TWI538595B - 製造印刷電路板之裝置及方法 - Google Patents

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TWI538595B
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全起道
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徐玄錫
金秉浩
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Description

製造印刷電路板之裝置及方法
本發明係主張關於2011年12月15日申請之韓國智慧財產局韓國專利案號10-2011-0135963之優先權。其全部內容以引用的方式併入本文用作參考。
本發明係關於一種製造印刷電路板的方法及裝置。
印刷電路板藉由以如銅的導電材料來印製電路線圖案於一電性絕緣基板上，而且在電子構件安裝前被稱為一平板。亦即，印刷電路板表示一電路板其具有可將多種電子裝置緊密安裝在一平面板體上的配置，每個構件的安裝位置係被確定，以及連接這些構件的一電路圖案係被印製並固定在該平板的表面上。
同時，為因應近來高性能和小體積電子構件的趨勢，可使該板表面平整同時可減少印刷電路板厚度的埋入式圖案已被廣泛使用。
圖1顯示一般埋入式印刷電路板。
如圖1所示，一埋入式印刷電路板10的配置係為：一埋入式圖案槽2係形成在絕緣板1的表面上，且使用電鍍藉由掩埋(burying)該埋入式圖案槽2而形成一電路圖案3。
在形成有埋入式圖案3的印刷電路板10中，由於基底電路圖 案和一接觸部的形成結構，而與一絕緣構件的結合力變得非常高，且該基底電路圖案和接觸部的間距係均勻且精密的形成。
然而，就使用電鍍形成該埋入式電路圖案3的情況下，形成圖案槽2所在區域和其餘區域之間產生電鍍差異。因此，在電鍍後進行蝕刻時，蝕刻無法均勻的進行。據此，如圖1，由於蝕刻未在該電路圖案3的一區域進行，相鄰的電路圖案之間發生短路，而且由於在其它區域過度進行蝕刻，訊號傳送發生錯誤。
本發明之一目的在於提供一種埋入式電路圖案的新式製造方法。
本發明的另一目的在於提供一種印刷電路板，其應用一可改善可靠度的絕緣材料，以形成埋入式電路圖案。
根據本發明，其提供一種印刷電路板的製造方法，包含：準備一絕緣基板，該絕緣基板包含浸漬(impregnate)一固體構件(solid component)的一樹脂材料；藉由蝕刻該絕緣基板的上表面而形成電路圖案槽；形成一電鍍層，其中該電路圖案槽係被掩埋在該電鍍層中；以及藉由移除該電鍍層直至該絕緣層暴露出而形成一埋入式電路圖案，其中該固體構件具有小於該埋入式電路圖案之5%寬度的直徑。
根據本發明，該電路圖案是藉由使用電鍍掩埋該基板的槽而形成，而且使用一化學和物理蝕刻處理而移除該絕緣層上部的電鍍層，藉此可使該埋入式電路圖案簡單且精密的形成。
同時，藉由使用化學和物理蝕刻處理，可進行該蝕刻處理而不會造成相鄰電路圖案之間的短路，直至該絕緣層暴露出為止。
同時，由於一具有預定或更小尺寸的填充物為了該電路圖案而應用至該絕緣層，可以減少因該填充物從邊緣部分與該電路圖案分離 而造成空洞(void)的發生，亦可確保可靠度。
1‧‧‧絕緣基板
2‧‧‧埋入式圖案槽
3‧‧‧埋入式圖案
10‧‧‧埋入式印刷電路板
100‧‧‧印刷電路板
110‧‧‧絕緣板
120‧‧‧第一電路圖案
130‧‧‧絕緣層
131‧‧‧電路圖案槽
135‧‧‧貫孔
136‧‧‧固體構件
137‧‧‧充填物
140‧‧‧金屬層
150‧‧‧第二電路圖案
151‧‧‧介層窗
155‧‧‧電鍍層
200‧‧‧圖案罩幕層
400‧‧‧印刷電路板
h1‧‧‧直徑
本說明書包括附圖以提供進一步瞭解本發明，該些附圖併入並構成本說明書的一部份。該些附圖說明本發明示範實施例，而且連同其敘述作為解釋本發明的原則。在該些附圖中：圖1為根據習知技術之一印刷電路板的剖視圖。
圖2為根據本發明一示範實施例之一印刷電路板的剖視圖。
圖3至圖8顯示本發明之一印刷電路板製造方法的剖視圖。
圖9和圖10為顯示根據本發明一印刷電路板之效果的圖形及相片。
圖11為根據本發明另一示範實施例之一印刷電路板的剖視圖。
以下將詳細敘述本發明的優選實施例，並參照附圖，在此方式下熟習此項技術者易於實施本發明所涉及的。然而本發明可以不同方式實施，而且不應被解釋為受限於以下所說明的實施例。反而，提供這些實施例以使本說明書正確與完整，而且將本發明的範圍完全傳達給熟習此項技術者。以下所使用的術語只為描述特定的實施例，並不意圖限制示範實施例。
更需說明的是，本說明書中使用的「包括」一詞指定說明所述特色、整數、步驟、操作、構件、和/或組件的存在，但不排除一或多個其它特色、整數、步驟、操作、構件、組件、和/或群組的存在或添加物。
為清楚解說本發明，將省略與該解說無關的部分，而且為了清楚表示各種層和區域，它們的厚度被放大。同時，在整個附圖的描述中類似的數字指稱類似的構件。
當指明一部件例如一層、膜、區域、板以及相似物是在其它部件「之上」，這包括該部件就在該另一部件之上的狀況以及還另有部件在這兩者中間的狀況。反之，當指明一部件是就在其它部件之上，這代表在它們中間沒有另一部件。
關於以埋入形式形成電路圖案的印刷電路板，本發明提供一種方法控制該電路圖案形成所在之絕緣層的固體構件大小。
以下將解說根據一示範實施例的一印刷電路板，並參閱附圖2至圖10。
圖2為根據本發明一示範實施例之一印刷電路板的剖視圖。
參閱圖2，根據本發明一示範實施例之一印刷電路板100包含：一絕緣板110；一第一電路圖案120形成在絕緣板110上；一絕緣層130；以及複數個第二電路圖案150。
絕緣板110可以為熱固性或熱塑性的高分子基板、陶瓷基板、有機-無機複合材料基板、或是玻璃纖維浸漬基板。當絕緣板110包括高分子樹脂時，它可包括一環氧基絕緣樹脂、或一聚醯亞胺基樹脂。
作為一基底電路圖案，該些第一電路圖案120係形成在絕緣板110上。
第一電路圖案120可由具有高導電性和低電阻的材料所形成，而且可藉由圖案化一為薄銅層的銅箔層作為導電層而形成。當第一電路圖案120為銅箔層且絕緣板110包含樹脂時，第一電路圖案120和絕緣板110可以為一般銅箔基板(CCL)。
同時，絕緣層130形成在絕緣板110上以掩埋第一電路圖案120。
絕緣層130可以形成為複數個絕緣層130的形式。
絕緣層130的配置可為：一固體構件130a浸漬在一樹脂材料中，且該樹脂材料可包含一環氧樹脂或一聚醯亞胺基樹脂。
固體構件136、137可為強化纖維、玻璃纖維、或一充填物137等等，較佳為混合玻璃纖維136和充填物137的一混合物。
此時，固體構件136、137可以減少因熱而造成該樹脂材料的收縮和延伸，而且增加絕緣層130的強度。
此時，充填物137可為一無機充填物137以及一無機物質如二氧化矽(SiO2)、三氧化二鋁(Al2O3)和類似物。
形成的固體構件136、137之充填物137的大小可使直徑h1滿足小於電路圖案150之5%的寬度。當第二電路圖案150的寬度為3至25 μm時，充填物137可具有0.15至0.75 μm的寬度，較佳為0.15至0.4 μm。
絕緣層130包括：一貫孔135其中該第一電路圖案係透過該貫孔135而暴露出；以及一電路圖案槽131用以形成該些第二電路圖案150。
在此時，形成的電路圖案槽131其剖面具有一斜面(slant)。較佳為該剖面可形成其寬度朝底部逐步變窄。
電路圖案槽131的圖案寬度範圍可從3至25 μm，圖案深度範圍可從3至25 μm。再者，貫孔135的凹雕(intaglio)可滿足直徑約小於80 μm、以及深度約小於100 μm。
當電路圖案槽131的圖案深度小於10 μm時，電路圖案槽131可具有V形狀的剖面。
在絕緣層130之電路圖案槽131和該些貫孔135的內部，一金屬層140沿著電路圖案槽131的U形狀而形成。
金屬層140為一種子層。該金屬層可由銅(Cu)、鎳 (Ni)、或其合金所形成。
將電路圖案槽131和貫孔135分別埋入的該些第二電路圖案150以及介層窗(via)151係形成在金屬層140上。
該些第二電路圖案150和介層窗151可同時形成，而且可由包含鋁(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)、鉑(Pt)、鎳(Ni)、鈀(Pd)其中至少一者的合金、並藉由電鍍金屬層140為種子層而形成。
以下將解說圖2中印刷電路板100的製造方法，並參閱附圖3至10。
首先，如圖3所示，第一電路圖案120形成在絕緣板110上。
絕緣板110和第一電路圖案120的配置可透過根據第一電路圖案120的設計藉由蝕刻銅箔基板(CCL)的銅箔層所形成。與此不同的是，它們亦可藉由層疊銅箔層在一陶瓷基板上後加以蝕刻而形成。
此時，第一電路圖案120亦可包括一圖案透過貫孔135而與第二電路圖案150連接，如圖2所示。
接著，藉由形成絕緣層130在絕緣板110上而製備一絕緣基板，以掩蓋第一電路圖案120。
絕緣層130可藉由將熱固性樹脂以及半硬化樹脂(還未完全硬化)以一預定厚度施加在絕緣板110上、以及藉由將其加熱和加壓使其硬化而形成。再者，絕緣層130亦可形成為複數層的形式。
絕緣層130可配置成：固體構件130a浸漬在該樹脂材料中，而且該樹脂材料可包括一環氧樹脂或一聚醯亞胺基樹脂。
固體構件136、137可為強化纖維、玻璃纖維或一充填物137等等，較佳為混合玻璃纖維136和充填物137的一混合物。
形成的固體構件136、137之充填物137的大小可使直徑h1滿足小於電路圖案150之5%的寬度。當第二電路圖案150的寬度為3至 25 μm時，充填物137可具有0.15至0.75 μm的寬度，較佳為0.15至0.4 μm。
接著，如圖4所示，暴露第一電路圖案120的貫孔135可形成在絕緣層130中。貫孔135可形成有一側面，其對該基板的平面以一預定角度傾斜，如圖4所示。不同於此的是，貫孔135可形成有與該基板的平面垂直的一側面。
可使用一雷射形成貫孔135。此時該雷射可使用一紫外光雷射或一二氧化碳雷射。
同時，貫孔135可藉由一物理方法而形成，亦即鑽孔製程，或是藉由以一化學方法藉由選擇性蝕刻而形成。
接著，如圖5所示，用以形成第二電路圖案150的電路圖案槽131係形成在絕緣層130中。就圖5來說，可使用發出具紫外光波長之雷射光束的一準分子雷射來形成電路圖案槽131。一KrF準分子雷射(亦即具有248 nm中心波長的氪氟雷射)、或是一ArF準分子雷射(亦即具有193中心波長的氬氟雷射)以及類似物可應用為準分子雷射。
當電路圖案槽131係使用準分子雷射形成時，形成用來同時形成電路圖案槽131的一圖案罩幕層(pattern mask)200，然後準分子雷射透過圖案罩幕層200來選擇性照射，進而形成電路圖案槽131。
如圖5所示，在電路圖案槽131是透過使用準分子雷射透過圖案罩幕層200來形成的情形下，電路圖案槽131的剖面形成具有梯形形狀或矩形形狀，如圖5所示。
此時，具有一面積大於貫孔135所暴露出之上表面的凹部(groove)可被形成於具有貫孔135的一區域中，因此貫孔135可具有一層狀結構。
在貫孔135以該層狀結構形成的情況下，貫孔135的上延伸表面可作為焊墊用來安裝裝置，藉此安裝裝置的區域得以固定。
接著，藉由進行一除膠渣(desmear process)製程而移除絕緣層130表面的膠渣(smear)。
亦即，在絕緣層130膨脹(bulging)後，使用高錳酸鹽移除膨脹的絕緣層130，而且透過一濕處理移除該膠渣以中和絕緣層130的表面。
透過該除膠渣製程可在絕緣層130的表面提供表面粗糙(roughness)。
接著，如圖6所示，金屬層140形成在絕緣層130上。
可藉由一無電電鍍法(electroless plating method)來形成金屬層140。
該無電電鍍法可依一去油污製程、一軟蝕刻製程、一前催化製程、一催化處理製程、一加速製程、一無電鍍製程、以及一抗氧化處理製程的順序進行。另外，金屬層140可藉由使用電漿來濺鍍金屬粒子而形成。
金屬層140可由包括銅(Cu)、鎳(Ni)、鈀(Pd)或鉻(Cr)的一合金所形成。
接著，如圖7所示，一電鍍層155是藉由利用金屬層140作為種子層來電鍍傳導材料而形成。
電鍍層155可藉由電解電鍍作為種子層的金屬層140而形成。該電解電鍍可根據一電鍍區域藉由控制電流來進行。
電鍍層155可由具有高導電性的銅(Cu)所形成。
接著，如圖8所示，為了將電鍍層155從絕緣層130移除，可進行一化學和物理研磨製程。
亦即，參閱圖8，印刷電路板100係設置在一平板310上，而且過電鍍的電鍍層155在一pH9以上的一強鹼氣體環境(alkali atmosphere)使用一研磨劑來研磨，該研磨劑中，氨為主要材料，並添加入少許的過氧化氫(hydrogen peroxide)。
研磨器320在平板310上轉動，導致過電鍍的電鍍層155與研磨劑產生物理蝕刻。
據此，如圖8，透過化學和物理蝕刻製程，蝕刻電鍍層155直至絕緣層130暴露出。所以可完全蝕刻而沒有任何電鍍層155殘留在於絕緣層130上。
平板310具有小於1300 mm的直徑且可具一熱絲(heat wire)以將熱能傳導至印刷電路板100。據此，具有大於510 mm×410 mm之長度和寬度的印刷電路板100可被同時蝕刻，所以移除具有大尺寸之電鍍層155的製程可被實現。
參閱圖9、10，在固體充填物137的直徑h1具有約0.5 μm分佈的狀況下，在移除電鍍層155時剩餘在絕緣層130表面的充填物137係暴露出且為分散，因此在該表面發現一約3 μm的空洞，如圖9b所示。在該空洞大於3 μm的情況下，該不良品將被丟棄。
此時，如圖10a所示，在固體充填物137的直徑h1具有約1.25 μm分佈的狀況下，由於在移除電鍍層155時剩餘在絕緣層130表面之分散的固體充填物137所造成的空洞具有小於1 μm的大小，如圖10b所示。
據此，由於該空洞遠不及不合格的範圍，因此可改善生產率。
以下將解說根據本發明另一示範實施例的印刷電路板，並參閱圖11。
參閱圖11，一印刷電路板400包含：絕緣板110；第一電路圖 案120形成在絕緣板110上；絕緣層130；以及複數個第二電路圖案150。
絕緣板110可以為熱固性或熱塑性的高分子基板、陶瓷基板、有機一無機複合材料基板、或是玻璃纖維浸漬基板。當絕緣板110包括一高分子樹脂時，它可包括一環氧絕緣樹脂。與此不同的是，絕緣板110亦可包括一聚醯亞胺基樹脂。
作為一基底電路圖案，該些第一電路圖案120形成在絕緣板110上。
第一電路圖案120可由具有高導電性和低電阻的材料所形成，而且可藉由圖案化一作為導電層的薄銅層而形成。當第一電路圖案120為銅箔層，且絕緣板110包括樹脂時，第一電路圖案120和絕緣板110可為一般銅箔基板(CCL)。
同時，絕緣層130形成在絕緣板110上以埋入第一電路圖案。
絕緣層130可形成為複數個絕緣層130，而且每一絕緣層130可為一高分子樹脂和類似物。
絕緣層130可配置成：固體構件130a浸漬在該樹脂材料中，且該樹脂材料可包括一環氧樹脂或一聚醯亞胺基樹脂。
固體構件136、137可為強化纖維、玻璃纖維、或充填物137等等，且較佳為混合玻璃纖維136和充填物137的一混合物。
形成的固體構件136、137之充填物137的大小可使直徑h1滿足小於電路圖案150之5%的寬度。當第二電路圖案150的寬度為3至25 μm時，充填物137可具有0.15至0.75 μm的寬度，較佳為0.15至0.4 μm。
絕緣層130包括：暴露第一電路圖案的貫孔135；以及電路圖案槽131用以形成該些第二電路圖案150。
在此，形成的電路圖案槽131，其剖面具有一曲線。較佳地，該剖面形成為一U形狀。
電路圖案槽131的圖案寬度範圍可從3至25 μm、圖案深度範圍可從3至25 μm。再者，貫孔135的凹雕(intaglio)可滿足直徑約小於80 μm、以及深度約小於100 μm。
在絕緣層130中的電路圖案槽131和該些貫孔135的內部，金屬層140沿著電路圖案槽131的U形狀而形成。
金屬層140為一種子層。該金屬層可由銅(Cu)、鎳(Ni)、或其合金所形成。
將電路圖案槽131和貫孔135分別埋入的該些第二電路圖案150以及介層窗(via)151係形成在金屬層140上。
該些第二電路圖案150和介層窗151可同時形成，而且可由包含鋁(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)、鉑(Pt)、鎳(Ni)、鈀(Pd)其中至少一者的合金、並藉由電鍍金屬層140為種子層而形成。
就圖10之印刷電路板100而言，絕緣層130的電路圖案槽131形成為曲線狀(curved shape)，且第二電路圖案150係藉由將曲線狀的電路圖案槽131埋入在一金屬中而形成。
像這樣，當該些第二電路圖案150形成為沒有邊緣的曲線狀時，可防止電阻集中至該邊緣而產生的訊號雜訊，而且可減少從該邊緣產生所增加的熱。
如之前所述，在本發明的詳述中，由於詳述本發明的示範實施例，顯而易見的是熟悉此項技術者在不背離本發明的精神或範疇下可作出修改和變化。因此，應理解，上述是本發明的說明，不應被解釋為受限於揭示的特定實施例，而且對揭示的實施例的修改以及其它實施例，意在被包含在所附申請專利範圍及其相等物之範疇內。
100‧‧‧印刷電路板
110‧‧‧絕緣板
120‧‧‧第一電路圖案
130‧‧‧絕緣層
131‧‧‧電路圖案槽
135‧‧‧貫孔
136‧‧‧固體構件
137‧‧‧充填物
140‧‧‧金屬層
150‧‧‧第二電路圖案
h1‧‧‧直徑

Claims (9)

  1. 一種印刷電路板的製造方法，包含：準備一絕緣基板，該絕緣基板包含一樹脂材料，其中一固體構件浸漬在該樹脂材料中；藉由蝕刻該絕緣基板的一上表面而在該樹脂材料上形成一電路圖案槽；形成一電鍍層，其中該電路圖案槽係埋入在該電鍍層中；以及藉由移除該電鍍層直至該絕緣層暴露出為止而形成一埋入式電路圖案，其中該埋入式電路圖案的形成包含：以一第一金屬層電鍍該電路圖案槽的表面；以及藉由電鍍作為一種子層的該第一金屬層來形成該埋入式電路圖案的一金屬層，該金屬層係用來掩埋該電路圖案槽，其中該固體構件具有一直徑小於該埋入式電路圖案之5%的寬度，其中該固體構件的直徑在0.15μm至0.4μm的範圍內，且該埋入式電路圖案的寬度在3μm至25μm的範圍內。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中該電路圖案槽的形成係藉由使用一雷射形成該電路圖案槽來進行。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中該電鍍層的移除係藉由使用一研磨劑在pH9以上的一強鹼氣體環境(alkali atmosphere)來進行移除該電鍍層。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之製造方法，其中該強鹼氣體環境是藉由將該研磨劑與氨和過氧化氫混合而形成。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中該固體構件為一無機充填物。
  6. 一種印刷電路板，包含：一絕緣基板，該絕緣基板包含一樹脂材料，其中一固體構件浸漬在該樹脂材料中，且具有複數個電路圖案槽形成在該絕緣基板的上表面上；複數個埋入式電路圖案，該些埋入式電路圖案係形成來掩埋該些電路圖案槽，其中該固體構件具有一直徑小於該埋入式電路圖案之5%的寬度；一金屬層，沿著該電路圖案槽形成，其中該固體構件的直徑在0.15μm至0.4μm的範圍內，且該埋入式電路圖案的寬度在3μm至25μm的範圍內。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之印刷電路板，其中該絕緣基板包含：一基底電路圖案，該基底電路圖案係圖案化在一絕緣板上；以及一絕緣層形成在該絕緣板上以覆蓋該基底電路圖案，其中該電路圖案槽形成在該絕緣層的一表面上。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之印刷電路板，其中該絕緣層包含一貫孔，其中該基底電路圖案係從該貫孔暴露出。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之印刷電路板，更包含一介層窗，其中該貫孔係被掩埋在該介層窗中。
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