TW201817297A

TW201817297A - 印刷電路板的線路與層間導通之製造方法

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Publication number: TW201817297A
Application number: TW105134459A
Authority: TW
Inventors: 竇維平; 葉錠強; 楊豐吉
Original assignee: 萬億股份有限公司; 葉錠強
Priority date: 2016-10-25
Filing date: 2016-10-25
Publication date: 2018-05-01
Also published as: TWI628989B

Abstract

本發明為一種印刷電路板的線路與層間導通之製造方法，藉由修飾還原氧化石墨烯(rGO)於孔洞及基板表面，使電鍍金屬同時沈積在層間導通的孔洞中及基板表面。再對基板表面的金屬層進行蝕刻，便可製作線路圖案。此外，若將還原氧化石墨烯(rGO)修飾於孔洞及線路溝槽中，其他位置覆蓋電鍍阻劑，則可使電鍍金屬同時沈積在孔洞及線路溝槽中。本發明可運用在高密度互連(HDI)線路設計中，使電路板無需孔墊結構，以增加細線路之製程設計能力。

Description

印刷電路板的線路與層間導通之製造方法

本發明是關於一種印刷電路板線路及層間導通的製造方法，特別是只需藉由還原氧化石墨烯(rGO)導電層的修飾，便可在印刷電路板上電鍍填孔時，同時形成表面金屬層或直接製作線路。

印刷電路板(Printed Circuit Board，PCB)是在絕緣基材上，配以電導線路的一種結構性電子元件。然而，隨著電子產品以輕、薄、短小為發展方向，PCB之變化亦須隨行之。譬如，當積體電路製程進入微米(um)時代時，PCB之線寬、線距則以毫米(mm)為設計目標。如今，積體電路已進入奈米(nano)製程，而PCB亦步入微米時代。不僅如此，板間互連之模式也進入了高密度互連(high density interconnection，HDI)技術。

目前，HDI技術多採雷射鑽孔方式導通，再以濕式金屬化製程製作線路或導電化製程使其互連，其後再實施鍍銅填孔。但在實施互連作業時，須先在盲孔底部製作孔墊，其直徑約為孔徑的兩倍。當未來線路愈趨密集時，盲孔之外的孔墊面積將成為配線的瓶頸。

上述金屬化或導電化製程包括化學銅製程及直接電鍍製程；後者又包括石墨製程及碳黑製程。

然而，使用金屬化製程在盲孔(blind-via)中作業完成後，對後續鍍銅作業會有如下之影響：

a. 金屬化(導電化)層的阻抗比表面金屬銅為高，且在孔內之厚度均度差異極大。因此實施鍍銅作業時，底部導電差阻抗大，造成銅初期之沈積(copper seeding)不佳。如此將影響後續之沈積速度，使之孔口與孔底銅之沈積不一而形成包孔(void)現象，或是填孔不良或漏填等現象。其阻抗值越大之導電化製程，此等不良現象出現率比例越高，因此，市場運用則以化學銅製程為主。

b. 當金屬化完成後，孔內之化學銅層極薄甚至可能低於0.1um，且極易氧化。因此，如實施線路影像作業(dry film process)或直接實施鍍銅填孔，皆必須將氧化皮膜去除。而此一微蝕作業不可太強，恐將極薄之導電層咬除，但太弱其基材底銅上頑強之氧化膜無法消除乾淨而產生密著不良現象。

本發明之目的是提供一種印刷電路板的線路與層間導通之製造方法，其製成簡單，且無須製作孔墊，故可有效增加線路配置的面積。

本發明之方法可以下列步驟實現：A.提供一印刷電路基板，其表面之絕緣層具有至少一直徑為10um-300um的孔洞，其徑深比為0.2：1-2：1，且壁面為非導電性；B.在基板表面及孔洞的壁面修飾一層還原氧化石墨烯(rGO)導電層；C.實施電鍍程序，使金屬與rGO導電層形成鍵結，而沈積在孔洞中，同時在基板表面形成一金屬層；D.實施蝕刻程序，使金屬層形成線路圖案。

其中電鍍程序的金屬為銅。

其中孔洞的周緣無孔墊圖案。

其中孔洞的底部為非導電性。

其中印刷電路基板的表面為非導電性。

本發明之方法亦可以下列步驟實現：A.提供一印刷電路基板，其表面之絕緣層具有至少一直徑為10um-300um的孔洞，其徑深比為0.2：1-2：1，及至少一寬度為5um-200um的線路溝槽，其寬深比為0.5：1-10：1，孔洞及線路溝槽的壁面皆為非導電性；B.在孔洞及線路溝槽以外的基板表面覆蓋電鍍阻劑；C.在孔洞及線路溝槽的壁面修飾一層還原氧化石墨烯(rGO)導電層；D.實施電鍍程序，使金屬與rGO導電層形成鍵結，而同時沈積在孔洞及線路溝槽中；E.去除電鍍阻劑。

其中電鍍程序的金屬為銅。

其中孔洞及線路溝槽的底部為非導電性。

其中印刷電路基板的表面為非導電性。

其中步驟B的電鍍阻劑為曝光顯像型抗電鍍油墨。

藉由本發明方法所製造的印刷電路板的線路與層間導通結構，具有如下特徵：線路與層間導通結構為一體成型，且與印刷電路板之間具有一rGO導電層；其中層間導通結構的直徑為10um-300um，徑深比為0.2：1-2：1；線路的寬度為5um-200um um，寬深比為0.5：1-10：1。

其中印刷電路板可對應線路設有溝槽，使rGO導電層直接形成於溝槽中。

本發明以還原氧化石墨烯(rGO)做為PCB互連導通之導電層，有如下之特點：

a. rGO層不怕酸、鹼，無論在後續何種製程作業中，皆不受攻擊而減低其導電性。

b. 實施後續鍍銅作業時，可實施完整之微蝕作業，提供完美之密著效果。

c. rGO本身之導電性較銅金屬為佳，導電值接近銀金屬，故在盲孔內無「初期沈積copper seeding」狀況不均一之疑慮，進而對盲孔孔內之鍍銅狀態可維持在良好情況，改善包孔(void)或漏填等現象。

10、11‧‧‧樹脂層

20‧‧‧內部線路

30‧‧‧電鍍阻劑

40‧‧‧rGO層

50‧‧‧銅箔

51‧‧‧鍍銅盲孔

52、53‧‧‧線路

第1圖顯示盲孔底部無金屬層時，不同孔徑的電鍍結果。

第2圖為第1圖之比較圖，但盲孔底部保留金屬層。

第3圖(a)及(b)為傳統有孔墊的印刷電路板與本發明無孔墊印刷電路板的比較示意圖。

第4圖為第3圖(b)的虛線部份放大圖，用以對照製程的詳細步驟。

第5圖顯示本發明同時電鍍填孔及鍍金屬層的步驟。

第6圖顯示本發明同時電鍍填孔鍍及製作線路的步驟。

以下實施步驟的操作條件可視環境逕行調整搭配，文中所述僅為建議之較佳範圍。在本發明所使用的特殊術語有其原本的意義，如下所用的某些特殊術語是提供熟悉該技藝者能更進一步了解本發明內容。為了方便起見一些特殊術語將會使用斜體字或引號標示出來，但這些被標示出來的部分並不會影響到特殊術語本身的範圍或意義，就如同在本文中未被標示的文字一樣，也就是說同樣的事情會有一個以上的說法。

實施例1

取一片印刷電路基板，由基板表面往下依序為絕緣樹脂層、銅層、樹脂層。表面樹脂層形成孔徑分別為100um、125um、150um的盲孔，但位在盲孔底部及其周緣的銅層預先蝕刻去除，使盲孔底部與內部樹脂層或其他絕緣層接觸。

步驟1 修飾rGO於孔洞中

(i)將PCB基板浸入調節劑(PVI金屬鹽類Polyvinylimidazole，PVI)水溶液中，使基板表面、盲孔底面及內壁形成高分子層。調節劑水溶液濃度為4-10g/L，控制在pH 3-6，溫度為40-80℃。15-40分鐘後，取出水洗並吹乾。

(ii)將PCB基板浸入氧化石墨烯(Graphene Oxide，GO)水溶液中，使氧化石墨烯吸附並鍵結於孔洞內壁的PVI層。氧化石墨烯溶液濃度為0.1-1g/L，控制在pH 3-6，溫度為35-80℃。25-40分鐘後，取出水洗並吹乾。

(iii)將PCB基板施予H2之Plasma電漿中10分鐘進行還原作，將孔洞內壁的氧化石墨烯(GO)還原為還原氧化石墨烯(rGO)。

步驟2 清潔PCB基板

(i)以酸性清潔劑(SCHLOTTER公司的產品SLOTOCLEAN S 20，0.5-5%)清洗PCB基板，除去殘留的雜質。15-30℃下進行3-10分鐘後，取出水洗。

(ii)將PCB基板浸入微蝕刻溶液(SCHLOTTER公司的產品SLOTOETCH 584，10-40g/L)中，進一步除去雜質。15-30℃下進行3-10分鐘後，取出水洗。

步驟3 電鍍銅填孔

將PCB基板浸入電鍍溶液中，形成層間導通結構，電鍍溶液包括CuSO4(180-350g/L)，H2SO4(30-60g/L)，氯離子(20-90ppm)，載運劑(SCHLOTTER公司SLOTOCOUP 31，3-10ml/L)，光澤劑(SCHLOTTER公司SLOTOCOUP 32，0.1-1ml/L)，整平劑(SCHLOTTER公司SLOTOCOUP 33，0.1-1ml/L)。

第1圖顯示不同孔徑的盲孔電鍍的結果，顯示沈積的銅金屬結構緊密，並可直接沈積在非導電性的樹脂表面。

另取未去除盲孔底部銅層的相同印刷電路板，以相同操作條件實施上述步驟，結果如第2圖所示。相較之下，孔徑增大時，底部無銅層的填孔效果明顯較好。推測其主要原因，應是樹脂層的粗糙度較銅層大，提供了rGO導電層在三維空間沈積金屬的能力。但本發明對此並無特別限制，僅為提供另一選擇。

第3圖(a)為目前常見的印刷電路板，其上配置有孔洞、孔墊(Cu Pad)及線路，其中孔墊的直徑約為孔洞的2倍，佔去相當大的空間。

本發明將還原氧化石墨烯(rGO)直接修飾在非導電材質上需要電鍍的部位，因不需製作孔墊(Padless)，可騰出空間供線路配置用，達到HDI設計的目的。如第3圖(b)所示，為本發明印刷電路板上，孔洞及線路的配置示意圖。為舉例說明本發明技術之應用，取第3圖(b)中虛線部份放大成第4圖，用以對照製程的詳細步驟。圖中，印刷電路基板表面的非導電性樹脂層11上配置有鍍銅盲孔51、與盲孔51連接的線路52及另一線路53。

實施例2

第5圖(a)顯示樹脂層10、11與內部線路20的剖面圖。接著，使用雷射在盲孔位置鑽孔，盲孔底部的銅金屬亦一併去除，如第5圖(b)所示。接著，將rGO修飾在樹脂層11的表面及盲孔的壁面及底面，形成可導電的rGO層40，如第5圖(c)所示。接著進行電鍍程序，在樹脂層11的表面及盲孔中沈積金屬銅50，如第5圖(d)所示。最後，進行蝕刻程序，得到印刷電路板表面線路52、53，以及導通內部線路20與表面線路53的盲孔51，如第5圖(e)所示。

實施例3

第6圖(a)顯示同樣的樹脂層10、11與內部線路20的剖面圖。第6圖(b)則是使用雷射在盲孔及線路對應的位置鑽孔或刻出溝槽，盲孔底部的銅金屬亦一併去除，虛線係示意去除的部份。

電鍍之前，同樣在不需電鍍的位置先鋪設電鍍阻劑30，如第6圖(c)所示。接著，將rGO修飾在盲孔內壁及線路溝槽中，形成可導電的rGO層40，如第6圖(d)所示。接著再進行電鍍程序，使銅金屬沈積在盲孔51及線路溝槽52、53中，同時完成填孔及線路製作，如第6圖(e)所示。第6圖(f)則是電鍍完成後，將電鍍阻劑30去除。

基於上述實施例之實驗結果，本發明係首度揭露印刷電路板的線路與層間導通之製造技術，讓印刷電路板在電鍍金屬填孔的步驟中，電鍍金屬可同時沈積在層間導通孔洞中及基板表面，並可以在去除孔墊，增加電路板布局範圍更款的細線路製程設計，使本發明可運用在高密度互連(HDI)線路設計中，具有極佳之市場潛力。

Claims

一種印刷電路板的線路與層間導通之製造方法，包括下列步驟：A. 提供一印刷電路基板，其表面之絕緣層具有至少一直徑為10um-300um的孔洞，其徑深比為0.2：1-2：1，且壁面為非導電性；B. 在基板表面及孔洞的壁面修飾一層還原氧化石墨烯(rGO)導電層；C. 實施電鍍程序，使金屬與rGO導電層形成鍵結，而沈積在孔洞中，同時在基板表面形成一金屬層；D. 實施蝕刻程序，使金屬層形成線路圖案。
如請求項1的方法，其中電鍍程序的金屬為銅。
如請求項1的方法，其中孔洞的周緣無孔墊圖案。
如請求項1的方法，其中孔洞的底部為非導電性。
如請求項1的方法，其中印刷電路基板的表面為非導電性。
一種印刷電路板的線路與層間導通之製造方法，包括下列步驟：A. 提供一印刷電路基板，其表面之絕緣層具有至少一直徑為10um-300um的孔洞，其徑深比為0.2：1-2：1，及至少一寬度為5um-200um的線路溝槽，其寬深比為0.5：1-10：1，孔洞及線路溝槽的壁面皆為非導電性；B. 在孔洞及線路溝槽以外的基板表面覆蓋電鍍阻劑；C. 在孔洞及線路溝槽的壁面修飾一層還原氧化石墨烯(rGO)導電層；D. 實施電鍍程序，使金屬與rGO導電層形成鍵結，而同時沈積在孔洞及線路溝槽中；E. 去除電鍍阻劑。
如請求項6的方法，其中電鍍程序的金屬為銅。
如請求項6的方法，其中孔洞及線路溝槽的底部為非導電性。
如請求項6的方法，其中印刷電路基板的表面為非導電性。
如請求項6的方法，其中步驟B的電鍍阻劑為曝光顯像型抗電鍍油墨。
一種印刷電路板的線路與層間導通結構，其特徵在於：線路與層間導通結構為一體成型，且與印刷電路板之間具有一還原氧化石墨烯(rGO)導電層；其中層間導通結構的直徑為10um-300um，徑深比為0.2：1-2：1；線路的寬度為5um-200um um，寬深比為0.5：1-10：1。
如請求項11的印刷電路板的線路與層間導通結構，其中印刷電路板對應線路設有溝槽，使rGO導電層形成於溝槽中。