CN1269695A - 印刷电路板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

通过采用干腐蚀和溅射成膜,提供用较少的工序数制造锚定图形非常小并且适合微细图形化的印刷电路板及其制造方法。该方法包括d在底板13的表面上形成布线图形的工序,在底板的表面上形成绝缘层15的工序,在该绝缘层上形成连接孔17的工序,除去绝缘层表面的一部分并使表面粗糙化的工序,在绝缘层的表面上形成导电膜19的工序,和在电镀导电膜上形成导电层20,实现该导电层与所述布线图形导通的工序。

Description

印刷电路板及其制造方法
本发明涉及安装配对芯片(pair chip)那样的电子部件的多层印刷电路板，即所谓的组合(build up)板那样的印刷电路板及其制造方法。
一般地，在电子装置中，为安装各种电子部件等电路元件一直在使用印刷电路板(基板)，但因近年来的器件和电路元件的小型化和高集成化的需求，要求印刷电路板自身的小型化和布线图形的微细化。
目前，印刷电路板布线图形的线宽度和线间宽度分别为75μm左右的数量级，但作为今后的趋势，为了将配对芯片直接安装在基板上，或为了使用基板封装配对芯片，需要进一步使图形微细化，要求上述线宽度和线间宽度达到40μm以下。下面，参照图4说明印刷电路板的以往制造方法。
如图4(A)所示，例如在作为由玻璃环氧树脂等构成的绝缘性底板的核心材料1的表面上形成铜箔等，通过构图该铜箔形成预定的布线图形2，该布线图形2的线宽度L1和线间宽度L2目前最低为75μm左右，其厚度W1为20μm左右。为了提高与在后面工序中形成在其上的由环氧树脂构成的绝缘层的粘合度，对该布线图形2的表面实施低碳化处理。
接着，如图4(B)所示，采用丝网印刷等方法在上述核心材料1的整个表面上涂敷形成绝缘层3。
该绝缘层3材料的主体材料由环氧树脂组成。在该绝缘层3的树脂中，仅适量混入粒径大约为10μm的无机或有机填料，作为在后述粗糙化工序中被溶解的填料4，该绝缘层3的厚度设定在40～70μm左右。
接着，如图4(C)所示，例如采用二氧化碳气体激光5贯通上述绝缘层3，在预定位置上有选择地形成连接孔6，露出内部的布线图形2。该孔6的直径为100μm左右。
接着，如图4(D)所示，让碱性的粗糙化溶液例如过锰酸钙等作用在上述绝缘层3的表面上，并溶掉可溶解在所述粗糙化溶液中的上述填料4，形成多个凹凸部分8，使绝缘层3的表面粗糙化。此外，在上述连接孔6内虽存在激光5开孔时产生的残渣7，但利用上述过锰酸钙溶液的作用，可清洗除去该残渣。
接着，如图4(E)所示，为了制作下道工序的无电解镀敷的衬底，例如使溶有锡和钯的溶液作用在绝缘层3的表面上，添加催化剂9，实现绝缘层3整个表面的导通。
接着，如图4(F)所示，通过无电解镀敷，在整个绝缘层3的表面上，形成例如厚度达到0.3μm左右的铜等构成的电镀导电膜10作为衬底。而且，如图4(G)所示，在上述电镀导电膜10上，通过电镀形成20μm左右厚度的例如由铜构成的导电膜11。由此，可以实现导电膜11与衬底布线图形2的导通。再有，通过腐蚀该导电膜11，获得第二层布线图形12。
然后在通常的工序中，在再次形成绝缘层之后进行布线的构图，通过重复实施上述工序来制造多层的印刷电路板。
但是，在上述制造方法中，要使布线图形12的线宽度或线间宽度微细化到40μm以下非常困难。其原因是，由于绝缘层3中包含的粗糙化成分的填料4的最大直径为10μm左右，该尺寸与线宽度和线间宽度相比过大，不但难以精度良好地形成直线状的图形，而且对于以后电子线路的高速和高频化来说，因导电体下部的所谓锚定(anchor)部分相对于线来说变大，因集肤效应对RF特性也产生不良影响。
对此，虽考虑过减小填料4的直径，但在这种情况下，因不能获得充分的剥离强度，无电解镀敷的催化剂9也不会充分进入凹凸部分8，或成本升高等理由而不能采用。
此外，伴随着上述微细化，期望连接孔6的直径也设定在50μm以下，但如果该孔径变小，那么就难以进行对该连接孔6的无电解镀敷的催化剂侵入或过锰酸钙液的侵入，不但电镀不充分，而且孔内的残渣也不能充分地除去，还存在电解镀敷形成的导电层11与下层布线图形2的导通不充分的问题。
而且，上述制造方法为湿式，大多采用碱性的过锰酸钙液和无电解镀敷液等溶液，不仅需要清洗其每次溶液的工序，而且还存在必须进行废液处理的问题。
本发明着眼于以上问题点，提出有效地解决这些问题的方案，其目的在于，通过采用干腐蚀和溅射成膜，提供用较少的工序数制造锚定图形非常小并且适合微细图形化的印刷电路板及其制造方法。
方案1提出的发明是一种印刷电路板，其特征在于，在至少表面由绝缘材料构成的底板的表面上形成布线图形，在包括所述布线图形的所述底板的表面上通过干腐蚀形成由腐蚀速率不同的两种以上的有机树脂混合绝缘材料构成的绝缘层，在所述绝缘层上利用激光等形成连接孔，通过干腐蚀除去所述绝缘层的表面的一部分，并进行表面粗糙化，通过真空成膜在所述绝缘层的表面上形成作为电镀衬底的电镀导电膜，通过电镀在所述电镀导电膜上形成导电层，实现该导电层与所述布线图形的导通。
方案2提出的发明是所述印刷电路板的制造方法，包括在至少表面由绝缘材料构成的底板的表面上形成布线图形的工序，在包括所述布线图形的所述底板的表面上通过干腐蚀形成由腐蚀速率不同的两种以上的有机树脂混合组成物构成的绝缘层的工序，在所述绝缘层上利用激光等形成连接孔的工序，通过干腐蚀除去所述绝缘层表面并进行表面粗糙化的工序，通过真空成膜在所述绝缘层的表面上形成作为电镀衬底的所述电镀导电膜的工序，和通过电镀在所述电镀导电膜上形成导电层，实现该导电层与所述布线图形导通的工序。
由此，不增加工序数、当然还可以用比以往方法更少的工序数形成使线宽度、线间宽度、孔径、表面粗糙化的图形等均微细化的印刷电路板。
该情况下，如第三方案所说明的那样，所述干腐蚀可以采用使用Ar等惰性气体的离子轰击方法。此外，如第四方案所说明的那样，所述表面粗糙化工序的表面粗糙度为0.1～2μm较好。
图1是表示本发明印刷电路板制造方法的工序图。
图2是表示图1(D)的G部分的放大平面图。
图3是表示图1(D)的G部分的放大剖面图。
图4是说明印刷电路板的以往制造方法的工序图。
以下，根据附图详细说明本发明的印刷电路板及其制造方法的一实施例。
首先，如果要说明本发明的方法，那么本发明方法包括：在至少表面由绝缘材料构成的底板的表面上形成布线图形的工序，在包括所述布线图形的所述底板的表面上通过干腐蚀形成由腐蚀速率不同的两种以上的有机树脂混合组成物构成的绝缘层的工序，在所述绝缘层上利用激光等形成连接孔的工序，通过干腐蚀除去所述绝缘层表面并进行表面粗糙化的工序，通过真空成膜在所述绝缘层的表面上形成作为电镀衬底的所述电镀导电膜的工序，和通过电镀在所述电镀导电膜上形成导电层，实现该导电层与所述布线图形导通的工序。
由此，用不增加工序数并且比以往少的工序数可以形成使线宽度和线间宽度及表面粗糙化的图形均微细化的印刷电路板。
所述绝缘层采用腐蚀速率不同的两种以上的有机树脂的混合组成物，对于该组成物，通过用Ar等惰性气体的离子轰击方法进行处理，可以形成像分子团单位那样微细的凹凸，可以获得大约2μm以下的锚定图形。由此，例如即使对于比40μm更细的图形来说，也可以确保对直线性和RF特性产生不良影响的树脂界面的平坦性。此外，作为这样的绝缘层，通过采用不包含具有粗糙化性的填料，即使在薄的绝缘层中，也可以获得充分的绝缘特性，可以有助于以后基板的薄型化和轻量化。
而且，上述锚定图形与粘合强度有关，锚定图形越大，粘合力越大。这是由于基本上树脂绝缘层和电镀金属膜的亲和力虽相互作用，但如果形成锚定，那么树脂与金属的交界面积增加，山与谷不是单纯的锥形，到处变成逆锥形，自然形成难以脱落的形状。但是，如上所述，在图形形成方面，表面粗糙度的上限为2μm左右，相反地，在粘合强度方面，当表面粗糙度在0.1μm以下时，不能获得充分的粘合强度。因此，绝缘层的表面粗糙度最好在0.1～2μm的范围。
对于通过上述干腐蚀形成的微细凹凸来说，通过例如按照溅射、离子电镀、蒸镀等真空成膜法形成所述电镀导电膜，可以形成具有充分粘合强度的膜。作为所述电镀导电膜，例如最好是与树脂有亲和性的用铜腐蚀液可容易腐蚀的Ni、Fe以及它们与铜的合金。此外，对于成膜温度来说，在常温下虽可获得充分的粘合强度，但如果加热则更有效。而且，通过不破坏真空连续地进行所述干腐蚀和所述真空成膜，可以进一步实现粘合强度的提高和生产时间的缩短。
此外，一般来说，在上述连接孔加工中，以往，采用二氧化碳激光的方法虽然很盛行，但在该方法中，如果激光的波长为10μm左右，那么由于波长较长，束斑不能缩小，所以难以进行小于50μm区域的加工。此外，如果采用该方法，那么由于在激光加工后残留1μm左右的树脂残渣，所以必须采用消拖尾等方法除去该残渣。在本发明中，通过采用具有400～600nm波长的YAG激光进行上述连接孔加工，可以实现小直径，同时没有树脂残渣。这是由于铜对于激光的吸收率不足在二氧化碳激光情况下的10％，基本上反射不烧蚀，对于从变热周围熔出的树脂变为膜状而留下的情况来说，铜对于所述400～600nm波长带的YAG激光的吸收率为20～55％左右，铜被适度地烧蚀，所述树脂残渣则完全没有，不需要消拖尾。此外，如果波长变为400nm以下，那么铜的吸收率增大，被进一步烧蚀，变为被挖下数μm左右的形状。因此，在经以后精细图形化的铜厚度变薄的情况下，在该波长带的激光加工中，存在铜变得过薄的危险。
下面，参照附图说明印刷电路板的制造方法。
图1是表示本发明印刷电路板的制造方法的工序图。本发明的特征在于，湿式处理仅进行电镀处理，其它工序采用干腐蚀和真空成膜处理。
首先，如图1(A)所示，在作为底板的例如玻璃环氧树脂等构成的绝缘性核心材料13的表面上形成铜箔等，通过构图，把铜箔形成预定的布线图形14。为了提高与后面工序的环氧树脂层的粘合度，氧化该布线图形14的表面，实施低碳化处理。至此，与以往的印刷电路板的制造方法相同。
接着，如图1(B)所示，采用丝网印刷等方法在上述核心材料13的整个表面上涂敷形成绝缘层15。作为该绝缘层15，采用上述说明的由干腐蚀速率不同的两种以上的有机树脂的混合组成物构成的绝缘材料。该绝缘层15的主体材料例如为环氧树脂和相对其干腐蚀速率较大的例如聚酰亚胺树脂等的混合组成物。在该绝缘层15中，不含有前面说明的作为粗糙化成分的填料，其厚度W2设定为20～30μm左右，与以往的印刷电路板情况的40～70μm左右相比，形成得更薄。
接着，如图1(C)所示，在电连接部分上，采用波长为400～600nm的YAG激光16，选择形成贯通上述绝缘层15的连接孔17，露出内部的布线图形14。该连接孔17的直径为20～50μm左右，与以往的印刷电路板的情况相比，被设定得更小。
接着，把该核心材料的全部导入干腐蚀装置，实施如图1(D)所示的干腐蚀。为了更详细地说明干腐蚀，鉴于图2表示图1(D)的G部分的放大平面图，图3表示放大剖面图，所以根据这些图来说明。
如图2所示，绝缘层15混合有腐蚀速率高的树脂22和腐蚀速率低的树脂23，通过干腐蚀，在构成绝缘层15的树脂的整个表面内，有选择地削除腐蚀速率高的树脂22的表面的很小厚度。在这种情况下，如图3所示，腐蚀速率低的树脂23的部分在腐蚀中未被除去，成为凸部24而留下，结果，在整个表面上呈现均匀的凹凸，表面被粗糙化。
在进行此时的腐蚀处理中，最好采用通常的RIE(反应离子腐蚀)装置或灰化装置，例如CDE(化学干式腐蚀)装置，为了干腐蚀，作为腐蚀气体，采用Ar等惰性气体，其气体分压还根据作为对象的树脂来确定，但例如最好设定在0.03～1.0乇左右。
此外，返回图1，在图1(C)中，仅有上述连接孔17，但在使用二氧化碳气体激光的情况下，用激光16穿孔时产生的碎屑变为残渣18，残留10nm左右的厚度，但通过上述干腐蚀处理进行所谓的剥蚀，可除去该残渣。
接着，向采用真空成膜法的溅射装置内导入该核心材料全部，进行溅射成膜，如图1(E)所示，在遍及绝缘层15的表面和整个连接孔17的内壁表面上，形成例如厚度达到0.3μm左右的电镀导电膜19。作为该导电膜19的材料，例如使用90％的镍、10％的铜构成的合金，作为装置，可以采用直流磁控管溅射成膜装置，作为等离子体气体，可以采用Ar气体。再有，电镀导电膜19并不限于使用90％的镍、10％的铜的合金的情况，可以使用纯Ni、纯Fe和Ni-Cu合金、Fe-Cu合金。此外，电镀导电膜19的成膜不限于使用溅射装置的情况，只要是真空成膜，采用哪种方法成膜都可以。
接着，在图1(F)所示的上述电镀导电膜19上，通过电镀例如形成10μm左右厚的例如由铜构成的导电层20。由此可以实现上述导电层20与其下层的布线图形14的导通。
而且，如图1(G)所示，腐蚀该导通层20，形成第二布线图形21。该布线图形21的线宽度L3和线间宽度L4分别为20～40μm左右，比以往的印刷电路板微细化。此外，第二布线图形21的厚度W2为5～15μm左右。
在通常的工序中，为了提高与后工序的环氧树脂层的粘合度，氧化该第二布线图形21表面，实施低碳化处理，然后形成绝缘层。而且，以该表面作为底板，随后再次进行布线构图，通过重复上述工序，制造多层印刷电路板(组合板)。
再有，第二布线图形21的线宽度L3、线间宽度L4、及绝缘层15的厚度W2、连接孔17的直径都未达到各自的上述设定值，即使把按以往技术表示的值设定为上述尺寸，也没有任何妨碍，其尺寸不受限制。
这样，按照本发明方法，由于把以往方法中由进行了湿式处理的绝缘层的树脂表面的粗糙化和无电解镀敷所产生的电镀导电膜的形成变成不使用液体的干式工艺，所以可以不需要以往方法中所需的多个清洗工序和中和工序。
此外，按照本发明方法，可以使确保导电体层与绝缘层树脂之间的粘合强度的所谓锚定图形达到0.1～2.0μm的微小尺寸，通过线宽度和线间宽度可以形成为10～40μm的微细图形，同时使锚微小，可以提高RF特性。而且，绝缘层15中使用的树脂种类不限定于两种，当然也可以使用两种以上。
如以上说明的那样，按照本发明的印刷电路板及其制造方法，可以发挥以下那样的良好作用效果。
通过干腐蚀对干腐蚀时腐蚀速率不同的两种以上的有机树脂混合组成物构成的绝缘层进行表面粗糙化，并且进行真空成膜，所以在不增加工序数或消减工序数的状态下，可以制造具有微细化布线图形的印刷电路板。因此，可以按不导致成本上升的便宜价格提供薄且RF(高频)特性良好并有精细图形的印刷电路板。

Claims (4)

1.一种印刷电路板，其特征在于，在至少表面由绝缘材料构成的底板的表面上形成布线图形，在包括所述布线图形的所述底板的表面上通过干腐蚀形成由腐蚀速率不同的两种以上的有机树脂混合绝缘材料构成的绝缘层，在所述绝缘层上利用激光等形成连接孔，通过干腐蚀除去所述绝缘层的表面的一部分，并进行表面粗糙化，通过真空成膜在所述绝缘层的表面上形成作为电镀衬底的所述电镀导电膜，通过电镀在所述电镀导电膜上形成导电层，以使该导电层与所述布线图形的导通。
2.一种印刷电路板的制造方法，其特征在于，包括在至少表面由绝缘材料构成的底板的表面上形成布线图形的工序，在包括所述布线图形的所述底板的表面上通过干腐蚀形成由腐蚀速率不同的两种以上的有机树脂混合组成物构成的绝缘层的工序，在所述绝缘层上利用激光等形成连接孔的工序，通过干腐蚀除去所述绝缘层表面并进行表面粗糙化的工序，通过真空成膜在所述绝缘层的表面上形成作为电镀衬底的所述电镀导电膜的工序，和通过电镀在所述电镀导电膜上形成导电层以使该导电层与所述布线图形导通的工序。
3.如权利要求2所述的印刷电路板的制造方法，其特征在于，所述干腐蚀为利用Ar等惰性气体的离子轰击方法。
4.如权利要求2或3所述的印刷电路板的制造方法，其特征在于，所述表面粗糙化工序的表面粗糙度为0.1μm～2μm。
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