TWI415535B - 印刷電路板及其製造方法 - Google Patents

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Description

印刷電路板及其製造方法
本發明係主張關於2009年11月25日申請之韓國專利案號10-2009-0114286之優先權，藉以引用的方式併入本文用作參考。
本發明係關於一種印刷電路板具有線路圖案嵌入於板中之結構及其製造方法。
印刷電路板是藉由使用例如銅的傳導材料在一電氣絕緣板上印製線路，且印刷電路板是指一種線路板在電子部件尚未安裝於板上時的狀態。亦即，電子部件嵌入在電路板的位置是固定而用以連接各種電子部件之電路線印刷在一平面上。
通常，印刷電路板藉由高生產率和低製造成本的微影製程所製造。使用微影製程製造印刷電路板的方法有許多種，例如減色法(subtractive process)和半添加法(semi-additive process,SAP)。
圖1繪示減色法的範例。
詳細而言，減色法的步驟為(a)形成一金屬層2在一絕緣層1上、(b)在塗覆光敏材料於金屬層2後，藉由曝光和顯影該光敏材料形成圖案3、(c)蝕刻該圖案、以及(d)藉由移除該光敏材料3形成一線路圖案4。
圖2繪示半添加法的範例。
詳細而言，半添加法的步驟為(a)形成一種子層12在一絕緣層11上，(b)藉由塗覆光敏材料在該種子層上而圖案化，(c)形成無電鍍銅電鍍層14，(d)移除該光敏材料13，以及(e)移除該種子層12。在半添加法中，如圖3所示，線路圖案14可形成在一就對位(alignment)而言的所需位置上。
然而，由於由減色法和半添加法製造出的印刷電路板之線路無法具有平坦表面的絕緣層，因此限制了形成精細圖案(fine pattern)的可能。由於包括絕緣材料的表面的低照度(low illuminance)對形成精細圖案是有利的。然而，在此情況下，介於絕緣層和光敏材料之間的接觸變得不佳，因而在形成線路的連續製程發生脫層(delamination)問題，致使形成線路時產生負面效應。當為高照度時，介於光敏材料和一基材之間的接觸被改善了。然而，由於細微(fine)的銅容易在光敏材料的鍍覆和脫層後移除最後種子層的製程中殘留在粗糙的絕緣材料中，而造成電氣短路的極大可能。此外，由於蝕刻劑滲透線路的底層(under layer)而使形成線路形狀變得困難，使高照度(high illuminance)在形成高可靠度的精細圖案時亦有其負面效益。
因此，由於絕緣材料的照度之間的一負面關係，為實現精細圖案和達成具可靠度的精細圖案的能力，需要一特別的方法。
作為解決精細圖案限制的方法，嵌入線路的方法可以藉由形成線路的圖案形狀於一連串的承載基板，該承載基板包括一金屬層的表面和用以支撐該金屬層的一絕緣層、藉由旋轉該承載板使該線路面對該絕緣材料、以及壓印(Pressing)該線路。
圖4繪示嵌入線路圖案在絕緣層中的製程範例。
該製程為(a)形成一承載板21其包括一種子層22，(b)塗佈和圖案化一光敏材料23、(c)填充一金屬材料以形成一線路圖案24、(d)移除該光敏材料23、(e)校準(aligning)該線路圖案24以面對該絕緣層25和層壓(laminating)、(f)壓印該對準的線路圖案、(g)移除該承載板21、以及(h)移除該種子層22。
然而，由於線路圖案的嵌入方法相當複雜，且當線路24嵌入在絕緣層25中時，可能造成對位(alignment)上的麻煩，使得線路圖案24可能無法嵌入在如圖5所繪示之所欲位置。此外，更存在著高成本和低的製程生產率的問題。
本發明所欲解決的問題將如下描述。
本發明的一考量面在於提供一印刷電路板能形成精細圖案且不會有對位問題。其主要是藉由形成一線路圖案在一絕緣層類似現有的半添加製程(semi-additive process)且高可靠度的精細圖案可藉由執行一連串的製程而形成，該些製程包括嵌入突起的線路到絕緣層中以改善所形成的精細圖案可靠度的製程、以及該印刷電路板的製造方法。
本發明的另一考量面在於提供一印刷電路板，其可藉由在嵌入線路後，移除種子層的蝕刻製程期間，執行過蝕刻(over-etching)一線路層，使該線路層低於一表面而具有降低因相鄰線路之間的離子移動(ion migration)而產生劣等線路可能性的能力、以及該印刷電路板的製造方法。
依據本發明實施例，提供一印刷電路板的製造方法，包括(a)形成一線路圖案在一種子層上，該種子層形成在一絕緣層上；(b)藉由一壓印法(press method)嵌入該線路圖案到絕緣層中；以及(c)移除該種子層而形成可靠度高的精細圖案。
特別是步驟(a)包括：(a-1)形成該種子層在該絕緣層上；(a-2)塗佈一光敏材料在該種子層上而藉由曝光和顯影製程被圖案化；(a-3)填充一金屬材料在該圖案化的光敏材料層中以形成該線路圖案；以及(a-4)移除該圖案化的光敏材料。
此外，種子層在(a-1)步驟中為一金屬層包括銅(Cu)、金(Au)、鎳(Ni)、鈀(Pd)、銦(In)、鈦(Ti)、和錫(Sn)中的至少一種。一傳導聚合物(polymer)使用烯烴(alkene)例如苯胺(aniline)、吡咯(pyrrole)、塞吩(thiophene)、和乙炔(acetylene)及其衍生物(derivatives)作為單體(monomer)，或包括碳(carbons)例如石墨(graphite)、奈米碳管(carbon nanotube)、以及碳黑(carbon black)和無機材料(inorganic materials)例如銦(In)、錫(Sn)、以及二氧化鈦(TiO2 )中的至少一種。
步驟(a-3)為填充金屬材料以及無電鍍(electroless plating)、電鍍(electroplating)、網版印刷(screen printing)配料(dispensing)、油墨噴灑法(ink spray method)、和一乾式法(dry method)中的至少一種的方法，而在步驟(a-3)的金屬材料包括銅(Cu)、銀(Ag)、錫(Sn)、金(Au)、鎳(Ni)、以及鈀(Pd)中的至少一種。
步驟(b)中的壓印法(press method)為同時施加熱和壓力的壓印法、使用超音波(ultrasonic waves)的壓印法、或使用熱雷射(theraml laser)的壓印法中的至少一種。
該方法更可包括(d)在步驟(c)後的過蝕刻(over-etching)使得嵌入線路的高度低於絕緣層的表面，因此可防止相鄰線路之間的離子移動以降低劣等線路的可能性。
依據本發明實施例，同時提供一印刷電路板包括一線路圖案嵌入在一絕緣層中，使得暴露出的線路圖案表面之高度低於絕緣層的表面，因此得以形成可靠的精細圖案及防止離子移動以降低劣等線路。
根據本發明實施例，藉由直接形成線路圖案於一絕緣層，可形成一精細圖案而不會發生對位問題，且可藉由執行嵌入突起線路於絕緣層中而所形成高密度與高可靠度的線路圖案以增加所形成的精細圖案的可靠度。
此外，因相鄰線路之間的離子移動，而造成劣等線路的可能性可藉由增加一過蝕刻一線路層的製程，使該線路層低於絕緣層的表面在移除一種子層的蝕刻製程期間而得以減少，以及因離子移動而造成劣等線路得以減少。
本發明的前述和其它目的、特徵、考量面和優點將從後續詳細說明與伴隨的圖示而變成顯而易知。
用於說明的術語僅於描述特定的實施例而已，並非用以限定本發明。
本發明可以不同方式而具體化並可有不同的實施例，每一實施例將會藉由圖示而被詳細說明。然而，應被理解的是後文的示範性描述並不意謂限定本發明於特定的形式而更正確地說應包含所有的更動、潤飾與替換等不脫離本發明精神與範圍皆屬於本發明。因此，圖示中，為能清楚瞭解，元件的尺寸將以誇大方式呈現而相似的元件也以相同的標號標示。
圖6和圖7繪示根據本發明之詳細製造方法的流程圖。
本發明提供一印刷電路板製造方法包括：(a)形成一線路圖案在一種子層上，該種子層在形成一絕緣層上；(b) 藉由一壓印法，嵌入該線路圖案到該絕緣層中；以及(c)移除該種子層而形成一種印刷電路板具有藉由直接形成該圖案在一所欲的絕緣層上而形成一精細圖案且不會有對位問題的能力及具有藉由包括嵌入一突起線路到該絕緣層中的製程而增加該精細圖案可靠度的能力。
詳細而言，在步驟S1，一種子層120的一薄金屬膜形成在一絕緣層110上。當包含種子層120的一基板或部份的種子層120和基板經衝孔(punch)，可形成一孔洞(via hole)。種子層120可為一金屬層包括銅(Cu)、金(Au)、鎳(Ni)、鈀(Pd)、銦(In)、鈦(Ti)、和錫(Sn)中的至少一種，或一傳導聚合物(polymer)使用烯烴(alkene)例如苯胺(aniline)、吡咯(pyrrole)、塞吩(thiophene)、和乙炔(acetylene)及其衍生物(derivatives)作為單體(monomer)。此外，種子層120可包括碳(carbons)例如石墨(graphite)、奈米碳管(carbon nanotube)、以及碳黑(carbon black)和無機材料(inorganic materials)例如銦(In)、錫(Sn)、以及二氧化鈦(TiO2 )中的至少一種，以及可以是聚合體複合物(polymer complex)其包括金屬顆粒和離子。。
在步驟S2中，光敏材料塗佈在種子層120上且塗佈的種子層120經圖案化。在此例中，塗佈在種子層120的光敏材料可藉由曝光和顯影製程形成一所欲圖案130。
之後，在步驟S3中，該所欲的圖案140可藉由填充金屬在圖案化的光敏材料層中130。在此例中，該金屬可包括銅(Cu)、銀(Ag)、錫(Sn)、金(Au)、鎳(Ni)、以及鈀(Pd)中的至少一種。此外，填充該金屬的方法可為無電鍍(electroless plating)、電鍍(electroplating)、網版印刷(screen printing)配料(dispensing)、油墨噴灑法(ink spray method)、以及一乾式法(dry method)中的一種。另乾式法有許多種例如濺鍍(sputter)和蒸鍍法(evaporation)。
在步驟S4中，移除光敏材料130而僅留下所欲的線路圖案140於種子層120上。線路圖案140從該基板上保持突起。
在步驟S5中，該突起的線路圖案藉由一壓印法而嵌入在絕緣層110中。在此例中，該壓印法可為同時施加熱和壓力、使用超音波(ultrasonic waves)、或使用熱雷射(theraml laser)中至少一種的壓印法。
在步驟S6中，當在絕緣層110上的種子層120被移除，嵌入線路圖案140在絕緣層110中的印刷電路板得以獲得。就其本身而論，由於可藉由如現有的半添加製程直接形成線路圖案140在絕緣層110上而將線路圖案140形成在所欲之位置上，所以不會發生線路嵌入時的對位問題，就如同圖8所示。
之後，印刷電路板的製造方法更可包括過蝕刻線路圖案140的步驟，使得線路圖案140低於絕緣層110於步驟S7中。藉由執行過蝕刻而可減少相鄰線路之間的離子移動所造成劣等線路的可能性。
圖8顯示藉由嵌入線路圖案140所製造的印刷電路板。圖9為藉由增加過蝕刻製程使過蝕刻後的線路圖案140低於絕緣層110的部份印刷電路板剖視圖。
參閱圖8和圖9，根據本發明製造方法所製造出的印刷電路板包括：一絕緣層，以及藉由一壓印法嵌入在絕緣層110中的線路圖案140，其中暴露的線路圖案140表面低於絕緣層110的表面。亦即，由於印刷電路板具有藉由形成種子層在絕緣層上、藉由直接形成線路圖案在種子層上、以及藉由壓印線路圖案使其嵌入的結構，基本的線路圖案得以實現在絕緣層表面下方。當增加上述過蝕刻製程時，暴露至外部的線路圖案表面低於絕緣層的表面相差一階(step)d的高度。
因為製程的特質，線路圖案暴露出的表面的直徑(diameter)T1大於線路圖案的下表面的直徑T2。亦即，該上部(upper portion)的一預定部由於壓力施加於該上部而具有較大的直徑，因此線路圖案的整體形狀從上表面至下表面逐漸變得尖細。
此外，由於根據本發明製造過程的特性，因為形成了種子層，而線路圖案形成在種子層上，之後直接執行嵌入 (embedding)製程。種子層必須嵌入到絕緣層中，在線路圖案的下表面。
因此，如圖8和9所繪示，線路圖案可在種子層120存在於線路圖案140下表面的結構中得以實現。
在此例中，線路圖案140可由銅(Cu)、銀(Ag)、錫(Sn)、金(Au)、鎳(Ni)、以及鈀(Pd)中的一種或至少兩種所製成，而種子層可由與線路圖案的相同材料所製成。
相反地，當形成在線路圖案下表面的薄的種子層由不同於線路圖案的材料所製成時，種子層可由傳導聚合物(polymer)使用烯烴(alkene)例如苯胺(aniline)、吡咯(pyrrole)、塞吩(thiophene)、和乙炔(acetylene)及其衍生物(derivatives)作為單體(monomer)，其中種子層形成在該絕緣層與該些線路圖案的一下表面之間。
除此之外，當該薄的種子層實現在線路圖案的下表面時，種子層可由聚合物複合體(polymer complex)其包括金屬顆粒和離子或者碳類(carbons)例如石墨(graphite)、奈米碳管(carbon nanotube)、以及碳黑(carbon black)和無機材料(inorganic materials)例如銦(In)、錫(Sn)、以及二氧化鈦(TiO2)中的至少一種。
在先形成線路圖案於承載基板上及施加壓力於絕緣層以嵌入線路圖案的習知方法中，線路圖案無法形成在如圖5所示的所欲位置上，造成對位問題。然而，根據本發明製造過程具有區別特性所實現的印刷電路板中，線路圖案 140直接形成在將被嵌入的絕緣層110，且線路圖案140能夠被嵌入到如圖8和9的所欲位置上，因此得以解決線路的對位問題。
雖然本發明以相關的較佳實施例進行解釋，但是這並不構成對本發明的限制。應說明的是，本領域的技術人員根據本發明的思想能夠構造出很多其他類似實施例，這些均在本發明後續所定義的權利宣告範圍中。
1‧‧‧絕緣層
2‧‧‧金屬層
3‧‧‧光敏材料
4‧‧‧線路圖案
11‧‧‧絕緣層
12‧‧‧種子層
13‧‧‧光敏材料
14‧‧‧線路圖
21‧‧‧承載板
22‧‧‧種子層
23‧‧‧光敏材料
24‧‧‧線路圖案
25‧‧‧絕緣層
110‧‧‧絕緣層
120‧‧‧種子層
130‧‧‧光敏材料
140‧‧‧線路圖案
T1‧‧‧直徑
T2‧‧‧直徑
d‧‧‧階
S1~S7‧‧‧步驟
圖1和圖2繪示根據習知技術的印刷電路板製造方法的視圖。
圖3為藉由習知半添加製程所形成的線路圖案其部份的對位之剖視圖。
圖4為藉由習知線路嵌入方法的印刷電路板製造流程的視圖。
圖5為藉由圖4的方法所形成的線路圖案之部份的對位剖視圖。
圖6為藉本發明實施例的印刷電路板製造方法的流程圖。
圖7繪示對應圖6流程圖的印刷電路板製造方法流程圖的剖視圖。
圖8和圖9繪示根據本發明所形成的線路圖案之部份 的對位的剖視圖。
S1．．．形成種子層在絕緣層上
S2．．．光敏材料圖案化
S3．．．填充金屬材料以形成線路圖案
S4．．．移除光敏材料
S5．．．藉由壓印法嵌入線路
S6．．．移除種子層
S7．．．執行過蝕刻

Claims (17)

  1. 一種印刷電路板的製造方法，該方法包括：(a)形成線路圖案在一種子層上，該種子層形成在一絕緣層上，其中該線路圖案係由不同於該種子層之材料所製成；(b)藉由一壓印法，嵌入該線路圖案至該絕緣層中；以及(c)移除該種子層；(d)過蝕刻該線路圖案之一表面，因此該嵌入的線路圖案之高度低於該絕緣層之一表面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中步驟(a)包括：(a-1)形成該種子層在該絕緣層上；(a-2)塗佈一光敏材料在該種子層上以藉由一曝光製程和一顯影製程而圖案化；(a-3)填充一金屬材料在該圖案化的光敏材料層以形成該線路圖案；以及(a-4)移除該圖案化的光敏材料層。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之製造方法，其中該種子層在步驟(a-1)中為一金屬層包括包括銅(Cu)、金(Au)、鎳(Ni)、鈀(Pd)、銦(In)、鈦(Ti)、和錫(Sn)中的至少一種。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之製造方法，其中該種子層在步驟(a-1)中為使用烯烴(alkene)的一傳導聚合物，該烯烴為苯胺(aniline)、吡咯(pyrrole)、塞吩(thiophene)、和乙炔(acetylene)及其衍生物(derivatives)作為單體。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之製造方法，其中該種子層在步驟(a-1)中為一聚合物複合體包括金屬顆粒和離子。
  6. 如申請專利範圍第2項所述之製造方法，其中該種子層在步驟(a-1)中包括至少一種的碳類，該碳類包括石墨(graphite)、奈米碳管(carbon nanotube)、以及碳黑(carbon black)和無機材料(inorganic materials)，而該無機材料包括銦(In)、錫(Sn)、以及二氧化鈦(TiO2)。
  7. 如申請專利範圍第2項所述之製造方法，其中該步驟(a-3)為填充該金屬材料的一方法以及一無電鍍電鍍(electroless plating)、一電鍍(electroplating)、一網板印刷(screen printing)一配料(dispensing)、一油墨噴灑法(ink spray method)和一乾式法(dry method)中之一方法。
  8. 如申請專利範圍第2項所述之製造方法，其中在該步驟(a-3)中的該金屬材料包括銅(Cu)、銀(Ag)、錫(Sn)、 金(Au)、鎳(Ni)、以及鈀(Pd)中的至少一種。
  9. 如申請專利範圍第2項所述之製造方法，其中在該步驟(b)中的該壓印法為同時施加熱和壓力的壓印法、使用超音波(ultrasonic waves)的壓印法、或使用熱雷射(theraml laser)的壓印法中至少一種。
  10. 一種印刷電路板，包括：一絕緣層；藉由一壓印法嵌入在該絕緣層中的多個線路圖案；以及一薄的種子層，由與該線路圖案不相同的材料所製成，並且形成在該絕緣層與該些線路圖案的一下表面之間，因此藉由一過蝕刻而使該線路圖案暴露出的表面的高度低於該絕緣層的表面。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之印刷電路板，其中該線路圖案暴露出的該表面的直徑(T1)大於該線路圖案的下表面的直徑(T2)。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之印刷電路板，其中該線路圖案為從上表面至下表面逐漸變得尖細的形狀。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之印刷電路板，其中該線路圖案由銅(Cu)、銀(Ag)、錫(Sn)、金(Au)、鎳(Ni)、以及鈀(Pd)中的一種或至少兩種所製成。
  14. 如申請專利範圍第10項所述之印刷電路板，其中該種子層包括銅(Cu)、金(Au)、鎳(Ni)、鈀(Pd)、銦(In)、鈦(Ti)、和錫(Sn)中的至少一種。
  15. 如申請專利範圍第10項所述之印刷電路板，其中該種子層為使用烯烴(alkene)的一傳導聚合物，該烯烴為苯胺(aniline)、吡咯(pyrrole)、塞吩(thiophene)、和乙炔(acetylene)及其衍生物(derivatives)作為單體。
  16. 如申請專利範圍第10項所述之印刷電路板，其中該種子層為一聚合物複合體包括金屬顆粒和離子。
  17. 如申請專利範圍第10項所述之印刷電路板，其中該種子層是由至少一種的碳類所製成，該碳類包括石墨(graphite)、奈米碳管(carbon nanotube)、以及碳黑(carbon black)和無機材料(inorganic materials)，而該無機材料包括銦(In)、錫(Sn)、以及二氧化鈦(TiO2)。
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