CN1194590C - 制造印刷线路板的方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种制造印刷线路板的方法，该方法中：使用二氧化碳激光在覆铜层压板上形成凹陷如通路孔，可以同时处理铜箔和树脂层，不必在铜箔上进行蚀刻处理。即是采用二氧化碳激光在覆铜层压板上形成凹陷部分如通路孔，随后电镀形成中间层电连接，形成抗蚀刻剂层，从而进行线路蚀刻处理。具体而言，覆铜层压板是一种使用波纹状铜箔形成外铜箔而形成的层压板。

Description

制造印刷线路板的方法

技术领域

本发明涉及一种制造印刷线路板的方法，该方法使用二氧化碳激光在覆铜层压板中形成凹陷部分例如通路孔(via hole)来制造印刷线路板。

发明背景

随着蜂窝电话、移动工具和笔记本电脑的广泛使用，对小而轻以及高密度安装的产品的需求日益增长。为此，安装在电子设备中的印刷线路板要求其能形成精细间距的线路。

小而轻的印刷线路板要求所生产的是具有多层结构和高密度的线路板。为确保多层印刷线路板各层之间的电连接，常规方法是形成许多穿透基材的通孔。另一方面，为增加多层印刷线路板设计的自由度，通常采用的方法是形成直径小于通孔直径的通路孔，或其它直径较小的孔，如盲通路孔(BVH)和不延伸到相关基材但延伸到内铜箔层表面的填隙通路孔(interstitial via hole)(IVH)。

为形成小直径的孔如通孔和各种通路孔，常规方法是在印刷线路板上机械钻孔，以形成许多小直径的孔。采用这样的钻孔处理时，多个印刷线路板彼此叠置，通过一次钻孔操作，同时进行处理。而如果采用多轴钻孔，更容易提高钻孔操作的效率。

而且，当进行钻孔操作形成小直径孔时，这些孔的大多数直径为0.3-0.4mm。然而，随着近年来技术的进步，已进一步改进钻孔操作，可以钻出直径为0.15-0.25mm的孔。

此外，已考虑到使用碳化物钻头形成直径为0.1-0.05mm孔的另一种钻孔法。然而，发现这种钻孔法存在许多在技术上必须解决的问题。例如，这种钻孔法中使用的钻头使用寿命很短，并且有些印刷线路板不容易钻孔。

另一方面，电子器件和电器设备正高速朝着小型重量轻方向发展。结果，目前的状况要求对钻孔技术有更加显著的改进。因此，激光处理技术已投入实际应用，用来形成直径为0.1mm或更小的孔。

使用激光在印刷线路板上形成小直径孔，可以先对树脂基材使用激光辐照(第一种激光磨蚀)，或者先对从随后成为所要求线路的铜箔表面使用激光辐照(第二种激光磨蚀)。由于铜箔表面有一定的光泽度，因此具有反射激光的性质，第二种激光磨蚀很困难。

事实上，在具有一定光泽度的铜箔表面上几乎不可能进行上述第二种激光磨蚀。在此，铜箔反射激光会引起初始激光吸收效率的下降。结果，形成所要求孔的速度不合要求地下降，就会降低生产效率。为此，在进行上述第二种激光磨蚀时，必须首先进行蚀刻处理，在需要形成孔的区域上除去外铜层。事实上，这就是已为本领域熟知的保形掩膜(conformal mask)法。

上述蚀刻处理中，必须使用一种抗蚀刻剂。然而，由于很难控制这种抗蚀刻剂施用的精确性，也就很难确保在需要形成孔的区域上高精确度的蚀刻位置。结果，在形成内铜箔线路接触点的台阶垫部分(land pad portion)和需要在激光磨蚀中形成通路孔部分之间会出现位置偏离。为解决这一问题，考虑到会有这样的位置偏离，因此内铜箔线路的台阶垫部分一般设计成相对较大的尺寸。然而，这对制造精细结构的内铜箔线路极为不利。

而且，不同类型激光在形成孔的过程中当然会显示不同的成孔性能。即是说，虽然使用YAG激光不会在处理铜箔层时产生任何问题，但是使用二氧化碳却会很难处理该铜箔层，不能确保稳定的成孔过程。鉴于此，需要研究开发一种制造印刷线路板的方法，这种方法不对铜箔进行蚀刻处理，但能同时稳定铜箔和树脂层，因此可以使用二氧化碳激光进行处理。

附图简述

图1是覆铜层压板的剖面示意图。图2是显示覆铜层压板横截面的光学显微镜照片。图3是显示激光反射率和材料表面粗糙度的关系图。图4是有载体的电沉积铜箔的剖面示意图。图5，图6，图7，图8和图9所示是制造印刷线路板的流程示意图。

发明概述

鉴于上述情况，本发明的发明人经过深入研究，完成了本发明，即研究出改进的制造印刷线路板方法，这种方法不涉及使用上述除去铜箔用的保形掩膜法，但能够使用二氧化碳激光同时处理铜箔和树脂层。下面，将详细描述本发明。

权利要求1涉及的发明是用于制造印刷线路板的方法，其中，使用二氧化碳激光在覆铜层压板上形成凹陷如通路孔，随后电镀形成层间的电连接，形成抗蚀刻剂层，曝光和显影抗蚀刻剂层，从而进行线路蚀刻处理，其特点是覆铜层压板是通过使用波纹状铜箔形成外层铜箔制造的层压板。

本发明的特征存在于覆铜层压板中。这种覆铜层压板具有使用波纹状铜箔形成的外层铜箔层。如果更确切地表示，该波纹状示于图1中，图1所示是覆铜层压板的剖面示意图。即，按波纹状形貌形成铜箔层的整体铜层。在铜箔的一面或两面形成防锈层，取决于实际需要。然而，在和本发明相关的附图中，省略了这种防锈层。图2所示是通过光学显微镜观察到的本发明中使用的覆铜层压板的外铜箔的实际剖面图的照片。按照不同于图1示意图的方式观察图2所示的铜箔层，因为整体铜层和细的铜颗粒都是由铜材料构成。所以，铜层和铜颗粒间的界面并不清楚，因此在该照片中不能清楚看出整体铜层的波纹状。

对本发明制造印刷线路板的方法，由于是使用二氧化碳激光形成孔，所以必须考虑使用二氧化碳激光时的辐照条件，铜箔必须能够保持波纹状整体铜层的形状。鉴于此，如权利要求2所述，用于本发明的覆铜层压板的铜箔必须制成其整体层厚度为18微米或更薄。在此，“厚度”并不指常规测量仪所测定的厚度值，而是指通常用于处理铜箔，将面积重量获得的名义上的厚度。尤其因为是电解法制造的铜箔，要求其适当保持波纹状，以便获得权利要求3所述的粗糙度范围。虽然对整体铜层厚度的下限没有任何限制，该厚度可以大约为1微米，以确保电解法形成整体铜层时电沉积的均匀性和稳定性，并确保高的产率和其它要求的效率。

通过形成各自具有所述波纹状的外铜箔层，可以降低激光的反射率。在此，降低激光反射率就意味提高从激光获得热能的效率。

在此，为分析使用具有波纹形状外铜箔的覆铜层压板能达到的效果，绘出曲线并示于图3，图3表示了激光反射率和铜箔表面粗糙度之间的关系。此时，设定二氧化碳激光辐照的条件，频率为1000Hz，掩膜直径为5.0mm，脉冲宽度为60μsec，脉冲能量为16.0mJ，偏移为0.8，激光束直径为140微米，从而保证在由不同厚度的铜箔形成的各种覆铜层压板上能形成110微米的孔。当使用激光形成孔时，设定其脉冲能量为16.0mJ，较低能量容易显示加工性方面的差异。所以，本发明的发明人提供一种判别标准，该标准规定如果激光磨蚀后孔直径在100-110微米范围，认为这种激光磨蚀的结果为合格。

这里的表面粗糙度是对于电沉积铜箔的无光面并改变其粗糙度后定义的。由图3可清楚了解，铜箔表面粗糙度(Rz)值较高，会使激光的反射率低。即是与光滑表面相比，多少有些凹凸部分的表面能有效提高激光的吸收效率，从而能容易地提高激光辐照区域的温度。这是因为如果表面有凹凸部分，激光产生适当程度的不规则反射，从而能够提高使用激光的效率。

此外，由图3可以理解，当表面粗糙度Rz大于20微米时，激光的反射率又增加。这可以认为是由于在粗糙度测定中使用的是电沉积铜箔。具体是电沉积铜箔的无光面的形状处于包括山形部分的崎岖状态，因此是该无光面越粗糙，各山形部分的尺寸越大。在此情况下，粗糙度测量仅在粗糙度大的表面上进行。然而，为使激光的反射率最小，可以认为存在一个合适的表面不规则性范围。例如，若粗糙度等于激光波长，据称这样的粗糙度对使减小激光反射率最有效。

上述合适的表面不规则性范围正如权利要求3所述，规定了波纹状铜箔表面粗糙度(Rz)在2.0-20.0微米范围。如果表面粗糙度小于2.0微米的下限，当使用激光在铜箔层上成孔时不能提高其加工性能。而如果表面粗糙度大于20.0微米，当使用激光在铜箔层上成孔时，加工性能会开始变差。

本发明的覆铜层压板中使用的波纹状外铜箔辐照激光时，认为在波纹状区域的前沿部分(山形部分的顶部)温度迅速上升。即，一般认为当既有山形部分又有平坦部分的材料进入一定高温的环境时，在山形部分的温度上升速度相当于平坦部分的6倍。结果，开始辐照激光时，在波纹状区域前沿部分，温度会突然而迅速地上升。与激光辐照平坦光滑表面的情况相比，在波纹状区域的温度容易达到铜的沸点，因此引起铜蒸发。这样，由于二氧化碳激光能容易地除去铜箔上的铜材料，因此容易在树脂基材上形成孔，从而达到本发明的目的。

而且，由于覆铜层压板的外铜箔制成波纹状形貌，当在铜箔上直接形成抗蚀刻剂层时可以提高抗蚀刻剂的粘合力。抗蚀刻剂层通常是干膜覆盖和施加液体抗蚀剂来形成的。然而，通常必须进行一个表面预处理，即通过化学或物理抛光使铜箔表面适当粗糙化，但不必进行任何其它表面调整处理。

通常在形成抗蚀刻剂层之后，蚀刻线路布线图案曝光并随后显象时，存在的一种现象是线路边缘的线性度由于曝光问题而受到损害。然而，如果在外铜箔表面形成适当的不规则性，例如本发明中使用的覆铜层压板中那样，就可以减少这种曝光问题，有效提高蚀刻处理后线路的线性度，从而极有效地形成精细间距的线路。

事实上，本发明是在制造覆铜层压板后，通过使用激光在该层压板上成孔，随后电镀处理形成层间电连接来达到的。然后，上述材料按照常规的蚀刻方法处理制造印刷线路板。因此，由于和保形掩膜法不同，不必事前从有待辐照激光的区域除去铜箔，就能有效降低制造印刷线路板的生产成本。

制造本发明使用的覆铜层压板时，使用具有载体的电沉积铜箔极为有利。具体说，宜使用电沉积铜箔作为载体箔，提供的铜箔层又形成铜箔无光面上的覆铜层压板的外铜层，如图4所示。按照这种方式，电沉积铜箔的整体层将成为这样的状态，载体箔的崎岖形状已转移给了整体铜，从而有效制造出要求的波纹状形貌。还由于在制造过程中将覆铜层压板叠加在一带载体箔的预坯料上，在加压处理期间波纹状形貌不受损害，从而确保形成保持适当崎岖形貌的表面。在此，只要铜箔是具有载体的电沉积铜箔，对其类型没有限制。换句话说，可以使用能蚀刻除去载体箔的可蚀刻型，或能剥离除去载体箔的可剥离型。

已经证实权利要求1-3所述的制造印刷线路板的方法比常规的保形掩膜法更有效，原因是本发明的方法通过使用二氧化碳激光有效降低制造印刷线路板的总成本，并同时易于形成精细间距的线路。

本发明较好实施方案

下面，详细描述本发明一个较好的实施方案，参考附图4-9(它们是覆铜层压板1的剖面示意图)，说明制造印刷线路板的方法。然而，凭借16mJ的低脉冲能量进行使用激光成孔的试验，用以清楚理解使用激光成孔的一些优点和缺点。在此，激光辐照条件设定为：频率1000Hz，掩膜直径50mm，脉冲宽度60μsec，脉冲能量16.0mJ，偏差0.8，激光束直径140μm，因此确保在覆铜层压板上形成直径各为110μm的孔。所以，在激光磨蚀期间形成的孔直径分布在100-110μm范围作为评价标准，本发明的发明人得以确定激光磨蚀的结果是合格的。

在此实施方案，具有载体的电沉积铜箔2、预坯料3和作为一个内层的芯材4，按照图5(a)所示方式叠置在一起构成覆铜层压板1。然后，进行热压形成要求的形状。热压之后，除去载体箔5，获得图5(a)中所示的覆铜层压板1。

在此，具有载体的电沉积铜箔2包括一种可剥离型的材料，通过除去载体箔5使用。事实上，具有载体的电沉积铜箔2包括载体箔5、铜箔层C和结合界面层F。位于载体箔5和铜层C之间界面上的结合中间层F是由羧基苯并三唑形成的有机材料(简称为CBTA)。当形成预定线路时，铜层C包括一定量铜颗粒B和整体铜层6作为导体部分。

一旦剥离掉载体箔5，波纹状铜箔形成的载体铜层6就出现在覆铜层压板表面上。在此步骤，使用二氧化碳激光7进行成孔过程。就形成了图6(c)所示的通路孔8。

形成通路孔8之后，进行处理，按图7(d)所示方式形成层间电连接。实际上，是进行无电镀铜来进行形成层间电连接的处理，用以形成1-2μm厚的铜层，随后电解镀铜，形成10μm厚的铜层9。实际使用的无电镀铜溶液是常规使用的包含0.06mol/L硫酸铜五水合物、0.12mol/L EDTA·4Na、0.5mol/L HCHO、10mg/L 2，2’-联吡咯、250mg/L PEG1000的溶液，其pH为12.5，，温度为70℃。无电镀铜进行的时间很短。完成无电镀铜后，使用包含游离硫酸(150g/L)和铜(65/gL)的硫酸铜溶液进行电解镀铜，电镀条件：温度45℃，电流密度15A/dm²，从而获得10μm厚的铜层9。

随后，进行漂洗和干燥处理。在其上有形成的铜层9的整体铜层6的表面上叠置一层紫外光固化的干膜，制得图7(e)中所示的抗蚀刻剂层10。然后，在抗蚀刻剂层10上固定一层有图案的膜，随后先进行曝光处理，再进行显象处理，结果就如图8(f)所示，仅在要形成预定线路的区域保留了抗蚀刻剂层10。之后，使用氯化铜蚀刻剂进行蚀刻处理，从而形成图8(g)所示的线路。最后，如图9(h)所示，使用氢氧化钠溶液进行除去抗蚀刻剂层10的处理，以湿的方式除去硬化了的抗蚀刻剂层10，由此制得印刷线路板11。

发明效果

采用本发明的制造印刷线路板方法，可以使用激光成孔，这种方法不同于现有技术，使用二氧化碳激光进行辐照，以及可同时除去铜箔和树脂基材。所以，采用本发明的制造印刷线路板的方法，可以使用常规的蚀刻法，不必事先从将要进行激光处理的区域上除去铜箔。而这样的除去是常规保形掩膜法所必需的。所以，可以大幅度降低设备投资以及制造印刷线路板的总成本，从而为市场提供低价产品。

Claims (3)

1.一种制造印刷线路板的方法，该方法包括下列步骤：用二氧化碳激光在覆铜层压板上形成凹陷；对所述的覆铜层压板电镀，形成层间的电连接，形成抗蚀刻剂层；对该抗蚀刻剂层进行曝光和显象，从而进行线路蚀刻处理，其中的覆铜层压板是使用波纹状铜箔形成外铜箔制成的层压板，所述波纹状铜箔包括厚度为18μm或更薄的整体铜层，波纹状铜箔表面的粗糙度Rz为2.0-20.0μm。

2.如权利要求1所述的制造印刷线路板的方法，其特征在于，用于形成覆铜层压板的外铜箔的波纹状铜箔还包括保证整体铜层和树脂基材间粘合力的一定量微细铜颗粒和防锈层。

3.如权利要求1所述的制造印刷线路板的方法，其特征在于所述凹陷是通路孔。

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