CN102860144A - 具有腔的pcb及其制造方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种具有腔的PCB的制造方法及用此方法制造的PCB结构。该方法包括：第一步，在基底表面上形成基本电路板，该基本电路板设置有具有空腔电路图案的内部电路层；第二步，在空腔电路图案的上面部分形成激光阻挡层；第三步，在基本电路板上形成至少一个外部电路层；第四步，在激光阻挡层的上面部分通过移除外部电路层形成空腔区域。由此，在具有腔的多层PCB的制造方法中，在空腔电路图案的上表面形成激光阻挡层，从而可以快速、精确地形成空腔，并能精确地控制空腔的深度，同时不影响空腔内部以前形成的电路。

Description

具有腔的PCB及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种印刷电路板（PCB）的制造方法，该PCB具有形成在该PCB的一个区域的腔，以及涉及通过该方法制造的PCB结构。

背景技术

PCB是在电绝缘板上用如铜等的导电材料印制的电路线路图案形成的。PCB是一种用来安装电子元件的装置。PCB是这样一种电路板，在平板上安装了各种电子元件，并固定地印制电线（导线图案）来连接这些元件，从而使得元件密集地安装在平板上。PCB一般分为单层PCB和组合板，例如，一个多层PCB是由多个单层组合而成的。

近来，系统集成技术使得电子产品变得轻、薄、小。嵌入式PCB和具有腔的PCB制造技术就达到了此种效果。嵌入式PCB的优点在于安装在表面的元件全部都嵌入到PCB中，这可以更自由地在嵌入元件之间进行线路连接的设计。然而，嵌入式PCB的缺点在于嵌入的元件和PCB原始材料的兼容性很差，同时在操作中出现错误很难进行重复操作，这在元件测试中有很大的局限性。

具有腔的PCB的缺点在于各元件没有完全嵌入到PCB板中，而是装在空腔中，由此其自由度比较低。具有腔的PCB的优点是在出现操作错误时可以有效地重复操作，并能有效进行元件测试，这正是嵌入式PCB的问题所在。

具有腔的PCB频繁应用于低温共烧陶瓷的模具工艺制造。而在逐层技术上几乎没有应用。其原因是很难加工出精确的腔区，以及在诸如电镀、显影或是腐蚀等PCB的加工过程中，腔内部电路会被破坏。

图1和2是示出根据相关技术制造PCB的方法的概念图。

参考图示，在PCB中很难形成一个安装电子器件芯片的空腔，这种PCB的结构由叠加的多个绝缘层1，2，3，4，和5，以及在各个绝缘层之间的多个电路图案1a，1b，2a，4a和6组成。

图1中，用铣刀钻头M选择性加工腔C位置的方法在PCB中经常使用，此中成品的加工区域已经进行了叠加。在这种方法中，加工精度要控制在±5μm的范围，但实际上范围控制在50~100μm左右。因此，实际上很难完成空腔的加工。由于加工精度的差异非常严重，使得在大量生产中产品可靠性变差。

另外，在图2中，应用这样一种方法，用冲孔装置精确冲压成品的空腔区域，从而选择性地形成一个空腔。然而这种方法中，C段基底材料被冲压片冲压，由此，空腔外壁不可避免的被破坏。由于潮湿，分层，以及腔的底部表面破坏等情况造成空腔外壁被破坏，从而导致腔外壁的阴阳极丝露出（此现象是指半固化片中的玻璃丝（玻纤）由于冲压而露出，使得PCB内部通孔之间发生电路短路）。为此，生产费用的增加取决于冲压夹具P的制造费用，从而使得空腔的设计范围变窄。

发明内容

技术问题

本发明旨在解决前述的问题。由此，本发明的一个方面旨在提供一种具有腔的多层印刷电路板（PCB）的制造方法以及用这种方法制造的PCB结构：其中在空腔电路图案的上表面形成一个激光阻挡层，这样可以快速、精确地形成空腔，能精确地控制腔的深度，并且不影响空腔内部以前形成的电路。

本发明的另一个方面旨在提供具有腔的多层PCB的制造方法以及用这种方法制造的PCB结构，在该PCB结构中，使用无流动的半固化片加工空腔以使用空腔绝缘层，从而形成金属图案层并固定在一个空的空间上部，这样可以精确控制空腔的深度并且不影响空腔内部以前形成的电路。技术方案

根据本发明的一个方面，本发明提供一种具有腔的印刷电路板（PCB）的制造方法，包括：第一步，在基底表面上形成基本电路板，该基本电路板设置有具有空腔电路图案的内部电路层；第二步，在空腔电路图案的上面部分形成激光阻挡层；第三步，在基本电路板上至少形成一个外部的电路层；第四步，通过移除在激光阻挡层的上面部分的外部电路层形成一个空腔区域。

根据本发明的另一个方面，本发明提供的一种具有腔的PCB的制造方法，包括：第一步，在基底表面形成基本电路板，该基本电路板设置有具有空腔电路图案的内部电路图案，第二步，在基本电路板上的空腔电路图案的上面部分形成具有开口区域的空腔电路层；第三步，移除对应于空腔电路层中的空腔区域的金属覆盖层。

有益效果

根据本发明的实施例，在具有腔的多层印刷电路板（PCB）的制造方法中，在空腔电路图案的上表面形成激光阻挡层，从而可以快速、精确地形成空腔，并能精确地控制空腔的深度，同时不影响空腔内部以前形成的电路。

特别地，这种制造方法并没有选择一个单独的半固化片，而是用一种通用的绝缘材料来提高生产效率，同时使用了激光阻挡层。这样确保能进行表面处理的各种形状的空腔电路图案，并在很大的范围内可以设计空腔。

进一步，在具有腔的多层PCB的制造方法中，通过使用无流动的半固化片加工空腔来使用空腔绝缘层，这样就形成了金属图案层并固定在一个空的空间的上面部分，从而能够精确地控制空腔的深度同时不影响空腔内部以前形成的电路。

附图说明

图1和2是示出根据相关技术给出的制造印刷电路板（PCB）的方法的概念图；

图3到6是示出根据本发明的实施例的具有腔的PCB的制造方法的流程图和剖视图；

图7是示出根据本发明的实施例的具有腔的PCB的结构的概念截面图；

图8和图9是根据本发明另一实施例的具有腔的PCB的制造方法的概念截面图。

具体实施方式

本发明提供了一种具有腔的印刷电路板的制造方法，其中由激光阻挡物形成多层PCB，然后加工一个空腔区域，由此可以提高空腔的加工自由度并能保护腔内的电路。

为此，一个基本电路板在基底的表面形成，该基本电路板设置有包括空腔电路图案的内部电路层，并且在空腔电路图案上面部分形成了激光阻挡层。然后，在基本电路板上至少形成一个外部的电路层，并在激光阻挡层的上面部分通过移除外部电路层形成一个空腔区域。

下面详细参考本发明的示例性实施例，实施例的例子示出在附图中，其中相同的标号始终表示相同的元件。下文将参考附图描述根据本发明的示例性实施例。虽然说明书中诸如第一和第二的术语可以用于解释不同的构成元件，但是不应用这些术语限制该构成元件。这些术语仅仅用于将一个构成元件与其它构成元件区分。

1、第一实施例

图3和4是示出根据本发明的第一实施例的具有腔的PCB的制造方法的流程图和剖视图。

根据本发明的第一实施例的方法包括：第一步，在基底表面提供基本电路板，该基本电路板设置有包括空腔电路图案的内部电路层；第二步，在空腔电路图案的上面部分形成激光阻挡层；第三步，在基本电路板上形成至少一个外部电路层；第四步，在激光阻挡层的上面部分通过移除外部电路层形成空腔区域。

以下参照附图对每一步的详细的例子进行说明。

（1）内部电路层（空腔电路图案）的形成过程

如图4所示，第一步中，在铜复合层（CCL）中在各层之间加工一个通孔用于导电，此复合层中在绝缘层120的两个表面上分别形成铜箔110（S1），以及图形化铜箔110形成内部电路图案111（S2）。在这种情况中，内部电路图案111包括被设置在空腔区域C的较低位置的空腔电路图案112，在该空腔区域具有之后用来安装芯片的空腔（这种在绝缘层上形成含空腔电路图案的内部电路图案的结构被称为“基本电路板”）。

接着，在空腔区域C印制一层光阻剂（PSR）130（S3），空腔区域C中的PSR 130露出，从而形成一种结构，这种结构是在空腔电路图案112之间形成光阻剂图案131（S4）。空腔区域C是通过在空腔电路图案112的外部进行电路处理形成，即，激光阻挡阶梯部分T是在空腔区域边缘部分露出的金属图案。该阶梯部分是激光阻挡层叠加在空腔区域C的末端部分。那么，该阶梯部分的一部分露出在空腔区域处。

接着，在空腔电路图案112的表面通过进行氧化处理增加一个表面处理层113。除了氧化处理，通过使用Cu（铜），Ni（镍），Pd（钯），Au（金），Sn（锡），Ag（银）和Co（钴）中的任何一种或者其二元或三元合金通过对单层或者多层进行电镀，来形成表面处理层113。

（2）激光阻挡层的形成过程

在S5中，在空腔区域C的边缘部分形成激光阻挡阶梯部分T。在S6中，形成了弱粘结的耐热激光阻挡层140。

当使用激光钻在空腔区域C进行加工时，激光阻挡层140起到自动阻挡激光的阻挡物作用。如以上所述，激光阻挡层140可以是由弱粘结的耐热材料做成的。特别地，激光阻挡层140形成为带状装以便于附着或分离从而使加工更方便。例如，激光阻挡层140优选地形成为绝缘层，该绝缘层使用如环氧树脂、酚醛树脂、半固化片（prefreg）、聚酰亚胺和ABF中的任何一种制成。更优选地，激光阻挡层140使用以上材料制成带状。

（3）外部电路层的叠加过程

在S5之后，在基本电路板的上面部分或下部叠加至少一层绝缘层150和至少一层金属电路层160并将其图形化，从而形成金属电路图案S7。

假设S8所示的结构被称为A，在随后的处理中在基底A上进行绝缘和金属层的叠加过程以及电路形成过程。即，执行一般的制造过程来形成与内部电路图案和其他图案电连接的通孔H1和H2。经历了通孔处理等的基板被称作A’。

接着，在基板A’上形成多个绝缘层和金属电路层(标号B)，并用金属层形成电路图案。然后，进行诸如通孔的制造和表面处理的过程，这样就形成了一个具有S9所示的结构的多层PCB。

（4）形成空腔区域的处理

下面参考图5和6描述随后的处理。

在多层PCB结构形成后进行空腔的加工作为一个处理过程。在空腔的加工过程中，空腔的加工位置用激光钻L来确定，并在激光阻挡阶梯部分T的垂直方向开始加工。当激光钻L到达激光阻挡层140时，激光加工自动停止（S10）。接着，加工位置处的绝缘层和金属层被移除，最后激光阻挡层140被移除，从而完成了空腔的加工（S11）。

上述过程中，基于激光阻挡层通过激光加工，能够快速、精确地形成空腔，同时可以精确地控制空腔的深度。上述过程对腔内部之前形成的电路没有影响。上述过程可以不必选择单独的半固化片，而是根据空腔加工的特征如碱刻蚀，采用通用的绝缘材料来提高加工效率。在上述过程中使用了激光阻挡层。这样能确保经受表面处理的各种形状的空腔电路图案，并能在大的范围内设计空腔。

下文中，将描述按以上方法制造的PCB结构。

图7示出来根据本发明的实施例制造的PCB的结构，其中S 11中的激光阻挡层已被移除。

根据本发明该实施例制造的PCB设置有一个基本电路板，该基本电路板包扩括与嵌入电路图案导电连接的内部电路层111。该内部电路层111的结构中包含了在空腔区域下部形成的空腔电路图案112。该PCB设置有一个空腔区域C，在基本电路板的表面的空腔电路图案112能够在空腔区域C露出，空腔区域C设置有一个空间，之后电路芯片将安装在该空间中。

如在制造方法所描述，在空腔电路图案112之间形成了阻焊图案113，以保护电路图案。同时，在空腔电路图案112的表面进一步形成了表面处理层113。特别地，在根据本发明的PCB的结构中，至少有一个电路图案P露出在构成空腔区域C的至少一个绝缘层的侧壁面。

在所述PCB中，金属阶梯部分T露出在空腔区域C的下边缘部分，通过对空腔电路图案的露出表面进行氧化处理来将表面处理层113执行为氧化层，或者是将其形成为一层或多层结构的电镀层，该电镀层是使用以下Cu（铜），Ni（镍），Pd（钯），Au（金），Sn（锡），Ag（银）和Co（钴）中的任何一种或者是二元或三元合金形成的。

2、第二实施例

这个实施例提供一种具有腔的PCB的制造方法，是用一个无流绝缘层以及其上的金属覆盖层有效地制成所述空腔，从而利用上述方法形成一个可靠的PCB结构。

图8和9所示是本发明的第二实施例制造的具有腔的PCB的截面图。

根据本发明的第二实施例的方法包括：第一步，提供具有内部电路图案的基本电路板，其包含在基底表面上的空腔；第二步，形成空腔电路层，在该空腔电路层中，在空腔电路图案上面部分的一个区域中内部电路图案上是空的；第三步，移除对应于空腔电路层上空腔区域的金属覆盖层。

（1）内部电路层的形成过程

具体地，在各层之间进行导电连接的通孔H在铜复合层（CCL）形成，此复合层上在绝缘层220的两个表面分别形成铜箔210（Q11）。然后图形化铜箔210形成内部电路图案211（Q12）。内部电路图案211包括之后在的空腔的下表面露出的空腔电路图案212。

接着，在空腔电路图案212上涂覆光阻剂230形成作为保护图案的阻焊图案231（Q13和Q14）。通过对空腔电路图案的表面进行表面处理形成电镀层，这个层上没有形成阻焊图案231。为此，电镀掩模层240形成在将不形成电镀层的区域，并通过电镀形成表面处理层213。表面处理层213可以形成为单层或者是复合层，使用以下Cu（铜），Ni（镍），Pd（钯），Au（金），Sn（锡），Ag（银）和Co（钴）中的任何一种或者是其二元或三元合金制成，接着电镀掩模层240被移除（Q15到Q17）。

（2）空腔电路层的形成

接着，进行Q2中的操作。

在Q2中，叠加带开口区域的绝缘层250，使得在空腔电路图案212的上部形成一个空的空间，并叠加金属薄膜260覆盖所述上面部分（带开口区域的绝缘层称为“空腔绝缘层”）。

接着，在Q3中，通过图形化金属薄膜260形成金属覆盖层C1和其他电路图案261，然后执行这样的处理，涂覆绝缘层270，该绝缘层在对应于金属覆盖层C1的上面部分的空腔电路图案的区域具有开口，在绝缘层270的上面部分涂覆一层金属薄膜271，并将它们图形化从而形成另一层金属覆盖层C2和其他电路图案272。前述操作可以重复进行多次，在重复前面操作的过程中，后面形成的空腔的高度随之增加。在空腔电路图案的上面部分形成开口区域的空腔绝缘层250和270优选是没有流动。这是因为随后在中心区域开口的状态进行空腔绝缘层叠加的操作中，用于空腔绝缘层的半固化片不流入到空腔区域，由此，在空腔电路图案231的上面部分形成一个空的空间，然后对空腔绝缘层进行热压缩。对绝缘层和金属层252和261进行叠加的过程，是在空腔绝缘层和金属薄膜形成面的相对面进行的。

通过叠加过程中连续形成的金属覆盖层可以形成为比每个绝缘层的开口区域P1或P2更长。优选地，与开口区域的上表面接触的金属覆盖层的末端区域，形成的范围在25~100μm，这样在连续操作中金属覆盖层不会塌陷到开口区域中。这是因为在25μm或更小范围时，接触区域很容易塌陷，而在100μm或更大的情况中设计的自由度会降低。因此，与开放区域的上表面相接触的金属覆盖层的两个末端区域，其优选范围是50~200μm。

接着，如在Q3所示，通过移除金属覆盖层C1和C2形成空腔C。金属覆盖层的移除是通过碱刻蚀移除由Cu形成的金属覆盖层来完成的。这是因为刻蚀对其他电路图案的表面上的的经过了表面处理的镀层没有影响。

根据本发明实施例的具有腔的PCB的结构，通过前述的方法制作如下（参照Q3）。

根据本发明实例的PCB设置有空腔C，空腔电路图案212在基底的表面露出在该空腔C中，该基底包含与多个嵌入电路图案导电连接的外侧电路图案271。嵌入电路图案包括每个绝缘层上的图案261。特别地，一个或多个电路图案Y1和Y2露出在至少一个构成空腔C的绝缘层的侧壁面上，而同样的电路图案同样露出在该绝缘层的相对侧壁面上。

一层或多层结构的表面处理层213是由Cu（铜），Ni（镍），Pd（钯），Au（金），Sn（锡），Ag（银）和Co（钴）中的任何一种或者是其二元或三元合金组成，该表面处理层213形成在空腔电路图案的表面。在空腔电路图案的某一区域形成阻焊图案层231。

虽然已经通过以上介绍的附图所示的实施例描述了本发明，本领域技术人员可以理解的是，本发明不局限在实施例，在不偏离本发明的精神和范围情况下进行改进和变型。因此，本发明的范围由所附权利要求及其等同描述所确定。

Claims (21)

1.一种具有腔的PCB的制造方法，包括：

第一步，在基底表面形成基本电路板，该基本电路板设置有具有空腔电路图案的内部电路层；

第二步，在该空腔电路图案的上面部分形成激光阻挡层；

第三步，在该基本电路板上形成至少一个外部电路层；

第四步，在该激光阻挡层的上面部分通过移除外部电路层形成空腔区域。

2.根据权利要求1所述的方法，其中第一步包括：

a1)在第一个绝缘层的两个表面分别形成彼此导电连接的内部电路层；

a2)在内部电路层中的各空腔电路图案之间形成至少一层阻焊图案。

3.根据权利要求2的方法，其中步骤a2）包括：形成阻焊图案来露出空腔电路图案，

并对露出的所述空腔电路图案进行表面处理。

4.根据权利要求2的方法，其中第三步的实施是依次在基本电路图案上形成至少一个绝缘层和至少一个金属层，并在所述内部电路图案和其他电路图案之间形成导电连接的通孔。

5.根据权利要求1，其中第四步包括：

b1)使用激光钻加工该空腔电路图案上面部分的所述绝缘层和金属层，直到露出激光阻挡层；

b2)通过移除所加工的绝缘层和金属层，形成一个空腔区域；

b3)移除该激光阻挡层。

6.一种PCB，包括：

具有与嵌入电路图案导电连接的内部电路图案的基本电路板；

空腔区域，其中空腔电路图案露出在该基本电路板的表面上；以及

形成在所述空腔电路图案之间的阻焊图案，

其中至少一个电路图案露出在组成所述空腔区域的至少一个绝缘层的侧壁面上。

7.根据权利要求6所述的PCB，还包括在该空腔电路图案的表面形成的表面处理层。

8.根据权利要求6或7所述的PCB，其中在所述空腔区域的下面边缘部分的表面露出金属阶梯区域。

9.根据权利要求7所述的PCB，其中，通过对该空腔电路图案的露出的表面进行氧化处理来形成所述表面处理层。

10.根据权利要求7所述的PCB，所述表面处理层是一层或多层结构的电镀层，通过使用Cu，Ni，Pd，Au，Sn，Ag和Co中的任何一种或其二元或三元合金而形成在所述空腔电路图案的表面。

11.一种PCB，包括：

在基本电路板深度方向上形成的用作芯片安装区域的空腔区域；和

一种在该空腔区域的下面部分的表面露出金属阶梯部分的结构。

12.根据权利要求11所述的PCB，其中所述基本电路板包括与嵌入电路图案导电连接的内部电路图案，并且所述空腔电路图案露出在所述空腔区域的下面表面上的基本电路板的表面。

13.根据权利要求12所述的PCB，还包括形成在各空腔电路图案之间的阻焊图案。

14.根据权利要求13所述的PCB，其中至少一个电路图案露出在构成该空腔区域的至少一个绝缘层的侧壁面上。

15.根据权利要求14所述的PCB，还包括在所述空腔电路图案的表面形成的表面处理层。

16.一种具有腔的PCB的制造方法，包括：

第一步，在基底表面形成基本电路板，该基本电路板设置有具有空腔电路图案的内部电路图案；

第二步，在所述基本电路图案上形成具有在所述空腔电路图案上面部分的开口区域的空腔电路层；

第三步，移除对应于所述空腔电路层中的空腔区域的金属覆盖层。

17.根据权利要求16所述的方法，其中第一步包括：

a1)在第一个绝缘层的两个表面分别形成相互导电连接的外侧电路图案；

a2)在该外侧电路图案中的各所述空腔电路图案之间形成至少一层阻焊图案；

a3）在所述空腔电路图案以外区域形成电镀掩模层，并通过电镀形成表面处理层；以及

a4）移除电镀掩模层。

18.根据权利要求16所述的方法，其中第二步包括：

b1)在所述外侧电路图案的上面部分叠加含有开口区域的空腔绝缘层；和

b2)形成薄膜并图形化该薄膜以覆盖在所述空腔绝缘层的前表面，

其中步骤b1)和b2)重复进行一次或多次，步骤b2)中的图形化是在除了对应于空腔电路图案的上金属覆盖层上的区域形成电路图案。

19.根据权利要求18所述的方法，其中第三步是通过碱刻蚀去除形成在所述空腔电路图案的上面部分的至少一层金属覆盖层。

20.一种PCB，包括

空腔区域，在该空腔区域中空腔电路图案露出在基底的表面，该基底具有与嵌入电路图案导电连接的外侧电路图案，

其中，至少一个电路图案露出在组成所述空腔区域的至少一个绝缘层的侧壁面上。

21.根据权利要求20所述的PCB，在所述空腔电路图案的一个区域中形成阻焊图案层。

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