CN107454740A - 印刷电路板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

根据实施例的印刷电路板(PCB)包括：衬底；以及设置在所述衬底上的电路图案，其中，所述电路图案包括设置在所述衬底上并且包含氮化物的第一种子层以及设置在所述第一种子层上的金属层。

Description

印刷电路板及其制造方法
技术领域
本实施例涉及印刷电路板(PCB)，更具体地说，涉及包括由氮化物金属层的种子层形成的电路图案的PCB及其制造方法。
背景技术
近来，由于用作衬底和电子器件之间的转接板(interposer)的衬底已经快速变得轻薄，因此需要高密度和精细图案。已经作出各种努力来简化现有工艺和改进技术。
使用叠加法(additive method)来形成PCB的电路图案。叠加法通过电镀法在绝缘层上形成电路图案。最近，半叠加法用于更有效的电镀。半叠加法通过对绝缘层进行表面处理来增加粗糙度，并且通过化学镀形成作为电镀的基层的种子层。在形成种子层之后，通过电镀完成电路图案，直到电路图案的厚度达到特定水平。
常规的半叠加法需要表面粗糙度处理工艺和以上的厚度，以便在整个衬底上形成均匀的种子层。如果种子层的厚度较厚，用于除去种子层的肉蚀刻工艺(fleshetching process)的生产周期变长，并且难以形成细间距。
发明内容
本发明提供了一种具有新结构的印刷电路板(PCB)及其制造方法。
本实施例提供一种PCB及其制造方法，该PCB能够通过在作为种子层的包含氮化物的金属层上形成电路图案来改善衬底与金属层之间的结合力。
本发明的目的不限于上述目的，并且本领域技术人员从下面的描述中可以清楚地了解其他目的。
根据实施例，提供一种PCB，该PCB包括：衬底；以及设置在所述衬底上的电路图案，其中所述电路图案包括设置在所述衬底上并且包含氮化物的第一种子层以及设置在所述第一种子层上的金属层。
此外，所述第一种子层包含氮化钛(TiN)、氮化镍(NiN)、氮化铜(CuN)、氮化钼(MoN)、氮化钽(TaN)和氮化铬(CrN)中的至少一种。
此外，所述第一种子层的厚度在10nm至70nm的范围内。
此外，所述电路图案还包括设置在所述第一种子层和所述金属层之间的第二种子层。
此外，所述第二种子层包括铜和镍中的至少一种金属材料。
此外，所述第二种子层的厚度在200nm至400nm的范围内。
此外，在所述衬底的表面上设置包含环氧树脂和氰酸酯中的至少一种的绝缘树脂。
此外，所述衬底包括形成在所述衬底的至少一个表面上的通孔，并且所述第一种子层设置在所述通孔的内壁上。
此外，所述电路图案包括：埋设在所述衬底的通孔中的第一部分；以及设置在所述第一部分上方并在所述衬底的表面上凸出的第二部分。
此外，所述第一部分的宽度比所述第二部分的宽度窄。
同时，提供了一种制造PCB的方法，包括：在衬底的表面上形成包含氮化物的第一种子层；在所述第一种子层上形成包含金属材料的第二种子层；形成具有对应于形成在所述第二种子层上的电路图案的开口的干膜；通过电镀在经所述开口暴露的第二种子层的表面上形成金属层；去除所述干膜；以及去除在所述衬底的表面上暴露的所述第一种子层和所述第二种子层。
此外，所述第一种子层包含氮化钛(TiN)、氮化镍(NiN)、氮化铜(CuN)、氮化钼(MoN)、氮化钽(TaN)和氮化铬(CrN)中的至少一种。
此外，所述第一种子层的厚度在10nm至70nm的范围内。
此外，所述第二种子层包括铜和镍中的至少一种金属材料。
此外，所述第二种子层的厚度在200nm至400nm的范围内。
此外，在所述衬底的表面上设置包含环氧树脂和氰酸酯中的至少一种的绝缘树脂。
此外，所述方法还包括在所述衬底的至少一个表面上形成通孔，并且所述第一种子层设置在所述通孔的内壁上。
此外，所述电路图案包括：埋设在所述衬底的通孔中的第一部分；以及设置在所述第一部分上方并在所述衬底的表面上凸出的第二部分。
此外，所述第一部分的宽度比所述第二部分的宽度窄。
根据实施例，为了形成精细图案，即使在狭窄区域中的电路图案的粘合力也需要最大化。通过形成基于包含氮化物的金属层的电路图案，可以使电路图案与绝缘树脂之间的粘合力最大化，而无需单独的表面粗糙度处理工艺。
此外，根据实施例，由于金属种子层与绝缘树脂层之间的偏差因热膨胀系数的差异而减小，所以可以使由热冲击引起的差异最小化。
以下附图和说明书阐述了一个或多个实施例的细节。从说明书和附图以及权利要求书中可以清楚地理解其他特征。
附图说明
参照以下附图详细描述实施例，在附图中相同的附图标记指代相同的元件，并且其中：
图1是图示根据实施例的印刷电路板(PCB)的结构的剖视图。
图2是图示本实施例的PCB的制造方法的步骤的流程图；以及
图3至图10是用于描述图1所示的PCB的制造方法的处理顺序的剖视图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本领域技术人员容易执行的本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以各种不同的形式实现，并不限于本文中描述的实施例。
在下面的描述中，当存在一些部分“包括”一些结构元件的表达时，这意味着这些部分不排除另外的结构元件，但是除非另有说明，否则还可以包括另外的结构元件。
此外，附图中没有示出与详细描述无关的结构和元件，以清楚地描述本发明，可以放大厚度以清楚地解释各层和区域，并且以下描述中的相同元件由相同的附图标记表示。
应当理解，当层、膜、区域、板等的一部分被称为在另一部分“上”时，它可以“直接形成在”另一部分上，或者第三部分可以插设在这些部分之间。否则，当一部分“直接形成在”另一部分上时，这意味着这些部分之间不存在第三部分。
该实施例提供了一种新的PCB及其制造方法，在该PCB中使用氮化物形成种子层，并且基于形成的种子层形成电路图案。
图1是图示根据实施例的印刷电路板(PCB)的结构的剖视图。
参考图1，PCB包括衬底110、绝缘树脂120、第一种子层130、第二种子层140和金属层160。
衬底110可以是其上形成单个电路图案的PCB的支撑衬底，或者可以是具有堆叠多层结构的PCB的绝缘层区域，在该绝缘层区域中形成有电路图案中的任何一种。
当衬底110是指包含在堆叠多层结构中的绝缘层中的任何一个时，可以在衬底110的上表面或下表面上连续形成多个电路图案。
也就是说，衬底110是其上设置有能够改变布线的电路的板，并且衬底110可以包括所有由能够在绝缘衬底的表面上形成导电图案的绝缘材料形成的印花(printing)、布线板以及绝缘衬底。
衬底110可以是刚性的或柔性的。例如，衬底110可以包括玻璃或塑料。具体地讲，衬底110可以包括诸如钠钙玻璃或铝硅玻璃等的化学强化/半强化玻璃、诸如聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、丙二醇(PPG)或聚碳酸酯(PC)等的强化/柔性塑料或者蓝宝石。
此外，衬底110可以包括光学各向同性膜。例如，衬底110可以包含环烯烃共聚物(COC)、环烯烃聚合物(COP)、光学各向同性的聚碳酸酯、光学各向同性聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等。蓝宝石具有优良的电性能，诸如介电常数，这不仅大大提高了触摸反应的速度，而且还可以容易地实现诸如悬停之类的空间触摸，并且由于表面强度高，可以用作盖板。这里，悬停表示即使在与显示屏很近的距离处也能识别坐标的技术。
此外，衬底110可以具有部分弯折的弯曲表面。也就是说，衬底110可以部分地具有平面并且可以部分地弯折成具有弯曲表面。具体地，衬底110的端部可以弯折成具有弯曲表面，弯折成具有随机曲率或弯曲的表面。
此外，衬底110可以是具有柔性的柔性衬底。此外，衬底110可以是弯折或弯曲的衬底。也就是说，包括衬底110的产品可以形成为具有柔性、弯曲或弯折特性。因此，包括根据实施例的PCB的产品易于携带，并且可以被修改为各种设计。
同时，本实施例的衬底110可以由PCB或陶瓷衬底形成。这里，PCB可以形成用于基于电路设计连接电路元件的电气布线的布线图，并且电导体可以设置在绝缘材料上。此外，电气元件可以安装在PCB上，并且PCB可以形成配置为连接电气元件以形成电路的布线，并且除了用于电连接元件之外可以机械地固定元件。
绝缘树脂120可任选地形成在衬底110上。
绝缘树脂120可以由由环氧树脂和氰酸酯组成的材料制成。这里，由于与仅使用环氧树脂的常规绝缘树脂相比，包含环氧树脂和氰酸酯的绝缘树脂120的表面粗糙度为0.3μm以下，且热膨胀系数低，因此衬底的膨胀和收缩小，从而提高即使在封装之后的可靠性。
电路图案形成在衬底110上。
电路图案包括第一种子层130、第二种子层140和金属层160。
第一种子层130包含氮化物，因此用作形成为确保与衬底110的粘合力的功能层。
换句话说，第一种子层130是包含氮(N)的种子层。优选地，第一种子层130可以由氮化钛(TiN)、氮化镍(NiN)、氮化铜(CuN)、氮化钼(MoN)、氮化钽(TaN)、氮化钽(TaN)和氮化铬(CrN)或至少两种氮化物的组合的至少一种形成。
此时，第一种子层130的厚度可以在10nm至70nm范围内。优选地，第一种子层130形成为具有35nm的厚度。
第一种子层130由如上所述的氮化物形成，从而增加与衬底110的结合力。
此时，第一种子层130具有C-N金属连接环状态，诸如碳和氮的键以及氮和金属的键，从而可以进一步增强与上部第二种子层140的结合力，同时增加与下衬底110或绝缘树脂120的结合力。
同时，绝缘树脂120设置在衬底110上。绝缘树脂120具有用于使衬底110的表面暴露的开口。
此时，第一种子层130可以设置在绝缘树脂120上，或者可选地设置在绝缘树脂120的开口的内壁上。
第二种子层140设置在第一种子层130上。
第二种子层140是用于通过电镀形成金属层160的种子层。也就是说，第二种子层140具有用于电镀的导电的功能，并且可以由铜和镍中的至少一种金属形成。
第二种子层140可以具有200nm至400nm的厚度，并且可以形成在第一种子层130上。
金属层160设置在第二种子层140上。金属层160可以由诸如铜(Cu)、铁(Fe)或其合金的导电金属材料形成。
如上所述，根据实施例，使用包含氮化物的第一种子层130来作为用于形成电路图案的种子层。
第一种子层130设置在金属和衬底之间，并且用于增加与金属的结合力和与衬底的结合力。
为此，根据实施例，为了形成精细图案，即使在狭窄区域中的电路图案的粘合力也需要最大化。通过形成基于包含氮化物的金属层的电路图案，可以使电路图案与绝缘树脂之间的粘合力最大化，而无需单独的表面粗糙度处理工艺。
此外，根据实施例，由于金属种子层和绝缘树脂层之间的偏差因热膨胀系数的差异而减小，所以可以使由热冲击引起的差异最小化。
图2是根据本发明的实施例的PCB的制造方法的步骤的流程图，并且图3至图10是图示图1所示的PCB的制造方法的处理顺序的剖视图。
以下，参考图2至图10对图1所示的PCB的制造方法进行说明。
参考图2，首先，制备衬底110，在制备的衬底110中形成通孔125，其上形成有通孔125的衬底110的表面经过表面处理(步骤110)。
也就是说，参考图3，首先，制备作为制造PCB的基础的衬底110。
衬底110可以是刚性的或柔性的。例如，衬底110可以包括玻璃或塑料。具体地讲，衬底110可以包括诸如钠钙玻璃或铝硅玻璃等的化学强化/半强化玻璃、诸如聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、丙二醇(PPG)或聚碳酸酯(PC)等的强化/柔性塑料或者蓝宝石。
此外，衬底110可以包括光学各向同性膜。例如，衬底110可以包含环烯烃共聚物(COC)、环烯烃聚合物(COP)、光学各向同性的聚碳酸酯、光学各向同性聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等。蓝宝石具有优良的电性能，诸如介电常数，这不仅大大提高了触摸反应的速度，而且还可以容易地实现诸如悬停之类的空间触摸，并且由于表面强度高，可以用作盖板。这里，悬停表示即使在与显示屏很近的距离处也能识别坐标的技术。
此外，衬底110可以具有部分弯折的弯曲表面。也就是说，衬底110可以部分地具有平面并且可以部分地弯折成具有弯曲表面。具体地，衬底110的端部可以弯折成具有弯曲表面，弯折成具有随机曲率或弯曲的表面。
此外，衬底110可以是具有柔性的柔性衬底。此外，衬底110可以是弯折或弯曲的板。也就是说，包括衬底110的产品可以形成为具有柔性、弯曲或弯折特性。因此，包括根据实施例的PCB的产品易于携带，并且可以被修改为各种设计。
同时，本实施例的衬底110可以由PCB或陶瓷衬底形成。这里，PCB可以形成用于基于电路设计连接电路元件的电气布线的布线图，并且电导体可以设置在绝缘材料上。此外，电气元件可以安装在PCB上，并且PCB可以形成配置为连接电气元件以形成电路的布线，并且除了用于电连接元件之外可以机械地固定元件。
绝缘树脂120可任选地形成在衬底110上。
绝缘树脂120可以由环氧树脂和氰酸酯组成的材料制成。这里，由于与仅使用环氧树脂的常规绝缘树脂相比，包含环氧树脂和氰酸酯的绝缘树脂120的表面粗糙度为0.3μm以下，且热膨胀系数低，因此衬底的膨胀和收缩小，从而提高甚至在封装之后的可靠性。
当制备包括如上所述的绝缘树脂120的衬底110时，在衬底110的表面上形成通孔125。通孔是用于PCB的层间电连接的路径，并且可以通过对电断开的层钻孔来形成通孔125并且用导电材料填充通孔125或者用导电材料电镀通孔125来形成。
用于形成通孔125的金属材料可以是选自Cu、Ag、Sn、Au、Ni和Pd中的任何一种。金属材料的填充可以通过无电镀、电镀、丝网印刷、溅射法、蒸发法、喷墨法和滴涂法或它们的组合来进行。
同时，通孔125可以通过机械、激光和化学处理中的任何一种形成。
当通过机械处理形成通孔125时，可以使用诸如铣削、钻孔和布线的方法。当通过激光处理形成通孔125时，可以使用UV或Co2激光的方法。并且当通过化学处理形成衬底110时，可以使用包含氨基硅烷、酮等的化学品来打开衬底110。
同时，激光处理是一种切割方法，其中通过将光能集中在表面上使部分材料熔化并蒸发以呈现期望的形状。通过计算机程序的复合形成物可以容易地处理，并且可以处理通过其他方法难以切割的复合材料。
此外，激光处理的切割直径可以至少为0.005mm，并且可以处理宽的厚度范围。
作为激光处理的钻头，优选使用钇铝石榴石(YAG)激光器、CO2激光器或紫外线(UV)激光器。YAG激光器是能够处理铜箔层和绝缘层的激光器，CO2激光器是能够仅处理绝缘层的激光器。
此时，通孔125的形状如图3所示，其中不仅包括在其一侧的被阻挡的盲通孔125，而且还可以包括通过衬底110的上表面和下表面的电镀通孔。当不需要通孔125时，可以省略该步骤。
同时，当形成通孔125时，可以进行去毛刺处理或去污处理以去除通过钻孔引起的钻孔毛刺或污点，以降低通孔125的电镀缺陷率。
然后，可以对衬底110的表面进行表面处理。这里，表面处理可以包括离子处理。也就是说，当形成通孔125时，衬底110的表面经过离子束处理。离子束是由大量离子流充电的一组分子或原子，并且可以在施加电场或磁场时使离子流加速。加速离子处于高能态，并通过使这些离子与衬底110的表面接触来改变衬底110的表面的电性能。用于离子束处理的气体的实例包括Ar和氮气。同时，离子束处理工艺不是必需的，并且由于如实施例中所述形成包含氮化物的第一种子层130，因此可以使与衬底110的结合力最大化，从而可以省略表面处理工艺。
然后，当形成通孔125时，在其上形成有通孔125的衬底110上形成第一种子层130(步骤120)。
参考图5，第一种子层130是包含氮化物并形成以确保与衬底110的粘合力的功能层。
可以通过在衬底110的表面上溅射氮化物来形成第一种子层130。然而，实施例不限于此，并且第一种子层130可以通过除溅射之外的方法形成。
溅射是其中诸如氩的惰性元素与靶(金属板)碰撞以喷射金属分子，然后将膜粘附到表面上的技术。在惰性气体流入真空室内的溅射气体中的同时，当在靶上施加直流电源时，在待沉积的衬底与靶之间产生等离子体。在该等离子体中，通过高输出直流电流表将惰性气体离子化为正离子。惰性气体的正离子通过直流电流表加速到负极，与靶表面碰撞。靶材在这种碰撞中通过原子的完全弹性碰撞而交换动量，从表面冲出。当离子以大于材料的原子间结合能的动能碰撞时，该离子轰击会使材料的间隙原子被推到不同的位置，这导致原子的表面逸出。这种现象称为溅射。
此时，第一种子层130是包含氮(N)的种子层。优选地，第一种子层130可以由氮化钛(TiN)、氮化镍(NiN)、氮化铜(CuN)、氮化钼(MoN)、氮化钽(TaN)和氮化铬(CrN)或至少两种氮化物的组合的至少一种形成。
此时，第一种子层130的厚度可以在10nm至70nm范围内。优选地，第一种子层130形成为具有35nm的厚度。
第一种子层130由如上所述的氮化物形成，从而增加与衬底110的结合力。
此时，第一种子层130具有C-N金属连接环状态，诸如碳和氮的键以及氮和金属的键，从而可以进一步增强与上部第二种子层140的结合力，同时增加与下衬底110或绝缘树脂120的结合力。
同时，绝缘树脂120设置在衬底110上。绝缘树脂120具有用于使衬底110的表面暴露的开口。
此时，第一种子层130可以设置在绝缘树脂120上，或者可选地设置在绝缘树脂120的开口的内壁上。
然后，在第一种子层130上形成第二种子层140(步骤130)。
参考图6，第二种子层140设置在第一种子层130上。
第二种子层140是用于通过电镀形成金属层160的种子层。也就是说，第二种子层140具有用于电镀的导电的功能，并且可以由铜和镍中的至少一种金属形成。
第二种子层140可以具有200nm至400nm的厚度，并且可以形成在第一种子层130上。
然后，当形成第二种子层140时，在第二种子层140上沉积包括开口的干膜150(步骤140)。
参考图7，干膜150沉积在第二种子层140上。干膜150具有用于打开待形成金属层160的第二种子层140的一部分表面的开口。
通过使用干膜150的开口中的第二种子层140进行电镀来形成金属层160(步骤150)。
参考图8，金属层160设置在第二种子层140上。金属层160可以由诸如铜(Cu)、铁(Fe)或其合金的导电金属材料形成。
如上所述，在本实施例中，使用包含氮化物的第一种子层130作为用于形成电路图案的种子层。
参考图2和图9，当形成金属层160时，形成在第二种子层140上的干膜150被去除(步骤160)。
此外，参考图2和图10，当干膜150被去除时，暴露在衬底110上的第二种子层140和第一种子层130被去除(步骤170)。
根据实施例，为了形成精细图案，即使在狭窄区域中的电路图案的粘合力也需要最大化。通过形成基于包含氮化物的金属层的电路图案，可以使电路图案和绝缘树脂之间的粘合力最大化，而无需单独的表面粗糙度处理工艺。
此外，根据实施例，由于金属种子层与绝缘树脂层之间的偏差因热膨胀系数的差异而减小，所以可以使由热冲击引起的差异最小化。
如上所述，实施例中描述的目的、结构和效果被包括在至少一个实施例中，但未必限于一个实施例。此外，本领域技术人员可以容易地将每个实施例中描述的目的、结构和效果修改成其他具体形式而不改变本发明的技术精神或本质特征的情况下。因此，应当理解，源于权利要求及其等同形式的所有修改或改变的形式都在本发明的范围内。
尽管参照多个说明性实施例描述了这些实施例，但是应当理解，本领域的技术人员可以在本公开的原理的精神和范围内修改多个其他的修改和实施例。更具体地讲，在本公开、附图和所附权利要求书的范围内能够对组件和/或所述组合配置的配置进行各种变型和修改。除了部件和/或布置的多种变型和修改之外，替代使用对本领域的技术人员也是显然的。

Claims (10)

1.一种印刷电路板，包括：
衬底；以及
形成在所述衬底上的电路图案，
其中，所述电路图案包括：
设置在所述衬底上并且包含氮化物的第一种子层；以及
设置在所述第一种子层上的金属层。
2.根据权利要求1所述的印刷电路板，其中，所述第一种子层包含氮化钛(TiN)、氮化镍(NiN)、氮化铜(CuN)、氮化钼(MoN)、氮化钽(TaN)和氮化铬中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的印刷电路板，其中，所述第一种子层的厚度在10nm至70nm的范围内。
4.根据权利要求1所述的印刷电路板，其中，所述电路图案还包括设置在所述第一种子层和所述金属层之间的第二种子层。
5.根据权利要求4所述的印刷电路板，其中，所述第二种子层包括铜和镍中的至少一种金属材料。
6.根据权利要求4所述的印刷电路板，其中，所述第二种子层的厚度在200nm至400nm的范围内。
7.根据权利要求1所述的印刷电路板，其中，在所述衬底的表面上设置包含环氧树脂和氰酸酯中的至少一种的绝缘树脂。
8.根据权利要求1所述的印刷电路板，其中，所述衬底包括形成在所述衬底的至少一个表面上的通孔，并且所述第一种子层设置在所述通孔的内壁上。
9.根据权利要求8所述的印刷电路板，其中，所述电路图案包括：
埋设在所述衬底的所述通孔中的第一部分；以及
设置在所述第一部分上方并在所述衬底的表面上凸出的第二部分。
10.根据权利要求9所述的印刷电路板，其中，所述第一部分的宽度比所述第二部分的宽度窄。
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