CN1333623C - 在印刷线路板的制造中制备通孔的方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种制备多层印刷线路板的方法，其中将其表面上具有至少一个布线图案的内芯和外层铜箔与介于两者之间的有机绝缘层进行层压，用激光束形成通孔，通过淀积铜将外层铜箔和内部布线图案互相电连接起来。本方法的特点是外层铜箔的厚度不超过7微米，且该厚度不超过内部布线图案厚度的五分之一。通过激光束照射在外层铜箔上而在铜箔和绝缘树脂层中同时形成通孔。

Description

在印刷线路板的制造中制备通孔的方法
技术领域
本发明涉及制备多层印刷线路板的方法，具体而言是涉及这样一种方法，在该方法中用激光在多层印刷线路板中容易地形成通孔，同时能提高由镀敷铜(铜层)形成的外部线路和位于外部线路和内部线路间的绝缘树脂(热固性树脂层)之间的粘合力。
背景技术
由于电子设备越来越小、越来越轻、而性能越来越高，因此必需降低线路中线条的宽度并减小在多层印刷线路板中连接各层的通孔的直径。用机械钻孔来形成直径小于约200微米的孔是非常困难的，人们已经使用激光来制备这些小孔。
二氧化碳激光器可以在有机物质(如环氧树脂和聚酰亚胺树脂)中高速成孔。这种激光器被广泛地应用于制备印刷线路板。然而，在厚铜箔上成孔是困难的，因为铜箔会反射激光束。为了解决这一问题，日本专利公报No.4-3676披露了这样一种方法：先穿过铜箔蚀刻出一个直径与欲形成的通孔相同的孔，然后用激光束穿过有机物质成孔，激光束的直径大于通孔的直径。
在日本专利公报No.4-3676的方法中，由于必须穿过铜箔蚀刻出一个直径相同的孔，接着用激光束照射以形成通孔，因此蚀刻必须进行两次，即第一次，用来在铜箔中形成通孔，第二次，用来形成布线图案。在该方法中重复的蚀刻会导致生产率严重下降。这可以与使用常规机械钻孔比较，后者只进行一次蚀刻，就是用来形成布线图案的蚀刻。而且，不易在外部线路中蚀刻出与内部垫材对准的孔，因为需要高度精确的对准。
在另一种方法中，用绝缘树脂涂覆具有内部布线图案的内部绝缘层板的表而，用激光束在树脂中成孔，然后用铜直接镀敷树脂表面以形成外部铜层。只沉积了一层铜层。然而，在该方法中必需对通过施涂绝缘树脂而形成的绝缘树脂层的表面进行粗糙化，以得到可接受的敷镀铜和绝缘树脂层之间的粘合强度。而对绝缘树脂表面进行粗糙化通常不能提供足够的铜层和绝缘树脂层之间的粘合强度。
发明内容
本发明解决了已有技术的上述问题，提供了一种多层印刷线路板的制备方法，在该方法中用激光能容易地形成通孔，并且由镀敷铜层形成的外部布线图案和位于外部布线图案和内部布线图案之间的绝缘树脂层之间的粘合力也有所提高。
本发明的发明人认真地研究了已有技术的上述问题，发现可通过下述制备多层印刷线路板的方法在外部铜层和绝缘树脂层中快速成孔而不会破坏内部布线图案，在所述方法中将具有内部布线图案的内芯和外层铜箔与位于内部布线图案和外层铜箔之间的有机绝缘树脂层进行层压，形成多层板(a)，在多层板(a)上用激光束照射形成通孔，通过在具有通孔的多层板(b)上淀积铜将外层铜箔和内部电路图案互相电连接起来，其中所述外层铜箔的厚度不超过特定的厚度，所述通孔是通过激光束(较好的是用二氧化碳激光)照射，在所述外层铜箔和所述绝缘树脂层中同时形成的。本发明是在该发现的基础上作出的。
也就是说，本发明多层印刷线路板的制备方法是将具有内部布线图案的内芯和外层铜箔与位于内部布线图案和外层铜箔之间的绝缘树脂层进行层压，形成多层板(a)，在多层板(a)上用激光束照射形成通孔，通过在具有通孔的多层板(b)上淀积铜将外层铜箔和内部布线图案互相电连接起来，其中所述外层铜箔的厚度不超过约7微米；较好的是不超过4微米，并且该厚度不超过所述内部布线图案厚度的五分之一，所述通孔是通过激光束(较好的是用二氧化碳激光)照射，在所述外层铜箔和所述绝缘树脂层中同时形成的。
附图说明
图1示出了根据本发明制备多层印刷线路板的镀板法的步骤(i)～(v)。
图2示出了根据本发明制备多层印刷线路板的镀图案法(pattern platingprocess)或半添加法(semi-additive process)的步骤(i)～(vi)。
具体实施方式
以下参考图1和图2对根据本发明制备多层线路板的方法加以说明。
图1示出了根据本发明制备多层印刷线路板的镀板法的步骤。图2示出了根据本发明制备多层印刷板的镀图案法的步骤。在图1和图2中，示出了铜箔1、绝缘树脂层2、内部布线图案(电路)3、内部树脂层4、通孔5、外部铜层6、外部布线图案(电路)7、抗蚀图案(etching resist pattern)8和垫材9。
在根据本发明制备多层印刷线路板的方法中，首先将具有内部布线图案3的内芯和外层铜箔1与位于内部布线图案和外层铜箔之间的有机绝缘层2进行层压，制备多层板(a)(参见图1(i))。图1(i)中所示的内芯包含两个内部布线图案3和一层内部树脂层4。
具有内部布线图案3的内芯和外层铜箔1与绝缘树脂层2的层压例如用以下方法进行。
1)将热固性树脂清漆施涂在负载于载体(支承件)上的外层超薄铜箔的表面上，以形成热固性树脂层(绝缘树脂层)2，所述负载于载体上的外层超薄铜箔的厚度不超过7微米；较好的是不超过4微米，并且该厚度不超过内部布线图案厚度的五分之一，该铜箔是层压在具有有机剥离层的载体(例如支承用金属箔)上的.然后，将该热固性树脂层2于140-150℃加热5-20分钟至半固化状态(B-阶段)，制得复合铜箔.环氧树脂等可用作热固性树脂清漆的基体聚合物，所述环氧树脂如Yuka Shell Co.，Ltd.制造的Epicoate 1001.用来形成热固性树脂层2的热固性树脂清漆可以是环氧树脂组合物，它包含环氧树脂、作为硬化剂的双氰胺、硬化促进剂(如Shikoku Kasei Co.，Ltd.制造的2E4MZ)和作为溶剂的甲基乙基酮。环氧树脂组合物可以通过适当地混合上述组分来制得。此外，用热固性树脂浸渍纤维基体(如玻璃布、芳酰胺纸(aramide paper)或类似物质)得到的预浸渍体或者热固性树脂膜也可以用作热固性树脂层。热固性树脂层2的厚度以20-200微米为宜。如果热固性树脂层2的厚度小于20微米，那么就得不到足够的层间绝缘和粘合强度。如果热固性树脂层2的厚度大于200微米，那么就很难形成小直径的通孔。
将具有处于半固化状态的热固性树脂层2的经涂覆的复合铜箔放在内芯4相背两面的一面或两面上，使复合铜箔的树脂面用作粘合面，然后于约150-200℃下加热加压进行层压。
接着，从如此得到的多层板上除去载体，例如通过剥离或蚀刻，以得到图1(i)所示的多层板(a)。
2)或者图1(i)中的多层板可以如下制得：按上述相同方法在没有载体的外层铜箔上施涂热固性树脂，所述铜箔的厚度不小于7微米，将铜箔层压在内芯相背两面的一面或两面上，接着进行热压，然后通过蚀刻将铜箔进行部分溶解，以使外层铜箔的厚度减薄至7微米或更薄，并且该厚度不超过内部布线图案厚度的五分之一。
3)图1(i)中多层板还可以如下制备：按上述相同方法将热固性树脂施涂在具有载体的外层铜箔上，所述铜箔的厚度不小于7微米，将铜箔层压在内芯相背两面的一面或两面上，接着进行热压，通过蚀刻或剥离除去载体，然后通过蚀刻将铜箔进行部分溶解，以使外层铜箔的厚度减薄至7微米或更薄，并且该厚度不超过内部布线图案厚度的五分之一。
在这一方面，虽然厚度为7微米或更薄的超薄铜箔可以不用载体而进行使用，但是要处理该铜箔而不产生皱褶是很难的。此外，当铜箔厚度为7微米或更薄时，通常很难得到没有载体的超薄铜箔。
在本发明中，用于外层的铜箔的厚度应不超过7微米，并且该厚度不超过内部布线图案厚度的五分之一。如果用作外层的铜箔厚度超过内部布线图案的五分之一，当用激光束(尤其是二氧化碳激光束)在外层铜箔和绝缘树脂层中同时形成通孔时，不仅会破坏绝缘树脂层，而且会损坏内部布线图案。如果铜箔厚度超过7微米，则用激光束照射期间，外层铜箔中会产生许多毛口，这会使得通孔形状不稳定。
随着外层铜箔厚度的增加，激光器所提供的用于形成通孔的能量必须增加。能量供应增加使得温度提高。结果，外层铜箔和内部布线图案之间的树脂会受到严重破坏。可以增厚内部布线图案的厚度以使热扩散，但是当内部布线图案的厚度超过35微米时，如果外层铜箔的厚度超过7微米的话，施加在树脂上的能量太大，通孔周围会胀大(swell)。这一胀大是树脂的熔融和热分解造成的，是不希望的，因为这是印刷线路板报废的原因之一。因此，外层铜箔的厚度应不超过7微米，并且该厚度不超过内部电路厚度的五分之一。
环氧树脂浸渍的芳酰胺纸(如Dupont Co.，Ltd制造的″Thermount″)、环氧树脂粘合膜(如Hitachi Kasei Co.，Ltd制造的″AS3000″)或类似物质可用作粘合内部布线图案和外层铜箔的绝缘树脂层。
由向复合物铜箔上施涂树脂而制得的经涂覆的复合铜箔可以如上进行使用，多种热固性树脂可用作树脂，如环氧树脂、聚酰亚胺、聚苯醚、BT树脂等。对于通用多层印刷线路板而言，考虑到成本和性能，环氧树脂是最合适的。
多种绝缘层可用作本发明的内部树脂层4，如玻璃-环氧树脂、玻璃-聚酰亚胺、玻璃-聚酯、芳酰胺-环氧树脂等复合材料。内芯的内部布线图案(其上层压有外层铜箔和树脂)的厚度必须不低于外层铜箔厚度的五倍，如果内部布线图案的厚度低于超薄铜箔厚度五倍的话，则内部布线图案不能承受由激光束照射成孔所产生的热，结果布线图案会被严重破坏，内部布线图案下的内部树脂层会胀大。
用激光束照射图1(i)中所示多层板(a)，在外层铜箔1和绝缘树脂层2中同时形成通孔5，以形成具有通孔的多层板(b)(参见图1(ii))。较好的是使用二氧化碳激光，但是本发明不具体局限于这一种激光。如果需要的话，在用激光束照射成孔后可以进行去污迹处理(desmearmg treatment)。
在形成每个通孔5之后，对具有通孔的多层板(b)用焦磷酸铜镀敷液(如OkunoSeiyaku Co.，Ltd.制造的OPC-750无电铜镀敷液)于20-25℃的溶液温度下进行无电镀敷15-20分钟，以形成厚度约为0.1微米的一层无电镀敷铜层。该无电镀敷铜层还形成在每个通孔5的树脂表面上。此后，可以用含30-100克/升铜和50-200克/升硫酸、温度为30-80℃的电镀液以10-100安培/分米2的阴极电流密度进行电镀，形成厚度为5-35微米的外部铜层6，如图1(iii)所示。外部铜层6也电镀在通孔5的树脂表面上。外层铜箔1与绝缘树脂层2之间的粘合强度强。因此，由于外部铜层6和外层铜箔之间的粘合强度强，所以绝缘树脂层2和外部铜层6之间的粘合强度高于外部铜层6直接电镀在树脂层2之上的情况。
在一个典型的方法中，在外部铜层6的表面上施涂光敏抗蚀剂(如Shiplay Co.，Ltd.制造的Microposit 2400)，施涂厚度约7微米，并干燥。然后，穿过具有预定布线图案的光掩模对光敏抗蚀剂进行辐照，以形成经辐照部分和未经辐照部分。辐照后，用10％KOH溶液对光敏抗蚀剂进行显影以部分露出铜，形成抗蚀图案8(参见图1(iv))。然后用包含100克/升CuCl2和100克/升游离盐酸、温度为50℃的溶液对外露的铜进行酸性蚀刻，以部分溶解外层铜箔1和外部铜层6，从而形成外部布线图案7。如此得到的外部布线图案7与内部布线图案3中的垫材9在电学上是相连的。
最后，用3％NaOH溶液在50℃下除去涂覆在每个外部布线图案7上的光敏抗蚀剂，得到图1(v)所示的多层印刷线路板。
外层铜箔1的厚度是特别薄的，因此蚀刻性能显著提高从而容易地得到精细的布线图案。
以下说明另一种方法，即图2所示的镀图案法或半添加法。图2(i)和(ii)分别与图1(i)和(ii)相同。在具有通孔5的多层板(b)上施涂或层压光敏抗蚀剂，穿过光掩模进行辐照，然后显影形成光敏抗蚀剂图案8。这样就露出了位于外部布线图案所对应位置上的外层铜箔1和垫材9所对应的内部布线图案(参见图2(iii))。如上所述，先用无电镀敷、接着用电镀，制得铜层6，以形成既与内部布线图案接触又与外部布线图案接触的外部铜层6(参见图2(iv))。在电镀步骤之后用3％NaOH溶液除去光敏抗蚀剂就形成了布线图案7，在铜线之间的树脂层2上露出了外层铜箔1。(参见图2(v))。
在本发明中，由于外层铜箔1比外部布线图案7薄很多，因此可以除去线路之间的外层铜箔而无需用锡镀敷来保护外部布线图案7，因为当使用酸性蚀刻溶液(如氯化铜或氯化铁)时只需要较短的时间。(参见图1(v))。线路的底蚀现象减少了，布线图案的精确度提高了。
本发明还可应用于具有三层或多层的内芯。而且，可以通过重复进行层压、用激光成孔、镀敷和形成布线图案这些步骤来对上述具有用激光形成的通孔的层进行多层化。因此，本发明可用来制备具有任何层数的多层印刷线路板。
在本发明中，在负载于载体上的超薄铜箔粘合到内芯上并除去载体之后，可以用已知方法对铜箔外表面进行精细的糙化处理，这些方法如黑色氧化物处理、产生红铜氧化物的处理或者Meck Co.，Ltd制造的MECetchBOND处理，以提高对激光的吸收，有助于用激光形成通孔.
本发明所用激光并无特别限制，可以使用多种二氧化碳激光器，如HitachiSeiko Co.，Ltd.制造的NLC-1821、Sumitomo Juki Co.，Ltd制造的IMPACTMODEL L500或Mitsubishi Denki Co.，Ltd制造的ML 505DT.
如上所述，根据本发明制备多层印刷线路板的方法，可以直接形成通孔，而无需在用激光束照射之前在铜箔表面上先形成孔洞，结果非常好地提高了多层印刷线路板的生产率。
使用实施例和比较例对本发明作更具体的描述。
实施例1
将表1示出的环氧树脂组合物施涂在由载体(负载用铜箔)负载的超薄铜箔的一面上，其中在负载用铜箔和超薄铜箔之间存在着一层有机剥离层(羧基苯并三唑)，负载用铜箔的厚度为35微米，超薄铜箔的厚度为4微米。环氧树脂组合物的厚度为60微米。将经涂覆的铜箔放在烘箱中于135℃干燥8分钟直至半固化，得到经涂覆的复合铜箔。
表1
    组合物     量
环氧树脂(Yuka Shell Co.，Ltd.制造的Epicoat 1001)     100份
苯氧基树脂(由Touto Kasei Co.，Ltd.制造)     15份
硬化剂双氰胺     2.5份
硬化促进剂2E4MZ(由Shikoku Kasei Co.，Ltd制造)     0.2份
接着，采用常规工艺，在0.5毫米厚的FR-4基质(由Matsushita Denko Co.，Ltd.制造的R-1766)的相背两面上形成18微米厚的内部布线图案，得到内芯.对布线图案进行黑色氧化物处理。将经树脂涂覆的复合铜箔层压在内部布线图案相背两面的每一面上，以使得树脂面位于超薄铜箔和内部布线图案之间。在温度为180℃、压力为20千克/厘米2下，用真空压力机进行层压60分钟。从铜箔上剥离去支承件之后，得到埋设了内部布线图案的四层板。
在上述四层板的外层铜箔面的预定位置上用二氧化碳激光器(ML 505DT，由Mitsubishi Denki Co.，Ltd.制造)脉冲照射四次，形成通孔。激光束的直径为220微米，电流为12安培，脉冲宽度为50微秒。
实施例2
将厚35微米的铜箔层压在厚0.5毫米的FR-4基质(由Matsushita Denko Co.，Ltd.制造的R-1766)相背两面上的每一面上，作为内芯材料。采用常规方法由铜箔形成内部布线图案，然后进行黑色氧化物处理。
接着，将两片在40微米厚的铝载体上电解沉积9微米厚铜而得到的具有铝载体的铜箔(由Mitsui Mining&Smelting Co.，Ltd制造的UTC40E9)与0.1毫米厚的中间绝缘层FR-4玻璃-环氧树脂预浸渍体(由Matsushita Denko Co.，Ltd.制造的R-1661)层压到内部布线图案上。在如实施例1相同的条件下进行层压之后，用5％NaOH溶液进行碱性蚀刻，以溶解铝载体，如此制得埋设了内部布线图案的四层板。
然后，将氯化铜溶液施涂在四层板上，对外层铜箔的整个表面进行部分溶解，以剩下4微米的厚度。
如实施例1，在外层铜箔面的预定位置上用激光束照射7次，形成通孔。
比较例1
重复实施例1，不同的是将9微米厚的铜箔(由Mitsui Mining&Smelting Co.，Ltd制造的3EC)代替实施例1所用的具有载体的超薄铜箔，用作外层铜箔。如实施例1，将环氧树脂放在铜箔面上，得到经环氧树脂涂覆的铜箔。
接着，在0.5毫米厚的FR-4基质(由Matsushita Denko Co.，Ltd.制造的R-1766)的相背两面上形成35微米厚的内部布线图案，得到内芯，进行黑色氧化物处理。将经树脂涂覆的铜箔层压在内芯的内部布线图案相背两面的每一面上，使树脂面靠近内部布线图案，接着进行实施例1相同的步骤，得到埋设了内部布线图案的四层板。
虽然在外层铜箔的预定位置上按与实施例1相同的条件用二氧化碳激光脉冲照射了8次，但是通孔的形状不均匀，在某些位置上不能形成通孔。当脉冲次数增加时，激光的热量严重地破坏了树脂。即使是在那些能够形成通孔的地方，在铜箔和树脂基质之间的树脂中形成了大于铜箔表面上开口的孔，也就是说，铜箔被底蚀了，这会导致在其后镀敷通孔的步骤中出现严重的困难。
比较例2
将两片厚度为0.1毫米的FR-4玻璃-环氧树脂预浸渍体(由Matsushita DenkoCo.，Ltd制造的R-1661)放在厚9微米的铜箔(由Mitsui Mining&Smelting Co.，Ltd制造的3EC)的粗糙一面上。将另一片9微米厚的铜箔放在两片FR-4玻璃-环氧树脂预浸渍体上，铜箔的粗糙面朝着预浸渍体，将FR-4玻璃-环氧树脂预浸渍体和铜箔的叠置片材在温度为180℃、压力为15千克/厘米2下，用真空压力机进行层压60分钟，以得到铜箔层压在FR-4预浸渍体外部的双面板。
按实施例1相同的方法，在双面板的铜箔的相背两面上形成9微米厚的内部布线图案之后，进行黑色氧化物处理。然后，用按实施例1制得的具有载体的经树脂涂覆的超薄(4微米)铜箔，在与实施例1相同的条件下层压在线路相背两面的每一面上。在剥离去载体之后，得到埋设了内部布线图案的四层板，
在与实施例1相同的条件下，在四层板外层铜箔面的预定位置上用激光束脉冲照射了与实施例1相同的次数.
形成了在外观上与实施例1相似的通孔，然而，在截面上，在激光束照射处的内部布线图案和内部树脂层之间发现了脱层现象。这一脱层现象还会由于焊料软熔(solder reflowing)的热量而进一步发展，可能最终导致穿过通孔的导电通路的断裂，这是非常严重的缺陷。

Claims (7)

1.一种制备多层印刷线路板的方法，其中将具有内部布线图案的内芯和外层铜箔与位于内部布线图案和外层铜箔之间的有机绝缘树脂层进行层压，得到多层板(a)，在多层板(a)上形成通孔以得到具有通孔的多层板(b)，外层铜箔和内部布线图案互相之间进行电连接，其中所述外层铜箔的厚度不超过4微米，并且该厚度不超过所述内部布线图案厚度的1/4.5、所述通孔是通过激光照射，在所述外层铜箔和所述有机绝缘树脂层中同时形成的。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述多层板(a)是通过将位于载体上的外层超薄铜箔与介入铜箔和内芯之间的有机绝缘树脂一同层压到包含内部布线图案的内芯上，再除去载体而制得的。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述多层板(a)按如下步骤制得：将位于载体上的外层铜箔层压到内芯上，所述外层铜箔的厚度不小于4微米，除去载体，并部分溶解外层铜箔以将其厚度减薄至不超过4微米。
4.如权利要求1或3所述的方法，其中外层铜箔的厚度为4微米或更厚，在将所述外层铜箔与所述内芯进行层压之后，通过蚀刻将所述外层铜箔进行部分溶解，以使其厚度减薄至不超过4微米，且该厚度不超过内部线路厚度的1/4.5。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述多层板(a)按如下步骤制得：将热固性树脂施涂在外层铜箔上，加热该热固性树脂至半固化状态以得到复合铜箔，将该复合铜箔层压到包含内部布线图案的内芯的相背两表面的一面或两面上，接着加热。
6.如权利要求1所述的方法，其中外部布线图案按如下步骤制得：在所述具有通孔的多层板(b)上形成外部铜层，在外部铜层上施涂光敏抗蚀剂，接着形成抗蚀图案，将所得产品进行酸性蚀刻以部分除去外部铜层和外层铜箔。
7.如权利要求1所述的方法，其中外部布线图案按如下步骤制得：在所述具有通孔的多层板(b)上施涂光敏抗蚀剂，  接着形成抗蚀图案，在抗蚀图案之间和通孔的树脂面上形成外部铜层，在除去抗蚀图案之后，将所得产品进行酸性蚀刻以除去外层铜箔的一部分，这些部分是除去抗蚀图案而暴露在外的部分。
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