二信號單功率平面電路板的製作方法

2023-06-21 22:51:11

專利名稱：二信號單功率平面電路板的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及到電路板等的製作，更確切地說是涉及到具有二個信號平面和一個功率平面(2S/1P)的電路板的製作，其中的功率平面夾在二個光圖形化介電材料層之間，且信號平面的電路層排列於其上。
在某些常規電路板結構中，電路板剖面包括諸如FR4的環氧樹脂灌注的玻璃纖維之類的非光圖形化介質以及一個或更多個銅層。在介電材料中機械地或用雷射鑽出通路和鍍敷的通孔。這一鑽孔要求與各個被鑽的孔一點不錯地不斷精確對準。而且，在某些情況下，必須有隔離邊界圍繞板的邊沿以防止功率平面暴露於此邊沿。在板內也製作隔離邊界，以便分隔同一平面上的各個電壓區。藉助於將銅腐蝕掉，使下方的FR4材料暴露的方法，來製作隔離邊界。暴露的FR4材料使二個設計成不應該彼此接觸的相鄰的銅區隔離。在板的邊沿周圍也使用隔離邊界，以便防止邊界上的暴露的銅在板的成型操作中連接到一起。同樣的技術被用來顯示板上諸如零件數目之類的內容。
雖然光成象材料已經被用在金屬襯底一側上，但當用光成象材料製作2S/1P板，使光成象材料位於金屬功率板二側上時，卻遇到了各種各樣的工藝困難。在用作為其上待要製作電路圖形的介電材料的光成象介電聚合物將預製的金屬功率板夾在中間的工序中，無法用與非光圖形化FR4相同的方法製作隔離邊界。若在銅被腐蝕掉之後使用相同的工序，則由於沒有留下的材料使之連在一起，面板的各個零件可以被隔離，並且橫向分開。
因此，本發明的主要目的是提供一種工藝，其中在製作功率平面的金屬層的相反的側上使用光成象介電材料層，並在其上製作電路圖形，在其中製作通路和鍍敷的通孔。在一種情況下，提供了一種技術，其中能夠在功率平面中製作隔離邊界而面板不分開。
根據本發明，提供了一種製作印刷電路板的方法，其中用作功率平面的金屬層夾在一對光成象介電層之間，且其中感光製作的金屬填充的通路和感光製作的鍍敷的通孔被製作在光圖形化材料中，而信號電路被製作在各個介電材料的表面上，並被了解到通路和鍍敷的通孔。在一個實施例中，提供了板周圍的邊界，其中所述金屬層終止於離一個介電層邊沿一定距離處。在板的內部也可以使用邊界來隔離同一平面上的各個電壓。此方法包括提供金屬層，最好是具有通孔的銅箔的步驟。第一層光成象介電可固化材料排列在箔的一側上，而第二層光成象可固化介電材料排列在所述材料層的另一側上。此光成象介電材料最好是環氧基樹脂。
第一和第二層可固化光成象材料被光圖形化成各個側上的預選圖形。(若要製作邊界，則第一光成象材料層包括邊界圖形，而第二光成象材料層上的圖形不包括邊界圖形)。此圖形被顯影在第一和第二光成象材料層上，以通過通路顯現金屬層，而在邊界的情況下，顯現顯影的圖形中的邊界處的金屬。在金屬層中的通孔處，在二個介電層中的孔被圖形化處已經顯影出通孔。然後，用光刻技術，最好是通過疊加銅鍍敷，對各個光成象材料的表面、通路和通孔進行金屬化。若存在邊界，則通過第一層顯現的環繞邊界的金屬被腐蝕，從而提供一個襯底，它具有延伸到金屬層邊沿以上的由第二光成象材料層確定的邊沿。最好用光刻膠保護電路其他部分並利用光刻技術，來進行這一腐蝕。當採用這一技術時，光刻膠被隨後清除，從而得到具有二側金屬化、從二側延伸到中心金屬層的通路、連接二個外圍電路化的金屬層的鍍敷的通孔的電路板，而在製作板的情況下，用清除的金屬形成由仍然未顯影的可圖形化的介電材料支持的邊界。


圖1是示意平面圖，示出了工藝過程中製作在面板上的各種板；圖2a-2k是基本上沿圖1中2-2線所示平面的剖面圖，示出了各個製造階段中電路板的製作。
現參照附圖，圖1示出了當卡、板或者卡或板的各個區域需要電學上分隔，亦即被製作的各個卡或板之間的功率平面中不能有物理接觸時，用來在其上製作多個電路卡或板的面板的示意圖。如圖1所示，面板10具有多個製作在其上的由參考號12所示的電路卡，且各個卡12被完全延伸在各個卡12周圍的邊界14分隔。邊界16提供了卡內部的電隔離。此處用術語「卡」或「電路卡」來表示可以用作安裝元件和晶片的晶片載體或電路板。圖2a-2k中的各個階段示出了卡12的製作，開始於形成功率平面的金屬層，通過各個步驟加工形成最終的被沒有金屬的邊界環繞的形成功率平面的電路化卡或板。
現參照圖2a，示出了金屬層20，雖然可以採用其他尺寸的銅箔，例如1/2盎司銅箔，但在一個最佳實施例中，這是1盎司銅箔形式的銅。然而，1盎司銅箔是通常用於功率平面的標準材料。預期金屬層的厚度應該約為0.7-2.8密爾。下面描述具有1P/2S結構，亦即一個功率平面和二個信號平面的電路卡的製作。
在許多情況下，需要從一個介電層的暴露表面上的電路延伸到另一個介電材料的暴露表面上的電路的鍍敷的通孔。在這種情況下，其中之一示於22的通孔被製作在銅箔20中。可以用機械鑽孔或腐蝕的方法來製作。一種腐蝕方法是採用光刻工藝，其中各個孔的位置被圖形化和顯影在塗敷於銅的二個表面上的光刻膠中，再用諸如氯化銅(CuCl2)之類的腐蝕劑將孔腐蝕穿過銅。然後剝離光刻膠。這一工藝在本技術領域中是眾所周知的。
如28所示，在銅箔20的一側上塗敷第一光成象介電材料層24，在銅箔20的相反的一側上塗敷第二光成象介電材料層26，並在通孔22中填充介電材料。各個介電材料層的厚度最好在2-4密爾之間。一種特別有用的光成象材料是此處列為參考的題為「光成象組分」的共同受讓的美國專利No.5026624所述類型的環氧基樹脂材料。如圖2b所示，此材料被光成象即光圖形化並被顯影，以顯現所希望的圖形，然後被固化，以便提供其上能夠製作用來形成電路板的諸如鍍敷的銅的金屬電路圖形的介電襯底。此介電材料可以如所述專利No.5026624所述那樣幕塗，或含有觸變劑並如美國專利No.5300402所述那樣遮蔽塗敷。此材料也可以塗敷成幹膜。製作幹膜的方法如下。
製備固體含量約為86.5-89％的光成象介質組分，這種固體包含大約27.44％的PKHC苯氧樹脂；41.16％的Epirez 5183四溴雙酚A；22.88％的Epirez SU-8八功能環氧雙酚A甲醛酚醛合成樹脂；4.85％的UVE 1014光引發劑；0.07％的乙基紫染料；從3M公司得到的0.03％的Fc 430氟化聚酯非離子表面活化劑；從Degussa得到的3.85％的Aerosil 380非晶二氧化矽；以便提供固體組分。溶劑約為總光成象介質組分的11-13.5％。光成象介電組分被塗敷在從DuPont得到的稱為Mylar D的1.42密爾厚的聚對苯二甲酸乙二醇酯聚酯層上。可以對光成象介電組分進行乾燥，以便在聚對苯二甲酸乙二醇酯背面提供厚度為2.8密爾的光成象介電膜。
如所述美國專利No.5026624和5300402所述的那樣，此特定材料24和26是負性感光介質。因此，當此材料在顯影液中被顯影時，暴露於光化輻照(此時為紫外線)的區域將不被顯影(亦即仍然保留)，而不暴露的區域被清除，亦即顯影出來。掩模被置於待要完全顯影出來的那些區域所在的光刻膠24和26上，而其餘的介電材料24和26暴露於紫外線。對此材料進行顯影的最佳試劑是丙烯碳酸酯。如圖2c所示，這將提供延伸到銅箔20表面的窗口32和顯現下方銅箔20的形成邊界的光刻膠24上的窗口34，以及直徑小於銅箔20中的窗口32的能夠得到鍍敷的通孔的窗口36。在顯影之後，用紫外線衝擊留下的介電材料24和26，然後如所述專利No.5026624所述的那樣，在150-190℃下進行固化。在所述美國專利No.5026624中詳細描述了這一顯影和固化。可以充分地韌化此介電材料，以便形成其上能夠澱積或製作電路的基底。然後，用蒸汽噴射或可選擇的去塗抹方法處理整個表面，再為鍍敷銅而引晶，最好是用鈀38，以便如本技術眾所周知的那樣提供無電銅鍍敷。圖2c示出了這一製造階段。
此時，如圖2d所示，用光刻膠40塗敷產品二側，此光刻膠最好是負性光刻膠DuPont Resiston T168。然後暴露除待要鍍敷銅的地方之外的整個光刻膠並顯影。如眾所周知的那樣，最好用丙烯碳酸酯對光刻膠進行顯影，從而在要鍍敷銅的地方形成穿過光刻膠40的窗口42。這些窗口將位於待要製作電路圖形、待要製作孔、待要製作通路和待要製作通孔處的層24和26上。圖2e示出了這一製造階段。
然後，如圖2f所示，根據熟知的方法，將銅無電鍍敷在通過光刻膠40中的窗口42暴露的區域上，以便在介電材料24和26上形成電路圖形44、穿過介電材料24和26與銅層10接觸的無出口的通路46和鍍敷的通孔48。接著，雖然常常不要求，但也可以對表面進行整平。
在無電鍍敷之後，如圖2g所示，用丙烯碳酸酯在提高的溫度下剝離光刻膠40，以便提供電路44、通路46和鍍敷的通孔48。光刻膠的顯影還顯現了窗口34中的光刻膠24下方的銅20。銅20在反側上不通過光刻膠26顯現。此時，最好在氰化物浴液中剝離其上未發生鍍敷的留下的鈀引晶38。
在剝離鈀引晶之後，如圖2h所示，在零件二側塗敷另一個光刻膠塗層50。此光刻膠最好是MacDermid公司所售的負性光刻膠MI。覆蓋光圖形化材料24的光刻膠50除窗口34處外，被整個暴露並顯影，以便提供與窗口34連通的窗口52。可以用碳酸鈉來顯影。圖2i示出了這一點。
然後，最好用氯化銅溶液腐蝕窗口34下面顯現的銅，這就提供了圖2j所示的零件。
接著，用NaOH剝離光刻膠50的殘留部分，從而得到圖2k所示的零件。如所見，銅箔20終止於光圖形化材料24的外邊沿，而光圖形化材料26的外邊沿延伸到銅24以上。再參照圖1，於是，即使在頂部光圖形化材料24和周圍的銅20中製作了邊界，整個面板仍然被底部光圖形化材料26固定在一起，從而保持了整個面板10的整體性。
若不要求邊界，亦即Cu片20能夠保持為一個整體並延伸到板的邊沿，則可以略去上述工藝中有關製作邊界的各個步驟。於是，不製作窗口34，並將如圖2c-2g所示進行光圖形化和鍍敷，由於不需要圖2h-2k所示的各個步驟，故這就是最終產品。
因此，已經描述了本發明的最佳實施例。但記住前面的描述，需要理解的是，這一描述僅僅是用舉例的方法進行的，本發明不局限於此地方述的特定的實施例，而是可以作出各種各樣的重組、修正和替換而不超越下列權利要求所述的本發明的實際構思。
權利要求
1.一種製作印刷電路卡的方法，其中在一對介電層之間夾有金屬層，且周圍有邊界，其中所述金屬層終止於離一個介電層的邊沿一定距離處，此方法包含下列步驟提供具有相反的側面的金屬層；在所述金屬層的相反的側面上提供第一和第二可光成象的可固化的介電材料層；將所述第一和第二層所述可固化的光成象材料光圖形化成預選的圖形，所述第一光成象材料層上的圖形包括邊界圖形，而所述第二光成象材料層上的圖形沒有邊界圖形；然後，對所述光成象材料的所述第一和第二層上的所述圖形進行顯影，以便通過顯影的圖形中的通路和所述邊界顯現所述金屬層部分；接著，對各個所述第一和所述第二層進行金屬化，以便用光刻技術製作所述第一和第二層所述光成象材料上的電路和所述第一和第二光成象材料層中的通路，並腐蝕所述邊界處通過所述第一層暴露的金屬，從而提供具有由延伸到所述金屬層邊沿以外的第二層所述光成象材料確定的邊沿的襯底。
2.權利要求1所述的發明，其進一步特徵是，感光製作穿過所述介電材料層和所述金屬層二者的孔，並在所述孔中澱積金屬。
3.權利要求1所述的發明，其中所述介電材料層之間的所述金屬層是銅。
4.權利要求1所述的發明，其中所述光成象材料是環氧基樹脂。
5.權利要求1所述的發明，其中在對第一和第二層進行金屬化之後，對所述邊界處暴露的金屬進行腐蝕。
6.權利要求3所述的發明，其中第一和第二層的金屬化用無電鍍敷銅的方法完成。
7.權利要求1所述的發明，其中在面板上製作多個電路板。
8.權利要求1所述的發明，其中所述第一和第二光成象材料層被塗敷成幹膜材料。
9.權利要求2所述的發明，其進一步特徵是，在提供第一和第二光成象材料層之前，在所述金屬層中製作窗口，用所述光成象材料填充所述窗口，在光成象材料中製作通過金屬層窗口的孔，以及在所述光成象材料中的所述孔中提供金屬填充所述窗口。
10.一種印刷電路卡，它包含夾在一對介電層之間的金屬層，所述介電層各由光成象的固化的介電材料組成，且各具有外邊沿、環繞所述電路卡的邊界，所述邊界由終止於離一個介電層的邊沿一定距離且鄰近所述另一個介電層的邊沿的所述金屬層組成；形成所述光成象材料的所述第一和第二層上的電路的各個所述第一和所述第二層上的金屬化，以及所述第一和第二光成象材料層中的連接於所述電路和所述金屬層的填充有金屬的通路。
11.權利要求10所述的發明，其進一步特徵是，延伸穿過各個介電材料層和穿過金屬層的鍍敷的通孔。
12.權利要求11所述的發明，其中所述鍍敷的通孔被電連接到二個介電材料上的電路。
13.權利要求10所述的發明，其中多個電路板包含由所述一個介電材料層處的邊界連接的面板。
14.權利要求10所述的發明，其中的金屬層是銅。
15.權利要求10所述的發明，其中的電路是銅。
16.一種製作印刷電路卡的方法，它包含下列步驟提供具有相反的側面的金屬層，製作至少一個穿過所述金屬層的窗口，在所述金屬層的相反的側上提供第一和第二光成象材料層；對所述光成象材料的所述第一和第二層進行光圖形化和顯影，以形成穿過所述光成象材料層和所述金屬層中的所述至少一個窗口二者的窗口，且所述光成象層中的窗口小於所述金屬層中的窗口，在至少一個終止於所述金屬層處的光成象材料層中，製作至少一個通路，對具有電路的各個所述光成象材料層的暴露表面進行電路化，並在所述光成象材料中的所述至少一個孔和所述至少一個通路中澱積金屬。
17.權利要求16所述的發明，其中所述光成象材料被澱積成幹膜。
18.權利要求16所述的發明，其中所述電路用附加的鍍敷來製作。
19.一種印刷電路卡，它包含夾在一對介電層之間的金屬層，所述介電層各由光成象的固化的介電材料組成，形成所述光成象材料的所述第一和第二層上的電路的各個所述第一和所述第二層上的金屬化，以及至少所述第一光成象材料層中的連接於所述電路和所述金屬層的填充有金屬的通路和所述金屬層中與所述第一和第二光成象材料層中的窗口，所述窗口被金屬化，以便使所述第一層上的至少一部分電路與所述第二層上的一部分電路連接起來而不接觸所述金屬層。
20.權利要求19所述的發明，其中所述的孔和所述介電材料中的通路被感光製作。
全文摘要
製作電路板或電路卡的方法,金屬層夾在光成象介電層之間。金屬填充通路和鍍敷通孔位於光成象材料中,信號電路位於其表面上並連接到通路和通孔。光成象可固化介電材料在銅的相反的光成象材料側上。在光成象材料上顯影出圖形,在銅中顯影出通孔,孔圖形化在介電層中。對光成象材料的表面、通路和通孔進行金屬化。清除光刻膠得到具有二側金屬化、從二側延伸到中心銅層的通路、連接二個外圍電路化銅層的鍍敷通孔的電路板或卡。
文檔編號H05K3/44GK1256612SQ9912097
公開日2000年6月14日 申請日期1999年11月29日 優先權日1998年12月2日
發明者肯尼思·法倫, 米古爾·A·基馬茲, 羅斯·W·基斯勒, 約翰·M·勞福, 羅伊·H·馬格努森, 沃雅·R·馬克維奇, 埃爾·莫米斯, 基姆·P·鮑勒蒂, 馬裡伯斯·伯裡諾, 約翰·A·沃爾西, 威廉姆·E·維爾森 申請人:國際商業機器公司