上一步骤形成铜窗；
第五步，如图2E，在最外层的铜箔上与次外层的铜窗130对应位置开铜窗140，方法同第三步。所开铜窗140直径大于次外层的铜窗130直径，且最好中轴线重合。例如最外层的铜窗140直径为8mil，次外层的铜窗130直径为4mil，1米位(mil)＝0.0254毫米(mm)；
第六步，如图2F，用二氧化碳雷射钻孔机烧蚀露出的树脂层124、114，因二氧化碳雷射仅烧蚀树脂，而对铜箔无影响，因此所开各铜窗可起到限位作用。
最后，如图2G，再于孔内壁镀铜，使上下层导通，从而形成所需的盲孔150。
理想状态下形成的盲孔为图1所示情形。但是，实际生产中，由于各种误差累积，所形成的导孔良率不高、上下孔错位，形成如图3A及图3B所示的不良品。该不良品会产生不均匀匹配，或容易与中间电路接触，从而产生潜在短路等，因此应极力避免上述不良产生。
上述不良产生的误差来源包括：首先，导孔的多层间上下对位是制作多层导孔电路板的关键。现有技术中对位需依靠下层电路，此方法虽可使导孔最小而充分节约空间，但却以对位不良为代价，导致上下铜窗偏移。
其次，现有技术采用三层对位，而光罩对位、曝光显影过程中因对位精度、曝光精度等会引起系统误差。
再次，现有技术采用对两层树脂进行一次雷射方法，对不同直径铜窗而言，所需激光束强弱不同，而上述方法却无法准确调节光束强弱；同时，雷射烧蚀过程中树脂因其自身特性也会存在涨缩而影响最终孔形等。
在上述误差中，对位、曝光的系统误差及树脂材料涨缩造成的误差是无法完全避免的，若想进一步缩小误差，只能从制程改进。
有鉴于此，提供一种可降低误差、提高制作良率的用于印刷电路板的导孔的制作方法实为必需。
发明内容
以下，将以实施例说明一种可降低误差、提高制作良率的用于印刷电路板的导孔的制作方法。
该导孔的制作方法包括如下步骤：提供一表面已布好线路的内层线路板；在该内层电路板的至少一表面顺次增加一次外层覆铜基板及一最外层覆铜基板，每一层覆铜基板分别包括一铜箔层及一基板层，且每一铜箔层皆远离内层线路板；在最外层覆铜基板的铜箔层上预定位置形成最外层铜窗；在最外层覆铜基板形成最外层铜窗后剩余的铜箔区域形成保护层；在最外层覆铜基板的基板层经第一次雷射形成预制孔；在预制孔对应的次外层覆铜基板的铜箔层区域形成次外层铜窗；移除保护层；在次外层铜窗对应的次外层覆铜基板的基板层经第二次雷射形成导孔的基本孔形；及在导孔基本孔形的内壁镀铜，形成所述导孔。
相较于现有技术而言，本制程采用由外而内的对位方法，二次雷射的制程，在制作过程中，最外层铜窗限定了在最外层基板层形成的预制孔的位置及大小范围；预制孔位置及大小限定了次外层铜窗的大小及位置；次外层铜窗又限定了次外层基板层被烧蚀的区域，最终形成的导孔位置、大小及上下对位均被严格限定，避免了现有技术对位不准情形，误差降低、制作良率提高。
附图说明
图1是典型的盲孔结构示意图。
图2A～2G是现有技术对图1所示盲孔结构的制作方法。
图3是采用图2A～2G所示的制作方法形成的盲孔结构的常见不良状况示意图。
图4A～4I是本发明制作图1所示盲孔结构的制作方法示意图。
图5A是采用本发明制作方法形成的盲孔在镀铜前的俯视图。
图5B是采用本发明制作方法形成的盲孔在镀铜前的剖面图。
具体实施方式
本技术方案采用二次雷射制程加工导孔，下面以盲孔的制作方法为例来说明本发明导孔的具体制作方法，请参阅图4A～4I。
第一步，如图4A，提供布好线路的内层电路板200，该内层电路板可为多层结构，一般为2、4或6，8...层，其相对的两外层表面为内层电路板的线路层202；
第二步，如图4B，在该内层电路板200的至少一线路层202表面增加两层覆铜基板，顺次为一次外层覆铜基板及一最外层覆铜基板，简称次外层、最外层，每一层覆铜基板分别包括一铜箔层及一基板层，且每一铜箔层皆远离内层线路板200。
该覆铜基板可为涂树脂铜箔(RCC)，也可为胶片(Prepreg)与铜箔的叠合结构。所述涂树脂铜箔是指在铜箔的粗糙面上涂一层特殊的树脂经烘箱干燥而成。
所述胶片是将做补强材料的玻纤布(也称玻璃纤维布)或棉纸、白牛皮纸等绝缘性载体材料，在胶水槽中含浸，使其吸饱胶水后缓缓拖出并刮走多余胶水，其中胶水槽中的胶水是被溶剂稀释的单体，例如环氧树脂单体。被吸入的胶水经热风与红外线干燥，可挥发掉多余的溶剂并能促使胶水部分聚合，形成附着于补强材料上的寡聚物，此时形成半固化胶片(Prepreg)，便于与铜箔等叠放与压制。将该半固化胶片与铜箔叠合后于高温压合，寡聚物进一步聚合成树脂，得到上述胶片与铜箔的叠合结构。
本实施方式中采用涂树脂铜箔，但是本领域人员应明白，胶片与铜箔的叠合结构也可采用下述方法进行加工导孔。所增两层结构分别称为最外层涂树脂铜箔210、次外层涂树脂铜箔220，下面也分别简称最外层、次外层，每一层分别包括一铜箔层212、222及一基板层214、224，且每一铜箔层皆远离内层线路层202；本实施方式中该基板层214、224为树脂，对于采用胶片与铜箔的叠合结构的实施方式中，该基板层为补强材料与附着于补强材料周围的树脂构成。
第三步，如图4C，在最外层210的铜箔层212上待形成导孔的预定位置开较大铜窗(enlarge window)230。在本技术方案中，可采用化学蚀刻方法将预定位置的铜箔蚀刻掉，露出对应位置的基板层。其具体做法为常用的曝光显影制程：
在铜箔表面涂布光阻层，可为常用的液态光阻或固态光阻；
在一光罩遮盖下进行曝光制程，将光罩的图案复制到光阻层，该光罩具有与待形成导孔位置及分布对应的预定图案；
移除光罩，对经曝光的光阻层进行显影，从而在光阻层形成与上述光罩预定图案相应的图案，其中，除待形成导孔的铜箔区域经显影后未覆盖光阻外，其余区域均覆盖有光阻。
采用铜蚀刻液对未覆盖光阻的铜箔进行蚀刻，从而形成铜窗，最后移除光阻层。
第四步，如图4D，在最外层210的铜箔层212开铜窗230后剩余的铜箔区域形成保护层204，该保护层204的材质可金属或树脂，如金属锡、镍、锡铅或贵金属，还可为低聚物经曝光形成的树脂，例如可采用常用的光阻剂经聚合形成树脂。其作用是起到覆盖作用，使在蚀刻次外层220的铜箔时，不至于影响最外层的铜箔。本实施方式采用锡金属保护层。
第五步，如图4E，用二氧化碳雷射钻孔机进行第一次雷射钻孔，在最外层210的基板层形成预制孔240。该预制孔240的作用是定位待形成的次外层铜窗的孔径及位置，因此其应与次外层铜窗孔径大小相当，且位于最外层铜窗230定义的区域内，最好与最外层铜窗230同轴设置，以确保最外层铜窗230与待形成的次外层铜窗同轴，不至于产生偏移。该预制孔240的孔径可等于或小于最外层铜窗230的孔径，例如制作图1所示导孔时，预制孔240的孔径小于最外层铜窗230的直径。
该预制孔240的形成过程为：按照次外层220待开的较小铜窗(conformal mask)直径大小控制激光束的强度，使最外层210的基板层214经光束烧蚀形成的预制孔240，且其直径与次外层待开的铜窗直径相同，并最好使预制孔240与最外层铜窗230同轴设置。此时，最外层210的预制孔240已形成，露出次外层220的铜箔。因二氧化碳雷射对铜没有影响，因此可保证只烧蚀最外层的基板层214。
对于采用胶片与铜箔的叠合结构的实施例中，因其基板层由补强材料与树脂组成，为达到二氧化碳雷射可作用该基板层的补强材料，如二氧化硅纤维，该纤维的直径均小于头发直径，从而确保该种结构作覆铜基板同样适用于本方法。
第六步，如图4F，利用与第三步相似的化学蚀刻方法，对次外层开铜窗250，将预制孔240对应区域的铜箔蚀刻掉。也就是，将第五步露出的次外层的铜箔222蚀刻掉，从而露出次外层对应的基板层224。此一步骤中，对于最外层铜箔而言，因其已被保护层204保护起来，不至于在蚀刻次外层的铜箔时受到影响。而对于此外层而言，仅预制孔240对应的铜箔222能被蚀刻，因此保证次外层形成的铜窗250限定在预制孔240区域内，优选与预制孔240大小一致。
第七步，如图4G，移除保护层204。
第八步，如图4H，用二氧化碳雷射钻孔机进行第二次雷射钻孔，此时两次所开铜窗230、250已对欲形成的导孔孔形起到了限位作用。在此一步骤中，需烧蚀掉与次外层铜窗250对应区域的次外层基板224，此时因次外层铜窗250与烧蚀基板区域直径相同，该次外层铜窗250起到正投影光罩的作用。对于最外层铜窗230的直径大于预制孔240直径的情况下，还需将最外层的较大铜窗230所对应的除预制孔240外的剩余基板全部烧蚀，从而确定导孔的基本孔形。
第九步，如图4I，将第八步所得基本孔形的内壁镀铜20，从而完成盲孔的制作。
请参阅图5A、图5B，分别为未镀铜前的盲孔的俯视图及剖视图。从图可看出，相较于现有技术，本制程导孔上下对位准确、良率高。其原因在于：本制程采用由外而内的对位方法、二次雷射的制程，在制作过程中，最外层铜窗限定了在最外层基板层形成的预制孔的位置及大小范围；预制孔位置及大小限定了次外层铜窗的大小及位置；次外层铜窗又限定了次外层基板层被烧蚀的区域，最终形成的导孔位置、大小及上下对位均被严格限定，避免了现有技术对位不准情形，误差降低、制作良率提高。
对于埋孔而言，其制作除完成上述主要步骤外，还需在形成盲孔的电路板表面继续增加其他线路层。对于通孔而言，上述盲孔形成于内层电路板的通孔上并形成贯通电路板的导孔即可，也可采用上述方法从第一层外表面贯通到最下层外表面。
上述制程也适用于仅在电路板一面形成导孔的情形，此时，可仅对其中一面进行上述操作，另一面保护起来即可。
上述制程为针对二阶导孔的制作而进行的实施举例，本发明的对位及加工方法也适用于三阶及以上的导孔的制作。
Claims (16)
1，一种用于印刷电路板的导孔的制作方法，其包括如下步骤：
提供一表面已布好线路的内层线路板；
在该内层电路板的至少一表面顺次增加一次外层覆铜基板及一最外层覆铜基板，每一层覆铜基板分别包括一铜箔层及一基板层，且每一铜箔层远离内层电路板；
在最外层覆铜基板的铜箔层上预定位置形成最外层铜窗；
在最外层覆铜基板形成最外层铜窗后剩余的铜箔区域形成保护层；
在最外层覆铜基板的基板层经第一次雷射形成预制孔；
在预制孔对应的次外层覆铜基板的铜箔层区域形成次外层铜窗；
移除保护层；
在次外层铜窗对应的次外层覆铜基板的基板层经第二次雷射形成导孔的基本孔形；及
在导孔的基本孔形内壁镀铜，形成所述导孔。
2.如权利要求1所述的导孔的制作方法，其特征在于：该覆铜基板为涂树脂铜箔，或胶片与铜箔的叠合结构。
3.如权利要求2所述的导孔的制作方法，其特征在于：该胶片的补强材料为绝缘性载体材料，其周围附着树脂。
4.如权利要求3所述的导孔的制作方法，其特征在于：该绝缘性载体材料为玻璃纤维布、棉纸或白牛皮纸。
5.如权利要求1所述的导孔的制作方法，其特征在于：该保护层的材质为金属或树脂。
6.如权利要求5所述的导孔的制作方法，其特征在于：该保护层的材质是锡、镍、锡铅或贵金属。
7.如权利要求1所述的导孔的制作方法，其特征在于：形成最外层铜窗包括曝光显影及蚀刻步骤。
8.如权利要求7所述的导孔的制作方法，其特征在于：该蚀刻步骤使用的蚀刻液为蚀铜液。
9.如权利要求1所述的导孔的制作方法，其特征在于：预制孔在最外层铜窗限定的区域内。
10.如权利要求1所述的导孔的制作方法，其特征在于：预制孔的孔径小于或等于最外层铜窗的直径。
11.如权利要求1所述的导孔的制作方法，其特征在于：预制孔与最外层铜窗同轴设置。
12.如权利要求1所述的导孔的制作方法，其特征在于：预制孔的孔径大于或等于次外层铜窗的直径。
13.如权利要求1所述的导孔的制作方法，其特征在于：次外层铜窗采用蚀铜液蚀刻而成。
14.如权利要求1所述的导孔的制作方法，其特征在于：第一次雷射及第二次雷射均采用二氧化碳雷射。
15.如权利要求1所述的导孔的制作方法，其特征在于：该导孔为埋孔、盲孔或通孔。
16.如权利要求1所述的导孔的制作方法，其特征在于：该导孔为二阶以上。
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