TW411745B - Method for producing vias in the manufacture of printed wiring boards - Google Patents

Description

411745 五、發明說明（1) [發明領域] 本發明係有關一種製造多層印刷電路板之方法，更特 別者，有關一種其中使甩雷射而在多層印刷電路板中輕易 形成通孔之方法’而改良由鍍銅（銅層）所製成的外電路與 存在於外電路與内電路間之絕緣樹脂（熱固性樹脂層）間之 黏著。 [發明背景] 由於電子設備變得更小及更輕並具有更高性能，所以 必須減少電路線寬及在多層印刷電路板中連接諸層之通孔 (via hole)直徑。使用機械鐵洞以形成約200 直徑以下 的洞孔係極困難，及曾使用雷射以製造此種小洞。 二氧化碳雷射能以尚速在有機基材（如：環氧樹脂及 聚醯亞胺樹脂）中形成洞孔。已在製造印刷電路板中廣泛 使用此種雷射。然而’在厚銅箔中形成洞孔係困難，此乃 因為銅箔反射雷射光束之故。為解決此問題’如日本專利 公報特開平4-3676號所揭示者，將銅箔蝕刻出具有與欲予 製造的通孔相同直徑之洞孔。然後，使用雷射光束以形成 穿過有機基材之洞孔，所使用的光束直徑較大於通孔直 徑。 於曰本專利公報特開平4-36 76號之方法中，因為需 穿過銅箔而蝕刻出具有相同直徑之洞孔，接著以雷射光要 照射而形成通孔’故必須進行二次敍刻，即，首先—束 中形成通孔，及其次形成電路圖形（pat tern)。於此種1 法中的重複蝕刻導致產能嚴重損失。此可與使用，方 白用的機

--- 4^174 Γι____________ 五、發明說明（2) 械鑽洞比較，其中僅進行一次蝕刻，亦即，為了形成電路 圖形。再者，在外電路中蝕刻出一個洞孔而欲將該洞孔與 内墊對準並不易，此乃因需高度準確的對準之故。 於另一方法中’將具有内電路圖形之内部絕緣層板之 面塗覆絕緣樹脂，藉由雷射光束在樹脂形成洞孔，及然後 將樹脂表面直接鍍銅，以形成外部銅層。僅沉積一單層 鋼。然而，於此方法中，需要使藉由塗敷絕緣樹脂所形成 的絕緣樹脂層表面粗糙，以獲得鍍銅與絕緣樹脂層之間可 接受的黏著強度。絕緣樹脂表面之粗糙化通常未能提供銅 層與絕緣樹脂層之間有充分的黏著強度。 本發明乃係解決先前技藝之上述問題，及提供一種製 造多層印刷電路板之方法，其中使用雷射輕易形成通孔， 並改良自鍍銅層所形成的外電路圖形與外電路圖形與内電 路圖形間之絕緣樹脂層之間的黏著。 [發明概述] 本發明人等精心研究與先前技藝有關的上述問題，並 發現出能藉由製造多層印刷電路板之方法，在銅層之外層 及絕緣樹脂層t快速形成洞孔，而不會損壞内電路圖形， 其中將包括内電路圖形之内芯及銅箔外層與位於内電路圖 形與銅箔外層間之有機絕緣樹脂層層合，以形成多層板 (a)，藉由照射雷射光束而在多層板（a)上形成通孔，及藉 由在具有通孔之多層板（b)上沉積銅而將銅箔外層與内電9 路圖形彼此電氣性連接，其中該銅箔外層厚度不大於一特 定厚度’及藉由照射雷射光束（較佳為二氧化瑞雷射j而

411745 五、發明說明（3)— 同時在該銅箔外層與該絕緣樹脂層二者中形成該通孔。基 於諸發現而完成本發明。 即’本發明之製造多層印刷電路板之方法為其中將包 括内電路圖形之内芯及銅箔外層與位於内電路圖形與銅箔 外層間之絕緣樹脂層層合，以形成多層板（3)，藉由照射 雷射光束而在多層板（a)上形成通孔，及藉由在具有通孔 之多層板（b)上沉積銅而使外部銅箔與内電路圖形彼此電 氣性連接者’其中該外部銅箔之厚度不大於約，較佳 不大於4 ，且該厚度亦不大於該内電路圖形厚度之五分 之一’及藉由照射雷射光束（較佳為二氧化碳雷射）而同時 在該外部銅落與該絕緣樹脂層二者中形成該通孔。 [圖式之簡單說明] 第1圖顯示依據本發明之製造多層印刷電路板的鍍面 板法之步驟（i)至（v)。 第2圖顯不依據本發明之製造多層印刷電路板的鍍圖 形法或半添加法之步驟（丨）至（νΐ) β [說明性具體實施例之敘述] 參照第1圖與第2圖敘述本發明之製造多層電路板之方 法。 第1圖顯不依本發明之製造多層印刷電路板的鍍面板 法之步驟β第2圖顯示依本發明之製造多層印刷電路板鍍 圖形法之步驟。於第i圖與第2圖中顯示銅猪}、絕緣樹 脂層2、内電路圖形（電路）3、内樹脂廣4、通孔5、外部銅 層6、外電路圖形（電路）7、㈣光阻劑圖形8、與塾卜

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第7頁 411745_____ 五、發明說明⑷ 一—" 依本發明之製造多層印刷電路板之方法中，首先藉由 將包括内電路圖形3之内芯及銅箔外層1與内電路圖形及銅 箔外層間之有機絕緣層2層合，而製備多層板（a)(參見第丄 圖之（i))。第1圖之（i)所示的内芯包括二内電路圖形3及 内樹脂層4 » 例如，藉由下列步驟進行包括内電路圖形3之内芯及 銅箔外層1與絕緣樹脂層2之層合。 1)將熱固性樹脂清漆塗敷在由載體（支撐構件）所支樓 的超薄銅箔之外層表面上，其中具有厚度不大於7私犯（較 佳不大於4 /zm)及厚度亦不大於内電路圖形之厚度之五分 之一之超薄銅箔外層係層合於具有有機脫模層之載體（例 如’支撐金屬箔）上，以形成熱固性樹脂層（絕緣樹鹿 層）2。然後，將熱固性樹脂層2在1 40至1 50 t：之溫度下加 熱5至20分鐘至半熟化狀態（B狀態），以製備複合銅箔β能 夠使用環氧樹脂（例如，Epikote 1001，油化Shell股份有 限公司所製）等作為熱固性樹脂清漆之基底聚合物。供形 成熱固性樹脂層2用之熱固性樹脂清漆可為含有環氧樹 月旨、作為硬化劑之雙氮胺、硬化加速劑（例如，，四 國化成股份有限公司所製）、及作為溶劑之甲基乙基酮之 環氧樹脂組成物。能夠藉由將上述成分予以適當混合而製 傷環氧樹脂組成物。或者，能夠使用藉由浸潰熱固性樹脂 所製得的預浸料胚、纖維基質（如，玻璃布、芳族聚酿胺 紙等）、或熱固性樹脂膜，作為熱固性樹脂層。熱固性樹 脂層2之厚度較佳在2〇至2〇〇 之範圍。若熱固性樹脂層2

----- 41174^___ 五、發明說明（5) 比20 4m薄，則無法獲得充分的介層絕緣及黏著強度<若 熱固性樹脂層2比2 0 0仁m厚’則難以形成具有小直徑之通 孔。 在芯層4之相對侧的一或二者上放置具有半熟化狀態 之熱固性樹脂層2的經塗覆複合銅箔，以使複合銅箔之樹 脂侧被使用作為黏合面’然後藉由在約1 5 0至2 0 0。〇之溫度 下加熱與加壓而廣合。 其次，例如，藉由剝除或蝕刻而將載體自如此獲得的 多層板移除，獲得如第1圖（i)所示的多層板（a)。 2) 或者’能夠以如上述的相同方式藉由將熱固性樹脂 塗敷於不具載體之銅箔外層上，而製得第1圖（丨）中之多層 板’該銅箔具有不小於7 Am之厚度，將銅箔層合於内芯之 相對側的一或二者上’接著熱壓.及然後藉由蝕刻以部份 溶解銅箔至減少銅箔外層厚度至7 或更少且不大於内電 路圖形厚度之五分之一之厚度。 3) 亦能夠以如上述的相同方式藉由將熱固性樹脂塗敷 於具有載體之銅箔外層上’而製得第1圖（i)中的多層板， 該銅箔具有不小於之厚度，將銅箔層合於内芯之相對 側之一或二者上’接著熱壓，藉由蝕刻或剝除而移除載 體，及然後藉由蝕刻以部份溶解銅箔至減少銅箔外層厚度 至4#m或更少且不大於内電路圖形厚度之五分之一之厚度 關於此點，雖然可使用具有厚度7 或更少的超薄銅 箔而不使用載體’但難以處理銅箔使不導致起皺或起摺 痕。又，當銅箔具有7/zm或更少的厚度時，一般難以獲得

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不具載體之超薄鋼箔。 在本發明中’作為外層用的銅箔厚度應不大於 該厚度不大於内電路圖形之厚度之五分之一。若使用作為 外層之銅箔厚度超過内電路圖形之厚度之五分之一，則當 使用雷射光束（特別是二氧化碳雷射光束）同時在銅箔外層 與絕緣樹脂層中形成洞孔時’不僅會損壞絕緣樹脂層亦會 損壞内電路囷形。若銅箔厚度超過7 ，則在照射雷射光 束期間會在銅箔外層產生多個粗刻邊，導致不穩定的洞孔 形狀。 當增加銅落外層厚度時，必須增加形成洞孔用之雷射 所供應的能量。增加的能量供應升高的溫度β結果，銅荡 外層與内電路圖形間之樹脂會遭受不良損壞。可增加内電 路圖形厚度以使熱擴散，但是，當内電路圖形具有超過35 仁m之厚度時，若銅箔外層厚度超過7以]11，則施加於樹脂 之能量變得過大，及使通孔之周邊膨脹β此膨脹係因樹脂 之熔融與熱分解所致，及不為所欲者，因為此膨脹可為拒 絕印刷電路板之原因β因此，銅箔外層厚度應不大於7仁贝 及該厚度不大於内電路之厚度之五分之一。 可使用環氧樹脂浸潰之芳族聚醯胺紙（如： "Ther^ount”，杜邦股份有限公司製造）、環氧樹脂黏著膜 (如：’’AS3〇〇0,t，曰立化成股份有限公司製造）等作為黏合 内電路圖形與鋼箔外層之絕緣樹脂層。 可如上述使用藉由將樹脂塗敷至複合物之銅箔所製造 的經塗覆複合鋼箔。可使用種種熱固性樹脂，如：環氧樹

__4U745___ 五、發明說明（7) 脂、聚醯亞胺、聚伸苯基醚、BT樹脂等，作為該樹脂。考 慮成本與性能二者，對於一般用途之多層印刷電路扳而 言，環氧樹脂為最適合者。 能使用各種種類之絕緣層，如：玻璃-環氧樹脂、玻 璃-聚醯亞胺、玻璃-聚酯、芳族聚睡胺-環氧樹脂、複合 物等，作為本發明之内樹脂層4。其上有銅箔外層與樹脂 層合之内芯之内電路圖形具有不小於銅箔外層厚度之五倍 之厚度。若内電路圖形厚度小於超薄銅箔厚度之五倍，則 内電路圖形無法忍受照射雷射光束以形成洞孔時所產生的 熱，結果使電路圖形會遭不良損壞及内電路圖形下之内樹 脂層會膨脹 藉由使用雷射光束照射如第1圖（i)中所示的多層板 (a)，而同時在銅箔外層1與絕緣樹脂層2二者中形成通孔 5，以形成具有洞孔之多層板（b)(參見第1圖（ii))。較佳 使用二氧化碳雷射，但並不特別將本發明侷限於此雷射。 視需要時，在藉由照射雷射光束形成洞孔後，可施以去模 糊處理。 在形成各個通孔5後，使用焦磷酸銅電鍍溶液（例如， OPC-75 0無電銅電鍍溶液，奥野製藥股份有限公司製），在 2 0至25 °C之溶液溫度下，使具有洞孔之多層板（b)進行無 電鍍層達15至20分鐘，以形成大具有厚度大約為O.lem之 無電銅層。亦在各個通孔5之樹脂表面上形成無電銅層。 其後，能夠使用包含30至100 g/L之銅及50至200 g/L之硫 酸之電鍍液於30至80 °C之溫度下以10至100 A/dm2之陰極

A:\310481.ptd 第11頁 五、發明說明（8) 流密度’形成具有厚度為5至35 yai之外部銅層6，如第1圖 (iii) 所示者。亦在通孔之樹脂表面9上電鍍外部銅層6。 銅羯外層1對於絕緣樹脂層2具有較高的黏合強度β因此， 因為外部銅層6對於銅箔外層具有較高的黏合強度，所以 絕緣樹脂層2與外部銅層6之間之黏著強度較若是將外部銅 層6直接電鍍於樹脂層2時為高。 在代表性的方法中，將光阻劑（例如，Ship lay股份有 限公司所製的Microposi t 2400)塗敷在外部銅層6之表面 至大約之厚度並予乾燥。然後，將光阻劑經由具有預 定電路圖形之光罩而在照射中曝露，以形成經曝光部份與 未經曝光部份。照射後，使用丨0% iK〇Ii溶液使光阻劑顯 影’以部份露出銅，而形成光阻劑圖形8 (參見第1圖 (iv) )。然後，使用包含1〇〇 g/L之CuCl2及1〇〇 g/L之自由 鹽酸之容液於50 C之溫度下將已曝露的銅予以酸姓刻，以 部份溶解銅箔外層1及外部銅層6，藉以形成外電路圖形 7。將如此而得的外電路圖形7電氣性連接至内電路圖形3 中之墊9。 最後’使用3%之NaOH溶液於50 °C之溫度下移除各個外 電路圖形7上所塗覆的光阻劑’以得如第1圖所示的多 層印刷電路板。 銅箔外層1之厚度尤其薄’及因而可顯著改良蝕刻性 能，以輕易製造細微電路圖形。 以下說明第2圖所示的另一方法，鍍圖形法或半添加 法。第2圖（i )及（i i)分別與第1圖（i )及（ii)相同β將光阻

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-411245___ 五、發明說明（9) ------- 劑塗敷或層合在具有通孔5之多層板（b)上，並經由光軍曝 光’接著顯影而形成光阻劑圖形8。此曝露出鋼箔外層丨之 對應於外電路圖形之位置與對應於墊9之内電路圖形（參見 第2圖（iii))。如上述，藉由無電鍵層製造鋼層6，接著 由電锻以形成接觸内與外電路圖形二者之外部鋼屬6($見 第2圖（iv))。當在電鍍步驟後使用3%2Na0H溶液移除光阻 劑時’形成電路圖形6，及使銅箔外層1曝露鋼線之間的 脂廣2上（參見第2圖（v))。 ‘ 於本發明中，因銅箔外層1較外電路圖形7極薄，故可 移除佈線之間之銅箔外層而不必藉由鍍錫保護外電路圖形 7，因為，當使用酸蝕刻液如：氣化銅或氣化鐵時，僅需乂 短時間。減少佈線之底切（undercutting)，及改進電路圈 形之準確性。 亦可將本發明應用於具有三或更多層之内芯。再者， 如上述之具有藉由雷射所形成的通孔之層可為藉由重複層 合、以雷射形成洞孔、鍍層、及圊形之步驟而為多層β因 此’可將本發明應用於製造具有任何數目之層之多層印刷 電路板。 於本發明t ’在將經載體支撐的超薄銅箔黏合至内芯 及將載體移除後，可使用已知方法如：黑氧化物處理 (black oxide treatment)、產生紅色銅氧化物之處理 或Meek股份有限公司所產生之MECet chBOND處理，將細微 粗糙化處理施加於銅箔外表面，以改進雷射之吸收及促進 使用雷射形成通孔。

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__411745__ 五、發明說明（ίο) - 本發明中所使用的雷射並無特別限制，且可使用各種 一氧化碳雷射，如：NLC-1B21 (日立精工股份有限公司製 造）、IMPACT MODEL L500 (住友重機股份有限公司製造）、 或ML 505 DT(三菱電機股份有限公司製造）。 [發明之功效] 如上述’依本發明之製造多層印刷電路板之方法，可 使通孔直接形成’而不需在照射雷射光束前先在銅箔表面 上形成洞孔’結果多層印刷電路板之產能可獲得極大的改 善。 以下使用實例與比較例更詳細說明本發明。 [實例1 ] 將表1中所示之環氧樹脂組成物塗敷在載體（支樓銅 箔）所支撐的超薄銅箔之面上，其中有機脫模層（羧基苯并 三唑）存在於支撐銅箔及超薄銅箔之間（支撐銅箔之厚度： 35/zm，超薄銅箔之厚度：4/ίΐπ)。環氧樹脂組成物之厚度 為60 ^使經塗覆的銅箔於烘箱中在135 t之溫度下乾燥 8分鐘，直至半固化，以獲得經塗覆的複合銅箔。 I _表 1_ 組成物 量 環氧樹脂（油化She 11股份有限公司製 造之Ep i kot e 1 0 G 1) 100 份 苯氧樹脂（東都化成股份有限公司製造） 15份 硬化劑雙氰胺 2. 5份 硬化加速劑2E4MZ(四國化成股份有限公

A:\310481.ptd 第14頁 --__ 五、發明說明（11) ' 司製） 衣^ 0. 2份 其次’使用習用的方法’將具有厚度為18 之内電 路圖形於具有厚度為Q5mm2FR-4基質（松下電工股份有限 公司製造的R-1766)之相對面上形成，而得内芯。然後， 對於電路圖形施以黑氧化物處理。將經樹脂塗覆的複合銅 =層合於内電路圖形之各相對面上，使得樹脂面在超薄銅 羯與内電路圖形之間。使用真空壓製機於1 80 〇C之溫度下 及20 kg/cm2之壓力下進行層合達6〇分鐘。自銅箔剝除支 擇構件後’而得具有嵌埋的内電路圖形之四層板。 在上述的四層板之外層銅箔面上預定的位置處照射四 脈衝之一氧化碳雷射（ML 505Ι)τ ’三菱電機股份有限公司 製造），及形成通孔。雷射光束之直徑為22() " m，電流為 12A ’及脈衝寬度為5〇微秒。 [實例2] 將具有厚度為35em之銅箔層合於作為芯材的具有厚 度為0· 5mm之FR-4基質（松下電工股份有限公司製造的 R-1 766 )之各相對面上。使用習用的方法自銅箔形成内電 路圖形’及然後施以黑氧化物處理。 其次’將二片藉由電鍍厚度為之銅於4 〇以m厚之 链载體上所製得的具有鋁載體之銅箔（^TC4〇E9，三井金屬 鑛業股份有限公司製造）層合於具有〇lmin厚的争間絕緣層 FR-4玻璃-環氧預浸料胚（松下電工股份有限公司製造的 R-1661)之内電路圖形上。在與實例！相同的條件下層合 後’使用5¾之NaOH溶液進行驗麵刻，以溶解鋁載體，如此

C:\Program FiIes\Patent\310481‘ptd 第 15 頁 製造具有嵌埋的内電路圓形之四層板a 然後，將氣化鋼溶液塗敷至四 整面部份溶解至剩下4Μ之厚度。 及將外。卩銅落之 如實例1，於外部銅箔面之預定位 射光束，以形成通孔。 蜒…射七-人（Shot)雷 [比較例1 ] 重U例1 ’但使用厚度”m之銅箱(3Ec，三 造)作為外部㈣，而非實例1中所使用的 ”有載體之超薄銅箔。如實例丨將環氧樹脂放置於銅箔表 面上，而得塗覆有樹脂之銅箔。 其次，將具有厚度為35 之内電路圖形形成於具有 0. 5mm厚度之FR-4基質（松下電工股份有限公司製造之 ί?-1 766 )之相對面上，而得内芯，及施以黑氧化物處理^ 將經樹脂塗覆的銅箔層合於内芯之内電路圖形之各相對面 上，使樹脂面鄰接内電路圖形’接著以與實例1相同的步 驟，而得具有嵌埋的内電路圖形之四層板。 雖然於與實例1相同的條件下使用八脈衝之二氧化唉 雷射於銅箔外層之預定位置，但是通孔之形狀不均勻，及 無法在若干位置形成通孔。當增加脈衝數時，樹脂遭受雷 射之熱不良損壞。即使在能夠形成通孔之處，與銅箔表面 之開口比較，銅箔與樹脂基質之間之樹鹿中所形成的洞孔 較大，即，銅箔被底切，導致在稍後的步驟中鍍通孔時會 有嚴重困難。 [比較例2 ]

五、發明說明（13)^丄^*畦6 " '~ 一 將二片具有0.1 mm厚度之FR-4玻璃-環氡預浸料胚（松 下電工股份有限公司製造的β_1661)放置在具有厚度為9μ in之銅箔C3EC，三井金屬鑛業股份有限公司製造）之粗糙表 面側上。將另一片具有厚度為9^01之銅箔放置於FR_4玻璃 -環氧預浸料胚之片材上，使銅箔之粗糙面轉向預浸料 胚。將疊置的FR-4玻璃-環氧預浸料胚與銅箔％18〇°c之溫 度及15 kg/ cm2之壓力下藉由真空橫壓機予以層合達6〇分 鐘’而得具有銅箔層合於FR-4預浸胚料外侧上之雙侧板。 使用如實例1之相同方法在雙側板之銅箔相對面上形 成具有厚度為9#m之内電路圖形後，施加黑氧化物處理。 然後’在與實例1相同的條件下，使用具有載體之經樹脂 塗覆的超薄（4em)銅箔層合於電路之各相對面上。將載體 剝除後’而得具有嵌埋的内電路圖形之四層板。 以與實例1相同的條件下，於四層板之外層銅箔面之 預疋位置處照射相同數目脈衝之雷射光束。 就外觀而言’形成類似於實例1之通孔之通孔。然 而’在截面上’於照射雷射光束處之内電路圖形與内樹脂 層之間可觀察有脫層現象a此脫層因焊劑軟熔 (ref lowing)之熱而進一步擴展，及最後可導致通過通孔 之導電路徑破裂，成為嚴重的缺陷。

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Claims (1)

1. ---A11UL·__ 六、申請專利範圍 1 一種製造多層印刷電路板之方法，係將包括内電路圖 形之内芯及銅箔外層與位於内電路圖形與銅羯外層間 之有機絕緣樹脂層層合，以形成多層板（a) ’在多層板 Ca)上形成通孔而得具有洞孔之多層板（b) ’及使銅箔 外層與内電路圖形彼此電氣性連接，其中該銅箔外層 之厚度不大於7 #ιη及該厚度亦不大於該内電路之厚度 之五分之一，及該通孔係藉由照射雷射光束而同時在 該銅箔外層與該有機絕緣層二者中所形成。 2 ‘如申請專利範圍第1項之方法，其中該多層板（a)係藉 由將載體上的超薄銅箔外層層合於包括内電路圖形之 内芯上’並有有機絕緣樹脂插置於中間，及移除載體 而製得。 3·如申請專利範圍第1項之方法，其中該多層板（a)係藉 由將載體上的銅箔外層層合於内芯上（該銅箔外層之厚 度不大於7/zm)、將載艎移除、及視情況而定將銅箔外 層部份溶解以降低厚度至不大於7/zm而製得。 4. 如申請專利範圍第1或3項之方法，其中銅箔外層具有4 βπι或更大的厚度’及在將該銅箔外層層合至該内芯 後’以蝕刻之方式部份溶解該銅箔外層以減少厚度至 不大於7 及該厚度不大於内電路厚度之五分之—。 5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該多層板係藉 由將熱固性樹脂塗敷至銅箔外層、將熱固性樹脂加熱 至半熟化狀態而得複合銅箔、將複合銅箔層合於包括 内電路圖形之内芯之一或各個相對面上、接著加熱而

   _411745_ 六、申請專利範圍 製得。 6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中外電路圖形係藉由 在具有洞孔之該多層板/ b)上形成外部銅層、將光阻劑 塗敷在外部銅層上、接著形成光阻劑圖形、及使所得 的製品進行酸蝕刻以部份移除外部銅層及銅箔外層而 製得》 7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中外電路圖形係藉由 將光阻劑塗敷於具有洞孔之該多層板（b)上、接著形成 光阻劑圖形、在光阻劑圖形之間與洞孔之樹脂表面上 形成外部銅層、及在移除光阻劑圖形後使所得的製品 進行酸蝕刻以移除部份之銅箔外層（該部份係因移除光 阻劑圖形而曝露）而製得。

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