CN101528011A - 铜柱法互连多层电路板的制作方法 - Google Patents

铜柱法互连多层电路板的制作方法 Download PDF

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Abstract

一种铜柱法互连多层电路板的制作方法，包括：(1)在基板上制作内层配线层；(2)内层配线层上制作铜柱；(3)制作绝缘层；(4)在铜柱及绝缘层的基础上制作另一配线层；其中，步骤(3)中制作绝缘层的具体步骤包括：a.对经过步骤(2)的电路板顺序进行除油、酸洗、预浸、棕化及烘板的处理；b.丝印树脂并固化；c.磨平铜柱及树脂。本发明公开了一种镀铜柱后绝缘层的具体加工工艺，解决了现有铜柱法互连多层电路板生产过程中的关键技术问题。通过本发明可以可制作三阶以上HDI电路板，比如4+N+4；本发明还具有制作效率高，生产周期短，进一步缩小产品体积与重量的特点。

Description

铜柱法互连多层电路板的制作方法
技术领域
本发明涉及多层电路板的制作方法，尤其涉及基于铜柱法的高密度互连(HIGH DENSITY INTERCONNECTION，简称HDI)多层电路板的制作方法。
背景技术
现今，多层印刷电路板的制作方法主要以积层式为主，基本原理是：在设有配线层的基材上形成绝缘层，在绝缘层上进而形成另一配线层，如此依序反复形成绝缘层和配线层，从而堆叠成多层印刷电路板。
多层印刷电路板中的制作过程中，必须使得上下各配线层之间的部分特定接点互相连通。目前，主要有两种工艺方法实现互连导通的目的，一种是利用激光钻孔的方式在互联部位形成介质孔，再利用传统的方法在介质孔上形成能够电导通的电镀层；另一种是在配线层的互连部位设置实心铜柱来直接连通另一配线层上的接点。激光钻孔方式的缺陷在于：激光钻孔时去钻污、胶渣困难，工艺不易掌握，激光钻孔设备昂贵。而利用铜柱互连导通方式比在介质孔内设电镀层互连导通的方式容易进行控制，并且电导通效率高，是目前常用的方式。
中国01130862.1号专利公开了一种“利用实心铜柱互连导通的印刷电路板的制作方法”，包括：(1)在基板或绝缘层上设置第一层铜箔配线层；(2)在该铜箔配线层上敷设一层导电层；(3)在该铜箔配线层的非互连部位敷设一层用作抗电镀阻剂的干膜，并露出需建立互连导通的互连部位；(4)利用微蚀刻方式清除互连部位上的导电层，使互连部位成为纯净铜箔；(5)在互连部位上电镀铜柱；(6)去干膜，去非互连部位的导电层；(7)在铜柱上制作另一配线层。
实际上，在铜柱上制作另一配线层之前先要制作一绝缘层，该绝缘层关系到下一配线层的形成、上下配线层间的稳定性以及整个电路板的阶层设置。而上述专利没有公开相关内容，且现有多数基于铜柱法的多层电路板的制作厂商也受困于该绝缘层的制作技术，少数国外厂商作为技术秘密不愿公开。
此外，上述01130862.1号专利公开的其它步骤理论上可以实现其发明目的，但是没有本领域普通技术人员进一步的创造性劳动的话，无法做出产品。例如，在制作铜柱时，其前期处理、沉铜控制工艺、具体贴膜的方式及镀铜柱工艺均关系到铜柱制作的成败。
发明内容
本发明提供一种铜柱法互连多层电路板的制作方法，目的是解决镀铜柱后绝缘层制作工艺的难题。
上述目的由以下技术方案实现：
一种铜柱法互连多层电路板的制作方法，包括如下步骤：
(1)在基板上制作内层配线层；
(2)内层配线层上制作铜柱；
(3)制作绝缘层；
(4)在铜柱及绝缘层的基础上制作另一配线层；
其特征在于：步骤(3)中制作绝缘层的具体步骤包括：a.对经过步骤(2)的电路板顺序进行除油、酸洗、预浸、棕化及烘板的处理；b.丝印树脂并固化；c.磨平铜柱及树脂。
本发明公开了一种镀铜柱后绝缘层的具体加工工艺及选用的绝缘材料，解决了现有铜柱法互连多层电路板生产过程中的关键技术问题；此外本发明还公开了其它步骤的精确工艺流程，通过本发明可以可制作三阶以上HDI电路板，比如4+N+4；；本发明还具有制作效率高，生产周期短，进一步缩小产品体积与重量。
具体实施方式
下面结合具体实施例，详细说明本发明提供的铜柱法互连多层电路板的制作方法的各步骤。
(一)在基板上制作内层配线层，该步骤具体包括如下工艺：
①开料：基板选用深圳生溢快捷电路有限公司生产的基板，并贴设铜箔；
②磨板：用沉铜的粗磨机磨板，磨板电流2.0-2.5A，速度2.5-3.5m/min；
③贴膜：干膜用长兴干膜或日立干膜；贴膜温度105±5℃、贴膜速度1.0-1.5m/min、贴膜压力4.5±0.5Kg/cm2；
④对位：采用Booking对位法(先将内层的两张菲林按对位PAD对准后，用双面胶粘贴在一起，并用3M胶固定，再将板夹在菲林中)；
⑤曝光：5KW或7KW曝光机，21格曝光尺控制到6-8格；
⑥显影：用0.8-1.2％的Na2CO3，速度控制在1.8-2.8m/min，显影点控制在露铜点40-60％；
⑦蚀刻：酸性蚀刻(铜离子100-140g/L，酸度0.5-1.2N，比重1.2-1.3，速度0.5OZ厚度1.5-2.8m/min，根据具体首板确定)；
⑧退膜：用3-5％的NaOH，温度50±2℃，速度2.5-3.0m/min。
(二)内层配线层上制作铜柱，该步骤具体包括如下工艺：
(1)、沉铜及沉铜前处理，顺序操作如下：
除油：碱浓度6-10％，温度65-70℃，时间5-8min；
微蚀：浓度NPS 60-80g/L，H2SO4：2-4％，铜离子5-20g/L，温度27±3℃，时间1-3min，微蚀速率1-2um；
预浸：浓度酸当量0.1-0.3N，比重＞1.125，温度常度，时间2-3min；
活化：浓度酸当量0.25-0.35N，比重＞1.125，强度70-100％，温度39±3℃，时间6-8min；
加速：DA-605浓度0.8-1.2％，常温，时间1-2min；
沉铜：沉铜药水：铜离子浓度2.8-3.4g/L，NaOH 7-10g/L，HCHO 5-7g/L，络合剂0.09-0.13M，温度38-42℃，时间36-44min；
(2)、烘干：过烘板机60-80℃，时间2.5-3.0min；
(3)、贴膜：用长兴50um厚的干膜贴两次膜，第一次贴后撕下离型膜再贴第二次干膜，贴膜温度105±5℃、贴膜速度1.0-1.5m/min、贴膜压力4.5±0.5Kg/cm2；
(4)、对位：手工对位，允许偏差2mil；
(5)、曝光：7KW曝光机，21格曝光尺控制到9-11格；
(6)、显影：用0.8-1.2％的Na2CO3，速度控制在1.0-1.8m/min，显影点控制在露铜点50-60％；
(7)、去沉铜层：采用化学清洗线的微蚀，速度1.0-1.2m/min过两次，除去露铜处理的沉铜层(微蚀浓度NPS 40-60g/L，H2SO43-5％，温度24-30℃)；
(8)、镀铜柱：采用混流镀铜液，不需打气搅拌，要用过滤及喷嘴搅拌，浓度CuSO4.5H2O 60-90g/L，H2SO49-11％，Cl-40-90ppm，Cu6O3 2-5ml，摇摆方向与板子方向垂直，电流密度1.2-1.4ASD，电镀200min；
(9)、退膜：用3-5％的NaOH，温度50±2℃，浸泡15-20min，直至干膜大片脱落，再过水平退膜机，其速度2.5-3.0m/min；
(10)、去线路区沉铜层：采用化学清洗线的微蚀，速度1.0-1.2m/min过两次，除去露铜处理的沉铜层(微蚀浓度NPS 40-60g/L，H2SO43-5％，温度24-30℃)；
(三)制作绝缘层，该步骤具体包括如下工艺：
①棕化及棕化前处理，顺序操作如下：
除油：碱浓度10-15％，温度45-55℃，时间2-4min；
酸洗：H2SO4浓度0.5-1.5％，时间0.5-1.5min，常温；
预浸：预浸药水TP-112浓度2-4％温度30-40℃，时间0.5-1.5min；
棕化：本公司采用垂直棕化线，H2SO4 4-6％，棕化药水TP101A 4-6％，棕化药水TP101B 4-6％，H2O2 2-3％，温度32-40℃，时间0.5-1.5min；
烘板：100℃/40min；
②丝印树脂：树脂材料选用产自日本，由香港太阳油墨代理的油墨，名称及型号为PHP 100DRT，采用51T网印刷3次/面，每次印刷后水平放置静置25-30min，再水平放置板预烘75℃/30min，当两面均印三次完成预固化完成后，再逐渐升温固化烘板：120℃/30min、150℃/90min。
③磨平铜柱/树脂：本公司采用陶瓷磨板机磨，小压力多次磨板0.5-0.6A，速度1.2-1.5m/min，每次磨板要测板的厚度和树脂厚度，直至铜柱全部露出和树脂达到所需的厚度。
(四)在铜柱及绝缘层的基础上制作另一配线层，该步骤具体包括如下工艺：
a.采用除胶两次(即膨松3min、除胶4min、中和5min，再膨松3min、除胶4min、中和5min)，膨松(当量浓度0.3-0.5N，强度300-380ml/L，温度70-80℃)、除胶(当量浓度1.1-1.4N，KmnO460-70g/L，温度70-80℃)、中和(当量浓度1.1-2.5N)
b.沉铜及沉铜前处理，按(二)中第(1)制作；
c.烘板：过烘板机60-80℃，速度2.5-3.0min；
d.固化：采用立式烘箱170℃烘板3小时；
e.清洗表面：过化学清洗线清洗，速度3.0-4.0m/min，除油(M404 6-10％H2SO4 3-5％温度38-42℃)，微蚀浓度NPS 40-60g/L，H2SO4 3-5％，温度24-30℃)；
f.贴膜：用长兴50um厚的干膜贴膜，贴膜温度105±5℃、贴膜速度0.8-1.5m/min、贴膜压力4.5±0.5Kg/cm2；
g.对位：手工对位，允许偏差2mil；
h.曝光：7KW曝光机，21格曝光尺控制到7-9格；
i.显影：用0.8-1.2％的Na2CO3，速度控制在1.8-2.8m/min，显影点控制在露铜点40-60％；
j.镀铜：采用混流镀铜液，不需打气搅拌，要用过滤及喷嘴搅拌浓度CuSO4.5H2O 60-90g/L，H2SO4 9-11％，Cl-40-90ppm，Cu6O3 2-5ml，摇摆方向与板子方向垂直，电流密度1.8-2.0ASD电镀90min(此时间是根据线路铜要求而定)；
k.退膜：用3-5％的NaOH，温度50±2℃，过水平退膜机，其速度2.5-3.0m/min；
l.去干膜下沉铜层：过化学清洗线，速度1.0-1.2m/min，(微蚀浓度NPS40-60g/L，H2SO43-5％，温度24-30℃)，检查板面非线路区是否有残铜再调整速度过化学清洗线；
m.固化：采用立式烘箱170℃烘板2小时。
本发明技术优势在于，可制作三阶以上HDI电路板，比如4+N+4，介质层厚度可以控制，质量可靠性极高，绕过传统激光HDI成孔方法，避免了工序控制难度，可广泛应用于目前及经后所需求的多阶HDI板孔径可小到Φ0.10mm---0.075mm；Via孔品质和性能是目前镭射制作不能媲比的；本发明还具有制作效率高，生产周期短，提高线路制作密度，进一步缩小产品体积与重量的特点。

Claims (8)

1.一种铜柱法互连多层电路板的制作方法，包括：
(1)在基板上制作内层配线层；
(2)内层配线层上制作铜柱；
(3)制作绝缘层；
(4)在铜柱及绝缘层的基础上制作另一配线层；
其特征在于：步骤(3)中制作绝缘层的具体步骤包括：a.对经过步骤(2)的电路板顺序进行除油、酸洗、预浸、棕化及烘板的处理；b.丝印树脂并固化；c.磨平铜柱及树脂。
2.根据权利要求1所述的铜柱法互连多层电路板的制作方法，其特征在于：所述步骤a中，除油的条件为：碱浓度10-15％，温度45-55℃，时间2-4min；酸洗条件为：H2SO4浓度0.5-1.5％，时间0.5-1.5min，常温；预浸条件为：预浸药水TP-112浓度2-4％，温度30-40℃，时间0.5-1.5min；棕化条件为：H2SO4 4-6％，棕化药水TP101A 4-6％，棕化药水TP101B 4-6％，H2O2 2-3％，温度32-40℃，时间0.5-1.5min；烘板条件为：温度100℃，时间40min。
3.根据权利要求2所述的铜柱法互连多层电路板的制作方法，其特征在于：所述步骤b中，树脂材料采用产自日本、由香港太阳油墨代理的名称及型号为PHP100DRT的油墨，采用51T网印刷3次/面，每次印刷后水平放置静置25-30min，再水平放置板预烘30min，温度75℃，然后逐渐升温固化烘板：120℃/30min、150℃/90min。
4.根据权利要求3所述的铜柱法互连多层电路板的制作方法，其特征在于：所述步骤c中，采用陶瓷磨板机磨磨平铜柱及树脂，磨板电流0.5-0.6A，速度1.2-1.5m/min，每次磨板要测板的厚度和树脂厚度，直至铜柱全部露出和树脂达到所需的厚度。
5.根据权利要求1所述的铜柱法互连多层电路板的制作方法，其特征在于：在内层配线层上制作铜柱时，电路板在沉铜前顺序执行如下操作：
除油：碱强度6-10％，温度65-70℃，时间5-8min；
微蚀：浓度NPS60-80g/L，H2SO4：2-4％，铜离子5-20g/L，温度27±3℃，时间1-3min，微蚀速率1-2um；
预浸：浓度酸当量0.1-0.3N，比重＞1.125，温度常度，时间2-3min；
活化：浓度酸当量0.25-0.35N，比重＞1.125，强度70-100％，温度39±3℃，时间6-8min；
加速：DA-605浓度0.8-1.2％，常温，时间1-2min。
6.根据权利要求5所述的铜柱法互连多层电路板的制作方法，其特征在于：在内层配线层上制作铜柱时，沉铜具体方式为：铜离子浓度2.8-3.4g/L，NaOH7-10g/L，HCHO 5-7g/L，络合剂0.09-0.13M，温度38-42℃，时间36-44min。
7.根据权利要求6所述的铜柱法互连多层电路板的制作方法，其特征在于：在内层配线层上制作铜柱时，贴膜的具体方式为：用长兴50um厚的干膜贴两次膜，第一次贴后撕下离型膜再贴第二次干膜，贴膜温度105±5℃、贴膜速度1.0-1.5m/min、贴膜压力4.5±0.5Kg/cm2。
8.根据权利要求7所述的铜柱法互连多层电路板的制作方法，其特征在于：在内层配线层上制作铜柱时，镀铜柱的具体方式为：采用混流镀铜液，要用过滤及喷嘴搅拌，浓度CuSO4.5H2O 60-90g/L，H2SO4 9-11％，Cl- 40-90ppm，Cu6032-5ml，摇摆方向与板子方向垂直，电流密度1.2-1.4ASD，电镀200min。
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