CN104663008A - 电路板多功能孔的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于构建具有多功能孔的印刷电路板的方法和系统。将第一导电材料沉积到基板中的孔内，以便在所述孔的内表面上形成第一覆镀层。孔的至少一个外部部分被修改，以便具有比原始孔更大的直径且将所述第一导电材料从所述外部部分移除。晶种材料被沉积到被修改的孔内。蚀刻剂被施用到所述孔，以非机械地将所述第一导电材料从所述孔的未修改部分移除。另一种导电材料被沉积到被修改的孔内，并附着到所述过孔的被修改的外部部分中的晶种材料，以在所述外部部分处形成第二覆镀层。

Description

电路板多功能孔的系统和方法

背景技术

消费者日益推动电子工业设计和生产更小和更快的电子设备。印刷电路板（PCB）是大部分电子设备的结构基础。PCB用于安装电子设备的各种电子部件，且能使电子部件之间电互连和/或电绝缘。经常通过将多个导电层与一个或多个非导电层层压在一起而形成PCB，该非导电层通过覆镀的过孔互连。PCB上的覆镀的过孔结构或者覆镀的通孔允许在不同的层之间传输电信号。覆镀的孔也用于部件插入。

由于电子设备在尺寸上继续减小，PCB的制造商经常被要求增加PCB的电互连的效率和设计复杂度。本发明涉及用于制造具有多功能孔的PCB的改进的和更高效的工艺和系统。

发明内容

根据一方面，提供了一种用于选择性地覆镀多层基板的过孔的方法。所述方法包括形成贯穿多层基板的过孔（via），所述过孔具有第一直径和第一内壁表面。所述方法还包括将第一导电材料沉积到所述过孔内，从而在所述第一内壁上形成第一覆镀层（plating）。所述方法还包括修改所述过孔以包括中间部分、第一外部部分以及第二外部部分。所述中间部分包括所述第一直径和所述第一内表面。所述第一外部部分包括第二直径和第二内表面。所述第二外部部分包括所述第二直径和第二表面，其中所述第二和第三直径大于所述第一直径。所述方法包括将第二导电材料沉积到被修改的过孔内的至少所述第二内表面和第三内表面上。所述方法还包括通过对被修改的过孔施用蚀刻剂，将所述第一导电材料从所述中间部分移除。所述方法还包括将第三导电材料沉积到被修改的过孔中，从而在沉积在被修改的过孔的第二和第三内表面上的第二导电材料上形成第二覆镀层。

根据另一个方面，提供了一种用于选择性地覆镀印刷电路板的孔的工艺。所述工艺包括形成贯穿印刷电路板的孔。所述孔包括第一直径和第一内壁表面。所述工艺还包括将第一导电材料沉积到所述孔内，从而在所述第一内壁上形成第一覆镀层。所述工艺还包括修改所述孔以包括第一部分和第二部分。所述第一部分包括所述第一直径和所述第一内表面，所述第二部分包括第二直径和第二内表面。所述工艺还包括将第二导电材料沉积到被修改的孔内的所述第二内表面上。所述工艺还包括通过将蚀刻剂施用到被修改的孔，将所述第一导电材料从所述第一部分移除。所述工艺还包括将第三导电材料沉积到被修改的孔中，从而在沉积在被修改的孔的第二表面上的第二导电材料上形成第二覆镀层。

根据另一方面，提供了一种用于选择性地覆镀印刷电路板的孔的系统。所述系统包括用于形成贯穿印刷电路板的孔的钻孔系统。所述孔具有第一直径和第一内壁表面。所述钻孔系统还修改所述孔以包括至少第一部分和第二部分。所述第一部分包括所述第一直径和所述第一内表面，所述第二部分包括第二直径和第二内表面。所述系统还包括沉积系统，以便将第一导电材料沉积到所述孔内，从而在所述孔被修改之前在所述第一内壁上形成第一覆镀层。所述沉积系统还将第二导电材料沉积到被修改的孔内的至少所述第二内表面上。所述系统还包括蚀刻剂施用系统，以便对被修改的孔施用蚀刻剂，从而将所述第一导电材料从所述第一内壁移除。所述沉积系统还被配置为将第三导电材料沉积到被修改的孔中，从而在沉积在被修改的孔的第二表面上的第二导电材料上形成第二覆镀层。

附图说明

图1A和1B是具有根据本发明的方面构造的多功能孔的多层基板的横截面图。

图2A-2H是在形成图1所示的多层基板时的不同阶段的多层基板的横截面图。

图3阐述了根据本发明的方面选择性地覆镀多层基板的通孔的方法。

图4是阐述用于构建图1所示的多层基板的处理系统的各部件的框图。

具体实施方式

图1A描述了具有根据本发明的方面构造的多功能过孔或通孔（“孔”）102的多层印刷电路板（PCB）100。根据一方面，PCB 100包括具有一个或多个孔102的基板104。孔102覆镀有第一导体106和第二导体108。

在这个例子中，覆镀的孔102具有中间部分110、上部部分112以及下部部分114。第一导体106布置在孔102内位于上部部分112处，且被基板104支撑。第二导体108布置在孔102内位于下部部分114处，且被基板104支撑。在孔的中间部分110的内表面上没有导电材料。因此，上部部分112内的第一导体106与下部部分114处的第二导体108绝缘或隔离。

基板104是例如能够被用于支撑电子部件、导体或者类似物的任何材料。在一个优选的实施例中，基板100包括多层交错的导电路径（例如，参见图2A中的202和204）和绝缘体。基板104可包括被一个或多个非导电层118分开的一个或多个导电层116。覆镀的孔102被覆镀有晶种（seed）或者第一导电材料120、以及进一步的镀层或者第二导电材料（例如，导体106或者108）。如以下更详细解释的，晶种或者第一导电材料120是例如碳/石墨或者导电聚合物，在沉积工艺期间第二导电材料附着在其上。通过选择性沉积覆镀材料到表面上且将覆镀材料从形成在基板中的双直径孔的表面上蚀刻掉，覆镀的孔102被有效地分割为多个电绝缘部分（112和114）。

在其他方面，如图1B所示，预期PCB 100可包括一个或多个多功能孔，这一个或多个多功能孔具有布置在基板104的一侧122上的孔102内的单个导体。孔102的剩余部分124的内表面上没有导电材料。

在此参照图2A-2H描述选择性地覆镀过孔或者孔（例如，覆镀的孔102）的工艺。

图2A描述了多层基板200的横截面图。多层基板200包括导电路径202和204。图2B描述了孔106已经形成贯穿基板200以后多层基板200的另一个横截面图。通过例如钻头在基板200中形成孔206。钻头可以是计算机控制的钻孔机器中的硬质合金钻头。在其它方面，通过例如切削工艺、激光工艺或者化学工艺在基板200中形成孔106。为了说明的目的，图2B-2H描述了基板200中的单个孔206。但是，预期可以在基板200上钻多个孔。

图2C描述了第一覆镀材料208施用到孔206的内部表面210以后多层基板200的另一个横截面图。预期覆镀材料208的厚度可根据打算的用途和/或产品设计而变化。根据一方面，通过无电镀金属沉积工艺（例如，无电镀铜沉积）将覆镀材料208施用在孔的内部表面。作为一个例子，手动的或者可编程的升降机（hoist）（例如由位于香港新界大埔工业村的Process Automation International Limited (PAL)制造的）被用于促进沉积工艺。升降机根据预定的周期竖直地将机架（rack）放入各种化学工艺中以实现金属沉积，其中机架包含多篮PCB、单篮PCB或者单个PCB。在另一个示例性的沉积工艺中，水平处理输送器，例如由位于德国Freudenstadt的Schmid制造的水平处理输送器，被用于促进沉积工艺。输送器水平地或者水平与竖直相结合地将PCB处理至各种化学工艺中，以实现金属沉积的相同结果。

现在参照图2D，通过向基板200内背钻孔（back drill）或者加工沉孔到预定的距离，孔206的上部部分212（例如，上部部分112）的直径被修改。背钻孔通常包括，例如使用直径比用于钻原始孔206的钻头的直径稍大的钻头。孔206的上部部分212的深度取决于PCB所设计用于的产品和/或目的。钻头的直径通常具有也将覆镀材料208从上部部分212移除的大小。

通过例如在基板200内背钻孔特定的深度，孔206的下部部分214也被修改。在如以上讨论的类似方式中，背钻孔将下部部分214中的覆镀材料208移除，且可基于PCB所设计用于的产品和/或目的调节修改的孔206的深度。

如图2D所示，在修改后，孔206具有沙漏或者哑铃形状。换句话说，孔206的中间部分218（例如，部分110）的横截面尺寸216小于孔206的上部和下部部分212、214的横截面尺寸220。

根据一方面，如图2E所示，在修改后，引晶（seeding）或者覆层材料222的层或者覆镀层被沉积到孔206中的所有表面上。引晶层222可由包含碳和/或石墨集结物的导电材料构成，该碳和/或石墨集结物能够均匀地沉积到孔206的内表面上。在其他方面，引晶材料222是由几乎纯碳构成的碳基晶种。通过例如蒸汽沉积、阴极溅镀、碳路径、喷雾以及其它方法，引晶材料222能够被施用到孔206的内表面。替代地，水平处理输送器，例如由位于德国Freudenstadt的Schmid制造的水平处理输送器，可以被用于通过一系列的化学工艺来处理器PCB，从而“引晶”孔206以用于后续的电镀。

在一种方法中，BlackHole®碳沉积工艺（由MacDermid Corporation开发）被用于施用引晶材料222。BlackHole®工艺通常被用在PCB行业中，以施用碳基材料到电路板上的通孔的内表面上，从而在板上创建覆镀通孔时改进金属覆镀层在孔的内表面的附着性。其它的沉积工艺，例如掩食（Eclipse）、黑影（Shadow），可用于将碳和/或石墨施用到孔206的内表面。

根据另一方面，如图2F所示，引晶材料222是例如导电聚合物。在一种方法中，Soleo沉积工艺被用于将引晶材料222施用到孔206的内部表面。特别地，Soleo工艺将引晶材料222沉积在孔206的上部和下部部分212、214的表面，但是不将引晶材料222沉积在孔206的中间部分218的第一覆镀材料208（例如，无电镀铜）上。

现在参照图2G，孔206的中间部分218上的覆镀材料208已经通过蚀刻工艺（例如，微蚀刻）被移除。例如，如果BlackHole®、掩食或黑影工艺被用于施用引晶材料222，则引晶材料222（碳/石墨材料）和覆镀层208（无电镀铜）两者可通过微蚀刻被移除。作为另一个例子，如果Soleo工艺被用于施用引晶材料222，引晶材料222不附着在中间部分218上的铜表面，则通过微蚀刻移除覆镀层208（例如，第一导电材料120）。有利地，通过非机械方法移除中间部分218上的覆镀层208，基板可以被更快地处理，且损坏孔206或者孔内的覆镀层的风险更低。

例如，当通过机械方法（例如，钻孔）移除无覆镀铜时，钻子必须精确地定位，以仅从孔206的较小中间部分218移除材料且避免与孔206的外部部分212、214处的导电黑孔（Blackhole）或者Soleo镀层或者覆镀层接触。如果在钻孔工艺期间由于不适当地对准钻子或者通过抽出被钻下的无电镀和树脂/玻璃PCB材料而导致黑孔或者Soleo导电材料被损坏，则在后续的电镀工艺中可能造成“空穴”。这样的空穴能够阻止在安装在PCB上的电子部件之间正确地导电。为了减少这样的空穴的风险，常规的钻孔方法使用专用的工具和光学对准钻孔机器。通常，这些机器一次只能够生产单个面板。钻轴与待钻的孔的光学对准非常慢，且远不及蚀刻方法多产。此外，钻孔通常逐个孔地执行。相反，本方法能够用于同时将覆镀材料从多个孔移除。因此，蚀刻方法的生产力和效率成指数地高于钻孔。

现在参照图2H，另一种导电材料224通过不同的沉积工艺（例如，电解铜覆镀）被施用到基板200的表面并施用到孔206内。例如，基板200被放置在电解铜覆镀槽中。由于电解铜覆镀只会将铜覆镀到晶种或者导电材料（例如，碳/石墨222或者导电聚合物），中间部分218将不会被覆镀导电材料224（例如，铜）。因此，产生“双直径”哑铃或者沙漏形状的通孔，其仅在孔206的上部部分和下部部分（即，较大直径的部分）中具有铜覆镀层。

图3阐述了根据本发明一方面的选择性地覆镀和构建多层基板内的通孔的方法。在302，在多层基板中形成具有第一直径的孔。在304，无电镀铜被沉积在通孔内，以在孔的内表面上形成铜覆镀层。在306，从多层基板的相反侧对孔进行重钻孔或者背钻孔，以从孔的外部部分修改直径和移除无电镀铜覆镀层。在308，导电材料被沉积到被修改的孔内。在310，微蚀刻被用于将剩余的无电镀铜覆镀层从孔的中间部分移除。在312，通过例如电解铜沉积工艺将另一个铜覆镀层沉积在孔的上部和下部部分处的导电材料上。

图4是阐述根据本发明的方面的用于构建具有多功能孔的多层印刷电路板的处理系统400的各部件的框图。处理系统400包括钻孔系统402、沉积系统404以及蚀刻剂施用系统406。

钻孔系统402用于在图2B所示的基板中形成原始通孔206。钻孔系统402也能够被用于修改孔，如以上参照图2D所描述的。

沉积系统404可包括一个或多个沉积机器和/或槽。沉积系统被用于例如在形成的孔内执行无电镀铜覆镀208，如以上参照图2C所描述。沉积系统还被用于将引晶材料施用到被修改的孔（如以上参照图2E和2F所描述的），且用于施用导电材料224（如参照图2H所描述的）。

蚀刻剂施用系统406被用于将引晶材料222和/或无电镀铜覆镀层208移除，如以上参照图2F所描述的。

本领域的技术人员将会明白，来自以上公开的特定实施例的变化也是本发明所预期的。本发明不应限于上述实施例，而应由所附权利要求书为界。

Claims (20)

1.一种用于选择性地覆镀多层基板的过孔的方法，所述方法包括：

形成贯穿多层基板的过孔，所述过孔具有第一直径和第一内壁表面；

将第一导电材料沉积到所述过孔内，以便在所述第一内壁上形成第一覆镀层；

修改所述过孔以包括中间部分、第一外部部分以及第二外部部分，其中：

　所述中间部分包括所述第一直径和所述第一内表面；

　所述第一外部部分包括第二直径和第二内表面；且

　所述第二外部部分包括所述第二直径和第二表面，其中所述第二和第三直径大于所述第一直径；

将第二导电材料沉积到被修改的过孔内的至少所述第二内表面和第三内表面上；

通过对被修改的过孔施用蚀刻剂，将所述第一导电材料从所述中间部分移除；以及

将第三导电材料沉积到被修改的过孔中，以便在沉积在被修改的过孔的第二和第三内表面上的第二导电材料上形成第二覆镀层。

2.根据权利要求1所述的方法，其中使用无电镀铜覆镀沉积所述第一导电材料。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二导电材料是不附着到所述第一导电材料的导电聚合物。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第三导电材料仅附着到所述第二和第三表面上的所述第二导电材料。

5.根据权利要求1所述的方法，其中修改所述过孔包括：从相反侧将所述过孔背钻孔至预定的深度，以形成所述第一外部部分和第二外部部分。

6.根据权利要求1所述的方法，其中将所述第一导电材料从所述中间部分移除使所述第二表面上的第二覆镀层与所述第三表面上的第二覆镀层电绝缘。

7.根据权利要求1所述的方法，其中施用蚀刻剂包括：将所述第一导电材料从所述中间部分微蚀刻掉。

8.根据权利要求1所述的方法，其中：

沉积所述第二导电材料包括：沉积所述第二导电材料到被修改的过孔的所述第二内表面、第三内表面上，并且沉积所述第一导电材料在被修改的过孔的中间部分处；以及

通过将蚀刻剂施用到被修改的过孔而将所述第二导电材料和第一导电材料从所述中间部分移除；以及

其中所述第二导电材料是包括附着到所述第一导电材料的碳/石墨的晶种材料。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述第三导电材料是铜覆镀层。

10.一种用于选择性地覆镀印刷电路板的孔的工艺，所述工艺包括：

形成贯穿印刷电路板的孔，所述孔具有第一直径和第一内壁表面；

将第一导电材料沉积到所述孔内，以便在所述第一内壁上形成第一覆镀层；

修改所述孔以包括第一部分和第二部分，其中：

　所述第一部分包括所述第一直径和所述第一内表面；且

　所述第二部分包括第二直径和第二内表面；

将第二导电材料沉积到被修改的孔内的所述第二内表面上；

通过将蚀刻剂施用到被修改的孔，将所述第一导电材料从所述第一部分移除；

将第三导电材料沉积到被修改的孔中，以便在沉积在被修改的孔的第二表面上的第二导电材料上形成第二覆镀层。

11.一种用于选择性地覆镀印刷电路板的孔的系统，所述系统包括：

钻孔系统，以便：

　形成贯穿印刷电路板的孔，所述孔具有第一直径和第一内壁表面；

　修改所述孔以包括至少第一部分和第二部分，其中：

　　所述第一部分包括所述第一直径和所述第一内表面；且

　　所述第二部分包括第二直径和第二内表面；

沉积系统，以便：

　将第一导电材料沉积到所述孔内，以便在所述孔被修改之前在所述第一内壁上形成第一覆镀层；

　将第二导电材料沉积到被修改的孔内的至少所述第二内表面上；

蚀刻剂施用系统，以便对被修改的孔施用蚀刻剂，从而将所述第一导电材料从所述第一内壁移除；以及

其中所述沉积系统还被配置为将第三导电材料沉积到被修改的孔中，以便在沉积在被修改的孔的第二表面上的第二导电材料上形成第二覆镀层。

12.根据权利要求11所述的系统，其中所述沉积系统使用无电镀铜覆镀沉积所述第一导电材料。

13.根据权利要求11所述的系统，其中所述第二导电材料是导电聚合物。

14.根据权利要求11所述的系统，其中：

所述沉积系统沉积所述第二导电材料到所述第二内表面和第一导电材料上；且

所述蚀刻剂施用系统通过将蚀刻剂施用到被修改的孔而将所述第二导电材料和第一导电材料从所述第一内表面移除；

其中所述第二导电材料是包括附着到所述第一导电材料的碳/石墨的晶种材料。

15.根据权利要求11所述的系统，其中所述第三导电材料仅附着到所述第二和第三表面上的第二导电材料。

16.根据权利要求11所述的系统，其中所述钻孔系统通过将所述孔背钻孔至预定的深度以形成所述第二外部部分，来修改所述孔。

17.根据权利要求16所述的系统，其中所述钻孔系统包括：

修改所述孔以包括中间部分、第一外部部分和第二外部部分，其中：所述中间部分包括所述第一直径和所述第一内表面，所述第一外部部分包括第二直径和第二内表面；且所述第二外部部分包括所述第二直径和第二表面，其中所述第二和第三直径大于所述第一直径；且

其中所述钻孔系统从相反侧将所述孔背钻孔至预定的深度，以形成所述第一外部部分和第二外部部分。

18.根据权利要求11所述的系统，其中将所述第一导电材料和所述第二导电材料从所述中间部分上移除使所述第二表面上的第二覆镀层与所述第三表面上的第二覆镀层电绝缘。

19.根据权利要求11所述的系统，其中所述蚀刻剂施用系统将所述第一导电材料和所述第二导电材料从所述中间部分微蚀刻掉。

20.根据权利要求11所述的系统，其中所述第三导电材料是铜覆镀层。