CN102076180A

CN102076180A - 电路板结构及其形成方法

Info

Publication number: CN102076180A
Application number: CN2009102264198A
Authority: CN
Inventors: 林贤杰
Original assignee: Nanya Circuit Board Co ltd
Current assignee: Nanya Circuit Board Co ltd
Priority date: 2009-11-20
Filing date: 2009-11-20
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2029-11-20
Also published as: CN102076180B

Abstract

本发明提供一种电路板结构及其形成方法，该方法包括提供核心板；形成内层线路层于核心板的表面上；形成焊垫层于内层线路层上；形成环状抗蚀层于焊垫层上；形成抗焊绝缘层于环状抗蚀层及焊垫层上；以及形成开口露出部分焊垫层；其中开口的半径小于环状抗蚀层的半径，且焊垫层的表面无凹陷。上述结构可避免焊料沿着抗焊绝缘层底部的缝隙延伸至其他区域。

Description

电路板结构及其形成方法

技术领域

本发明涉及电路板结构，更特别涉及焊垫层及环状抗蚀层的形成方法。

背景技术

印刷电路板(Printed Circuit Board简称PCB)是依电路设计，将连接电路零件的电气布线绘制布线图形，然后再以机械与化学加工、表面处理等方式，在绝缘体上使电气导体重现所构成的电路板。换言之，印刷电路板是搭配电子零件之前的基板。该类产品的作用是将各项电子零件以电路板所形成的电子电路，发挥各项电子零组件的功能，以达到信号处理的目的。由于印刷电路板设计品质的优劣，不但直接影响电子产品的可靠度，也可左右系统产品整体的性能及竞争力。上述电路图案是应用印刷、光刻、蚀刻及电镀等技术形成精密的配线，作为支撑电子零件及零件间电路相互接续的组装基地。因此，高密度化及多层化的配线形成技术成为印刷电路板制造业发展的主流。

在多层电路板的设计中，基板的焊接面(solder side)及元件面(componentside)最外层的金属图案(通常为铜层)扮演焊垫层(bonding pad)，通过焊球与外部其他电子元件接线，如图1A-图1D所示。在图1A中，核心板10具有导电通孔12以电性连结元件面10A与焊接面10B的增层线路结构11。在增层线路结构11中，被绝缘层13分隔的内层线路层11A及最外层的焊垫层11B之间具有导盲孔14。接着如图1B所示，以绿漆层15覆盖焊垫层11B后，形成开口16露出部分焊垫层11B。接着如图1C所示，进行表面处理，形成金属保护层17于露出的焊垫层11B上。最后如图1D所示，于开口16中置入焊球18，回焊后可形成焊锡凸块。

上述方法形成的产品中，开口16周围的绿漆层15底部易受蚀刻或表面处理等步骤影响，与焊垫层11B分层而形成缝隙。上述缝隙在填入焊球及后续的回焊工艺后会继续扩大，焊料会随着缝隙延伸至其他区域，并造成短路且降低可靠性，如图1E及其局部放大图图1F所示。

在美国专利US 7,213,329案中，提供了一种形成环状结构的方法。此案以晶种层搭配电镀铜层形成二层电性连接垫后，蚀刻电镀铜层至部分晶种层以形成开环。其可增加锡球接触面积，提升封装可靠性。上述蚀刻步骤同时移除部分绿漆、电镀铜层、与晶种层。接着进行表面处理形成金属保护层于晶种层上，再进行印刷植球。此作法易造成绿漆开环过深，导致纵横比过大，锡膏不易注入。此外，锡球底部的晶种层过薄易与锡膏结合形成合金层，导致晶种层厚度更薄，反而影响可靠性结果。

综上所述，目前仍需新的电路板结构以克服上述问题。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供一种电路板结构的形成方法，包括提供核心板；形成内层线路层于核心板的表面上；形成焊垫层于内层线路层上；形成环状抗蚀层于焊垫层上；形成抗焊绝缘层于环状抗蚀层及焊垫层上；以及形成开口露出部分焊垫层；其中开口的半径小于环状抗蚀层的半径，且焊垫层的表面无凹陷。

本发明更提供一种电路板结构，包括核心板；内层线路层，位于核心板的表面上；焊垫层，位于内层线路层上；环状抗蚀层，位于焊垫层上；抗焊绝缘层，位于环状抗蚀层及焊垫层上，且抗焊绝缘层具有开口露出部分焊垫层；其中开口的半径小于环状抗蚀层的半径，且焊垫层的表面无凹陷。

本发明具有工艺简单，可靠性高的优点。

附图说明

图1A-图1D为公知技术中，一电路板结构的工艺；

图1E-图1F为公知技术中，一电路板结构的切面照片；

图2A-图2N为本发明一实施例中，一电路板结构的工艺；

图3A-图3C为图2H-图2J中，电路板结构的俯视图；

图4A-图4B为本发明一实施例中，一电路板结构的工艺；

图5A-图5E为本发明一实施例中，一电路板结构的工艺；以及

图6A-图6B为本发明一实施例中，一电路板结构的工艺。

上述附图中的附图标记说明如下：

10～核心板； 10A～元件面；

10B～焊接面； 11～增层线路结构；

11A～内层线路层；11B～焊垫层；

12～导电通孔； 13～绝缘层；

14～导盲孔； 15～绿漆层；

16、29～开口； 17、31～金属保护层；

18、33～焊球； 21A、21B～晶种层；

23A、23B、23C、23D～图案化光致抗蚀剂层；

25、37～环状抗蚀层；27～抗焊绝缘层；

35～防蚀金属层。

具体实施方式

本发明提供一种电路板结构的形成方法如图2A-图2N所示。首先，提供核心板10，其上表面为元件面10A，且下表面为焊接面10B。核心板10的材料可为纸质酚醛树脂(paper phenolic resin)、复合环氧树脂(composite epoxy resin)、聚亚酰胺树脂(polyimide resin)、或玻璃纤维(glass fiber)。接着在核心板10两侧依序形成内层线路层11A后，形成导电通孔12以电性连接元件面10A及焊接面10B的内层线路层11A。内层线路层11A的形成方法可为沉积金属层后进行光刻工艺，或者半加成法。内层线路层11A的材料主要为铜，也可为其他导电材料如铝、镍、金、或上述的合金。导电通孔12的形成方法可为机械或激光钻孔后，在其孔壁电镀形成导电金属层，之后再填入灌孔树脂，其孔壁的电镀导电材料可为铜、铝、镍、金、锡、或上述的合金。接着形成绝缘层13于内层线路层11A上。绝缘层13的材料可为环氧树脂(epoxy resin)、双马来亚酰胺-三氮杂苯树脂(bismaleimide triacine，简称BT)、ABF膜(ajinomoto built-up film)、聚苯醚(polyphenylene oxide，简称PPE)、或聚四氟乙烯(polytetrafluorethylene，简称PTFE)。绝缘层13的形成方法可为涂布或热压合。

接着如图2B所示，移除部分绝缘层13以露出部分内层线路层11A。移除步骤可为激光剥除，或光刻工艺搭配蚀刻工艺。

接着如图2C所示，形成晶种层21A于上述结构后，再形成图案化光致抗蚀剂层23A于晶种层21A上。晶种层的形成方式可为物理或化学气相沉积法、溅镀或无电解电镀等方法，其材料可为铜、锡、镍、铝、铬、钛、钨、或上述的复合合金。接着如图2D所示，进行电镀工艺以形成金属层于未被图案化光致抗蚀剂层23A覆盖的晶种层上，完成第二层的内层线路层11A及导盲孔14。接着移除图案化光致抗蚀剂层23A，并移除之前被图案化光致抗蚀剂层23A覆盖的晶种层21A，即完成图2D所示的结构。上述方法即公知的半加成法(self-additive process，简称SAP)。值得注意的是，本发明可采用其他公知方法形成上述第二层的内层线路层11A及导盲孔14，并不限于图2C-图2D所示的SAP。举例来说，可先坦覆性沉积金属层后，再形成图案化光致抗蚀剂层，接着移除图案化光致抗蚀剂层未保护的金属层，以形成图案化金属层如内层线路层11A及导盲孔14。图2C的内层线路层11A及导盲孔14的材料选择，可与图2A的内层线路层11A相同。

接着如图2E所示，形成绝缘层13于上述结构后，移除部分绝缘层13以露出部分内层线路层11A。绝缘层的材料、形成方式、及移除方式与前述绝缘层13类似，在此不赘述。

接着如图2F所示，形成晶种层21B及图案化光致抗蚀剂层23B于上述绝缘层13及露出的内层线路层11A上。接着如图2G所示，进行电镀以形成焊垫层11B及导盲孔14。至此已完成所谓的增层线路结构11，其具有最外层的焊垫层11B及内层线路层11A，以及两者之间的导盲孔14。图2F-图2G的工艺与图2C-图2D的SAP类似，差别在于图2G的步骤不需移除图案化光致抗蚀剂层23B及晶种层21B。

接着如图2H所示，形成图案化光致抗蚀剂层23C于部分焊垫层11B上，并露出焊垫层11B的外环部分。为了更清楚说明“外环部分”为何，可参考图2H结构的俯视图(图3A)。在图3A中，焊垫层11B位于图案化光致抗蚀剂层23B中，而图案化光致抗蚀剂层23C与焊垫层11B为同心圆。图案化光致抗蚀剂层23C的半径小于焊垫层11B的半径，且露出焊垫层11B的外环部分。

接着如图2I所示，以保留的晶种层21B进行另一次电镀工艺以形成环状抗蚀层25，其俯视图如图3B所示。为了使环状抗蚀层25与焊垫层11B之间可紧密结合无空隙，两者较佳采用相同材料。接着如图2J所示，移除图案化光致抗蚀剂层23B及23C，再移除露出的晶种层21B，其俯视图如图3C所示。

值得注意的是，本发明在形成焊垫层11B后，采用图2H-图2J的电镀步骤形成环状抗蚀刻层25。本发明不直接形成厚层焊垫层，再以光刻工艺配合蚀刻步骤蚀刻厚层焊垫层的中心区域。上述步骤虽可保留厚层焊垫层的外环区域作为环状抗蚀层，但焊垫层的中心区域极易因蚀刻步骤而具有不规则的厚度及过高深宽比，这将使焊料不易注入。此外，焊垫层的中心区域若过薄，则易与焊料结合形成合金层而更加降低焊垫层厚度，反而影响元件可靠性。与上述步骤相较，本发明的焊垫层11B的厚度不会受到环状抗蚀层25的工艺影响，也不会因蚀刻等步骤造成凹陷。综上所述，本发明的电路板结构具有固定厚度的焊垫层11B，不会因形成环状抗蚀层25的步骤变薄。

接着如图2K所示，以抗焊绝缘层27如绿漆覆盖上述结构，其形成方法可为涂布法。在本发明一实施例中，抗焊绝缘层27的厚度大于环状抗蚀层25的厚度以完全覆盖环状抗蚀层。

接着如图2L所示，移除部分抗焊绝缘层27以形成开口29露出部分焊垫层11B。上述移除步骤可为激光剥除，光刻工艺(曝光/显影)，或等离子体蚀刻。在本发明一实施例中，开口29的半径小于环状抗蚀层25的半径。

接着如图2M所示，进行表面处理以形成金属保护层31于开口29底部。金属保护层的材料可为镍、金、锡、锡铅、铝、铬、钛、钨、或铜，其形成方式可为物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、电镀、溅镀、或无电解电镀。在本发明一实施例中，金属保护层的厚度小于环状抗蚀层25的厚度。金属保护层31的作用在于防止焊垫层氧化及增加焊料间的结合能力。

接着如图2N所示，形成焊球33于开口29中。至此则完成本发明的电路板结构。焊球33的材料可为锡、锡铅、锡银铜、锡铜、锡铋、锡铋镍、或上述的合金。

与公知技术相较，即使环状抗蚀层25其环内的抗焊绝缘层27因激光剥除或等离子体蚀刻(图2L)、或表面处理(图2M)等步骤造成侧蚀，环状抗蚀层25仍会阻挡侧蚀造成的缝隙。如此一来，焊球33的焊料将会保留于环状抗蚀层25内，而不会延伸至其他焊垫层造成短路。

在本发明一实施例中，更在图2J移除图案化光致抗蚀剂层23B及23C的步骤后，并在图2K形成抗焊绝缘层27的步骤前，形成防蚀金属层35于焊垫层11B及环状抗蚀层25的上表面及侧壁上，如图4A所示。上述防蚀金属层35的形成方法类似表面处理(ASF)，其材料可为镍、锡、钯、金、铝、钨、铬等表面处理金属。采用防蚀金属层的目的在于强化作用，因为上述环状抗蚀层25与焊垫层11B交接处于工艺中仍可能发生咬蚀情形，为防较薄的环状抗蚀层25或其与焊垫层11B交接处遭咬蚀破坏，特加入此防蚀金属层35以加强抗蚀效果。在形成防蚀金属层35后，后续形成抗焊绝缘层27、形成开口29、形成金属保护层31、及形成焊球33等步骤均与图2K-图2N所述的步骤类似，其结构如图4B所示。

在本发明一实施例中，在图2G形成焊垫层11B的步骤后，将图案化光致抗蚀剂层23B移除如图5A所示。接着形成图案化光致抗蚀剂层23D如图5B所示，再以前述的半加成法形成环状抗蚀层37如图5C所示，之后移除图案化光致抗蚀剂层23D及露出的晶种层21B如图5D所示。与图2J的环状抗蚀层25相较，图5D的环状抗蚀层37进一步保护焊垫层11B的侧壁，且可根据产品调整环状抗蚀层大小。在移除图案化光致抗蚀剂层23D及其下方的晶种层21B后，后续形成抗焊绝缘层27、形成开口29、形成金属保护层31、及形成焊球33等步骤均与图2K-图2N所述的步骤类似，其结构如图5E所示。

在本发明一实施例中，更在图5D移除图案化光致抗蚀剂层23D的步骤后，并在形成抗焊绝缘层27的步骤前(参考图2K)，形成防蚀金属层35于焊垫层11B的上表面与环状抗蚀层37的上表面及侧壁上，如图6A所示。上述防蚀金属层35的形成方法类似表面处理(ASF)，其材料可为镍、锡、钯、金、铝、钨、铬等表面处理金属。采用防蚀金属层的目的在于强化作用，因为上述环状抗蚀层37与焊垫层11B交接处于工艺中仍可能发生咬蚀情形，为防较薄的环状抗蚀层37或其与焊垫层11B交接处遭咬蚀破坏，特加入此防蚀金属层35以加强抗蚀效果。在形成防蚀金属层35后，后续形成抗焊绝缘层27、形成开口29、形成金属保护层31、及形成焊球33等步骤均与图2K-图2N所述的步骤类似，其结构如图6B所示。

虽然本发明已以数个较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作任意的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定的范围为准。

Claims

1.一种电路板结构的形成方法，包括：

提供一核心板；

形成一内层线路层于该核心板的表面上；

形成一焊垫层于该内层线路层上；

形成一环状抗蚀层于该焊垫层上；

形成一抗焊绝缘层于该环状抗蚀层及该焊垫层上；以及

形成一开口露出部分该焊垫层；

其中该开口的半径小于该环状抗蚀层的半径，且该焊垫层的表面无凹陷。

2.如权利要求1所述的电路板结构的形成方法，在形成该开口露出部分该焊垫层的步骤后，还包括形成一焊球于该开口中。

3.如权利要求2所述的电路板结构的形成方法，还包括形成一金属保护层于该焊球与该焊垫层之间。

4.如权利要求1所述的电路板结构的形成方法，其中该抗焊绝缘层的厚度大于该环状抗蚀层的厚度，以完全包覆该环状抗蚀层。

5.如权利要求1所述的电路板结构的形成方法，还包括形成一防蚀金属层于该环状抗蚀层与该焊垫层的上表面及侧壁上。

6.如权利要求1所述的电路板结构的形成方法，其中形成该焊垫层于该内层线路层上的步骤包括：

形成一晶种层于该内层线路上；

形成一第一图案化光致抗蚀剂层于该晶种层上，露出部分该晶种层；以及

形成该焊垫层于露出的该晶种层上。

7.如权利要求6所述的电路板结构的形成方法，其中形成该环状抗蚀层于该焊垫层上的步骤包括：

形成一第二图案化光致抗蚀剂层于部分该焊垫层上，露出该焊垫层的外环；

形成一环状抗蚀层于该焊垫层的外环上；

移除该第一图案化光致抗蚀剂层及该第二图案化光致抗蚀剂层，露出部分该晶种层；以及

移除露出的部分该晶种层。

8.如权利要求6所述的电路板结构的形成方法，其中形成该环状抗蚀层于该焊垫层上的步骤包括：

移除该第一图案化光致抗蚀剂层；

形成一第三图案化光致抗蚀剂层于部分该焊垫层及部分该晶种层上，露出该焊垫层的外环及围绕该焊垫层外环的部分该晶种层；

形成一环状抗蚀层于该焊垫层的外环及围绕该焊垫层外环的部分该晶种层上；

移除该第三图案化光致抗蚀剂层，露出部分该晶种层；以及

移除露出的部分该晶种层。

9.如权利要求8所述的电路板结构的形成方法，还包括形成一防蚀金属层于该环状抗蚀层的上表面及侧壁与该焊垫层的上表面。

10.一种电路板结构，包括：

一核心板；

一内层线路层，位于该核心板的表面上；

一焊垫层，位于该内层线路层上；

一环状抗蚀层，位于该焊垫层的外环上；以及

一抗焊绝缘层，位于该环状抗蚀层及该焊垫层上，且该抗焊绝缘层具有一开口露出部分该焊垫层；

11.如权利要求10所述的电路板结构，还包括一焊球位于该开口中。

12.如权利要求11所述的电路板结构，还包括一金属保护层位于该焊球与该焊垫层之间。

13.如权利要求10所述的电路板结构，其中该抗焊绝缘层的厚度大于该环状抗蚀层的厚度以完全包覆该环状抗蚀层。

14.如权利要求10所述的电路板结构，还包含一防蚀金属层位于该环状抗蚀层与该焊垫层的上表面及侧壁上。

15.如权利要求10所述的电路板结构，其中该环状抗蚀层覆盖该焊垫层的外环侧壁。

16.如权利要求15所述的电路板结构，还包含一防蚀金属层位于该环状抗蚀层的上表面及侧壁与该焊垫层的上表面。