利用磁控濺射製作印刷線路板的方法
2023-09-10 00:21:40 2
專利名稱：利用磁控濺射製作印刷線路板的方法
技術領域：
本發明涉及用於製造印刷線路板的方法，具體地說，涉及一種利用磁控濺射方法製作印刷線路板的工藝方法。
背景技術：
隨著電子產品的微型化、高速化與數位化，PCB產品也必須向超薄型、高密度、小型化的方向發展。高密度是指提高印刷線路板單位面積上之元器件裝載量和布線密度，採取的措施是線路板細線、小孔和多層。導線寬度和間距趨向小於0.1mm(如3mil的線寬線距)，導通孔孔徑小於φ0.2mm，10層以上多層板會大量使用，並出現大量的盲孔和埋孔，孔金屬化和蝕刻是印刷線路板製作過程中的兩個關鍵步驟。但傳統的工藝方法存在以下三個缺點1)生產高精度多層板難度高。導線寬度和間距越小，要求銅箔厚度也越薄，銅箔厚度越薄，在蝕刻液中的時間也越短，不易發生側蝕現象，傳統的銅箔厚度多為12μm以上，而現代技術的發展要求銅箔厚度做到9μm以下，傳統的壓延銅方法由於工藝條件的限制很難做出9μm以下的銅箔，價格也較昂貴。傳統的孔金屬化主要通過化學鍍和直接電鍍法來實現的，小孔徑的增多導致印刷線路板的化學鍍和直接電鍍法困難加大，一方面，化學度銅液在孔內交換不好，產生孔粗、孔破的現象；另一方面，電鍍銅液分散能力達不到要求而產生孔內鍍層不均勻、狗骨現象，金屬化孔的可靠性降低。2)高汙染。傳統生產工藝全部為化學反應方式進行，尤其是化學鍍孔需要大量的有機物(甲醛等致癌物質)作為還原劑，此外，還需要無機重金屬鹽(pb2+等)和氰化物(CN-)、氟化物等。目前這類汙染基本上很難由生物降解和恢復，隨著人們對環保的重視，迫使每個PCB工廠都要投入不少資金用於汙水處理，這給資金的運作帶來了一定的影響。3)生產過程複雜，效率低下。必須經過多道化學反應過程或電鍍過程，工藝複雜，工序長。為了解決以上問題，已經有人將物理氣相沉積技術應用於PCB行業中，使用磁控濺射的方法來製作印刷線路板，如發明專利申請「製作印刷線路板的工藝方法」(申請日2000.7.26，公開號CN1335743A)中公開了一種利用磁控濺射製作印刷線路板的方法，在線路負像的基材上能夠將板面和通孔內壁都能均勻地鍍上一層金屬薄膜，較好地解決了以上問題，但該工藝方法同時存在以下缺陷1)對於二層以上的多層板，層間孔的導通連接不可靠。多層板之間的絕緣材料在進行高溫層壓時會部分液化，流動後導致孔的作用喪失。孔的作用是通過孔金屬化後將兩層或多層板連接導通，孔分為通孔、盲孔和埋孔。其工藝所述中間絕緣層的製作方法是按設計要求，製作多層板層間連接用銅盤位置裸露，其餘地方被感光材料附著，去油汙清洗之後，在其兩個面鍍覆設計要求的薄膜，然後清洗去膜，留下已金屬化的孔，且周邊有一定寬度銅箔的絕緣層，此圓圈作層與層的通孔導電連接之用。其鑽孔和層壓的方法是先在基材上按設計鑽好孔，經磁控濺射後將兩張雙面板以及中間絕緣板按照預先設置的位置對齊疊好，最後進行高溫層壓即得到四層線路板。由於中間絕緣板在高溫層壓過程中會液化成流體，將兩層線路板中間的空隙填滿，由於流體會流向任何方向的空隙，故孔的孔隙內也會充滿絕緣液體以及孔的表面周圍也會被絕緣液體所覆蓋，絕緣層也會變薄，導致層間無法通過孔來導通。2)磁控濺射對於製備薄膜的製作效果很顯著，比如厚度為1μm以下的導電層，但由於磁控濺射的效率比電鍍銅的效率低，對於銅箔厚度為3μm以上的線路板，要達到要求的厚度，需要的濺射時間長，效率低成本上升。
發明內容
本發明的主要目的是提供一種利用磁控濺射法製作線路板的方法，解決現有磁控濺射法製作線路板工藝中層與層間孔的連接導通問題，使之適用於規模化生產。本發明的次一目的是提高鍍銅和孔金屬化的效率。
為實現上述目的，本發明提出的一種利用磁控濺射製作印刷線路板的方法，其特徵在於包括以下步驟1)單層基材鑽孔將單層基材清潔後依據線路板的設計要求製取導通孔；2)將鑽孔後的單層基材經過清潔處理，在其一側表面或兩側表面及孔的內壁磁控濺鍍用於改善銅箔與基底親和力的底層介質金屬層；3)在該單層基材一側表面或兩側表面孔的內壁的介質層金屬之上磁控濺鍍導電銅層；4)多層板鑽孔將經上述處理的兩個或兩個以上的單層基材板中間夾以絕緣層，再經高溫壓合而製成內芯多層板，進行清潔，依據線路板的設計要求在所述多層板上鑽取導通孔或盲孔；5)將鑽孔後的內芯多層板經過清潔處理，在其一側表面或兩側表面及孔的內壁磁控濺鍍用於改善銅箔與基底親和力的底層介質金屬層；6)在該內芯多層板一側表面或兩側表面及孔的內壁的介質層金屬之上磁控濺鍍導電銅層。
根據需要，在步驟6)之後還可以包括以下步驟7)把經過步驟4)、5)、6)處理後的內芯多層板作為多層基材板，它與經過步驟1)、2)、3)處理後的單層基材統稱為基材板；將兩個或兩個以上的基材板中間夾以絕緣層，再經高溫壓合而製成內芯多層板，進行清潔，依據線路板的設計要求在所述多層板上鑽取導通孔或盲孔；8)將鑽孔後的內芯多層板經過清潔處理，在其一側表面或兩側表面磁控濺鍍用於改善銅箔與基底親和力的底層介質金屬層；9)在該內芯多層板一側表面或兩側表面的介質層金屬之上磁控濺鍍導電銅層；重複步驟7)-9)，直至達到線路板層數的要求。
本發明為了提高鍍銅效率，在步驟3)或步驟6)之後還增加如下步驟a)在導電銅層之上按照銅箔厚度的設計要求電解鍍加厚銅層；b)在加厚銅層之上濺鍍或電鍍上層介質金屬層。
所鍍底層介質金屬層和上層介質金屬層為1至4層不同材料的金屬層，例如由鉻、鉬、銀、鋅、金、鎳、銅或其合金按順序組合而成1-4層。
其中可以採用浮脫工藝製作線路圖形，它包括位於步驟1)、4)之後的如下步驟A)在已清潔的基材表面塗覆或貼附上一層感光材料再將其置於光刻機上曝光，顯影，清洗基材表面得到附有感光材料塗層的電路負像，然後烘乾；還包括位於步驟3)、6)之後的步驟B)將表面濺鍍有導電層的基材浸入化學清洗溶劑中加溫至60℃-90℃，以超聲波清洗，快速將附有感光材料的鍍膜層清除。
本發明的有益效果是與現有的磁控濺射製作印刷線路板的方法相比，改善了成孔方式。本發明在製作多層板時採用多次鑽孔的方式，每次鑽孔是在經過層壓後的被操作板上進行，孔分為通孔和盲孔(埋孔即為內層的導通孔)。例如被操作板是四層板，則是在已經製作好線路圖形及孔的雙面板的兩側，疊加絕緣材料並層壓後再鑽孔，因此經過鍍銅後可確保孔對層間的連通性，而無需在中間的絕緣基板上單獨鑽孔和鍍孔，也無需孔的對位。
另外，採用磁控濺射和電鍍銅相結合的方法，既能提高鍍銅和孔金屬化的效率又能夠按照設計要求靈活控制鍍銅的厚度。傳統的壓延銅製作覆銅板的方法無法按照新技術的要求將銅層做到9μm以下，而純粹採用磁控濺射法鍍銅又受到濺射速度的限制，用於生產厚度大於2μm以上的銅箔時生產效率會大大降低。本發明在電鍍銅的前期採用磁控濺射法鍍銅，保證了小孔徑孔的良好金屬化，避免了採用化學鍍和電鍍法導致的孔內鍍層不均勻和孔狗骨現象，後期採用電鍍法鍍銅，利於加快鍍銅的效率，提高產品的生產效率。由於不再使用化學鍍銅，減少了有害物質的汙染，降低了成本，有利於環保。
由於導電層可以做得更薄，有效地減少側蝕現象，從而可以將線路製作得更加精細。更薄的銅層需要更少的蝕刻液，蝕刻量也更少，側蝕量也更加可控，保證了精細線路的質量。
本發明的特徵及優點將通過實施例結合附圖進行詳細說明。
圖1表示本發明的單層線路板的結構示意圖。
圖2表示本發明的磁控濺射鍍銅流程圖。
圖3表示本發明的一種具體實施方式
的流程圖。
圖4表示本發明的又一種具體實施方式
的流程圖。
具體實施例方式
如圖1所示的本發明單層線路板的結構圖，從下至上依次是基材100、介質層101、導電銅層102、加厚銅層103和保護層104。基材100可以採用由環氧樹脂玻璃纖維布、聚醯亞胺、聚脂、陶瓷、金屬或玻璃製作成的基材，介質層101通過磁控濺射形成1-4層金屬，厚度為5-500nm，濺射多層介質層金屬的理由是基材與導電銅層的膨脹係數相差較大，如果直接在基材上鍍銅，親和力不強，抗剝離強度達不到要求，故需要在基材與導電銅層之間進行膨脹係數階梯過度，選用的介質金屬也是先小膨脹係數再大膨脹係數，最後過度到銅減少了塗層與金屬基體之間的熱膨脹係數之差，降低了鍍層在溫度變化時的收縮率以及鍍層內部的應力。抑制了塗層龜裂、剝落，提高了塗層的粘結力和抗衝擊性。導電銅層102的厚度為0.1-5μm，加厚銅層103的厚度為1-18μm。
具體實施例一製作多層印刷線路板，採用全板電鍍技術，其製作流程如圖2所示1)鑽孔將被操作板清潔後依據線路板的設計要求在被操作板上鑽通孔。
2)將鑽孔後的被操作板經過清潔處理，在該被操作板的一側表面或兩側表面及孔的內壁依次濺鍍鉻，鎳及鎳銅合金，用於改善銅箔與基底的親和力，濺鍍時間根據鍍層的厚度設為0.1-5min，濺鍍電流不宜過小，以免效率過低，設為0.1-5A，濺鍍氣體壓力＜1atm，氣體為Ar氣，靶材與基材的距離不宜太遠，以免濺鍍的強度不夠，設為5-25cm，濺鍍氣體流量為8×10-3至3×10-3torr；
3)在被操作板的一側表面或兩側表面及孔內壁的介質層金屬之上濺鍍導電銅層0.1-5μm，濺鍍時間根據鍍層的厚度設為0.1-30min，濺鍍電流為0.1-5A，濺鍍氣體壓力＜1atm，氣體為Ar氣，靶材與基材的距離為5-25cm，濺鍍氣體流量為8×10-3至3×10-3torr；真空系統必須在本底真空2×10-6torr才可以開始工作，良好的本底真空和無虛洩漏的真空系統對保證金屬鍍層的均勻性和產品的穩定性有關鍵的作用，而工藝氣體的濺射壓力與真空系統所決定的分子平均自由程有關係，通常又與靶基距有相當大的關係；4)全板電鍍。在導電銅層之上按照銅箔厚度的設計要求電鍍加厚銅層，電鍍電流為0.5-1A，電鍍時間根據鍍層的厚度設為0.5-2hr。
5)線路圖形製作。貼感光膜，經曝光顯影后形成線路圖形。
6)製作保護層其製作方法是在需要保護的外層電鍍加厚銅層之上磁控濺射或電鍍鉻、鎳、金、鋅、錫等其中的一種或多種金屬；如果是內層則在其表面濺鍍增加與絕緣基材親合力的介質金屬，特別地是濺鍍0.005-0.5μm的鉻，這對於改善導電層與絕緣基材間的親合力、抗溼性、耐化學性和耐熱性方面有很大進步。
7)線路蝕刻將基材置於化學溶液中腐蝕清洗出線路；8)層壓將被操作基板對齊疊好，經高壓高溫後壓合在一起；9)多層板鑽孔將經上述處理的兩個或兩個以上的單層基材板中間夾以絕緣層，再經高溫壓合而製成內芯多層板，進行清潔，依據線路板的設計要求在所述多層板上鑽取導通孔或盲孔；10)將鑽孔後的內芯多層板經過清潔處理，在其一側表面或兩側表面及孔的內壁磁控濺鍍用於改善銅箔與基底親和力的底層介質金屬層，技術及工藝要求同2)；11)在該內芯多層板一側表面或兩側表面及孔的內壁的介質層金屬之上磁控濺鍍導電銅層，技術及工藝要求同3)；
重複步驟4)、5)、6)、7)、8)工藝流程。
再重複上述步驟9)、10)、11)，直至達到線路板層數的要求。
12)表面線路圖形及保護層製作。
本實施例在最外層線路上增加保護層，防止有效銅層被刮花、劃傷，更重要的是可以防止銅層被氧化。
值得說明的是，如所需導電銅層的厚度較小，在濺鍍銅之後可以不再電鍍加厚銅。
本發明所指的「基材板」既可指通常所稱的單層基材板，也可指經過上述處理後的內芯多層板，稱為多層基材板。
具體實施例二製作雙面印刷線路板，使用圖形電鍍技術，其製作流程如圖2所示1)鑽孔將被操作板清潔後依據線路板的設計要求在被操作板上鑽通孔。
2)將鑽孔後的單層基材經過清潔處理，在其一側表面或兩側表面及孔的內壁磁控濺鍍用於改善銅箔與基底親和力的底層介質金屬層，技術及工藝要求同實施例一；3)在該單層基材一側表面或兩側表面及孔內壁的介質層金屬之上磁控濺鍍導電銅層，技術及工藝要求同實施例一；4)線路圖形製作。貼感光膜，經曝光顯影后形成線路圖形。其中感光膜的厚度應大於加厚電鍍銅層的厚度。本步驟與下述步驟7)屬於ITO技術中常用的「浮脫」工藝。
5)圖形電鍍。在導電銅層之上按照銅箔厚度的設計要求圖形電解鍍加厚銅層，電鍍電流為0.5-1A，電鍍時間根據鍍層的厚度設為0.5-2hr。
6)製作保護層其製作方法是在需要保護的外層電鍍加厚銅層之上磁控濺鍍鉻、鎳、金、鋅、錫等其中的一種或多種金屬；如果是內層則在其表面濺鍍增加與絕緣基材親合力的介質金屬，特別地是濺鍍0.005-0.5μm的鉻，這對於改善導電層與絕緣基材間的親合力、抗溼性、耐化學性和耐熱性方面有很大進步。
7)清洗與線路蝕刻用於將其下附有感光材料的保護層清除並將其上附有感光材料的銅層在化學溶液中腐蝕清洗出線路，該保護層可以作為抗蝕層，使得蝕刻僅對非線路部分的銅層起作用；8)高溫層壓用於將至少兩層被操作基板對齊疊好，經高壓高溫後壓合在一起；再重複步驟1)至8)可製作成多層板。尤其適用於製作有大量埋孔和盲孔的高密度互連多層線路板。
9)最後進行外層線路圖形製作。
本實施例可以更好地解決精細線路的蝕刻問題，而且導電層與基材附著性良好，其剝離強度可達1.0kgf/cm。
具體實施例三製作多層印刷線路板，線路成型使用浮脫技術，其製作流程如圖4所示1)鑽孔將被操作基材板清潔後依據線路板的設計要求在被操作板上鑽孔；2)清洗基材。
3)製作電路負像在基材表面塗覆或貼上一層感光材料將基材放在光刻機上暴光、顯影，清洗基材表面得到有感光材料塗層的電路負像，然後烘乾；4)濺鍍介質層將鑽孔後的被操作板經過清潔處理，在該被操作板的一側表面或兩側表面及孔的內壁依次濺鍍金屬鉻、鎳和鎳銅合金三種金屬的附著層，技術及工藝要求同實施例一；5)濺鍍銅在該單層基材或經層壓後的多層板一側表面或兩側表面濺鍍導電銅層0.1-5μm，技術及工藝要求同實施例一；6)濺鍍上層介質金屬鉻層，厚度為5-100nm，工藝條件同上；
7)超聲波清洗將表面濺鍍有導電層的基材浸入氫氧化鈉清洗溶劑中加溫至60℃-90℃，以超聲波清洗，快速將附有感光材料的鍍膜層清除；8)高溫層壓將至少兩層被操作板對齊疊好，中間夾以絕緣板後經高壓高溫壓合在一起；再重複步驟1)至8)直到達到線路板層數的要求。
9)最後進行外層線路圖形製作。
本實施例可以更好地解決精細線路的蝕刻問題，而且導電層與基材附著性良好，其剝離強度也可達1.0kgf/cm。
權利要求
1.一種利用磁控濺射製作印刷線路板的方法，其特徵在於包括以下步驟1)單層基材鑽孔將單層基材清潔後依據線路板的設計要求製取導通孔；2)將鑽孔後的單層基材經過清潔處理，在其一側表面或兩側表面及孔的內壁磁控濺鍍用於改善銅箔與基底親和力的底層介質金屬層；3)在該單層基材一側表面或兩側表面及孔內壁的介質層金屬之上磁控濺鍍導電銅層；4)多層板鑽孔將經上述處理的兩個或兩個以上的單層基材板中間夾以絕緣層，再經高溫壓合而製成內芯多層板，進行清潔，依據線路板的設計要求在所述多層板上鑽取導通孔或盲孔；5)將鑽孔後的內芯多層板經過清潔處理，在其一側表面或兩側表面及孔的內壁磁控濺鍍用於改善銅箔與基底親和力的底層介質金屬層；6)在該內芯多層板一側表面或兩側表面及孔內壁的介質層金屬之上磁控濺鍍導電銅層。
2.如權利要求1所述的製作印刷線路板的方法，其特徵在於在步驟6)之後還包括以下步驟7)把經過步驟4)、5)、6)處理後的內芯多層板作為多層基材板，它與單層基材統稱為基材板；將兩個或兩個以上的基材板中間夾以絕緣層，再經高溫壓合而製成內芯多層板，進行清潔，依據線路板的設計要求在所述多層板上鑽取導通孔或盲孔；8)將鑽孔後的內芯多層板經過清潔處理，在其一側表面或兩側表面磁控濺鍍用於改善銅箔與基底親和力的底層介質金屬層；9)在該內芯多層板一側表面或兩側表面的介質層金屬之上磁控濺鍍導電銅層；重複步驟7)-9)，直至達到線路板層數的要求。
3.如權利要求1所述的製作印刷線路板的方法，其特徵在於在步驟3)或步驟6)之後還增加如下步驟a)在導電銅層之上按照銅箔厚度的設計要求電解鍍加厚銅層；b)在加厚銅層之上濺鍍或電鍍上層介質金屬層。
4.如權利要求1所述的製作印刷線路板的方法，其特徵在於所述單層基材是由環氧樹脂玻璃纖維布、聚醯亞胺、聚脂、陶瓷、金屬或玻璃製作而成。
5.如權利要求1、3所述的製作印刷線路板的方法，其特徵在於所鍍底層介質金屬層和上層介質金屬層為1至4層不同材料的金屬層。
6.如權利要求5所述的製作印刷線路板的方法，其特徵在於所述底層和上層介質金屬層由鉻、鉬、銀、鋅、金、鎳、銅或其合金按順序組合而成1-4層。
7.如權利要求1所述的製作印刷線路板的方法，其特徵在於步驟1)所述的清潔處理是指對已鑽好孔的單層基材或經層壓並鑽好孔的內芯多層板表面及孔的內壁進行遠紅外線加熱至40-200℃，再以等離子體轟擊處理，使其表面氧氣離子化。
8.如權利要求1所述的製作印刷線路板的方法，其特徵在於所述的濺鍍工藝條件為時間為0.1-30min，濺鍍電流為0.1-5A，濺鍍氣體壓力＜1atm，氣體為Ar氣，靶材與基材的距離為5-25cm。
9.如權利要求2所述的製作印刷線路板的方法，其特徵在於所述的電解鍍加厚銅的工藝條件為電鍍電流為0.5-1A，電鍍時間為0.5-2hr。
10.如權利要求3所述的製作印刷線路板的方法，其特徵在於步驟a)或步驟b)之前還包括步驟c)製做線路圖形。
11.如權利要求1所述的製作印刷線路板的方法，其特徵在於採用浮脫工藝製作線.路圖形，它包括位於步驟1)、4)之後的如下步驟A)在已清潔的基材表面塗覆或貼附上一層感光材料再將其置於光刻機上曝光，顯影，清洗基材表面得到附有感光材料塗層的電路負像，然後烘乾；還包括位於步驟3)、6)之後的步驟B)將表面濺鍍有導電層的基材浸入化學清洗溶劑中加溫至60℃-90℃，以超聲波清洗，快速將附有感光材料的鍍膜層清除。
全文摘要
本發明提供了一種利用磁控濺射製作印刷線路板的方法，包括以下步驟1)單層基材鑽孔；2)在鑽孔後的單層基材上磁控濺鍍底層介質金屬層；3)在鑽孔後的單層基材上磁控濺鍍導電銅層；4)多層板鑽孔；5)在鑽孔後的多層板上磁控濺鍍底層介質金屬層；6)在鑽孔後的多層板上磁控濺鍍導電銅層。重複以上步驟，直至達到線路板層數的要求。本發明利用獨特的成孔方法，結合濺鍍法的使用，既能提高鍍銅和孔金屬化的效率與可靠性又能夠提高精細線路的製作能力。
文檔編號H05K3/16GK1527656SQ0314689
公開日2004年9月8日 申請日期2003年9月19日 優先權日2003年9月19日
發明者曹波, 趙平喜, 郝建平, 曹 波 申請人:曹波, 趙平喜, 郝建平, 曹 波