TWI241153B - Processing method for printed circuit boards and other electrically conductive substrates - Google Patents

Description

1241153 發明說明（1) 【發明有關之領域』 本發明係為一種如電路板、印刷電路或其它之導電基 I =工製程，於該製程中，至少有一種金屬至少部分得被 I虫刻。 、 【先前技術之敘述】 “按’電子工業中經常需要生產到極微小的零件，例如 電路板、印刷電路或其它之導電執道（conductive track)

。以現今的技術，生產寬度和深度在微米的範圍内的結構 已經不再是奇蹟，甚至可以生產小於丨微米之結構。因此 ，金屬層必需作選擇性地確實蝕刻。

藉由腐餘（etching)的方式將金屬予以蝕刻。一特別 重要的問題就是所謂的凹蝕（underetching)。因此，在基 層（substrate)上，金屬不得被钱刻的許多位置上會設有 一光敏抗勉（photoresist)保護層。該保護層可由^機聚 合物或是由金屬層（例如錫或錫/鉛）所組成。當金屬於保 遵層所覆蓋的位置旁或其間被姓刻時，則該蝕刻不僅向底 部（單向性），而是向所有的方向（全向性）來進行。這音味 著，經由凹蝕（underetching)，於保護層下的金屬亦&被 蝕刻。該凹蝕不僅於形成結構的側緣上導致一不明確的金 屬蝕刻，並且可能經常無法產生較大深度和寬度的社構。 、基本上，於電路板或類似的金屬層上進行蝕刻方面了已有 許多不同的方法。一方面，有些方法是不使用液體媒介， '例如離子輻射餘刻和電漿餘刻。藉由這些方法可以對金屬

1241153 五、發明說明（2) 做進一步的單向性（anisotropic)的蝕刻。但是，用來執 行這些製程所需的設備相對昂貴。此外，經由這些製程會 有雜質異物附著到該基層，有時還需要使用到昂貴的淨化 製程來清除之。 另一方面，有些方法是使用液體媒介來蝕刻金屬，例 如所謂化學性蝕刻和所謂的電子化學性蝕刻。在化學性蝕 刻方法是將姓刻質置於液體溶液中，而金屬係經由化學反 應來進行蝕刻。這種蝕刻方法是一種全向性的方法。在電 子化學性姓刻方法疋使用電解液（eleCtr〇lyfe)，它是無 法經由化學反應來對金屬進行蝕刻，也就是說，無法直接 與基層直接接觸。在電子化學性蝕刻方法中，係於基層和 一次泡於電解液中的電極施以一電壓。通常該基層作為陽 極（anode)，而其它的電極作為陰極（cath〇de)。經由該電 壓和因此形成的電場會產生離子，該離子藉由一化學反應 來餘刻金屬。該電子化學性钱刻係具有單向性的特f 卻仍無法達到前述之離子輻射蝕刻和電漿蝕刻等方法之 攸^的說明可以得知，☆電路板和其它的小結構製 二二二t技術皆無法提供真正令人滿意的解決方法。^ 去曰、.坐t喊使用較複雜的解決之道來避免上述的問題。 9二1〇^ ,曾揭示，將㈣f置人—非常稀薄的溶液中來 進：電子化學性蝕刻，•由於過低的蝕刻 ： 工：：=用。w〇99/45 1 79中曾揭示一使用用逆電極= ’其“籌和樣式皆被處理之基層的結構和樣式相 ： 1241153 "^、發明說明（3) ---------- 逆電極的昂貴設許& + 、 冲部在工業上的應用受到某些限制。 【發明目的】 之導的主要目的’即在於發明出一種電路板或其它 點，杖土 :加工製程來解決或至少減低上述習知技術的缺 黑、別疋儘置降低凹蝕的效果來達到蝕刻金屬的目的。 本發明著重於一較簡單、成本較低廉的方法使之得 以應用於工業上。 丁 【解決方式】 、、上述本發明目的係藉由一依據申請專利範圍第1項項 斤述之製粒的特徵來達成。於其它第2 — 2 2項申請專利範圍 的=屬項係陳述本發明之具有優點及目的性的額外結構。 申請專利範圍中的用詞請參考詳細說明中的内容。 【功效】 本發明的特色在於，於至少一製程步驟中，藉由脈衝 式的電場下進行電子化學法，以及於至少一之後製程步驟 中，在沒有電場下進行化學法之金屬蝕刻。也就是說，本 發明的特色係為脈衝式電子化學的前步驟蝕刻和一化學性 的後步驟餘刻之組合。雖然金屬的#刻可經由不同的前處 理、主處理以及後續處理步驟來達成，但本發明的製程仍 主要以前述兩者步驟為重點。 令人驚奇的是，前述兩者步騍的實施竟可達到金屬單

1241153 五、發明說明（4) 向的蝕刻作用，在本 使用的金屬來進行餘刻^ *中，而以銅金屬作為導電軌所 亦得以使用。脈衝式^ 為佳。基本上，其它金屬的蝕刻 向性蝕刻之功效， 二 化學的前步驟蝕刻可有深度之單 因而可降低凹蝕的效果 衝可使侧面的蝕刻效果較差， 步驟所產生的結構所餘另’化學性的後步驟蝕刻可將前 係關於蝕刻少量部分材、的金屬層予以蝕刻。由於該步驟 的本質仍可被接受。；斗，因此，該化學性蝕刻的全向性 脈衝式的電場可經由— 電壓脈衝來產生，而本 相付的電流脈衝以及一相符的 電流可以在進行當中予、X明仍以使用電壓脈衝為佳，因為 的脈衝型在本發明二基f上可以使用完全不同 為佳。而矩形脈衝的形成中以使用矩形的電壓脈衝者 回切換。脈衝持續當中由最大電壓和0電壓之間來 壓亦完全地切斷。 糸為最大電壓時，脈衝休止時，電

12 V J 施予電壓和電愿關p a ndt π 私^ 關閉的時間長度是可以自由選擇。本

毛明施予電壓的時間長度A Η 1 Λ ^ 為 2 —20ms，而以 5-15ms 為佳， :而Ssn-^n最佳。而電壓關閉的時間長度為50 — 250 ms 實 m S為佳，特別是9 0 m ε為最佳。本發明較佳 :=，電壓關閉的時間長度不宜過短，故電 知予電壓的時間長度比以大於5:】為佳，特別是以大於ι〇: 上两敢佳。

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無f脈衝式電子化學蝕刻的製程步驟以於酸性的電解液 :實施為佳，而該電解液僅具有極佳的氧化效果，也就是 說，該電解液不適用於（無電場）化學性蝕刻，因為它與被 蝕刻金屬，法進行化學反應。這樣的酸性電解液以硫酸為 ί !寺別疋1 ·6 3莫耳的硫酸為最佳。而甲烷磺酸亦可作為 該電解液。 令—發明脈衝式電子化學蝕刻的製程步驟的實施溫度以

=ί ΐ二者t〇 —6〇 C為佳。於該溫度範圍内係以40 -50。C 曰、= 藉由溫度的提高得將加速金屬的單向性蝕刻 〇 # & =毛1 脈衝式電子化學蝕刻的製程步驟的實施時間長 秒，而以2〇_60秒為佳。於較佳實施例中，其 長度為3 0 - 4 0秒之間。 r知化：：：Γ接下來製程步驟基本上皆可從習知技術中 付矣。^銅為較佳的金屬可藉之來 氫溶液中的氯化銅CuC12作兔铋方丨所_ j虱化 ⑺作為蝕刻質可將基層的金屬銅氧 待為專章人H於/虫刻質中的Cu(II)則變為Cu(i)。該機制 係為寻業人士所熟知。 f使用上述的蝕刻質時，銅金於 80- 1 50 g/Ι之間，而以12〇 奋欣Y扪展度係於 气夕：麄声玄盔1 ο η 〇 g/ 1為佳。而於溶液中的氯化 虱之/辰度亦為120 g/l為佳。 藉由溫度的提高得將加祙各與 仆庳鉍釗沾制和本碰 逮化予反應，故本發明脈衝式 化子名虫玄]的衣粒步驟的實雜、、w危

盔鉢而枝w u 貝苑，皿度亦以高於室溫者40 -70。C 為佳而特別以50 -60。C之間為最佳。

1241153 五、發明說明（6) 化學性蝕刻的製程步驟時間 。本發明在進行化學性蝕刻的時 1 〇 〇秒為佳，而特別是在i 〇 — 4 〇秒 如前所述，本發明的製程係 刻以及化學性的後續蝕刻所構成 中，金屬的触刻係單向性導入深 化學性後續蝕刻來完成。依據該 學性蝕刻步驟蝕刻至剩餘厚度為 米為佳。 ~ 此外，特別適用來加工電路 ，其經由金屬蝕刻所產生之結構 小於1 0微米為佳。該結構有助於 該結構具有深度大於寬度的特色 另外值得強調的是，在本發 的再活化可以簡單的方式來完成 則銅金屬在蝕刻中以離子的型態 銅金屬可以用於加工電路板的其 離子可以金屬銅的型能直接沈殿 環製程中，於銅餘刻中所取得之 中。在進一步的使用上，離子型 極上，然後再作使用。 最後’本發明具有一用來執 裝置包含有電子化學性和化學性 先是一合適的容器，藉由該容器 長度同樣是可以自 間長度為大於5秒， 之間為最佳。 由脈衝式電子化學 。在脈衝式電子化 處，而剩餘的金屬 原則，則金屬係由 小於5微米，而以 板和其它的本發明 大小為小於25微米 金屬層的單向蝕刻 〇 明的製程中，被蝕 。就拿鋼金屬來作 置入溶液中。離子 它製程步驟。特別 於電路板上。特別 溶液可使用於其它 態的銅金屬亦可沈 行本發明製程之梦 姓刻所需之-般f且 可將電路板置入溶 由選擇 以10- 前置蝕 學蝕刻 層係由 電子化 、於2微 製程中 ’而以 。另， 刻金屬 例子， 型態的 是該銅 是於循 的製程 殺於陰 置。該 件，首 液中。

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再來是需要一裴置，藉由該 ，並切換成相對應的電路。 接觸到其一側或兩側為佳。 中可切換成陰極的電極、一 -、恒溫裝置和其它。在本發 控制調節裝置必需是可以產 '衝式的電場。 裝置’可將電路板可作為陽極 該裝置會接觸到電路板，而以 該裝置的其它組件為一在電路 電流/電壓源、控制調節裝置 明的装置中，電流/電壓源或 生脈衝式電場，特別是電壓脈 示 心為求進一步瞭解本發明之構造特徵、技術内容與功能 凊參閱以下有關本發明之詳細説明與附圖，然而所附圖 乃供參考與說明用，並非用以對本發明施予限制者。 【實施例詳細說明】 ^ 一用來進行電子化學性和化學性蝕刻之為專業人士所 ，知的裝置具有一裝載相關液體之容器。一電路板於該容 裔内可與之接觸，並作為陽極切換至一電路上。相對於電 路板，設有一内建式、且作為陰極的電極。該陰極的型式 並不重要。為了能讓液體流貫該容器，則設有一泵浦以及 一流速器。藉由一恒溫器可讓流經容器的液體控制在一特 定的溫度上。此外，一設有脈衝產生器之電流/電壓源， 其用來產生電壓脈衝。另有一微電腦評估器。 一電路板係置於該容器内，其中一穿透的銅金屬層係 設於聚合物主體上，並且經由一般光敏抗蝕層的設置來形 成導電執結構。該導電執結構的寬度約為30微米。 接著，藉由上述的電路板來進行本發明之製程。首先

1241153 五、發明說明（8) 進行脈衝式電子化學性蝕刻，其中使用1 · 6 3莫耳（相當於 M0 g/Ι)的硫酸來作為電解液，溫度控制在40 °C，應用1〇 V矩形電壓脈衝，電壓（1 〇 V )持續時間為1 〇 ms，而電壓（〇 V)持續時間為9 〇 m s。而該脈衝式電子化學性蝕刻持續進 行35秒。 '' 接下來進行化學性蝕刻的製程步驟，其中使用含有 12〇 g/Ι的銅（CuC12)以及120 g/Ι氯化氫（HC1)的溶液來作 為蝕刻媒介，溫度控制在50 °C，而該步驟持續進行25秒。 w電路板在進行上述製程後的結果顯示，銅金屬層得有 :^性的#刻。姓刻學生的深度約為17微米。而凹蝕的效 風=二被忽略。關於該深度的蝕刻，約15微米係由電子化 、方式，而剩餘的2微米再由化學性的方式來進行蝕 惟以上所述者，僅為 用來限定本發明之範圍。 之均等變化與修飾，皆為 本發明之較佳實施例而已，並非 即凡依本發明申請專利範圍所作 本發明專利範圍所涵蓋。

第13頁 1241153 圖式簡單說明 (沒有圖式） Ιϋΐ 第14頁

Claims (1)

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ι· 一種電路板或其它之導 製程中係有一種金屬得被蝕刻 包含有： 電基層加工製程，尤指於該 ，其特徵在於，其實施步驟 i )前步驟先藉由一 刻；以及 i i )於後續製程步驟 性之金屬蝕刻。 脈衝式的電場進行電子化 中’在沒有該電場下進行 學性蝕 一化學 2·如申請專利範圍第1項所述之製程 ^7 /1 ’ ’ w Α π 1 π r/f述怠裂程，其中 電％在電子化學蝕刻中經由電壓脈衝來產生的。 y 3·如申請專利範圍第1項所述之製程，其中係使用矩 形式的脈衝，特別是電壓脈衝。 =4·如申請專利範圍第2或3項所述之製程，其中施予之 最大電壓為5V-20V，而8V-20V為佳，特別是10V為最佳。 5 ·如申請專利範圍第1項所述之製程，其中電場開啟 時間為2 - 2 0 m s ’而5 -1 5 m s為佳，特別是1 0 m s為最佳。 6 ·如申請專利範圍第1項所述之製程，其中電場關閉 時間為50-25 0ms，而8〇-150ms為佳，特別是90ms為最佳。 7·如申請專利範圍第1項所述之製程，其中施予電場 的關閉與開啟時間的比率為>5:丨，而>10:1為佳。 曰8 ·如申請專利範圍第1項所述之製程，其中在脈衝式 電场的施予下，電子化學性的蝕刻是在一酸性，且未氧化 的電解液中進行的。 9 ·如申請專利範圍第8項所述之製程，其中電解液係 為硫酸，並且為1·63莫耳硫酸為佳。

1241153 六、申請專利範圍 其中在脈衝式 c之間的溫度 其中在脈衝式 1 0 ·如申請專利範圍第1項所述之製程 電場的施予下’電子化學性蝕刻是在3 0 _ 6 0 下進行’以4 0-5 0 ° C之間為佳。 1 1 ·如申請專利範圍第1項所述之製程 電場的施予下’電子化學性蝕刻的時間長度為丨04 〇〇秒， 以20-6 0秒之間為佳，特別是在3〇_4〇秒之間為最佳。 1 2 ·如申請專利範圍第1項所述之製程，其中在沒有電 場下’係以HC1中所謂的以㈡？蝕刻質來進行化學性蝕刻。 1 3 ·如申請專利範圍第1 2項所述之製程，其中蝕刻質 的銅濃度為8 0-1 50 g/丨cu，而以120 g/1 Cu為佳。 1 4 ·如申請專利範圍第1 2或1 3項所述之製程，其中HC 1 濃度為80-150 g/i，而以12〇 g/丨為佳。 1 5 ·如申請專利範圍第1項所述之製程，其中在無電場 的施予下’化學性的蝕刻是在4〇_7〇。C之間進行，以50 —60 ° C之間為佳。 1 6 ·如申請專利範圍第1項所述之製程，其中在無電場 的施予下’化學性蝕刻的時間長度為大於5秒，以丨0-丨〇〇 秒之間為佳’特別是在1 0-4 0秒之間為最佳。 1 7 ·如申請專利範圍第1項所述之製程，其中金屬總蝕 刻層厚度至少80 %係由電子化學性蝕刻完成 而以至少9 0%為佳，而小於2 0%的金屬總蝕刻層厚度則由 化學性蝕刻中來完成，而以小於1 0%為佳。 1 8 ·如申請專利範圍第1項所述之製程，其中金屬係由 電子化子丨生#刻步驟餘刻至剩餘厚度為小於5微米，而以

第16頁 1241153 六、申請專利範圍 ---〜 小於2微米為佳，然後剩餘厚度則以化學性蝕刻 刻。 了从蝕 刻 其中經由在基 而以小於10微 1 9 ·如申請專利範圍第1項所述之製程 層上金屬的勉刻來產生小於25微米的結構 米為佳。 2 0 ·如申請專利範圍第丨項所述之製程，其中 步驟之一所蝕刻的金屬，而以兩製程步驟所蝕刻的程 佳，能夠再活化而提供給在導電基層處理時之進一 ^為 步驟來使用。 V製程 2 1 ·如申請專利範圍第1項所述之製程，其中被 金屬能在循環的製程中再導入前述之進一步製程步驟^的 2 2 ·如申請專利範圍第2 0或2 1項所述之製程，其中 钱刻的金屬能再活化為金屬型式，而以經由金屬於〃 ？ 進行沈殿為佳。 上 23 ·用來執行申請專利範圍第1項所述之製程 包括·· 衣置， 風 至少一合適的容器用來進行導電基層的電子化學和 學處理； ϋ化 至少一第一裝置，藉由它得將基層作為陽極 路中； ν等入電 一作為陰極而導入電路中的另一電椏； 一，源，藉由它得於陰陽極之間產生一脈衝式電場· 其匕裝置’其作為進給或輸出反應媒介，特別是液 應媒；| ’其作為設備的控制調整、反應參數以及已進 第17頁 1241153 六、申請專利範圍 行的金屬#刻的測量和評估，或其它之用途。

1ΙΗΙ 第18頁 本! InJm： w'" 申請案號：$// £1 IPC分類 Ht味 撕衫5射曰 修正本, (以上各欄由本局填註） 發明專利說明書 -」1 中文 電路板或其它之導電基層加工製程 、 發明名稱 英文 Verfahren zur Behandlung von elektrisch leitfahigen Substraten wie Leiterplatten und dergleichen 姓名 (中文） 1·蕾娜特福洛伊登柏格女士 2.佛克羅戈爾先生 3·克利斯丁安史密特先生 4·安德雷斯希克洛卡先生 二 發明人 (共5人） 姓名 (英文） 1. Dr. Renate Frcudcnberger/Mrs. 2. Voker Rogoll/Mr. 3. Christian Schmid/Mr. 4. Dr. Andreas Ziclonka/Mr. - 國籍 (中英文) 1. 德國DE 2. 德國DE 3. 德國DE 4. 德國DE 名稱或 姓名 (中文） 1.德商迅得公司 名稱或 姓名 (英文） 1. Gebr. Schmid GmbH & Co. 申請人 (共1人） 國籍 (中英文) 1.德國DE 住居所 1· 市(72250)羅勃特波希衔32-34號 (本地址與前向貴局申請者不同） 住居所 (營業所) (英文5 l.No. 32-34 Robert-Bosch-StraBe 72250 Freudenstadt. Germany 代表人 (中文） 丄·克利斯丁安史密特先生- 代表人 (英文） 1. Christian Schmid/Mr.