CN101588679A - 一种用于高密度多层电路板铜箔间导电的微孔制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于高密度多层电路板铜箔间导电的微孔制造方法，首先在高密度多层电路板的表面铜箔上以局部电镀的方法在待钻微孔的位置沉积含锡金属层，再用脉冲二氧化碳激光微束在镀有含锡金属层的位置钻孔，使含锡金属层底部的表面铜箔被熔蚀形成铜箔微孔；再用脉冲二氧化碳激光微束对准表面铜箔的铜箔微孔处对其下的基板介质钻基板介质孔直至层间铜箔。本发明将高密度电路板制造中的铜导电层的钻孔工艺和介质基板的钻孔工艺合二为一，大大简化了生产工艺；避免了大量酸性和有机污染物的排放，达到了降低成本，保护环境的目的。

Description

一种用于高密度多层电路板铜箔间导电的微孔制造方法

技术领域

本发明属于高密度印刷电路板制造领域，涉及一种高密度印刷电路板制造中的层间连接技术，尤其是一种用于高密度多层电路板铜箔间导电的微孔制造方法。

背景技术

在现代电子制造业中提高集成度，缩小产品体积与重量是不断的技术追求。各种灵巧、便携电子设备(如笔记本电脑、移动通讯、移动医疗仪器等)广泛应用于日常生活及国防建设。由于大规模集成电路技术飞速发展，电路板的体积是制约高可靠电子产品进一步微型化的重要因素。于是产生了高密度布线多层电路板(HDPCB)。而在高密度布线多层电路板中，不同层级之间的连导是通过制造沿厚度方向的盲孔并在其中进行铜沉积而实现电连接。这些孔占据了线路板面积的相当部分。通过孔的微型化以减少所占面积是提高连接密度的重要途径。因此，在铜箔上及介质板内的微孔制备技术是高密度布线电路板制造的关键技术之一。

铜箔上及介质板内的微孔制备，如果采用传统的机械钻孔工艺，不但孔径在100微米以上，而且机械钻孔很难用于形成在多层连接中所要求的盲孔，这类盲孔末端既要求完全抵达内层铜箔表面，又不能对内层铜箔有损害。所以用机械钻孔显然无法满足这种微孔制备要求。

目前，激光钻孔技术现已广泛应用于HDPCB工业中的微孔制造。其中，CO₂激光器、YAG/UV激光器和excimer激光器已被用来进行微孔制造。但这三种激光器具有以下的不足之处：

(1)CO₂激光工作波长通常为9.3-10.6μm。电路板中有机基板材料在这一红外波长区域有强烈的吸收，而CO₂激光在铜箔表面的反射率约为95％，因此，CO₂激光可以被用来对介质层钻孔，而遇到介质中的层间铜箔表面时则被反射，所以特别适合用于多层连接中的盲孔制备。但CO₂激光不能被用于直接在铜箔上钻造微孔。

(2)三倍频YAG激光器的工作波长为355nm，铜金属在这一波长的吸收率较高(约70％)，所以可被用来对铜进行钻孔与切割。但由于一般YAG激光器三倍频后能量密度较小，钻孔时必须采取旋进切割方式，而不能象CO₂激光钻介质板那样用一个激光脉冲瞬间将铜箔钻透，所以生产效率很低。

(3)Excimer激光器由于成本高昂，维护不便，还未能在HDPCB制造中应用。

所以，目前铜箔微孔的制造是采用类似于集成电路(IC)制造中的光刻腐蚀工艺。首先在铜箔表面涂覆感光胶，然后再曝光、酸性腐蚀而在铜箔上形成微通孔，之后再清洗光刻胶。在后续工艺中，用CO₂激光在铜箔微孔处向下层的有机介质钻孔。由于光刻腐蚀工艺产生的有机和酸性污染物排放量十分大。在我国某些地区就集中了许多跨国公司的这类生产线，造成了对环境的严重污染。为了减小我国电子工业对环境的污染程度，达到可持续发展的需要，研制一种新的微孔制造技术是本领域所迫切希望的。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种用于高密度多层电路板铜箔间导电的微孔制造方法，该方法利用现有的二氧化碳激光器直接在铜箔和其下面的有机介质中钻成微孔，将铜箔微孔制造和介质中的微孔制造这两个原来分离的工艺制程合而为一，简化生产工艺，提高生产率，同时大大减少了酸性物质和有机污染物的排放。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：

这种用于高密度多层电路板铜箔间导电的微孔制造方法，具体包括如下步骤：

(1)首先在高密度多层电路板的表面铜箔上以局部电镀的方法在待钻微孔的位置沉积厚度为4.5～5.0微米的含锡金属层；

(2)用85J/cm²～150J/cm²能量密度的脉冲二氧化碳激光微束在镀有含锡金属层的位置钻孔，使含锡金属层底部的表面铜箔被熔蚀形成铜箔微孔；

(3)再以70J/cm²～85J/cm²能量密度的脉冲二氧化碳激光微束对准表面铜箔的铜箔微孔处对其下的基板介质钻基板介质孔直至层间铜箔。并且在钻孔过程中，以有机溶剂同步清洗钻孔形成的有机物和碳化物粉末，所述有机溶剂为乙醇或IPA.酒精。

以上所述局部电镀的方法是：

1)在高密度多层电路板的表面铜箔上粘贴一层绝缘胶带；

2)用20J/cm²密度的脉冲二氧化碳激光微束烧蚀掉待钻微孔处的绝缘胶带，使待钻微孔处的表面铜箔暴露在外；

3)给暴露在外的待钻微孔处的表面铜箔上电镀一层含锡金属层，所述含锡金属层为锡-银合金、锡-锌铋合金、锡-铋合金或纯锡金属层；

4)揭去表面铜箔上粘贴的绝缘胶带，在铜箔表面只有待钻微孔处沉积有含锡金属层。

本发明运用绝缘胶带覆盖高密度多层电路板(PCB覆铜板)的表面铜箔，对电路板上不钻微孔的广大面积进行绝缘保护，再用脉冲二氧化碳激光微束烧蚀待钻微孔位置的绝缘胶带。在烧蚀暴露的表面铜箔区运用局部电镀沉积含锡金属层，利用含锡金属层对激光能量的偶合吸收特性，达到给铜箔钻微孔的目的。这种方法提高了PCB覆铜板的表面铜箔局部对脉冲二氧化碳激光的吸收率。用脉冲二氧化碳激光微束在9μm厚的铜箔上钻微孔，可以得到质量完全合格，重复性良好的微孔。

附图说明

图1：本发明实施例所使用的四层PC板截面示意图；

图2：本发明实施例步骤1示意图；

图3：本发明实施例步骤2示意图；

图4：本发明实施例步骤3示意图；

图5：本发明实施例步骤4示意图；

图6：本发明实施例步骤5示意图；

图7：本发明实施例步骤6示意图；

图8：本发明实施例结果实物图；

图9：图8的截面图。

其中：1为表面铜箔；2为层间铜箔；3为基板介质；4为绝缘胶带；5为绝缘胶带微孔；6为含锡金属层；7为铜箔微孔；8为基板介质孔。

具体实施方式

本发明的微孔制造方法应用于高密度多层电路板铜箔间的导电，如图1为四层P C板截面示意图，包括表面铜箔1、层间铜箔2和处于它们之间的基板介质3。如图2，本发明运用绝缘胶带4覆盖高密度多层电路板的表面铜箔1，其作用是对表面铜箔1不钻孔的面积区域进行绝缘保护，使其在随后的电镀工艺过程中不会被镀上镀层，镀层选用含锡金属层6，这种低熔点的含锡金属层6具有在激光作用下会产生等离子体，这一等离子体进而对CO₂激光能量有大量的吸收，从而使局部的表面铜箔1熔溅而形成微小通孔(如图6)。

以下结合实施例对本发明做进一步详细描述：

实施例1

本实施例的微孔制造方法按照以下步骤进行：

(1)首先在高密度多层电路板的表面铜箔1上粘贴一层绝缘胶带4(如图2)；

(2)用20J/cm²密度的脉冲二氧化碳激光微束烧蚀掉待钻微孔处的绝缘胶带4，形成绝缘胶带微孔5，使待钻微孔处的表面铜箔1暴露在外(如图3)；

(3)给暴露在外的待钻微孔处的表面铜箔1上电镀一层厚度为4.5微米的含锡金属层6(如图4)，含锡金属层6采用锡-银合金进行局部电镀；

(4)揭去表面铜箔1上粘贴的绝缘胶带4，在铜箔表面只有待钻微孔处的含锡金属层6(如图5)。

(5)用能量密度为85J/cm²的脉冲二氧化碳激光微束在镀有含锡金属层6的位置钻孔，使含锡金属层6底部的表面铜箔1被熔蚀形成铜箔微孔7(如图6)；

(6)再以能量密度为70J/cm²的脉冲二氧化碳激光微束对准表面铜箔1的铜箔微孔7处对其下的基板介质3钻基板介质孔8直至层间铜箔2(如图7)，在钻孔的过程中用乙醇同步清洗钻孔形成的有机物和碳化物粉末。

实施例2

本实施例的微孔制造方法按照以下步骤进行：

(1)首先在高密度多层电路板的表面铜箔1上粘贴一层绝缘胶带4(如图2)；

(2)用20J/cm²密度的脉冲二氧化碳激光微束烧蚀掉待钻微孔处的绝缘胶带4，形成绝缘胶带微孔5，使待钻微孔处的表面铜箔1暴露在外(如图3)；

(3)给暴露在外的待钻微孔处的表面铜箔1上电镀一层厚度为5.0微米的纯锡金属层6，纯锡金属层6采用局部电镀的方式；电镀液采用市售锡电镀液，电镀工艺条件如下：

成分              挂镀

SnSO₄             40克/升

H₂SO₄             150克/升

液体添加剂        60-80毫升/升

阳极材料            纯锡板

阴极电流密度        0.005mA/cm²

工作温度            25℃

时间                2-3分钟

在镀槽中先加入总配体积70％的纯水，再缓慢倒入所需量硫酸，同时不停地搅拌。待硫酸溶液冷却到40摄氏度以下，加入硫酸亚锡，溶解、过滤。继续加纯水至定量体积、冷却，加入适量液体添加剂，便可开始镀锡，如图4所示；

(4)镀锡完成后揭去表面铜箔1上粘贴的绝缘胶带4，在铜箔表面只有待钻微孔处的纯锡金属层(如图5)；

(5)用能量密度为150J/cm²的脉冲二氧化碳激光微束在镀有纯锡金属层6的位置钻孔，使纯锡金属层底部的表面铜箔1被熔蚀形成铜箔微孔7(如图6)；

(6)再以能量密度为85J/cm²的脉冲二氧化碳激光微束对准表面铜箔1的铜箔微孔7处对其下的基板介质3钻基板介质孔8直至层间铜箔2(如图7)，在钻孔的过程中用有IPA.酒精进行同步清洗。

实施例3

本实施例的微孔制造方法按照以下步骤进行：

(1)首先在高密度多层电路板的表面铜箔1上粘贴一层绝缘胶带4(如图2)；

(2)用20J/cm²密度的脉冲二氧化碳激光微束烧蚀掉待钻微孔处的绝缘胶带4，形成绝缘胶带微孔5，使待钻微孔处的表面铜箔1暴露在外(如图3)；

(3)给暴露在外的待钻微孔处的表面铜箔1上电镀一层厚度为5.0微米的纯锡金属层6，纯锡金属层6采用局部电镀的方式；电镀液采用市售锡电镀液，电镀工艺条件如下：

成分              挂镀

SnSO₄             40克/升

H₂SO₄             150克/升

液体添加剂        60-80毫升/升

阳极材料          纯锡板

阴极电流密度      0.005mA/cm²

工作温度          25℃

时间              2-3分钟

在镀槽中先加入总配体积70％的纯水，再缓慢倒入所需量硫酸，同时不停地搅拌。待硫酸溶液冷却到40摄氏度以下，加入硫酸亚锡，溶解、过滤。继续加纯水至定量体积、冷却，加入适量液体添加剂，便可开始镀锡，如图4所示；

(4)镀锡完成后揭去表面铜箔1上粘贴的绝缘胶带4，在铜箔表面只有待钻微孔处的纯锡金属层(如图5)；

(5)用能量密度为110J/cm²的脉冲二氧化碳激光微束在镀有纯锡金属层6的位置钻孔，使纯锡金属层底部的表面铜箔1被熔蚀形成铜箔微孔7(如图6)；

(6)再以能量密度为75J/cm²的脉冲二氧化碳激光微束对准表面铜箔1的铜箔微孔7处对其下的基板介质3钻基板介质孔8直至层间铜箔2(如图7)，在钻孔的过程中用有IPA.酒精进行同步清洗。

实施例4

本实施例中其他步骤与实施例1相同，不同之处为在步骤(3)中锡金属层6为锡-锌铋合金。

实施例5

本实施例中其他步骤均与实施例1相同，不同之处为步骤(3)，在步骤(3)中：给暴露在外的待钻微孔处的表面铜箔1上电镀一层厚度为5微米的含锡金属层6，含锡金属层6采用锡-铋合金进行局部电镀。

如图8为发明实施例结果实物图，图9为图8的截面图，从图中可以看出，脉冲二氧化碳激光微束在表面铜箔1上制成的孔是近似圆形的微孔，这种微孔可实现直径小于100微米。

本发明的微孔制造工艺可替代目前所采用的光刻腐蚀铜箔微孔制备工艺。将高密度电路板制造中的铜导电层的钻孔工艺和介质基板的钻孔工艺合二为一，大大简化了生产工艺；避免了大量酸性和有机污染物的排放，达到了降低成本，保护环境的目的。

Claims (5)

1.一种用于高密度多层电路板铜箔间导电的微孔制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)首先在高密度多层电路板的表面铜箔(1)上以局部电镀的方法在待钻微孔的位置沉积厚度为4.5～5.0微米的含锡金属层(6)；

2)用85J/cm²～150J/cm²能量密度的脉冲二氧化碳激光微束在镀有含锡金属层(6)的位置钻孔，使含锡金属层(6)底部的表面铜箔(1)被熔蚀形成铜箔微孔(7)；

3)再以70J/cm²～85J/cm²能量密度的脉冲二氧化碳激光微束对准表面铜箔(1)的铜箔微孔(7)处对其下的基板介质(3)钻基板介质孔(8)直至层间铜箔(2)。

2.根据权利要求1所述的用于高密度多层电路板铜箔间导电的微孔制造方法，其特征在于，所述局部电镀的方法是：

1)在高密度多层电路板的表面铜箔(1)上粘贴一层绝缘胶带(4)；

2)用20J/cm²密度的脉冲二氧化碳激光微束烧蚀掉待钻微孔处的绝缘胶带(4)，使待钻微孔处的表面铜箔(1)暴露在外；

3)给暴露在外的待钻微孔处的表面铜箔(1)上电镀一层含锡金属层(6)；

4)揭去表面铜箔(1)上粘贴的绝缘胶带(4)，在铜箔表面只有待钻微孔处的含锡金属层(6)。

3.根据权利要求1或2所述的用于高密度多层电路板导电铜箔间导电的微孔制造方法，其特征在于，所述含锡金属层(6)为锡-银合金、锡-锌铋合金、锡-铋合金或纯锡金属层。

4.根据权利要求1所述的用于高密度多层电路板铜箔间导电的微孔制造方法，其特征在于，在步骤(3)的钻孔过程中，以有机溶剂同步清洗钻孔形成的有机物和碳化物粉末。

5.根据权利要求4所述的用于高密度多层电路板铜箔间导电的微孔制造方法，其特征在于，所述有机溶剂为乙醇或IPA。

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