CN113207245B - 低翘曲印刷线路板制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种低翘曲印刷线路板制造方法，包括：在线路板内层线路(11)上压合半固化片和铜箔，使内层线路(11)上形成半固化片层(12)和铜层(13)；对半固化片层(12)进行未完全固化处理，使半固化片层(12)的固化度在60％～70％之间；在未完全固化处理后半固化片层(12)上制造外层线路(14)；重复上述三个步骤，得到多层印刷线路板；将所述多层印刷线路板进行完全固化处理，使所述多层印刷线路板完全固化整平。本发明使层间半固化片层(12)之间的内应力更小；采用芯板(10)和半固化片层(12)为相同材质，使多层线路板中内应力更小，从而形成低翘曲印刷线路板。且本发明压合方法压合温度低、时间短，具有更高的压合效率。

Description

低翘曲印刷线路板制造方法
技术领域
本发明涉及印刷线路板制造领域，尤其涉及一种低翘曲印刷线路板的制造方法。
背景技术
目前CPU、GPU、FPGA芯片的SOC设计随着网络技术、AT技术以及计算技术的发展，芯片的功能越来越强大，功能越来越复杂，尺寸越来越大。大尺寸芯片封装需要更大尺寸的FCBGA封装基板与其配合，FCBGA基板的尺寸越大，翘曲的幅度和稳定性越差，后续封装的芯片可靠性问题越是严重。基于有机材料的大尺寸FCBGA基板，由于其高密度布线能力和加工制造的灵活性比陶瓷基板具有更大的优势。因此，有机材料是目前大尺寸FCBGA芯片主要的基板材料。
而基于有机材料的大尺寸FCBGA基板在尺寸不断增大，翘曲越发严重情况下，如何降低基板整体翘曲幅度，是保证大尺寸芯片封装的重要问题。目前FCBGA基板的厚度通常超过1mm，层数1 0-20层，不仅工艺复杂，成本极高，而且尺寸大单个单元的成本更高，翘曲更严重。大尺寸FCBGA基板在封装过程的倒装焊接回流过程中会产生较大的翘曲，导致无法焊接。较大的翘曲对于封装的芯片也会导致应力过大，在可靠性测试中极易产生失效。因此，大尺寸FCBGA封装基板翘曲问题是目前大尺寸芯片封装加工和可靠性的关键问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明为了解决上述的翘曲问题，提出了一种低翘曲印刷线路板制造方法，采用半固化片制造印刷线路板，可用作大尺寸FCBGA封装基板。
(二)技术方案
本发明提供了一种低翘曲印刷线路板制造方法，包括如下步骤：
在线路板内层线路11上压合半固化片和铜箔，使内层线路11上形成半固化片层12和铜层13；其中，所述铜层13位于半固化片层12之上；
对半固化片层12进行未完全固化处理，使半固化片层12的固化度在60％～70％之间；
在未完全固化处理后半固化片层12上制造外层线路14；
重复上述三个步骤，得到多层印刷线路板；
将所述多层印刷线路板进行完全固化处理，使所述多层印刷线路板完全固化整平。
可选地，所述多层印刷线路板由芯板10、半固化片及内层线路11组成；其中所述芯板10与所述半固化片层12材质相同。
可选地，所述在线路板内层线路11上压合半固化片和铜箔之前，所述方法还包括：对内层线路11表面进行粗化。
可选地，采用同一设备处理或不同的设备进行所述在线路板内层线路11上压合半固化片和铜箔和所述对半固化片层12进行未完全固化处理。
可选地，所述制造外层线路14的过程包括：对所述半固化片层12和铜层13进行激光钻孔，使所述半固化片层12和铜层13中形成与内层线路11连通的盲孔20；去除激光钻孔残留胶渣；去除表面铜层13；在所述半固化片层12和所述盲孔20中化学沉铜，形成电镀种子层21；在所述电镀种子层21光刻电镀掩膜图形22；在所述电镀种子层21未被所述电镀掩膜图形22覆盖的区域电镀形成电路图形并填充所述盲孔20；去除所述电镀掩膜图形22；去除所述电镀掩膜图形22覆盖的所述电镀种子层21，形成所述外层线路14。
可选地，所述在未完全固化处理后半固化片层12上制造外层线路14之后，所述方法还包括：在130℃下烘烤30min去除水汽。
可选地，所述将所述多层印刷线路板进行完全固化处理之前，所述多层印刷线路板内层先压合的半固化片层12仍处于未完全固化状态，最外层半固化片层12固化度在60％～70％。
可选地，所述将所述多层印刷线路板进行完全固化处理包括：采用真空环境，在加温条件下加大于1Mpa的压力，使所述多层印刷线路板的所有半固化片层12完全固化。
可选地，所述将所述多层印刷线路板进行完全固化处理之后所述方法还包括：在所述多层印刷线路板最外层制造绿油层30。
可选地，所述在所述多层印刷线路板最外层制造绿油层30之后后，所述方法还包括：在所述多层印刷线路最外层未被绿油层30覆盖区域涂覆NiPdAu、NiAu或OSP。
(三)有益效果
本发明提供了低翘曲印刷线路板制造方法，使用半固化片和铜箔同时压合，在经过未完全固化-重复增层-整体固化的流程，使层间半固化片层12之间的内应力更小，形成低翘曲的多层线路板结构。
本发明提高的低翘曲印刷线路板制造方法中，采用芯板10和半固化片为相同材质，保证线路做好后，增层的绝缘层材料半固化片的热膨胀系数与芯板10的热膨胀系数相同，多层线路板中内应力更小。
本发明提供的低翘曲印刷线路板制造方法中，压合方法低温压合，再进行低温烘烤，相比常规的半固化片每次压合均完成固化，压合温度低、时间短，具有更高的压合效率。
附图说明
图1示意性示出了低翘曲印刷线路板的制造方法流程图。
图2示意性示出了外层线路14的制造方法流程图。
图3示意性示出了多层印刷线路板进行完全固化处理后还包括的处理过程的流程图。
【附图标记说明】
10-芯板；11-内层线路；12-半固化片层；13-铜层；14-外层线路；
20-盲孔；21-电镀种子层；22-电镀掩膜图形；
30-绿油层；31-表面涂覆层。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明提供了一种低翘曲印刷线路板制造方法，参阅图1，包括如下步骤：
在线路板内层线路11上压合半固化片和铜箔，使内层线路11上形成半固化片层12和铜层13；其中，铜层13位于半固化片层12之上；
对半固化片层12进行未完全固化处理，使半固化片层12的固化度在60％～70％之间；
在未完全固化处理后半固化片层12上制造外层线路14；
重复上述三个步骤，得到多层印刷线路板；
将多层印刷线路板进行完全固化处理，使多层印刷线路板完全固化整平。
下面将结合图1具体说明。
最内层材料为芯板10，在芯板10上制造铜线路，作为最初始的内层线路11。在线路板内层线路11上压合半固化片和铜箔之前，需要进行内层线路11表面的粗化操作，以提高线路的粗糙度，增加内层线路11和半固化片的结合力。
之后在线路板内层线路11上压合半固化片和铜箔，形成内层线路11上的半固化片层12和铜层13。其中，铜层13位于半固化层之上。压合处理之后，对半固化片层12进行未完全固化处理，利用烘烤来调整半固化片层12的固化度，使之位于60％～70％之间。半固化片材料的流动性和刚性与材料固化程度有密切关系，将材料在低于常规温度下烘烤，通过调整材料烘烤的温度和时间可以调整材料的固化程度，从而降低材料的流动性，提高材料的刚性。控制半固化片层12的固化度在60％～70％，可使半固化片层12具有一定的刚度，其内应力较小，为后续工艺做准备。
进一步地，压合和未完全固化处理的过程采用同一设备处理或不同的设备处理。采用同一设备处理时，压合和未完全固化处理的过程都采用层压机处理；采用不同设备处理时，采用真空压膜机进行低于常规温度下的真空压合，之后在外部烘箱中进行低于常规温度下的烘烤，调整材料的固化程度。
采用同一设备层压机处理时，在内层线路11上在层压机上，低于常规温度，进行真空压合铜箔和半固化片，调整压合温度和时间，使半固化片的固化度在60-70％之间。例如BT半固化片在160℃恒温进行30min压合处理。层压机压合的优点是一次压合多张基板，压合过程中可是施加更大的压力(大于1MPa)，压合和未完全固化处理均在层压机中完成，整个过程均保持真空和压力加载。压合方法采用的是低压合温度，在140-180℃之间。具体地，于FR4材料在140-160℃之间；对于BT树脂，温度在150-180℃之间。
采用不同设备处理时，使用真空压膜机压合铜箔和半固化片，之后将压合后的基板放在烘箱中进行未完全固化处理，调整固化温度和时间，控制半固化片固化程度在60％-70％之间。真空压膜机压合的特点是在低于常规温度下，通过真空和压力作用，进行压合，压合时间短速度快。压合后的多张基板在烘箱中共同烘烤进行未完全固化处理。
然后在未完全固化处理后半固化片层12上制造外层线路14，构成多层的线路结构，每层之间用绝缘的半固化片层12隔离。外层线路14制造完成后，需要再进行烘烤去除水汽，在此过程中，半固化片层12的固化程度略有增加。优选地，在烘箱中使用130℃烘烤30min进行去除水汽的处理。
接着重复上述三个步骤，得到多层印刷线路板，具体地说，即制造的外层线路14又作为内层线路11重复进行上述步骤，得到多层印刷线路板。其内层先压合的半固化片层12仍处于未完全固化状态，最外层半固化片层12固化度处于60％～70％之间。内层半固化片层12经过多次未完全固化处理，其固化度比原来在60％～70％之间，有明显提高，但仍控制烘烤的温度和时间使最内层的半固化片层12处于未完全固化状态。
最后，将多层印刷线路板进行完全固化处理，使多层印刷线路板完全固化整平。多层线印刷线路板固化处理过程采用真空环境，在加温条件下加大于1Mpa的压力，使多层印刷线路板的所有半固化片层12完全固化。
多层布线的线路板除芯板10外的多层有机绝缘树脂构成的半固化片层12在加工中保持未完全固化状态，在线路板多层布线加工完成后，在层压机中一次完成高温固化过程，在这个过程中，由于压力和相同的高温固化温度的作用下，每层线路板的固化条件全部一致，在同样的条件下完成小分子的交联，形成长链大分子，在外界压力和温度作用下，有机材料分子结构在塑型条件下进行分子生长，使得有机高分子材料在层压钢板的夹持下，完成线路板塑型，塑型后的线路板树脂形状与其内部形成的金属电路结构具有更小的内建应力，从线路板的整体看，层间半固化片层12的固化条件更一致，层间半固化片层12之间的内应力小，从而形成低翘曲的多层线路板结构。
其中，当芯板10和半固化片采用相同材料时，增层的绝缘层材料半固化片的热膨胀系数与芯板10的热膨胀系数相同，不同的温度环境下膨胀收缩的趋势一致且程度接近，此时多层线路板中内应力更小。
参阅图2，本发明提供的的低翘曲印刷线路板制造方法中，制造外层线路14的过程包括：对所述半固化片层12和铜层13进行激光钻孔，使所述半固化片层12和铜层13中形成与内层线路11连通的盲孔20；去除激光钻孔残留胶渣；去除表面铜层13；在所述半固化片层12和所述盲孔20中化学沉铜，形成电镀种子层21；在所述电镀种子层21光刻电镀掩膜图形22；在所述电镀种子层21未被所述电镀掩膜图形22覆盖的区域电镀形成电路图形并填充所述盲孔20；除所述电镀掩膜图形22；去除所述电镀掩膜图形22覆盖的所述电镀种子层21，形成所述外层线路14。
下面将结合图2具体说明。
激光钻孔，使半固化片层12中形成与内层线路11连通的盲孔20。钻孔后去除激光钻孔残留胶渣后，使用蚀刻的方式去除表面铜层13。
接着制造电镀种子层21，在半固化片层12和盲孔20中化学沉铜，形成电镀种子层21。化学沉铜是利用化学沉积的方法，在半固化片表面沉积一层薄薄的化学铜，为后续的电镀提供导电性。可选地，化学沉铜的厚度为0.2～1.0μm。
之后在电镀种子层21上，光刻电镀掩膜图形22。在电镀种子层21上压干膜，光刻显影形成图形电镀掩膜。
然后进行图形电镀，在电镀种子层21未被电镀掩膜图形22覆盖的区域电镀形成电路图形并填充盲孔20。半固化片由于不具有导电性，无法直接进行电镀，预先制造一层电镀种子层21，提高表面的导电性，提高表面电镀能力。
最后，去除电镀掩膜图形22，并快速蚀刻去除电镀掩膜图形22覆盖的电镀种子层21，形成外层线路14。
参阅图3，本发明提供的低翘曲印刷线路板制造方法中，多层印刷线路板进行完全固化处理之后，还包括：制造绿油和表面覆盖。
在最外层半固化片层12上制造绿油层30。绿油即液态光致阻焊剂，是一种保护层，其涂覆在封装基板不需焊接的线路和基材上。绿油可以长期保护所形成的线路图形。
在制造绿油层30后，在最外层上未被绿油覆盖的电路上，涂覆NiPdAu、NiAu或OSP。OSP对未涂覆绿油的外层电路或焊盘上涂覆一种有机保护膜，即表面涂覆层31，其既可以保护铜不被氧化，也提高了铜焊盘的可焊性。
本发明提供了低翘曲印刷线路板制造方法，使用半固化片和铜箔同时压合，在经过未完全固化-重复增层-整体固化的流程，使半固化片之间的内应力更小，形成低翘曲的多层线路板结构。
本发明提高的低翘曲印刷线路板制造方法中，采用芯板10和半固化片为相同材质，保证线路做好后，增层的绝缘层材料半固化片的热膨胀系数与芯板10的热膨胀系数相同，多层线路板中内应力更小。
本发明提供的低翘曲印刷线路板制造方法中，压合方法先进行压合，再进行烘烤，所需压合温度低、时间短，具有更高的加工效率。
以上的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低翘曲印刷线路板制造方法，其特征在于，包括：
在线路板内层线路(11)上压合半固化片和铜箔，使内层线路(11)上形成半固化片层(12)和铜层(13)；其中，所述铜层(13)位于半固化片层(12)之上；
对半固化片层(12)进行未完全固化处理，使半固化片层(12)的固化度在60％～70％之间；
去除所述铜层(13)，在未完全固化处理后半固化片层(12)上制造外层线路(14)；
重复上述三个步骤，得到多层印刷线路板；
将所述多层印刷线路板进行完全固化处理，使所述多层印刷线路板完全固化整平。
2.根据权利要求1所述的低翘曲印刷线路板制造方法，其特征在于，所述多层印刷线路板由芯板(10)、半固化片、内层线路(11)及外层线路(14)组成；其中所述芯板(10)与所述半固化片层(12)材质相同。
3.根据权利要求1所述的低翘曲印刷线路板制造方法，其特征在于，所述在线路板内层线路(11)上压合半固化片和铜箔之前，所述方法还包括：
对内层线路(11)表面进行粗化。
4.根据权利要求1所述的低翘曲印刷线路板制造方法，其特征在于，采用同一设备处理或不同的设备进行所述在线路板内层线路(11)上压合半固化片和铜箔和所述对半固化片层(12)进行未完全固化处理。
5.根据权利要求1所述的低翘曲印刷线路板制造方法，其特征在于，所述制造外层线路(14)的过程包括：
对所述半固化片层(12)和铜层(13)进行激光钻孔，使所述半固化片层(12)和铜层(13)中形成与内层线路(11)连通的盲孔(20)；
去除激光钻孔残留胶渣；
去除表面铜层(13)；
在所述半固化片层(12)和所述盲孔(20)中化学沉铜，形成电镀种子层(21)；
在所述电镀种子层(21)光刻电镀掩膜图形(22)；
在所述电镀种子层(21)未被所述电镀掩膜图形(22)覆盖的区域电镀形成电路图形并填充所述盲孔(20)；
去除所述电镀掩膜图形(22)；
去除所述电镀掩膜图形(22)覆盖的所述电镀种子层(21)，形成所述外层线路(14)。
6.根据权利要求1所述的低翘曲印刷线路板制造方法，其特征在于，所述在未完全固化处理后半固化片层(12)上制造外层线路(14)之后，所述方法还包括：
在130℃下烘烤30min去除水汽。
7.根据权利要求1所述的低翘曲印刷线路板制造方法，其特征在于，所述将所述多层印刷线路板进行完全固化处理之前，所述多层印刷线路板内层先压合的半固化片层(12)仍处于未完全固化状态，最外层半固化片层(12)固化度在60％～70％。
8.根据权利要求1所述的低翘曲印刷线路板制造方法，其特征在于，所述将所述多层印刷线路板进行完全固化处理包括：
采用真空环境，在加温条件下加大于1Mpa的压力，使所述多层印刷线路板的所有半固化片层(12)完全固化。
9.根据权利要求1所述的低翘曲印刷线路板制造方法，其特征在于，所述将所述多层印刷线路板进行完全固化处理之后所述方法还包括：
在所述多层印刷线路板最外层制造绿油层(30)。
10.根据权利要求9所述的低翘曲印刷线路板制造方法，其特征在于，所述在所述多层印刷线路板最外层制造绿油层(30)之后，所述方法还包括：
在所述多层印刷线路最外层未被绿油层(30)覆盖区域涂覆NiPdAu、NiAu或OSP。
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