TWI686115B

TWI686115B - 嵌入跡線

Info

Publication number: TWI686115B
Application number: TW104115822A
Authority: TW
Inventors: 肯尼斯Ｓ巴爾; 康斯坦丁卡拉瓦基斯; 史帝夫卡尼
Original assignee: 美商凱特聯有限責任公司
Priority date: 2014-06-05
Filing date: 2015-05-19
Publication date: 2020-02-21
Also published as: TW201607395A

Abstract

本發明揭露一種印刷電路板，其包含層合基板。該層合基板包含催化核心材料，該催化核心材料防止金屬鍍在除該催化材料被燒蝕之表面處以外的地方。金屬跡線是形成於該層合基板內的跡線通道中。該通道在該催化材料之表面下方延伸。

Description

嵌入跡線

本發明是有關於嵌入跡線。

在典型的印刷電路板(printed circuit board，PCB)的製程中，在PCB兩側上之具有銅的銅披覆層合物是可被使用的。光可成像的光阻是被施加在PCB兩側上且經曝光及顯影以製造出電路。在電路之間的不需要的銅是接著利用銅化學蝕刻溶液所移除。該光阻是接著被化學性地的移除。對於多層的結構而言，玻璃強化而非完全固化的樹脂預浸物可被放置在已經完成的心材之兩側上並且利用在PCB兩側上的銅金屬薄片在熱、真空及壓力之條件下被層合。孔洞的形成可利用諸如鑽削或雷射的機械裝置來實行，以製造出隱蔽通孔而將外部的疊層互連至內部的疊層。假如預浸物是未經合成樹脂浸漬，該預浸物可利用合成樹脂來強化。

本發明之第一觀點是有關於一種用於形成印刷電路板的方法，其包含：形成跡線通道於層合基板中，該層合基板包含以非催化材料覆蓋的催化核心材料，以使得該層合基板防止金屬鍍在除該催化核心材料被燒蝕的地方，其中該通道被燒蝕以曝露該催化核心材料；將該層合基板浸漬於金屬浴中，以使得該金屬鍍於該跡線通道內，但不包含在該層合基板之表面之未經燒蝕的部份上；以及將該層合基板平坦化，以使得鍍於該跡線通道內的金屬與該層合基板之表面齊平。

本發明之第二觀點是有關於一種印刷電路板，其包含：層合基板，該層合基板包含以非催化材料覆蓋的催化核心材料，以使得該層合基板防止金屬鍍在除該催化核心材料被燒蝕的地方；以及形成於該層合基板內的跡線通道中的金屬跡線，該通道在該催化核心材料之表面下方延伸。

本發明之第三觀點是有關於一種用以形成印刷電路板之跡線的方法，其包含：形成跡線通道於層合基板中，該層合基板包含以非催化材料覆蓋的催化核心材料，以使得該層合基板防止金屬鍍在除該催化核心材料被燒蝕的地方，其中該通道被燒蝕以曝露該催化核心材料；執行無電鍍銅浴製程，以將銅跡線放置於該跡線通道內；以及將該層合基板平坦化，以使得該銅跡線與該層合基板之表面齊平。

10‧‧‧催化核心材料

12‧‧‧跡線

13‧‧‧下一層/富含樹脂的催化預浸物材料

14‧‧‧通孔

15‧‧‧通孔

16‧‧‧通孔

17‧‧‧跡線

18‧‧‧跡線區域

19‧‧‧跡線區域

20‧‧‧跡線區域

21‧‧‧非催化材料

圖1例示根據實施例以說明具有嵌入跡線的印刷電路板結構的簡化示意圖；圖2例示根據實施例以概述用以製造具有嵌入跡線的印刷電路板的製程的簡化流程圖；以及圖3~10例示根據實施例以說明用以製造具有嵌入跡線的印刷電路板的製程中的多個步驟。

在跡線形成在層合表面上方0.5~2.5密爾(mils)處的印刷電路板(PCB)的製造中，假如PCB是雙層板，有可能性的是孔隙會在預浸物層合期間或銲料遮罩施加期間陷入於跡線之間。此外，訊號完整性與導體阻抗為在跡線間介電質間距的函數。當PCB跡線形成在層合表面上時，在PCB跡線上的介電質間距將橫跨板子的長和寬而變化。這使得精確地控制PCB跡線的阻抗是困難的。並且，當PCB跡線形成在層合表面上方且跡線的寬和間距是少於一密爾，細微的跡線線路恰好黏合至層合表面的損害會致使較差的製造良率及可靠度的問題。例如，當形成跡線於基板表面上時，由於光微影及化學銅蝕刻的限制所引致的不精確度，跡線的幾何結構會橫跨於跡線的長度而變化。跡線的幾何結構的改變會造成較差的訊號傳遞及跡線阻抗。

為了解決上述當PCB跡線形成於層合表面上時所引發的問題，PCB跡線是嵌入於層合基板中，以使得PCB跡線不在層合表面上延伸。這是被例示於圖1，其中PCB跡線12是嵌入於由催化核心材料10所組成的層合基板內，該催化核心材料10是被非催化材料21所覆蓋。例如，非催化材料21為薄的非催化黏合物或介電層。例如，非催化材料21可由諸如銲料遮罩的紫外光(UV)可固化的材料或某些其化類型的紫外光可固化的材料所組成。UV可固化的材料可曝露於UV光以將其完全固化，接著穿過該UV可固化的材料而形成通道。或者，UV可固化的材料可經曝露及顯影以形成通道，且接著可使用雷射以斷開通道至所產生的表面。下一層13可例如為用於雙層PCB板的銲料遮罩，或用於PCB板的預浸物層合層，該預浸物層合層包含超過兩個疊層或非玻璃強化的催化黏合物。

PCB跡線12是形成在通道中而具有例如在0.2和2.5密爾之間的深度。通道可被燒蝕在催化核心材料10表面中。嵌入PCB跡線12可提供較佳的電性效能，因為PCB跡線的幾何結構是藉由通道形成製程而良好的控制。再者，嵌入PCB跡線12於催化核心材料10中可解決當跡線是非常細微時引發的黏合問題，例如，當跡線厚度與跡線間的間距是少於一個密爾時。當嵌入PCB跡線時，PCB跡線會被層合表面限制在三個側邊上。

圖2示範概述用以製造具有嵌入跡線的印刷電路板的製程的簡化流程圖。在方塊31中，製程開始於層合基板。例如，層合基板具有催化核心。例如，催化核心材料包含鈀的粉末，該鈀的粉末包含主要是高嶺土(Kaolin)的無機填充物所製成的鈀催化粒子。例如，無機填充物是藉由以還原劑在諸如矽酸鋁之填充物表面處接觸鈀鹽以及諸如高嶺土的陶土(clay)所生產。或者，可使用諸如銀之另外的金屬鹽來取代鈀鹽。

可使用水合肼(Hydrazine hydrate)作為還原劑，以將鈀鹽還原成鈀金屬。填充物可以泥漿的形式添加至含水的混合槽，且接著將氯化鈀(PdCl)及氫氯酸(hydrochloric acid，HCl)溶液添加至該混合物中，其次是水合肼。用於製造此催化粉末的更多資訊可參照美國專利第4,287,253號。

催化粉末可散佈於環氧樹脂井(epoxy resin well)中。具有催化填充物的環氧樹脂可被用來藉由傳統的玻璃布塗覆及乾燥設備以利用樹脂及催化劑而浸漬玻璃布。該所塗覆的半固化樹脂/玻璃布可被用以藉由在標準的真空層合設備將該所塗覆的半固化樹脂/玻璃布一起加壓而製造用於印刷電路板的層合物。

一旦已形成催化核心材料，非催化材料可被使用以包圍催化核心材料。例如，該非催化材料可由施加於該催化核心材料兩側上的薄的非催化黏合物或介電層所組成。該塗覆的施加可例如藉由滾筒塗覆(roller coating)、淋幕式塗覆(curtain coating)、模版印刷(stenciling)、網版印刷或一些其他標準或非標準的塗覆製程。該所產生的非催化材料厚度為例如在大約0.25至1.5密爾的範圍中。在施加製程之後，可加以固化該塗覆。

或者，該非催化材料可藉由在成層期間及層合之前將(多個)非催化預浸物置放在該催化預浸物的外部部份上而形成在催化核心材料兩側上。這結構將產生由非催化材料所包圍的催化核心材料。該非催化材料可例如為玻璃強化預浸物、B階段(未完全固化)的介電黏合物，其可選擇性地由無機填充物所填充。

該所產生的層狀層合材料可被使用作為用於印刷電路板的層合基板。

例如，催化核心材料10具有例如在2與60密爾之間的任何厚度。例如，催化核心材料10是由具有外部預浸物的非包覆的催化基底層合物所組成，該預浸物是富含樹脂的，以使得在真空層合之後該所產生完成的層合物具有富含樹脂的表面。例如，富含樹脂的預浸物可具有(但非限制性的)含有71%樹脂含量的玻璃類型106或含有65%樹脂含量的玻璃類型1035。使用富含樹脂的層合表面可確使在當製作通道時樹脂是被主要地移除而非玻璃。這可加速通道形成製程且改善通道品質。

非催化材料21可形成在催化核心材料10兩側上。非催化材料21可例如由玻璃強化預浸物、B階段(未完全固化)的介電黏合物所組成。例如，該介電黏合物是以無機填充物所填充。

由非催化材料所圍繞的催化核心材料所組成的層合基板的優點為該非催化材料可在通道形成期間可首先被切割，而接著是該催化核心材料。在催化核心材料中通道的深度可被更輕易地控制，因為不需要在催化核心材料中達至很深的地方。在催化核心材料中之此一淺的切割可減少在催化核心材料內切到玻璃束的風險。例如，對於在催化核心材料之表面上所填充的0.5密爾的非催化介電物所組成的層合基板來說，此處通道可具有總共0.7密爾的深度，接著僅有約0.2密爾的催化核心材料需要被移除，以曝露足夠用於銅的活性催化粒子至平板上。

在方塊32中，雷射燒蝕是被用以斷開非催化材料21及催化核心材料10表面而形成通道11，如圖4中所示。該雷射燒蝕可利用例如紫外光(UV)激發物雷射、釔鋁石榴石(Yttrium aluminum garnet，YAG)雷射、UV YAG雷射或某些其他類型的雷射、或可替代性地非雷射燒蝕製程，來達成。激發物雷射燒蝕產生良好的深度控制及通道解析度。

作為使用雷射燒蝕以形成通道的替代，光阻可施加於非催化材料21兩側。該光阻是被曝光及顯影以描繪出該通道之位置。例如，光阻厚度較通道深度為厚。例如，對於0.5密爾的通道深度而言，光阻厚度可為1.0至1.5密爾。該通道的形成可接著利用含有多個氣體(例如O2、CF4、Ar等等)之組合的電漿蝕刻與適當的功率及持續時間來執行。可預期的是，該通道將以不同於光阻的蝕刻速率被蝕刻。例如，該光阻厚度需要較充分地厚於通道深度，以使得當達到所要通道深度時某些光阻殘留以保護非催化材料21表面之未經曝光的區域。在電漿蝕刻之後，該殘留的光阻可藉由光阻剝離劑來移除。

或者，作為當執行電漿蝕刻時利用光阻保護層合基板表面的替代，可使用其他保護材料。例如，可利用金屬薄片施加於非催化材料21來達到保護的作用，諸如銅的金屬薄片或鋁的金屬薄片。金屬薄片光亮的一側可經置放以面對非催化材料21，以使得該金屬薄片可在通道形成之後剝離。例如，在施加該金屬薄片至非催化材料21之後，光阻將被施加於該金屬薄片之上。該光阻是被曝光/顯影以在該通道區域上曝露該金屬薄片。該金屬薄片是被蝕刻以在非催化材料21中曝露該通道區域。該殘留的光阻是接著被剝離且該通道是被電漿蝕刻。該殘留的金屬薄片是被剝離且繼續處理。

或者，通道可利用高壓水性切削來形成。該高壓水性切削可利用可程式化的高壓水性切削機器來執行，諸如使用於切削例如鋼或不銹剛的硬材料的高壓水性切削機器。諸如鑽削(drilling)及挖槽(routing)的其他機械性製程可用以製造通道。

在方塊33中，該層合基板是被清洗以自通道11移除碎屑。例如，可藉由利用具有頻率在40至160兆赫(MHz)範圍的聲波的超音波清洗來達成。因缺少非催化層，一般不使用較侵略性的化學清洗，因為侵略性的化學清洗可致使催化核心材料10表面經粗糙化或經腐蝕。假如催化核心材料10表面是經腐蝕，將致使金屬鍍在不是通道所形成的地方處。然而，由於在催化核心材料10表面上的非催化材料21，較侵略性的化學清洗可被使用，因為稍微蝕刻非催化材料21表面將不致使金屬鍍在不是通道所形成的地方處。

在方塊34中，跡線12是形成在通道11中，如圖5所示。例如，跡線12為諸如銅的金屬。例如，為了形成銅跡線，非催化材料21 及催化核心材料10是經浸漬於快速無電鍍的銅浴中。通道11經一路地鍍覆且稍微地位於非催化材料21表面上。該無電鍍銅浴僅鍍在經曝露的催化區域上，該催化區域的曝露是藉由燒蝕製程。沒有銅是鍍於通道11外部，因為在製造層合基板10的層合製程期間，銅的催化是僅在催化核心材料10表面的地方，其中該表面是被燒蝕、刮傷或粗糙化。因而，銅跡線在燒蝕已穿透催化核心材料10表面的地方形成。圖6例示層合基板10內之跡線的簡化俯視圖。

在方塊35中，非催化材料21表面是被例如使用細微格點的砂紙(例如420粒度(grit)至1200粒度(grit))來平坦化。該平坦化將任何在通道上方延伸的額外的銅移除。例如，可使用諸如MASS公司所製造的平坦化機器。圖7例示所產生的平坦化。對於雙層的PCB板而言，可施加銲料遮罩。例如，PCB可藉由執行選擇性金的鍍覆來完成，接著單粒化及檢測。

在方塊36中，當PCB板具有超過兩個疊層時，富含樹脂的催化預浸物材料13可被層合於層合基板兩側上。例如，可使用諸如tedlar或Teflon的脫膜層。結果是例示於圖8。作為使用富含樹脂的催化預浸物材料13的替代，可使用諸如催化黏合材料的非催化材料，該催化黏合材料被實施例如作為一層非玻璃強化的催化黏合物。

在方塊37中，隱蔽且貫穿通孔是利用例如雷射或諸如鑽孔器的機械裝置而形成。結果是例示於圖9，隱蔽通孔14、隱蔽通孔15及貫穿通孔16是例示於其中。

在方塊38中，在水中的超音波清洗之後，跡線17是加以形成。例如，跡線17為諸如銅的金屬。例如，跡線17是藉由無電鍍銅的鍍覆來形成。該無電鍍銅的鍍覆將致使跡線各自形成在通孔14、15及16內，如跡線區域18、19及20所示。這致使如圖10中所示的四層板結構。例如，PCB可藉由執行諸如施加銲料遮罩、選擇性金的鍍覆、單粒化(意即，陣列的分段)及檢測來完成。

或者，在方塊39中，附加的疊層可藉由重複足夠多次方塊36、37及38中的步驟來添加，以達到所需要的疊層數目。在方塊40中，當達到所需要的疊層數目時，PCB可藉由執行此些諸如施加銲料遮罩、選擇性金的鍍覆、單粒化(意即，陣列的分段PCB)及檢測的處理步驟的執行來完成。

前文討論僅是揭示及描述示範性的方法和實施例。該領域中習知此技術者將瞭解到，所揭示的主題可被以其他特定的形式實施，而不脫離本發明的精神或特性。因此，本揭示欲以例示，但非限制性的，本發明的範疇，其是在申請專利範圍中所提出。

31-40‧‧‧方塊

Claims

一種用於形成印刷電路板的方法，其包含：形成跡線通道於層合基板中，該層合基板包含：均質的催化核心材料，以非催化材料覆蓋在均質的該催化核心材料的兩側上，以使得該層合基板在均質的該催化核心材料的任何一側上防止金屬鍍在除該催化核心材料被曝露的地方，其中該通道被燒蝕以曝露該催化核心材料；將該層合基板浸漬於金屬浴中，以使得該金屬鍍於該跡線通道內之該催化核心材料被曝露之處，但不包含在該層合基板之表面之未經燒蝕的部份上；將該層合基板平坦化，以使得鍍於該跡線通道內的金屬與該層合基板之表面齊平；以及其中該催化核心材料包含鈀粒子，所述鈀粒子包含由無機填充物所製成的鈀催化粒子。
如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該金屬浴是無電鍍銅浴。
如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該跡線通道是利用雷射燒蝕所形成。
如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該跡線通道的形成是藉由：施加光阻於該層合基板上方；將該光阻曝光及顯影，以描繪出該通道之位置；以及執行電漿蝕刻，以形成該通道。
如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該跡線通道的形成是藉由：施加金屬薄片於該層合基板上方；施加光阻於該金屬薄片上方；將該光阻曝光及顯影，以曝露出描繪出該通道之位置的該金屬薄片之部份；蝕刻該金屬薄片之經曝露的部份；以及執行電漿蝕刻，以形成該通道。
如申請專利範圍第1項所述之方法，另包含：將富含樹脂的催化預浸物材料層合於該層合基板上；形成通孔；以及形成附加跡線於該富含樹脂的催化預浸物材料之表面上，其包含形成跡線於該通孔內。
如申請專利範圍第1項所述之方法，其中形成跡線通道於層合基板中包含形成跡線通道於該層合基板之兩側上。
如申請專利範圍第1項所述之方法，其中所述無機填充物是藉由以還原劑在諸如矽酸鋁之填充物表面處接觸鈀鹽以及諸如高嶺土的陶土所產生的。
如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該催化核心材料包含散佈於環氧樹脂井中的催化粉末。
如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該非催化材料包含玻璃強化的預浸物。
如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該跡線通道的形成是藉由以下其中一者：高壓水性切削；鑽削；以及挖槽。
一種印刷電路板，其包含：層合基板，該層合基板包含中央均質的催化核心材料，以非催化材料覆蓋於中央均質的該催化核心材料的任何一側上，以使得該層合基板防止金屬鍍在除中央均質的該催化核心材料被曝露的地方；以及形成於該層合基板內的跡線通道中的金屬跡線，該通道在該催化核心材料之表面下方延伸；其中該催化核心材料包含鈀粒子，所述鈀粒子包含由無機填充物所製成的鈀催化粒子。
如申請專利範圍第12項所述之印刷電路板，另包含：位於該層合基板上方的催化材料；穿過該催化材料的通孔；以及位於該催化材料表面上的附加跡線，該催化材料包含在該通孔內的跡線。
如申請專利範圍第13項所述之印刷電路板，其中催化核心材料是由以下其中一者所組成：富含樹脂的催化預浸物材料；催化黏合材料。
如申請專利範圍第12項所述之印刷電路板，其中催化核心材料包含鈀催化粒子。
如申請專利範圍第12項所述之印刷電路板，其中該非催化材料為紫外光可固化的。
一種用以形成印刷電路板之跡線的方法，其包含：形成跡線通道於層合基板中，該層合基板包含中央均質的催化核心材料，以非催化材料覆蓋於中央均質的該催化核心材料的任何一側上，以使得該層合基板防止金屬鍍在除中央均質的該催化核心材料被曝露的地方，其中該通道被燒蝕以曝露該催化核心材料，並且其中中央均質的該催化核心材料包含鈀粒子，所述鈀粒子包含由無機填充物所製成的鈀催化粒子；執行無電鍍銅浴製程，以將銅跡線放置於該跡線通道內；以及將該層合基板平坦化，以使得該銅跡線與該層合基板之表面齊平。
如申請專利範圍第17項所述之方法，其中該跡線通道的形成是藉由：施加光阻於該層合基板上；將該光阻曝光及顯影，以描繪出該通道之位置；以及執行電漿蝕刻，以形成該通道。
如申請專利範圍第17項所述之方法，其中該跡線通道的形成是藉由：施加金屬薄片於該層合基板上方；施加光阻於該金屬薄片上方；將該光阻曝光及顯影，以曝露出描繪出該通道之位置的該金屬薄片之部份；蝕刻該金屬薄片之經曝露的部份；以及執行電漿蝕刻，以形成該通道。
如申請專利範圍第17項所述之方法，其中該跡線通道的形成是藉由以下其中一者：雷射燒蝕；高壓水性切削；鑽削；以及挖槽。