TWI678954B - 利用印刷電路板的大電流傳輸方法 - Google Patents

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金東炫
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Abstract

本發明係有關於用於填充形成在多層印刷電路板中的通孔之結構和方法，且更特別地係有關於用於填充形成在多層印刷電路板中的通孔之結構和方法，所述結構和方法即使在窄空間中還是能夠大電流傳輸，以此方式使得當製造的典型多層印刷電路板時形成的通孔首先填充有Cu和Ag電鍍，並且剩餘的空置空間被焊膏完全地填充，從而增加導體的量。

Description

利用印刷電路板的大電流傳輸方法
本發明係有關於利用印刷電路板的大電流傳輸方法。
本發明係有關於用於填充形成在多層印刷電路板中的通孔之結構和方法，且更特別地係有關於用於填充形成在多層印刷電路板中的通孔之結構和方法，所述結構和方法即使在窄空間中還是能夠大電流傳輸，以此方式使得當一般製造的典型多層印刷電路板時形成的通孔首先填充有Cu和Ag電鍍，並且剩餘的空置空間被焊膏完全地填充，從而增加導體的量。
印刷電路板(PCB)基於電路設計來表達用於連接電路組件之佈線形狀的電線並透過適合於設計的方法在絕緣體上重製電性導體。各種電子組件被安裝於此種印刷電路板，以及形成佈線使得組件被電性連接。
近期，隨著電子裝置的發展，PCB已被製成為高密度或多層。在此種高密度/多層的PCB之製造方法中，用於電性連接之組態以及在形成各層中圖案之間的平順電流流 動是需要的。
根據多層PCB之製造製程，首先先準備具有銅箔形成在其上之整個表面的印刷電路板。
接著，光敏樹脂膜使用佈線圖案化膜被列印在銅箔層之表面上。使用光敏樹脂之特性，執行電路形成步驟，其中佈線圖案藉由蝕刻銅箔層上所需的圖案形成。在形成電路之後，執行其中印刷電路板被加熱及藉由壓力的使用加壓藉此成功地疊層圖案層和絕緣層的步驟。近期，已經廣泛使用透過逐層疊層之建立方法來疊層的製造方法。
在疊層步驟之後，執行用於圖案層之間電性連接的通孔處理步驟。當通孔處理完成時，需要用於電性連接複數個疊層層之電鍍製程步驟。
透過電鍍製程，處理的通孔被填充有金屬，並且由此獲得圖案層之間的電性連接。在電鍍製程步驟之後，執行列印焊料抗蝕劑以及列印字母。焊料抗蝕劑之列印被用來最小限度地抑制銅的露出。在這步驟中，雖然連接至電子組件之部分不被覆蓋但被露出，諸如佈線部分之不需要部分被覆蓋有焊料抗蝕劑以防止銅被空氣氧化或被外部衝擊剝離，或防止短路。在列印字母中，列印要安裝之組件的名稱或組成部分的名稱。
接著，多層印刷電路板透過包括用於處理印刷電路板的外形以匹配最終安裝的產品和裝置的形狀的外形處理步驟、外觀檢查步驟、電性檢查步驟、用於製造用於列印佈線圖案之膜或焊料抗蝕劑之顯影步驟等等之步驟被製造。
在製造多層印刷電路板中，透過疊層構成之各層之間的電路圖案之電性連接主要採用其中通孔的內壁透過電鍍導電的方法進行。因此，在多層印刷電路板之製造製程中，較大數目的通孔被形成以將每個層和每個電路圖案彼此電性連接。用作上層或下層的複數個層之間的電路圖案透過填充有鍍層的通孔電性連接。
用於電性連接電路圖形的典型通孔填充方法包括其中通孔形成為孔狀，然後通孔的內部填充有絕緣樹脂或導電漿料的第一典型技術。還包括其中在通孔的側壁上形成化學電鍍層和電性電鍍層，以及然後以光敏墨水填充通孔的內部的第二典型技術。因為導體圖案逐漸變細，進一步包括的是目前最廣泛使用的第三種典型技術，其中藉由使用電鍍銅填充通孔的內部。
然而，當使用上述典型的技術時存在有限制，其不僅在通孔內產生空隙以及發生表面凹陷的現象，而且由於金屬和絕緣樹脂的熱膨脹係數的差異(典型的技術1)連接的可靠性和導電率都會降低，以及當用於構成電路之蝕刻被執行用作後製程時，導致了短路缺陷，因為電鍍層由於墨水用作為流體劑而不容易由蝕刻溶液蝕刻(典型的技術2)。同樣的，當藉由電鍍銅技術填充通孔時，其限制在於即使當通孔被填充時通孔內部不被合適的填充或空隙產生在通孔內部(典型的技術3)，以及當大電流被允許在 典型一般多層印刷電路板中流動時在印刷電路板中需要更多空間，以及當空間不足夠時，熱產生在印刷電路板中從而影響周邊組件(分路電阻、FET等等)而降地組件的精確性。
因此，本發明提供了解決典型技術的上述限制，並提出了一種用於填充形成在多層印刷電路板中的通孔的結構和方法。所提出的方法，其中產生於製造一般多層印刷電路板中的通孔首先透過Cu和Au電鍍製程被填充，以及剩餘間隔以焊膏完整地填充，藉由增加導體的量使得能夠穩定地沉積焊膏以便填充通孔而不產生空隙，從而能夠在窄空間中傳輸大電流。
依據示例性實施例，用於製造多層板(MLB)之方法包括：銅箔形成步驟，用於在疊層板的整個表面上電鍍銅箔以形成多個銅箔疊層板；內層電路列印步驟，用於以光敏乾式膜塗覆在該銅箔疊層板形成步驟中形成的該銅箔疊層板，然後透過光照射和顯影在其上列印有電路的主膜形成電路；蝕刻步驟，用於從其上內層電路之列印已完成之該銅箔疊層板之表面去除不需要的銅箔，而形成電路；其餘剝離步驟，用於去除電路部分的該乾式膜以完成電路形成；疊層處理步驟，用於疊層並附著其中該電路形成已完成的各個銅箔板；通孔處理步驟，用於在該層壓處理步驟中疊層的該疊層板中位於彼此不同的層上之連接電路的位置處形成通孔；通孔電鍍步驟，用於在該通孔處理步驟中處理該通孔之後，電鍍該孔的內部以進行電性連 接；焊料遮罩列印製程步驟，用於施加焊料遮罩絕緣墨水以防止在最上層疊基板上安裝組件的表面安裝被執行時產生焊接焊料的橋以及露出的電路之氧化；焊膏填充步驟，當安裝組件在疊層基板上之表面安裝被執行時用於填充填充有鍍層之該通孔的空置空間；以及藉由執行該焊膏的回焊，在該焊膏填充步驟中完全地填充填充有該焊膏之該孔的步驟。
通孔電鍍步驟可包括首先電鍍Cu以及接著電鍍Au。
依據示例性實施例，多層印刷電路板之每一層被列印有包括用於連接電路之通孔的電路圖案，其中通孔包括：形成在其側壁上的電鍍層；以及填充在其上形成有電鍍層之通孔之空置表面的焊膏。
在該通孔之該側壁上的該電鍍層可包括：電鍍有Cu之Cu電鍍層；以及形成在該Cu電鍍層上的Au電鍍層。
焊膏可被回焊。
10‧‧‧通孔
20‧‧‧無電電鍍層
30‧‧‧絕緣層
40‧‧‧導電層
50‧‧‧Cu電鍍層
60‧‧‧Au電鍍層
70‧‧‧焊膏
從結合附圖的以下說明可以更詳細地理解示例性實施例，其中：
圖1為示出用於多層印刷電路板之典型製造製程的視圖。
圖2為根據示例性實施例示出通孔填充製程的視圖。
圖3為根據示例性實施例示出通孔之填充結構的視圖。
圖4為典型的多層印刷電路板設計的真實物體照片和大電流傳輸的實驗結果；以及圖5為根據示例性實施例之多層印刷電路板設計的真實物體照片和大電流傳輸的實驗結果；圖6為印刷電路板之設計的照片。
圖7為實驗圖，其中根據示例性實施例之印刷電路板之加熱溫度當約100A之大電流被傳輸至印刷電路板時在測量時間期間被測量。
於下文中，本發明之示例性實施例將參考附圖詳細的敘述，使得那些熟悉此技藝人士能夠輕易的實施。然而，本發明可以以不同的形式實施，並且不應被解釋為限於本文所闡述的實施例。在附圖中，為了清楚說明而不提供與描述無關的部分，並且相同的元件編號通篇表示相同的元件。
在整個說明書中，當部分「包括」組件時，只要不存在相反的指示，則並不意味著其他組件不被排除，而是可以進一步包括其他組件。在本申請的整個說明書中使用的術語「步驟用於」或「之步驟」並不意味著「用於...目的步驟」。
本發明提供一種用於填充多層印刷電路板的製造製程中產生的通孔之結構和方法，所述方法包括：首先藉由電鍍製程填充通孔的內部；其次用焊膏填充孔以完全填滿 孔。
此外，本發明中敘述的多層印刷電路板具有疊層有四層或更多層的基板。
本發明提出用於填充在多層印刷電路板之製造製程中產生的通孔之結構和方法，所述方法藉由增加導體的數量而能夠在狹窄的空間中傳輸大電流，使得在多層印刷電路板的製造中產生的通孔藉由電鍍製程和焊膏來完全地填充。
於下文中，在這些製程中，將描述用作本發明先前技術之基板製造方法來描述示例性實施例。
圖1為示出使用於典型技術之多層板(MLB)之製造製程的概略視圖。
(A)為銅箔疊層板準備步驟，其用以準備藉由電鍍銅箔在疊層板之整個表面上形成的銅箔疊層板。
(B)為內層電路列印步驟，其中照片列印方法或網板列印方法被使用。照片列印方法係用於MLB。在這步驟中，藉由使用照片擷取方法形成電路之方法被應用，使得在用於內層之銅箔疊層板的原材料之表面上藉由加熱和加壓緊密地應用光敏乾式乾膜，接著其上列印有電路的主膜被應用及照射光，然後透過顯影形成電路。
(C)和(D)為內層蝕刻步驟和抗蝕劑剝離步驟，其中除了電路部分外不需要部分將使用具有強蝕刻特性之化學物質從藉由照片列印方法完成之電路形成之內層之原板的表面上去除，由此形成電路，然後藉由剝離僅應用於 電路部分來防止被蝕刻之乾式膜而完成電路形成。
步驟(B)、(C)和(D)中敘述的乾式膜是與抗蝕劑相同的術語。
(E)為積層步驟，其中其上形成有電路之內層原板、預浸料和銅箔根據設計規格被重疊疊層。
(F)為疊層步驟，其中在完成積層步驟之狀態中，將所得物置於壓力中，藉由加壓加熱預浸料被熔融/固化，從而將銅箔和內層原料板附著在一起形成MLB。
(G)為通孔處理和電鍍步驟，以及通孔處理為一種在印刷電路板中形成孔之步驟，以便實現電路之間的電性連接。
因為通孔被處理之後在形成的洞內的牆表面不是導電的，牆表面被電鍍有導電材料，以便電性連接，即鍍有銅(Cu)。在通孔電鍍步驟中，形成的通孔之內牆不具有導電特性，內牆可以首先透過不需要電的無電鍍銅的化學溶劑塗覆，然後透過電鍍銅二次塗覆。印刷電路板之一般電鍍厚度約在20-30μm之層級，並且當印刷電路板逐漸製成具有精細圖案時可以減小到約10-15μm。
接著，為了防止在焊接焊料中橋的產生以及露出的電路之氧化，用於施加焊料遮罩絕緣墨水之焊料遮罩列印製程步驟被包括。
在遮罩列印製程步驟之後，進一步包括表面安裝(surface mounting；SMT)製程步驟，其用於安裝組件在電子基板上。
示例性實施例提供用於填充形成在MLB中的孔之結構和方法，所述方法應用於上述製程中的孔電鍍步驟及SMT製程步驟，以及即使在狹窄的空間中也能夠傳輸大電流的方法，使得首先透過銅電鍍製程來填充在製造MLB中產生的通孔，然後在SMT製程步驟中將焊膏填充到孔的剩餘空置空間中，然後藉由執行回焊完全地填充通孔。
圖2為根據示例性實施例示出孔填充製程的視圖。
如圖1中詳細描述的，可以藉由使用透過疊層步驟(E)的MLB以及其中疊層四層以上來應用示例性實施例(S10)。
(S20)是形成用於電性連接電路圖案之孔的步驟。
在這步驟中，孔以用於在雙面板或層疊板中每層之間所需的電路導通或用於安裝組件的電路導通之設計直徑形成。
在步驟(S30)中，形成的通孔10首先地透過電鍍製程填充。電鍍製程可以透過Cu和Au電鍍執行。在電鍍製程中，無電電鍍可在執行Cu和Au電鍍之前在通孔10之內側壁上執行。因為在形成的通孔10中的導電層40係由絕緣層30分開，無電電鍍可以是對孔壁中的表面賦予導電性的方法。接著，Cu被電鍍在通孔10之內側壁上以形成Cu電鍍層50。Au被電鍍在該Cu電鍍層上以形成Au電鍍層60。
在Cu電鍍層50和Au電鍍層60形成之後，焊膏70在SMT製程步驟中填充在剩餘空置空間中。在焊膏70在 通孔10的空置空間中至少填充一次之後，回焊被執行以完全地填充通孔10而沒有空置空間。
回焊是一種技術製程，其中藉由施加高溫加熱源將組件安裝在印刷電路板上以電性連接印刷電路板和組件，通過熔化焊膏來可靠地將組件連接到印刷電路板。因此，在焊膏70填充在通孔10的空置空間中之後，由於高溫加熱源，回焊製程被執行以完全地填充通孔而沒有空置空間。
焊膏70被回焊。
圖3為根據示例性實施例示出通孔之填充結構的視圖。
在用於填充形成在其中多層被疊層之板上之通孔10的電鍍製程之前，無電電鍍層20可被形成在通孔10之壁中的表面上。因為在形成的通孔10中的導電層40係由絕緣層30分開，無電電鍍可以是對通孔10之孔壁中的表面賦予導電性的方法。因此，無電電鍍層20可被形成在通孔10之壁中的表面上。
根據用於填充通孔之結構，Cu電鍍層50形成在通孔之側壁上。Au電鍍層60係形成在Cu電鍍層上。
Cu電鍍層50和Au電鍍層60也可形成在通孔之外側。
在Cu電鍍層50和Au電鍍層60形成之後，焊膏70被填充在通孔10中的剩餘空置空間中。在填充焊膏70之後，焊膏70可藉由執行SMT製程之回焊填充通孔10而沒有空置空間。
圖4是藉由應用在大電流傳輸期間測量的典型技術和加熱溫度而設計的印刷電路板的實際物件照片。
如圖4所示，藉由應用典型技術設計的印刷電路板佔據了大約90mm的寬度，並且在大約26.5mm的空間中設計了分流電阻。
圖5為實驗圖，其中加熱溫度在當約100A之大電流被傳輸至典型印刷電路板時在測量時間期間被測量。
在圖中，每個PS-節點以及PS+節點指設計中使用的電源電纜，Ambient Temo指的是印刷電路板之環境溫度，0.1m_SR_59x104mm指的是設計中使用的組件，以及組件之加熱溫度在設計印刷電路板中式很重要的因素。
在圖中，可以確認PS-節點、PS+節點和0.1m_SR_59×104mm逐漸增加以呈現彎曲形狀，以及Ambient Temo從開始測量時呈現恆定的直線形狀。
對於PS-節點所測量到的最大加熱溫度約為46℃，對於PS+節點所測量到的最大加熱溫度約為45℃，對於0.1m_SR_59x104mm測量到的最大加熱溫度約為47.74℃，以及對於Ambient Temo所測量到的最大加熱溫度約為25℃。
圖6為印刷電路板之設計的照片。
如圖6所示，根據示例性實施例的印刷電路板被設計為寬度約為36mm。
圖7為實驗圖，其中根據示例性實施例之印刷電路板之加熱溫度當約100A之大電流被傳輸至印刷電路板時在測量時間期間被測量。
在圖7之視圖中，P+和P-指的是如圖5所示之電源線PS-節點以及PS+節點，以及SR與0.1m_SR_59×104mm相同。
可以從圖7的圖中了解到在測量時間的初始階段測量的P-約為29℃的溫度，並且從某個時間點起，P+、P-和SR形成彎曲形狀，同時呈現類似形狀的增加。
如圖4和6所示，當設計典型印刷電路板和根據示例性實施例之印刷電路板時，高密度設計被執行使得由印刷電路板佔據的空間從約90mm減少至約36mm。此外，圖5中在約100A之大電流的傳輸期間測量到的最大加入溫度約為47.74℃，而在圖7中約為，58.29℃，並且因此，設計寬度顯著地減少，然而在大電流傳輸期間產生的加熱量沒有太大的增加，因此加熱不影響環境組件而可以將精度保持在當前水平。
在根據示例性實施例中，所提供為以Cu和Au電鍍製程及焊膏完整地填充通孔的方法，通孔係在一般多層印刷電路板使用一般多層印刷電路板和表面安裝(SMT)製程而不使用用於多層印刷電路板之特殊技術製造時形成的。因為通孔之線性牆透過電鍍製程填充金屬，並且以焊膏額外地填充在通孔中，所述焊膏被可靠地沉積在通孔上，由此完全地填充通孔，從而使導體的數量增加。因此，即使在狹窄的空間中也能夠傳輸大電流。因此，因為不需要特殊製程花費所述方法為不昂貴的，以及多層印刷電路板之空間可以有效地被使用。
也就是說，藉由在金屬電鍍製程之後填充焊膏，僅用金屬電鍍而沒有完整地填充的通孔可以被焊膏完全地填充。此外，因為電鍍在通孔之內壁上金屬電鍍層保持焊膏，使得焊膏可靠地沉積並且不容易分離，具有能夠穩定地保持通孔的填充狀態的效果。
因此，可以確認印刷電路板被設計成即使在狹窄的空間中也能夠進行大電流傳輸。

Claims (4)

  1. 一種用於製造多層印刷電路板(MLB)的方法，包含：銅箔形成步驟，用於在疊層板的整個表面上電鍍銅箔以形成多個銅箔疊層板；內層電路列印步驟，用於以光敏乾式膜塗覆在該銅箔疊層板形成步驟中形成的該銅箔疊層板，然後透過光照射和顯影在其上列印有電路的主膜形成電路；蝕刻步驟，用於從其上內層電路之列印已完成之該銅箔疊層板之表面去除不需要的銅箔，而形成電路；其餘剝離步驟，用於去除電路部分的該乾式膜以完成電路形成；疊層處理步驟，用於疊層並附著其中該電路形成已完成的各個銅箔板；通孔處理步驟，用於在該層壓處理步驟中疊層的該疊層板中位於彼此不同的層上之連接電路的位置處形成通孔；通孔電鍍步驟，用於在該通孔處理步驟中處理該通孔之後，電鍍該通孔的內部以進行電性連接；焊料遮罩列印製程步驟，用於施加焊料遮罩絕緣墨水以防止在最上層疊基板上安裝組件的表面安裝被執行時產生焊接焊料的橋以及露出的電路之氧化；以及超過一次的焊膏填充步驟，當安裝組件在疊層基板上之表面安裝被執行時用於將焊膏填充在其內側有鍍層之該通孔的空置空間；其中在焊膏填充步驟之後，執行其中在焊膏填充步驟中將該焊膏填充在該通孔內之該焊膏的回焊，使該焊膏完全地填充該通孔。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該通孔電鍍步驟包含：用於在該通孔之側壁上形成無電電鍍層的無電電鍍步驟；用於在該無電電鍍層上形成Cu電鍍層的Cu電鍍層形成步驟；以及用於在該Cu電鍍層上形成Au電鍍層的Au電鍍層形成步驟。
  3. 一種多層印刷電路板，其中電路圖案印刷在各層上，該多層印刷電路板包含：組態以將層彼此連接的通孔，其中在該通孔之側壁上形成電鍍層，以及側壁上形成有該電鍍層之該通孔的空置空間內填充有焊膏，在填充該焊膏之後執行回焊，使該焊膏完全地填充該通孔。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之多層印刷電路板，其中該電鍍層包含：形成在該通孔之側壁上的無電電鍍層；電鍍在該無電電鍍層上的Cu電鍍層；以及形成在該Cu電鍍層上的Au電鍍層。
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