CN102307437B - 提高半加成工艺中积层基材与积层导体层的结合力的方法 - Google Patents

Abstract

提高半加成工艺中积层基材与积层导体层的结合力的方法，先将金属箔进行粗糙处理，再将金属箔与尚未完全固化的积层基材层压，然后将层压后的板的外层金属箔减薄至适合激光直接钻孔的厚度，再对金属箔外表面进行表面处理后进行激光直接钻孔和机械钻通孔，然后进行去钻污，再将金属箔通过化学腐蚀去除，露出粗糙的积层基材表面，这样，经过粗糙处理的金属箔的表面粗糙轮廓如铸造模具的内表面轮廓留在浇注件上一样留在积层基材上，以达到对积层基材的粗糙处理，增加积层基材与后续SAP工艺将沉积在积层基材上的积层导体层之间的结合力，然后再在此积层基材表面进行后续一般的导体层积层SAP工艺。

Description

提高半加成工艺中积层基材与积层导体层的结合力的方法

技术领域

本发明涉及印制电路板和封装基板的制程工艺，特别涉及一种提高半加成工艺中积层基材与积层导体层的结合力的方法。

背景技术

随着电子产品向轻薄短小的方向发展，对产品精细化程度的要求也越来越高。在印制电路板和封装基板的制作中，除了减小导通孔孔径外，缩小线路尺寸也是提高产品密度，减小印制电路板尺寸的一个重要方向。

对精细线路制作而言，减成法是传统且应用最多的成熟工艺，但加工精细线路的能力有限。全加成法适合制作精细线路，但成本高且工艺还不成熟。半加成工艺(Semi-Additive Process，简称SAP工艺)可以进行精细线路的加工，成本也比全加成法低。下面简要介绍半加成工艺的流程。

SAP工艺流程：首先制作芯板，如图1，然后在芯板1上形成积层基材2，如图2，然后激光钻孔形成微盲孔4，如图3，再进行去钻污去除微盲孔中的钻污，接下来进行化学镀，在积层基材上形成一层化学镀导体层5，如图4，然后进行图形转移，包括贴干膜21，曝光，显影等，如图5，再进行图形电镀，形成积层导体层的电镀导体层6，如图6，接下来进行去膜(图7)，闪蚀(图8)，AOI检验等，这一层积层完成后，可以继续进行层压，开始第二层积层的制作，依次类推，完成整个印制电路板的制作。

在SAP工艺中，积层基材不能使用传统的FR-4和RCC等积层基材材料。这是因为如果使用传统的FR-4和RCC等积层基材材料，则导致积层基材与积层导体层之间的结合力和热可靠性较差。而积层基材与积层导体层的结合力和热可靠性非常重要。在进行元器件贴装时，印制电路板或封装基板一般要经过230℃～260℃左右的高温，如果积层基材与积层导体层的结合力和热可靠性比较差，积层基材与积层导体层之间容易分离，发生分层、爆板。

导致传统的FR-4和RCC等积层基材与化学镀层之间的结合力和热可靠性较差原因是：积层基材上的积层导体层的基础是通过化学镀的方法形成的，然后在化学镀层上用电镀加厚的方法得到完整的积层导体层。在传统的FR-4和RCC等积层基材上直接进行化学镀，积层基材与化学镀层之间的结合力依靠积层基材进行表面处理后的粗糙度和表面积来实现，这些粗糙度和表面积还不够大，因为传统的FR-4和RCC等积层基材一般为有机均相材料或者包含有部分填料的有机材料，直接对完全固化的积层基材进行各种去钻污等化学或物理处理，其咬蚀作用是比较有限的，难以在积层基材表面形成很大的粗糙度和表面积。

目前解决半加成工艺(SAP工艺)积层基材与积层导体层之间的结合力存在问题的方法有以下几种：

第一，积层基材不采用传统的FR-4环氧树脂，RCC，BT等材料，而采用特殊的积层基材材料(如ABF，日本Ajinomoto公司生产)，这种积层基材材料在层压的过程中，只进行预固化，而非完全固化，在去钻污(desmear)的过程中，非完全固化的ABF积层基材相对较容易被咬蚀，能够产生均匀、粗糙的表面，在化学镀，图形转移和电镀，去膜，闪蚀以后，再对ABF积层基材进行最终的完全固化制程。而传统的FR-4和RCC等积层基材材料在预固化状态下进行去钻污(desmear)时，基材中的树脂会溶解。采用特殊材料的方法的优点是：特殊积层基材材料的热性能稳定，积层导体层与其之间的结合优良，不容易发生分层。这种方法的缺点：必须使用特殊的积层基材材料，如：ABF，而ABF材料比传统的FR-4和RCC等积层基材材料贵，材料成本高。

第二，积层导体层的形成方法不采用传统的化学镀的方法，而采用在积层基材上溅射种子层的方法来制作，如溅射Cu，Ni，Pd等金属种子层，然后再进行图形转移和电镀。这种方法的优点是：溅射到积层基材上的金属种子层与积层基材的结合力好，金属种子层与积层基材不容易发生分层，热可靠性优良。中国专利CN101072474A中公开了一种使用离子束表面处理和真空沉积的干处理形成核心层的金属晶种层来实现核心层和外层的积层印刷电路板的电路化学电镀。这种方法的缺点：一方面，需要比较昂贵的溅射设备，与传统的化学镀的方法相比，成本比较高，另一方面，对于厚径比较高的微盲孔或者通孔，由于孔的深度较大或者玻璃纤维的阻挡，可能导致孔内溅射不充分。

中国专利CN1929721A中公开了另一种类似的在绝缘树脂上形成配线的流程：首先制作芯板，然后将芯板、积层基材和铜箔层压，层压时将铜箔毛面朝向积层基材，然后在铜箔上需要制作导通孔的地方形成开口，在以铜箔为掩膜，激光钻孔形成导通孔，再去钻污后将表面铜箔蚀刻掉露出积层基材，然后进行化学镀和后续的积层图形制作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高半加成工艺中积层基材与积层导体层的结合力的方法，通过提高积层基材的表面粗糙度和表面积，从而提高积层基材与积层导体层的结合力；同时，本发明可以使用普通的积层基材如FR4，RCC，BT树脂等进行半加成工艺，从而不需要昂贵的特殊材料如ABF或者复杂的金属溅射方法，可大幅降低制造成本。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

提高半加成工艺中积层基材与积层导体层结合力的方法，其包括如下步骤：

1)对金属箔进行表面粗糙处理，处理后金属箔的粗糙度为：Ra为0.2微米～5微米，Rz为2微米～20微米；

2)将金属箔与尚未完全固化的积层基材和/或芯板层压固化；

3)将层压后的板的外层金属箔用物理或者化学腐蚀的方法减薄到适合激光直接钻孔的厚度；

4)将层压并减薄后的板的外层金属箔进行表面处理，表面处理包括研磨、腐蚀、棕化、粗化、超粗化中一种以上，以增加金属箔对激光的吸收；处理后金属箔的粗糙度为：Ra为0.3微米～3微米，Rz为1微米～10微米；

5)在经过表面处理的外层金属箔上进行激光直接钻孔，形成微盲孔(微盲孔是指直径小于150微米的盲孔)，然后进行机械钻孔形成通孔；

6)进行去钻污，去除微盲孔和通孔中的钻污；

7)将外层金属箔通过化学腐蚀去除，露出粗糙的积层基材表面；

8)在积层基材表面进行后续一般的导体层积层半加成工艺，如化学镀积层导体、电镀积层导体和积层导体图形制作。

进一步，步骤1)对金属箔进行粗糙处理包括研磨、腐蚀、电镀、棕化、粗化、或超粗化中一种以上。

所述的积层基材采用热固性树脂或热塑性树脂。

所述的热固性树脂包括环氧树脂、酚醛树脂、聚双马来酰亚胺三嗪树脂、聚氰酸酯树脂、ABF、环氧基聚苯醚、聚酰亚胺；所述的热塑性树脂包括聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸丁二酯树脂。

步骤3)金属箔与积层基材和/或芯板层压后，将层压后的板的外层的金属箔用物理或者化学腐蚀的方法进行减薄，减薄后金属箔的厚度为3微米～12微米。

步骤5)对金属箔进行适合激光直接钻孔的表面处理包括研磨、腐蚀、棕化、粗化、或超粗化的一种以上。

所述的激光钻孔采用CO₂或UV激光，如果使用UV激光钻孔，则可以在减薄后不对金属箔进行适合激光直接钻孔的表面处理。

在实施步骤8)前，对在通过化学腐蚀的方法去除金属箔后露出的积层基材先进行表面处理，包括去钻污，或等离子工艺。

所述的金属箔为金、银、铜、锡、铅、铝、铁、镍、钴、锌中的一种，或锡铅合金、铜银合金、铜锌合金、铜镍合金、铁镍合金、铁钴镍合金、铁锌合金中的一种。

在本发明方法中，层压前对金属箔进行物理或化学的粗糙处理，此金属箔并不是半加成工艺中的积层导体层，而是仅作完成积层基材的粗糙处理用，在后续工序中会完全腐蚀去除。层压前对金属箔的粗糙处理的目的是在铜箔等金属箔表面形成粗糙的表面轮廓，增加表面积，在金属箔材料表面上形成有利于增加其与积层基材之间结合力的表面轮廓。然后将金属箔与芯板、待层压固化的积层基材进行层压固化。

如果金属箔使用铜箔，层压固化时，可以将铜箔的粗糙面朝向积层材料，也可以将铜箔的光面朝向积层基材。

层压固化完成后，将外层金属箔用物理或者化学腐蚀的方法减薄到适合激光直接钻孔的厚度，然后对外层金属箔进行表面处理，以适合激光直接钻孔，再进行激光钻孔和机械钻孔和去钻污。

完成去钻污后，用化学腐蚀的方法将铜箔等金属箔去除，露出积层基材。如铸造模具的内表面轮廓留在浇注件上一样，铜箔等金属箔表面的粗糙轮廓将留在积层基材上，达到对积层基材的粗糙处理目的，以增加积层基材与后续半加成工艺将沉积在积层基材上的积层导体层之间的结合力。在露出的积层基材上，可以进行或者不进行其他针对已经固化的积层材料的其他可以提高积层基材和积层导体层结合力的表面处理，包括去钻污，或等离子工艺(plasma)等，再在此积层基材表面进行后续一般的化学镀和电镀等导体层积层半加成工艺。

由于铜箔等金属箔材料容易通过对其进行各种化学或物理处理，形成较大的粗糙度。本发明通过对铜箔等金属箔表面进行处理，形成比铜箔等金属箔原来表面更大的粗糙度的表面积，再将其与积层基材进行层压。然后经过激光钻孔和机械钻孔以及去钻污工艺后，再将铜箔等金属箔通过化学腐蚀的方法去除，这样，如铸造模具的内表面轮廓留在浇注件上一样，铜箔等金属箔粗糙度较大且表面积较大的粗糙度轮廓就留在了积层基材上，以达到对积层基材表面进行粗糙处理的目的，以增加积层基材与后续半加成工艺将沉积在积层基材上的积层导体层之间的结合力，在此粗糙的积层基材表面还可以进行或者不进行其他提高积层基材与积层导体层结合力的其他表面处理后，再在此积层基材表面进行后续一般的导体层积层半加成工艺，如化学镀积层导体、电镀积层导体、积层导体图形制作等。

与中国专利CN1929721A相比，本发明的优点是：

第一，本发明由于在金属箔层压之前，先对金属箔进行粗糙处理，与中国专利CN1929721A相比，增加了金属箔粗糙度和表面积。

第二，本发明在金属箔表面采用激光直接钻孔形成微盲孔，不需要如中国专利CN1929721A中用图形制作的方式在金属箔表面需要制作微盲孔的地方形成开口来制作导通孔，简化了工艺流程。

第三，中国专利CN1929721A在制作完微盲孔并去钻污后，将表面金属箔蚀刻去除时，由于表面金属箔较厚，会对微盲孔孔底的第二层导体层和通孔的内层盘有腐蚀较大；而本发明由于在激光钻孔前已经将金属箔减薄，所以当制作完微盲孔和通孔并去钻污后，将表面金属箔蚀刻去除时，对微盲孔孔底的第二层导体层和通孔的内层盘的腐蚀减小，从而微盲孔的可靠性高。

本发明的有益效果

本发明通过增加积层基材的表面粗糙度和表面积的方法来提高积层基材与积层导体层的结合力，由于一般直接在积层基材上进行物理和化学处理难以形成很大的粗糙度，本发明中增加积层基材的表面粗糙度和表面积不是通过直接在积层基材上进行物理或化学的处理来完成的，而是通过先将金属箔进行粗糙处理，再通过层压的方法将金属箔上的粗糙轮廓转移到积层基材上来完成的。应用本发明可以使用普通积层基材如FR4，RCC，BT树脂等进行半加成工艺，而不需要昂贵的特殊材料如ABF或者复杂的金属溅射方法，大幅降低了制造成本。

附图说明

图1～图8为现有半加成工艺流程图。

图9～图32为本发明方法的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

1)取1/2OZ铜箔9两片，已经制作好的导体图形并完成棕化处理的FR-4芯板7一片(图9)，1080型号的FR-4预浸材料半固化片8(即尚未完全固化的积层基材，层压固化后即形成积层基材层)两片。将两片铜箔表面经过进行棕化处理后，铜箔9的毛面和光面将变粗糙，将上述铜箔9与FR-4芯板7，FR-4预浸材料半固化片8层叠排版，层叠排版从上到下顺序为：1/2OZ铜箔9一片，毛面朝下、FR-4预浸材料半固化片8一片、FR-4芯板7、FR-4预浸材料半固化片8一片、1/2OZ铜箔9一片，毛面朝上。层叠排版完成后进行层压固化，如图10。层压固化后积层基材与铜箔之间的交界面轮廓示意图如图11，其中较大起伏轮廓为铜箔原有的毛面轮廓，较大轮廓上的较小起伏轮廓为铜箔棕化处理形成的轮廓。

2)用化学腐蚀的方法将层压固化后的板的外层铜箔9厚度减小到5～8微米，然后进行棕化处理，如图12。再用CO₂激光在减薄和棕化处理后的铜箔9上进行直接钻孔形成微盲孔10，如图13。钻孔完成后，用机械研磨的方法去除铜箔外表面的棕化层，然后进行去钻污处理。

3)去钻污后用化学腐蚀的方法将外层铜箔9蚀刻掉，露出已经固化的FR-4积层基材，如图14。如铸造模具的内表面轮廓留在浇注件上一样，铜箔粗糙面棕化的粗糙轮廓将留在已经固化的FR-4积层基材上。FR-4积层基材的表面轮廓示意图如图15，其中较大起伏轮廓为步骤1)中铜箔原有的毛面轮廓，较大轮廓上的较小起伏轮廓为步骤1)中铜箔棕化处理形成的轮廓。

4)然后在此粗糙的FR-4积层基材上进行化学镀铜，在微盲孔和板表面形成化学镀铜层11，作为积层导体层的一部分，如图16。FR4-积层基材与化学镀铜层11之间的交界面轮廓示意图如图17，其中较大起伏轮廓为步骤1)中铜箔原有的毛面轮廓，较大轮廓上的较小起伏轮廓为步骤1)中铜箔棕化处理形成的轮廓。

5)整板电镀，形成电镀铜层12，作为积层导体层的另一部分，如图18。

6)在电镀铜层12上形成抗蚀刻图形13，如图19。

7)蚀刻，去除上方没有抗蚀刻图形13的区域的电镀铜层12和化学铜层11，形成完整的积层导体层图形，如图20。

8)去膜，去除抗蚀刻图形13，如图21。

通过上述流程制作得到的化学镀铜层11和电镀铜层12形成的积层导体层与其下方的积层基材的结合力可以达到0.6N/mm以上。印制电路板在实际使用时，一般需要经过至少2次以上的焊接，焊接的热冲击可能会导致积层基材和积层导体层之间的剥离和分层，因此对本实施例制作的样品进行浸锡测试，测试条件为：温度288℃，浸锡时间10秒，样品可以经过6次浸锡测试而积层基材和积层导体层之间不剥离分层。

实施例2

本实施例的第1至第4步骤与实施例1的第1至第4步骤相同，然后再进行以下步骤：

5)整板电镀，形成电镀铜层12，作为积层导体层的另一部分，电镀时将微盲孔电镀填平，如图22。

6)在电镀铜层12上形成抗蚀刻图形13，如图23。

7)蚀刻，去除上方没有抗蚀刻图形13的区域的电镀铜层12和化学镀铜层11，形成完整的积层导体层图形，如图24。

8)去膜，去除抗蚀刻图形13，如图25。

通过上述流程制作得到的化学镀铜层11和电镀铜层12形成的积层导体层与其下方的积层基材的结合力可以达到0.6N/mm以上，并且可以通过6次288℃，10秒的浸锡测试。

实施例3

本实施例的第1至第4步骤与实施例1的第1至第4步骤相同，然后再进行以下步骤：

5)在化学镀铜层11上形成抗镀层图形14，如图26。

6)图形电镀形成电镀铜层12，作为积层导体层的一部分，如图27。

7)去膜，去除抗镀层图形14，如图28。

8)闪蚀，去除抗镀层图形14下的化学铜层11，形成完整的积层导体层线路，如图29。

通过上述流程制作得到的化学镀铜层11和电镀铜层12的积层导体层与其下方的积层基材的结合力可以达到0.6N/mm以上，并且可以通过6次288℃，10秒的浸锡测试。

实施例4

本实施例的第1至第5步骤与实施例3的第1至第5步骤相同，然后再进行以下步骤：

6)图形电镀形成电镀铜层12，作为积层导体层的一部分，电镀时将微盲孔电镀填平，如图30。

7)去膜，去除抗镀层图形14，如图31。

8)闪蚀，去除抗镀层图形14下的化学镀铜层11，形成完整的积层导体层线路，如图32。

通过上述流程制作得到的化学镀铜层11和电镀铜层12的积层导体层与其下方的积层基材的结合力可以达到0.6N/mm以上，并且可以通过6次288℃，10秒的浸锡测试。

综上所述，本发明提高半加成工艺中积层基材与积层导体层的结合力的方法，通过对金属箔进行粗糙处理，经与积层基材层压，如铸造模具的内表面轮廓留在浇注件上一样在积层基材表面形成粗糙处理，从而增加积层基材与后续半加成工艺将沉积在积层基材上的积层导体层之间的结合力，以此再在积层基材表面进行后续一般的导体层积层半加成工艺，如化学镀积层导体、电镀积层导体、积层导体图形制作等。

Claims (9)

1.提高半加成工艺中积层基材与积层导体层结合力的方法，其包括如下步骤：

1)对金属箔进行表面粗糙处理，处理后金属箔的粗糙度为：Ra为0.2微米～5微米，Rz为2微米～20微米；

2)将处理后的金属箔与尚未完全固化的积层基材和/或芯板层压固化；

3)将层压后的板的外层金属箔用物理或者化学腐蚀的方法减薄到适合激光直接钻孔的厚度；

4)将层压并减薄后的板的外层金属箔进行表面处理，表面处理包括研磨、腐蚀、棕化、粗化、超粗化中一种以上，以增加金属箔对激光的吸收；处理后金属箔的粗糙度为：Ra为0.3微米～3微米，Rz为1微米～10微米；

5)在经过表面处理的外层金属箔上进行激光直接钻孔，形成微盲孔，然后进行机械钻孔形成通孔；

6)进行去钻污，去除微盲孔和通孔中的钻污；

7)将外层金属箔通过化学腐蚀去除，露出粗糙的积层基材表面；

8)在积层基材表面进行后续一般的导体层积层半加成工艺，即化学镀积层导体、电镀积层导体和积层导体图形制作。

2.如权利要求1所述的提高半加成工艺中积层基材与积层导体层的结合力的方法，其特征是：步骤1)对金属箔进行粗糙处理包括研磨、腐蚀、电镀、棕化、粗化、或超粗化中一种以上。

3.如权利要求1所述的提高半加成工艺中积层基材与积层导体层的结合力的方法，其特征是：所述的积层基材采用热固性树脂或热塑性树脂。

4.如权利要求3所述的提高半加成工艺中积层基材与积层导体层的结合力的方法，其特征是：所述的热固性树脂包括环氧树脂、酚醛树脂、聚双马来酰亚胺三嗪树脂、聚氰酸酯树脂、ABF、环氧基聚苯醚、聚酰亚胺；所述的热塑性树脂包括聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸丁二酯树脂。

5.如权利要求1所述的提高半加成工艺中积层基材与积层导体层的结合力的方法，其特征是：步骤3)金属箔与积层基材和/或芯板层压后，将层压后的板的外层的金属箔用物理或者化学腐蚀的方法进行减薄，减薄后金属箔的厚度为3微米～12微米。

6.如权利要求1所述的提高半加成工艺中积层基材与积层导体层的结合力的方法，其特征是：步骤5)对金属箔进行适合激光直接钻孔的表面处理包括研磨、腐蚀、棕化、粗化、或超粗化中的一种以上。

7.如权利要求1所述的提高半加成工艺中积层基材与积层导体层的结合力的方法，其特征是：所述的激光钻孔采用CO₂或UV激光，如果使用UV激光钻孔，则可以在减薄后不对金属箔进行适合激光直接钻孔的表面处理。

8.如权利要求1所述的提高半加成工艺中积层基材与积层导体层的结合力的方法，其特征是：在实施步骤8)前，对通过化学腐蚀的方法去除金属箔后露出的积层基材先进行表面处理，包括去钻污，或等离子工艺。

9.如权利要求1或2或5或6或7所述的提高半加成工艺中积层基材与积层导体层的结合力的方法，其特征是：所述的金属箔为金、银、铜、锡、铅、铝、铁、镍、钴、锌中的一种，或锡铅合金、铜银合金、铜锌合金、铜镍合金、铁镍合金、铁钴镍合金、铁锌合金中的一种。

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