TWI574593B

TWI574593B - 製造印刷電路板的裝置及方法

Info

Publication number: TWI574593B
Application number: TW101147491A
Authority: TW
Inventors: 金秉浩; 徐玄錫; 徐英郁; 劉昌佑; 李尚銘; 全起道
Original assignee: Ｌｇ伊諾特股份有限公司
Priority date: 2011-12-15
Filing date: 2012-12-14
Publication date: 2017-03-11
Also published as: TW201347630A; WO2013089415A1

Description

製造印刷電路板的裝置及方法

本發明係主張關於2011年12月15日申請之韓國專利案號No.10-2011-0135965之優先權。藉以引用的方式併入本文用作參考。

本發明係有關一種製造印刷電路板的裝置及方法。

一印刷電路板(printed circuit board，PCB)係藉由以一導電材料(如銅)將一電路線圖案印刷於一電絕緣基板之上來形成，且在安裝電子元件前，僅被稱為「板」(board)。也就是說，「印刷電路板」指的是一電路板，其結構係用以緊密安裝各種不同電子裝置於一平坦板體上、決定各元件之裝設位置、並將用以連接該些元件之電路圖案印刷、固定於該平坦板體之一表面上。

同時，為應對近年來高效能、小尺寸電子元件之趨勢所需，使用能夠使該板體之一表面更加均勻平坦、又能夠縮小印刷電路板厚度之一埋覆圖案(buried pattern)。

圖1係繪示有一普遍的埋藏式印刷電路板(buried-type printed circuit board)。

如圖1所示，一埋藏式印刷電路板10中，一埋覆圖案凹槽2(buried pattern groove)係形成於一絕緣基板1(insulating substrate)之一表面上，且一電路圖案3係藉由將埋覆圖案凹槽2埋藏於板體來形成。

在形成有電路圖案3於其中之印刷電路板10中，因為基底電路圖案(base circuit pattern)及接觸部分之形成結構的緣故，與絕緣部件之間的一接合力(bonding force)會變得很高，且精細而均勻地形成基底電路圖案及接觸部分之間距(pitch)。

然而，當使用電鍍方法形成電路圖案3時，在形成埋覆圖案凹槽2之一區域及其餘區域之間電鍍係產生一誤差。據此，在電鍍後的蝕刻製程無法均勻地進行。因此，如圖1，因電路圖案3之一區域無法進行蝕刻，故相鄰電路圖案間會發生短路(short)；又因另一區域的蝕刻過度，故會發生訊號傳遞之故障失誤。

本發明之一方面係提供一種埋覆電路圖案製造方法。

本發明之另一方面係提供一種用以製造具有一埋覆電路圖案之一印刷電路板之一裝置。

根據本發明之一方面，提供一種印刷電路板製造方法，其係包含：準備一絕緣基板；形成一電路圖案凹槽於該絕緣基板之一表面上；將一第一金屬層電鍍於該絕緣基板之該表面上；使用該第一金屬層作為一晶種層，藉由電鍍導電材料來形成埋覆該電路圖案凹槽之一電鍍層；以及將該絕緣基板設置於一下部板及一上部板之間，並注入研磨液同時對該電鍍層進行研磨，以形成一埋覆圖案。

根據本發明之一方面，提供一種製造印刷電路板的裝置，其係具有一埋覆圖案於一絕緣基板之一表面上，且係包含：一下部板，用以支撐該印刷電路板；一上部板，與該下部板相對，且係設置於該印刷電路板之一上部分；以及一噴注單元，用以將一研磨液提供於該上部板及該下部板之間。

根據本發明，因電路圖案係由使用電鍍方法埋藏電路板之凹槽來形成，且該絕緣層之上部分之電鍍層係由使用一化學及物理蝕刻方法來去除，故可輕易而精細地形成該埋覆圖案。

又，因使用化學及物理蝕刻方法之故，蝕刻製程可進行直至該絕緣層暴露出，而相鄰電路圖案間無任何短路產生為止。

另，因蝕刻裝置係形成為適用於印刷電路板，故可改善均勻研磨之操作，進而提升可靠度。

1‧‧‧絕緣基板

2‧‧‧圖案凹槽

3‧‧‧電路圖案

10‧‧‧埋藏式印刷電路板

100‧‧‧印刷電路板

110‧‧‧絕緣板

120‧‧‧第一電路圖案

130‧‧‧絕緣層

131‧‧‧電路圖案凹槽

135‧‧‧貫孔

140‧‧‧金屬層

150‧‧‧第二電路圖案

151‧‧‧介層窗

155‧‧‧電鍍層

200‧‧‧圖案掩膜

310‧‧‧下部板

315‧‧‧噴注口

320‧‧‧上部板

330‧‧‧研磨液

340‧‧‧噴油單元

400‧‧‧印刷電路板

上述及其他本發明實施例之方面、功效、與優點將配合以下所附圖示說明之，其中：圖1係根據一習知技藝，繪示一印刷電路板之一剖面圖；圖2係根據本發明一示範實施例，繪示一印刷電路板之一剖面圖；圖3至圖9係根據本發明，繪示製造印刷電路板之一第一方法；圖10至11係根據本發明，繪示製造印刷電路板之另一方法；以及圖12係根據本發明另一示範實施例，繪示一印刷電路板之一剖面圖。

在下文中，將配合圖示詳細說明本發明之較佳實施例，使熟習此項技術者可輕易實現本發明之內容。然而，本發明之揭示可以根據本發明的精神和範疇以不同形式實施，而並不用以限制本發明。相反的，本發明之實施例係提供以使本申請說明書更完善，並將本發明之主旨完整呈現予熟習此項技術者。在此所使用之詞語或文句僅係用以說明本發明之實施例，而非用以限制本發明。

應理解的是，在本發明詳細敘述中所使用「包括」及/或「包含有」一詞的程度，係指定說明之功能、總數、步驟、操作、元件、及/或組成部分，但並不排除其他或額外的功能、總數、步驟、操作、元件、組成部分、及/或其群組。

為清楚說明本發明，與說明內容無關之部件將被省略不提；另為了清楚表現各層及區域，會放大其厚度。

又，當提及一層、一薄膜、一區域、一片體等是在其他部件「之上」或「之上方」時，其係指「直接地」位於其他部件之上，又或者可存在另外的部件介於其間。相反的，當提及一部件僅在另一部件之上時，其係指沒有另外的部件介於其間。

本發明提供一種透過研磨來均勻形成電路圖案之印刷電路板製造方法，其中該印刷電路板係具有電路圖案形成為埋藏形式。

以下，將配合圖2至圖9，詳細說明根據本發明一示範實施例之一印刷電路板。

圖2係根據本發明一示範實施例，繪示一印刷電路板之一剖面圖。

參閱圖2，根據本發明示範實施例之一印刷電路板100係包含：一絕緣板110；一第一電路圖案120，形成於絕緣板110之上；一絕緣層130；以及複數個第二電路圖案150。

絕緣板110可為一熱固性(thermosetting)或熱可塑性(thermoplastic)高分子基板、一陶瓷基板(ceramic substrate)、一有機-無機複合物材料(organic-inorganic composite material)、或一玻璃纖維基板(glass fiber-impregnated substrate)。當絕緣板110係包含一聚合物樹脂，其可包含一環氧絕緣樹脂(epoxy insulating resin)。或者，絕緣板110亦可包含一聚醯亞胺樹脂(polyimide-based resin)。

作為一基底電路圖案，該些第一電路圖案120可形成於絕緣板110之上。

第一電路圖案120可由具有高導電性、低電阻之一材料形成，且可藉由將一銅箔積層板(copper foil laminate)(其係為一薄銅層)圖案化作為一導電層來形成。當第一電路圖案120係為銅箔積層板且絕緣板110包含樹脂時，第一電路圖案120及絕緣板110可為一普通的銅箔基板(copper clad laminate，CCL)。

同時，在絕緣板110上，係埋覆該第一電路圖案、並形成絕緣層130。

絕緣層130可形成為複數層，且各絕緣層130可為一聚合物樹脂等。

絕緣層130係包含：貫孔135(via holes)，以讓該第一電路圖案暴露出；以及一電路圖案凹槽131(circuit pattern groove)，用以形成該些第二電路圖案150。

此時，電路圖案凹槽131其截面係形成為一斜面(slant)。較佳地，該截面之一寬度係形成為越向底部越窄。

電路圖案凹槽131之圖案寬度可落在3至25 μm之範圍內、深度可落在3至25 μm之範圍內。另外，貫孔135之一凹模(intaglio)可滿足直徑約小於80 μm、深度約小於100 μm。

一金屬層140係沿著電路圖案凹槽131之一U型，形成於電路圖案凹槽131之一內部分以及絕緣層之該些貫孔135中。

金屬層140係為一晶種層(seed layer)。該金屬層可由Cu、Ni、或其一合金所形成。

分別埋覆了電路圖案凹槽131及貫孔135之第二電路圖案150及一介層窗151(via)係形成於金屬層140之上。

第二電路圖案150及介層窗151可為同步形成，且可由包含Al、Cu、Ag、Pt、Ni、及Pd中之至少一者的一合金來形成：。另外，其係可由將金屬層140作為晶種層進行電鍍來形成。

以下，將配合圖3至圖9，詳細說明製造圖2中所述之一印刷電路板之方法。

首先，如圖3所示，第一電路圖案120係形成於絕緣板110之上。

絕緣板110及第一電路圖案120可依據第一電路圖案120之一設計，藉由蝕刻銅箔積層基板來形成。或者，其可由將銅箔積層基板層壓於一陶瓷基板之上、然後再對銅箔積層基板進行蝕刻。

此時，第一電路圖案120亦可包含透過介層窗151而與圖2中第二電路圖案150相連接之圖案。

接著，形成絕緣層130於一絕緣板110之上，覆蓋在第一電路圖案120之上，以準備一絕緣基板。

絕緣層130之形成係可如下進行：將一熱固性樹脂及未完全硬化之一半硬化樹脂(half-hardened resin)以一預設厚度形成於絕緣板110之上，並對其加熱及加壓。另外，絕緣層130亦可形成為複數層之形式。

隨後，如圖4所示，暴露第一電路圖案120之貫孔135係形成於絕緣層130中。貫孔135之一側面係可形成為以一預設角度相對應該基板之一平面傾斜，如圖4所示。或者，貫孔135之一側面亦可為與該基板之平面相垂直。

貫孔135可使用一雷射(laser)來形成。此時，該雷射係可使用一UV雷射或一CO₂雷射。

另外，貫孔135可由一物理方法形成，亦即一鑽孔製程(drill process)，或者可由一化學方法選擇性地進行蝕刻來形成。

然後，如圖5所示，用以形成第二電路圖案150之電路圖案凹槽131係形成於絕緣層130中。在圖5之狀況下，電路圖案凹槽131之形成可使用一準分子雷射(excimer laser)，發出具有一紫外光區間之波長之一雷射光束。一KrF準分子雷射(krypton fluoride laser)(中心波長(center wavelength)為248nm)或一ArF準分子雷射(argon fluoride laser)(中心波長193nm)等等可被用於準分子雷射。

當電路圖案凹槽131係用準分子雷射來形成時，電路圖案凹槽131可藉由形成一圖案掩膜200(pattern mask)，其係可同步形成電路圖案凹槽131，並選擇性地將準分子雷射照射通過圖案掩膜200。

如圖5所示，當使用準分子雷射透過圖案掩膜200形成電路圖案凹槽131時，電路圖案凹槽131之一截面係形成為具有一邊緣為一梯形(trapezoidal shape)或一矩形形狀，如圖5所示。

此時，形成有貫孔135於其中之一區域係形成一凹槽，其面積係大於貫孔135之一外露上表面，以使貫孔135得以具有一層狀結構。

當貫孔135係形成為層狀結構時，貫孔135之延伸之上表面可被使用作為一焊墊(pad)，用以安裝一裝置，以固定安裝裝置之區域。

接著，進行一除膠渣製程(desmear process)，以去除一絕緣層130之表面之膠渣(smear)。

亦即，在絕緣層130膨脹突起後，使用高錳酸鹽(permanganate)移除該突起的絕緣層130，並使用一濕蝕刻方法以中和絕緣層130之表面，藉此以去除膠渣。

可透過除膠渣製程在絕緣層130之表面上提供表面粗糙(roughness)。

接著，如圖6所示，金屬層140係形成於絕緣層130之上。

金屬層140可由一無電電鍍方法(electroless plating metho)來形成。

該無電電鍍方法之順序可為一去油脂程序(degreasing process)、一軟侵蝕程序(soft corrosion process)、一預浸處理程序(pre-catalytic treatment process)、一催化處理製程(catalyst treatment process)、一活化程序(activating process)、一無電電鍍程序(electroless plating process)、以及一抗氧化處理製程(reatment process for preventing oxidation)。又，金屬層140可藉由使用電漿(plasma)對金屬粒子進行濺鍍程序(sputtering)來形成。

金屬層140係由包含Cu、Ni、Pd、或Cr之一合金形成。

然後，如圖7所示，使用金屬層140作為一晶種層，對導電材料進行無電電鍍，來形成一電鍍層155。

電鍍層155可由使用金屬層140作為晶種層，對導電材料進行無電電鍍來形成。進行該電鍍製程的同時，可依據一電鍍區域來控制電流。

電鍍層155可由具有高傳導性之銅來形成。

然後，如圖8所示，進行一化學及物理蝕刻製程以將電鍍層155從絕緣層130移除。

亦即，參閱圖8，研磨器(grinder)係包含一下部板310、一上部板320、及一噴油單元340(fuel injection unit)。

下部板310之一面積係可大於印刷電路板100，且其一直徑係小於1300 mm；另可形成一加熱線(heating wire)，以將熱傳送至印刷電路板100。據此，可同步蝕刻尺寸為長510 mm寬410 mm之印刷電路板100，進而可進行去除具有一大面積之電鍍層155之一程序。

上部板320之一面積可為小於下部板310。該上部板係設計以一垂直及水平移動及一轉動動作研磨被過鍍(excessively plated)之印刷電路板100之電鍍層155。

噴油單元340係朝向下部板310彎曲，並在一pH值高於9之鹼性環境(alkali atmosphere)下將一研磨液(slurry)(較佳地，係包含氨(ammonia)作為主要組成成分，其中並添加少量的過氧化氫(hydrogen peroxide))在一噴嘴(nozzle)中噴灑。

藉由操作研磨器，印刷電路板100係被設置於下部板310之上。上部板320係在噴灑研磨液的同時轉動，進而以該研磨液對被過鍍之電鍍層155進行物理蝕刻。

據此，由圖9所示，電鍍層155係被蝕刻直到絕緣層130被機械及物理蝕刻製程暴露出為止，且該蝕刻製程進行至絕緣層130之上無剩餘的電鍍層155為止。

根據此方法，埋覆圖案係被蝕刻，透過物理及化學研磨製程維持與絕緣層上部分相同之高度，進而解決如在以一般閃蝕刻製程(flash etching process)將埋覆圖案自絕緣層去除造成其凹陷之情況下可能產生的電路配線短路之問題。

此時，該研磨器可如圖10和圖11所示般以各種不同形式實施。

首先，參閱圖10，該研磨器係包含下部板310、上部板320、及噴油單元340。

下部板310之一面積係可大於印刷電路板100，且其一直徑係小於1300 mm；另可形成加熱線，以將熱傳送至印刷電路板100。據此，可同步蝕刻尺寸為長510 mm寬410 mm之印刷電路板100，進而可進行去除具有一大面積之電鍍層155之一程序。

印刷電路板100之電鍍層155係在下部板310轉動的同時被去除。

上部板320之一面積係可為小於下部板310，且與印刷電路板100之一後表面相接觸，進而使印刷電路板100得以固定住。

噴油單元340係朝向下部板310彎曲，並在一pH值高於9之鹼性環境下將一研磨液(較佳地，係包含氨作為主要組成成分，其中並添加少量的過氧化氫)在一噴嘴中噴灑。

如此，在圖10所示之研磨器中，下部板310及上部板320係形成為與圖8所示之研磨器相反，且據此印刷電路板100係被設置為與圖8所示之情況相反。

同時，在圖11所示之研磨器中，並不形成一獨立的噴油單元340，而是形成一噴注口315(injection port)於下部板310之上，藉此以透過噴注口315來提供研磨液330。

此時，噴注口315可形成為複數個，且可設置為不與加熱線交會。

以下，將配合圖12，詳細說明根據本發明又一示範實施例之印刷電路板。

參閱圖12，一印刷電路板400係包含：絕緣板110；一第一電路圖案120，形成於絕緣板110之上；絕緣層130；以及複數個第二電路圖案150。

絕緣板110可為一熱固性或熱可塑性高分子基板、一陶瓷基板、一有機-無機複合物材料、或一玻璃纖維基板。當絕緣板110係包括一聚合物樹脂時，其可包括一環氧絕緣樹脂。或者，絕緣板110亦可包括一聚醯亞胺樹脂。

第一電路圖案120可由具有高導電性、低電阻之一材料形成，且可藉由將一銅箔積層板(其係為一薄銅層)圖案化作為一導電層來形成。當第一電路圖案120係銅箔積層板且絕緣板110包含樹脂時，第一電路圖案120及絕緣板110可為一普通的銅箔基板(CCL)。

同時，在絕緣板110之上，該第一電路圖案係被埋覆、並形成絕緣層130。

絕緣層130可形成為複數層，且各絕緣層130可為一聚合物樹脂及相似物。

絕緣層130係包含：貫孔135，以讓該第一電路圖案暴露出；以及一電路圖案凹槽131，用以形成該些第二電路圖案150。

此時，電路圖案凹槽131之一截面係形成為一曲線形狀，較佳地為一U型形狀。

電路圖案凹槽131之圖案寬度可落在3至25 μm之範圍內、深度可落在3至25 μm之範圍內。另外，貫孔135之一凹模可滿足直徑約小於80 μm、深度約小於100 μm。

金屬層140係沿著電路圖案凹槽131之一U型，形成於電路圖案凹槽131之內部分以及絕緣層之該些貫孔135中。

金屬層140係為一晶種層。金屬層140可由Cu、Ni、或其一合金所形成。

分別埋覆了電路圖案凹槽131及貫孔135之第二電路圖案150及介層窗151係形成於金屬層140上。

第二電路圖案150及介層窗151可為同步形成，且可由包含Al、Cu、Ag、Pt、Ni、及Pd中之至少一者的一合金來形成。另外，其係可由將金屬層140作為晶種層進行電鍍來形成。

在圖12所示之印刷電路板100中，絕緣層130之電路圖案凹槽131係形成為一曲線形狀；另，使用一金屬來埋藏電路圖案凹槽131，以將第二電路圖案150形成為曲線形狀。

如此，第二電路圖案150係形成為不具任何銳利邊角之曲線形狀，藉此以避免在電阻集中至一邊緣時所造成的一訊號雜訊(signal noise)之情況，並減少產生在邊緣的熱增加的情況。

雖然參考實施例之許多說明性實施例來描述實施例，但應理解，熟習此項技術者可想出將落入本發明之原理的精神及範疇內的眾多其他修改及實施例。應理解的是，雖然參考實施例之許多說明性實施例來描述實施例，但僅用以描述特定實施例，而用以非限制本發明之範疇。因此，所有落入本發明範疇之修改及實施例均應被理解為被包含於本發明申請範疇之內。