製造具有帶包繞鍍層的通道的印刷電路板的方法與流程
2023-05-28 11:57:41 1
製造具有帶包繞鍍層的通道的印刷電路板的方法相關申請的交叉引用無關於聯邦政府贊助的研發的聲明無光碟中的序列表、表格或電腦程式無技術領域本發明總的涉及用於製造具有至少一個導電通道的多層式印刷電路板的方法。本發明更具體地涉及用於製造具有帶包繞鍍層（wrapplating）的至少一個通道（via）的電路板的改進的方法。
背景技術：
現代電子設備中的多層式印刷電路或印刷電路板（「PCB」）包括一個或多個成對的電路層。每個成對的電路層包括絕緣芯層，該絕緣芯層也稱為載體或基材。芯層包括相對的第一表面和第二表面，電子電路設置在第一表面和第二表面上。這些電子電路一般形成並圖案化為通過焊盤或互連結構來接收電子部件。成對的電路層通過在絕緣芯的第一側和絕緣芯的第二側上用第一薄片層來層壓絕緣芯而形成。層壓的芯被處理（鍍覆和蝕刻）以在層壓芯的外側表面上形成電路跡線和焊盤。所產生的夾在一對相對的電路層之間的絕緣基板能夠用來形成多層式印刷電路板中的（成對的電路層的）子元件。在多層式印刷電路板中，上述成對的電路層（夾層布置）構成子元件，該子元件與一個或多個其他的子元件層疊，以形成多層式印刷電路板。所述多個成對的電路層被物理地和電子地連接以形成電路板。這種多層式印刷電路板通過將介電層（通常為預浸物或其他合適的絕緣粘結劑）布置在子元件之間以及在壓力機中以介電層位於子元件之間的方式層疊子元件而創建。介電層一般是可熱固的或者設置有粘結劑。在讓介電層和/或粘結劑固化之後，形成包括多個成對的電路層的多層式基板。在基板中，介電層被插置在成對的電路層（子元件）之間。基板具有與第二側處於相對的關係的第一側。一種製造PCB的方法涉及在基板的第一側和基板的第二側上用第一薄片層層壓包括所述一個或多個成對的電路層的基板。通常由銅製造的每個導電薄片繼而可以包括一個或多個層。應用於基板的每側的薄片層利用本領域已知的層壓工藝附著於基板。這種層壓工藝一般涉及向基板的兩個主要表面應用粘結劑（預浸物或黏接片）以及然後向每個表面應用薄片層以形成薄片-基板-薄片疊層。以基板位於薄片層之間的方式層疊的薄片層被布置在壓力機中並被允許固化。初始層壓過程的最終結果是薄片層壓基板。在形成薄片層壓基板之後，在薄片層壓基板的一個或兩個側面中鑽出一個或多個導通孔（viahole）。所述一個或多個導通孔具有相對端。所述一個或多個導通孔的側壁然後被鍍覆導電材料以提供電路層之間的導電互連。在多層式PCB中，通道可以從PCB的外側表面延伸穿過電路層的整個疊層並且延伸到相對的PCB外側表面。可替代地，在多層式PCB中，通道可以是盲孔或埋孔。為了簡便起見，術語「通道」在本申請中用來表示在此處描述的處理之後的鍍覆通孔結構。術語「導通孔」用來表示在此處描述的PCB形成處理步驟中所涉及的孔結構。因此，如本文使用的，導通孔是未完成的通道。在一種PCB製造方法中，將形成通道的導通孔在上述層壓步驟之後形成在層壓基板中。常規地，導通孔通過機械或雷射鑽孔而形成。在導通孔形成在層壓基板中之後，薄片層壓基板被鍍覆（一般通過化學鍍）以嚮導通孔的側壁添加（金屬化）第一導電層。然後將圖像點或凸點圖案應用到薄片層壓基板的表面，使得凸點鍍層可以形成在導通孔的周圍。薄片層壓基板然後將伴隨著導通孔的填充一起經歷接下來的製備和鍍覆步驟，以形成最終的印刷電路板。填充導通孔加強了PCB的導電性能並且可以提高最終的通道的結構可靠性。在PCB製造過程期間的哪個階段填充導通孔取決於製造商。在涉及導電墨填充材料的一種示例性工藝中，在添加第一導電層到導通孔的側壁上之後，導通孔被填充理想的填充材料。填充材料被允許固化。被填充的導通孔的端部然後被平坦化——通常產生凸點鍍層的表面的去除的過程。在此最後的步驟之後，面板經歷進一步的成像並且將另一導電層添加到薄片層壓基板的兩側上，包括填充的導通孔的端部上，從而形成通道。在具有根據諸如以上所述之類的已知方法製造的墨填充通道的PCB中存在連接性和可靠性問題。這些問題通常將在部件被應用到完成的PCB上時顯現出來。關於這一點，應用到通道的頂部的導電層或導電帽與通道的鍍銅（金屬化的）壁分離。已經研發了多種PCB製造方法來應對上述壁-表面導體分離。這些方法致力於改善PCB的「包繞鍍層」。這種「包繞鍍層」或「包繞層」指的是在圍繞（即，包繞）導通孔的區域應用到PCB的導電材料。該包繞區域通常由於創建包繞區域所需的相繼的鍍覆步驟而稱為「添加包繞層」。通過使包繞鍍層變厚，減小了通道的側部上的導體與表面導體分離的傾向。然而，僅僅使包繞鍍層加厚並沒有完全消除表面導體與金屬化的通道壁的分離。實際上，包繞鍍層的這種加厚可能由於層壓基板的表面上的不一致的鍍層厚度分布或者由於通道填充過程之後的不一致的平坦化而導致PCB的不可靠性。PCB製造時的接連的鍍覆步驟還可能導致通道和通道包繞層上的鍍層過厚。這種過厚是不理想的，因為其能夠由於PCB的表面上的電路跡線和部件的不斷增加的密度而導致問題。一種減少與變厚的包繞鍍層相關聯的問題的方法涉及PCB製造過程期間的導通孔周圍的薄片層或導電層中的蝕刻間隙（clearance）。圖1示出了根據已知的方法形成通道的工藝流程圖。在該工藝中，在將鑽出導通孔的位置處在薄片層壓基板的薄片層中蝕刻出圓形間隙。該間隙的直徑比期望得到的導通孔的直徑大。因此，當在間隙區域中鑽出導通孔之後，產生具有階梯狀邊緣的導通孔。邊緣的內部（「內緣」）由將薄片層粘結於基板的絕緣粘結劑形成。該內緣位於由薄片層形成的外緣的表面下方。通過在導通孔周圍蝕刻出間隙，能夠減少鍍層的過厚以及與其相關聯的問題。圖2示出了根據這種間隙蝕刻方法形成的通道。然而，間隙蝕刻以實現通道包繞層完整性的方法存在缺點。當前實現高質量的通道包繞層和蝕刻精細特徵的方法通常導致以廢料形式的相對大量的材料損失。這種損失源自於需要接連地對薄片層壓基板進行面板鍍覆以形成包繞層。高廢料損失轉化成對製造商的較高製造成本並最終轉化成對消費者的較高PCB成本。除了廢料損失之外，這種面板鍍覆還產生不均勻的表面銅，這迫使PCB製造商選擇性地蝕刻不均勻的區域。因此，需要一種產生高質量的通道包繞層而不存在依賴於間隙蝕刻和相關聯的接連鍍覆的方法的缺點的改進的PCB製造工藝。
技術實現要素：
根據本發明的一個實施例，一種用於製造具有至少一個導電通道的PCB的方法包括在基板的第一側和基板的第二側上用第一薄片層層壓基板（包括一個或多個層疊的電路層對）。然後在薄片層壓基板的第一側上形成導通孔。（導通孔也可以形成在薄片層壓基板的第二側上）。導通孔具有第一端和第二端。導通孔的第一端形成在薄片層壓基板的第一側上的薄片層中。導通孔從層壓基板的第一側上的第一薄片層貫通地延伸到薄片層壓基板的至少一個電路層。與現有技術的方法相比，形成在第一薄片層中的導通孔的第一端被加工埋頭孔（countersink），以形成表面處的斜切開口。導通孔的埋頭孔加工從孔的開口周圍有角度地地去除了薄片層（表面銅）。在本發明的工藝的一個實施例中，在埋頭孔加工過程期間，除了第一薄片層之外，位於薄片層下方的一些材料也被去除。在本發明的一個實施例中，導通孔從層壓基板的第一側上的第一薄片層延伸穿過層疊的電路層對並且穿過薄片層壓基板的第二側上的第一薄片層。在這種實施例中，導通孔的兩端可以如本文所述地被加工埋頭孔。在加工埋頭孔之後，導通孔然後準備好被鍍覆。例如，在準備好後，導通孔的側壁和埋頭孔表面被塗覆導電材料，優選地被化學鍍銅或其他導電膜塗覆。在導電塗層被應用到導通孔的側壁以及一個或多個埋頭孔表面之後，可以根據常規的技術來處理層壓基板。關於這一點，層壓基板可以被閃熔鍍覆一段較短的時期（例如，大約10分鐘）以使導電塗層固化。面板可以具有根據客戶定製所應用的圖像凸點圖案並且可以根據客戶定製被電鍍以添加凸點鍍層銅。根據本發明的工藝形成的導通孔能夠被填充非導電材料或導電材料。所述工藝通過從PCB形成的初始步驟中取消面板鍍覆過程而提供緊密的行和間距。另外，所述工藝允許基部薄片不被二次鍍覆接觸，從而允許導電層在整個面板中保持一致並統一。這繼而允許在面板的兩端之間的精細特徵的一致蝕刻。本發明的工藝還通過由於在蝕刻時具有較少的含金細條而具有較薄的基部薄片來允許需要非導電或導電通道填充的全金面板的更好的蝕刻。除了上述工藝之外，本發明還包括具有通過上述工藝形成的特徵的層壓基板和PCB。附圖說明附圖連同本文一起示出了本發明的示例性實施例，並且連同說明書一起用來闡釋本發明的原理。除非另有說明，否則，所描述的實施例並不意在將總發明限制於特定的實施例。圖1描繪了用於形成包繞鍍層的現有技術的方法的工藝流。圖2描繪了具有根據現有技術的方法形成的添加包繞鍍層的通道。該通道填充有非導電墨材料。圖3描繪了本發明的用於形成具有包繞鍍層的通道的方法的一個實施例的工藝流。圖4描繪了具有根據本發明的方法形成的包繞鍍層的鍍覆導通孔。該導通孔填充有非導電墨材料。圖5是圖4所示的導通孔的強化圖，並且更詳細地示出了導通孔的包繞區域，位於導通孔的端部的斜切側壁表面的鍍層在該包繞區域處與薄片層連接。圖6是圖4所示的導通孔的進一步的強化圖，並且更加詳細地示出了導通孔的包繞區域，位於導通孔的端部的斜切側壁表面的鍍層在該包繞區域處與表面銅有效地互鎖。圖7A至7D是示出了對於根據本發明形成的導通孔的優選示例性角度和尺寸的視圖。圖8描繪了具有根據本發明的方法形成的包繞鍍層並且具有導電捕獲焊盤的通道。具體實施方式在下面的詳細描述中，僅僅通過說明的方式示出和描述了本發明的僅僅特定的示例性實施例。如本領域技術人員將認識到的，所描述的實施例可以在不偏離本發明的精神或範圍的情況下通過多種不同的方式進行修改。因此，附圖和說明書應當理解為在本質上是說明性的而非限制性的。在本發明的上下文中，用語「通道」包括通孔、盲孔、埋孔以及微孔。根據本發明的一個實施例，製造具有至少一個導電通道的PCB的方法包括在基板1的第一側10和基板1的第二側20中的每一側上用第一薄片層2層壓具有一個或多個層疊電路層對的基板1。在本發明的實施例中，起始表面銅薄片層2能夠選擇為任何合適的厚度。然後在薄片層壓基板中形成具有第一和第二相對端4、5以及側壁12的導通孔3。導通孔3的第一端4形成在基板的第一側上的第一薄片層2中並且形成到基板中。導通孔3從薄片層壓基板的第一側10上的第一薄片層2貫通地延伸到薄片層壓基板的至少一個電路層。位於薄片層壓基板的第一側上的通道3的第一端4然後被加工高精度埋頭孔，以在薄片表面處形成「V形」或斜切的開口。導通孔3的埋頭孔加工從孔的開口9周圍有角度地去除薄片層（表面銅）並且為埋頭孔3在其第一端4提供了斜切的側壁表面6。該斜切的側壁表面6產生導通孔3的端部處的凸起7。在本發明的工藝的一個實施例中，除了第一薄片層2之外，位於薄片層2下方的一些絕緣材料8在埋頭孔加工過程期間也被去除。在本發明的替代實施例中，導通孔3從層壓基板的第一側10上的第一薄片層2延伸穿過電路層對的疊層並且穿過薄片層壓基板的第二側20上的第一薄片層2。在這種實施例中，導通孔3的第二端5形成在基板的第二側上的薄片層2中，從而允許導通孔3的兩端4、5都如本文所述地被加工埋頭孔。在所述至少一個導通孔3被加工埋頭孔之後，根據已知的方法對層壓基板1進行處理。例如，在加工埋頭孔之後，導通孔3準備好被塗覆。接下來，孔的側壁6和斜切的側壁表面6（或者在貫通的導通孔的情況下為多個表面）被塗覆導電材料15，優選地被塗覆化學鍍銅或其他導電膜。在導電塗層被應用到孔的側壁12和一個或多個斜切表面6之後，可以根據常規的技術對薄片層壓基板進行處理。關於這一點，薄片層壓基板可以被閃熔鍍覆一段較短的時期（例如，10分鐘）以使導電塗層固化。薄片層壓基板然後被塗覆光刻膠（resist）並被成像以使間隙顯像。薄片層壓基板然後被鍍覆到期望的銅厚度。光刻膠被剝離並且薄片層壓基板然後被平坦化。導通孔3的埋頭孔加工提供了間隙16，當被鍍覆並被平坦化時，間隙16產生滿足對於包繞層規格的IPC要求的通道包繞層。另外，從導通孔3的斜切的側壁表面6延伸的鍍層15根據規格與表面銅2鄰接。埋頭孔間隙（埋頭孔的外徑與導通孔的側壁之間的距離）16通過孔的位置進行精確的定位並且產生間隙-孔位置的最優配準。本發明的工藝能夠減少通常形成包繞所需的面板鍍覆步驟的數量。這種減少產生了更細的行和空間，因為圖像形成在未鍍覆的銅薄片上。這繼而產生了緊密且細小的特徵的更一致且更統一的蝕刻。本發明因此消除了表面銅上的增加的鍍覆銅厚度並且提供了印刷電路板的整個表面上的更一致的包繞鍍覆厚度。這有助於將表面導體銅與鍍覆的導通孔壁銅之間的結合保持在位，同時使得此時能夠製造具有更細的特徵和更緊密的幾何尺寸的印刷電路板。圖4、圖5和圖6描繪了具有根據本發明的方法形成的包繞鍍層21的鍍覆導通孔3。導通孔3能夠填充有導電或非導電墨材料17。本發明的工藝的另一個優點源自於以下事實：導通孔的膝部18（包括斜切的側壁表面）是成角度的，使得當被鍍覆時，膝部可以具有與導通孔的側壁一樣多的銅，或者具有更多的銅。這與當前的工藝形成對比，其中在當前的工藝中，在平坦化之後，膝部上的鍍層通常變薄到等於導通孔側壁的厚度的一半的厚度（見圖2）。此外，如圖4、圖5和圖6所示，來自導通孔壁12並且延伸到斜切表面6上的銅包繞層21與層壓基板的表面上的銅薄片2互鎖，以便更好地結合。通過將新穎的埋頭孔加工步驟集成到面板製備工藝中，總過程需要比當前方法少的處理步驟。特別地，面板製備工藝不包括從導通孔周圍選擇性地蝕刻銅所需的成像和蝕刻步驟。圖7A至圖7D示出了對於根據本發明形成的導通孔3的示例性角度和尺寸，其中示例性薄片層為大約0.0006英寸。在本發明的一個實施例中，利用130度鑽尖將孔加工埋頭孔至大約0.001英寸的深度。該實施例產生孔周圍的、從孔的內側（未鍍覆）壁12開始測量的大約0.0021英寸的間隙16。在本發明的另一個實施例中，利用130度鑽尖將孔加工埋頭孔至大約0.002英寸的深度。該實施例產生孔周圍的、從孔的內側（未鍍覆）壁12開始測量的大約0.0043英寸的間隙16。在本發明的另一個實施例中，利用127度鑽尖將孔加工埋頭孔至大約0.001英寸的深度。該實施例產生孔周圍的、從孔的內側（未鍍覆）壁12開始測量的大約0.002英寸的間隙16。在本發明的另一個實施例中，利用127度鑽尖將孔加工埋頭孔至大約0.002英寸的深度。該實施例產生孔周圍的、從孔的內側（未鍍覆）壁12開始測量的大約0.004英寸的間隙16。通過取消間隙蝕刻步驟，本發明的工藝完全消除了與在蝕刻間隙中定位導通孔相關的問題。另外，導通孔可以在一個步驟中被鑽孔和加工埋頭孔，從而允許間隙與導通孔的高精度配準。因此，間隙形成步驟能夠與導通孔鑽孔步驟相組合。圖8描繪了根據本發明的方法形成、並且具有捕獲焊盤（導電帽）25的優選的示例性完成通道。如圖8所示，本發明的工藝還減少或消除了由當前的PCB製造工藝的接連的鍍覆步驟產生的高凸點鍍層。然而，原型PCB的製造已經表明，該工藝在捕獲焊盤與通道之間的連接中產生較大量的銅，這種結果繼而會導致更高的連接可靠性。此外，通過使用如本文公開的埋頭孔加工工藝，最終的捕獲焊盤25在其焊盤表面27中具有微凹的彎曲部分26。該彎曲部分26通過允許焊盤彎曲部分26託住晶片的錫球而加強了晶片焊接。本發明還包括一種印刷電路板（PCB），該PCB包括與第二外表面電路層處於相對關係的第一外表面電路層。該PCB還包括以疊層構型設置在第一外表面電路層與第二外表面電路層之間的一個或多個內部電路層。該PCB包括至少一個通道。所述至少一個通道具有側壁12、第一端4以及第二端5。側壁12具有導電鍍層15。通道3的第一端4的側壁鍍層15被斜切（形成在斜切表面6上）並且與第一外表面電路層2電接觸。通道從PCB的第一外表面電路層貫通地延伸到所述一個或多個內部電路層中的至少一個。在本發明的PCB的替代性實施例中，通道從層壓基板的第一側上的第一外表面電路層延伸，穿過整個層疊的內部電路層對，使得通道的第二端5延伸到第二外表面電路層並且形成在第二外表面電路層中。在這種實施例中，通道的第二端的側壁鍍層15被斜切（形成在斜切表面6上）並且與第二外表面電路層電接觸。本發明還包括一種薄片層壓基板1，該薄片層壓基板1包括至少一個埋頭導通孔3。薄片層壓基板包括基板1，基板1具有處於層疊構型的一個或多個電路層對。基板具有第一側10和第二側20。基板的第一側和第二側對應於薄片層壓基板的第一側和第二側。薄片層壓基板包括層壓到基板的第一側和第二側中的每一側的薄片層2。薄片層壓基板還進一步包括在薄片層壓基板中的至少一個導通孔3。導通孔3具有第一端4和第二端5。導通孔3的第一端4從薄片層壓基板的第一側上的第一薄片層2貫通地延伸到薄片層壓基板的至少一個電路層。導通孔3的第一端4的側壁12具有與薄片層2的表面會合的斜切表面6。導通孔3的第一端4的斜切側壁表面6包括薄片層。在本發明的層壓基板的一個實施例中，除了薄片層2之外，導通孔3的第一端4的斜切表面6還包括絕緣材料8。在本發明的替代實施例中，導通孔3從層壓基板的第一側10上的第一薄片層2延伸，穿過電路層對的疊層，並且穿過薄片層壓基板的第二側上的第一薄片層2。在該實施例中，導通孔3的第二端5形成在薄片層壓基板的第二側20上的薄片層2中並且具有在薄片表面處的斜切開口。在薄片層壓基板的優選實施例中，所述至少一個導通孔包括在所述至少一個導通孔的側壁12和斜切側壁表面6上的第一導電層15。在一個實施例中，導通孔的埋頭孔表面6可以包括第一薄片層2和絕緣材料8。在薄片層壓基板的一個實施例中，第一導電薄片層2具有大約0.0006英寸的厚度，導通孔的第一端4具有大約0.001英寸的埋頭孔深度，並且導通孔的第一端的埋頭孔表面6之間的角度30為大約130度。在薄片層壓基板的另一個實施例中，第一導電薄片層2具有大約0.0006英寸的厚度，導通孔的第一端4具有大約0.002英寸的埋頭孔深度，並且導通孔的第一端的埋頭孔表面6之間的角度30為大約130度。在薄片層壓基板的另一個實施例中，第一導電薄片層具有大約0.0006英寸的厚度，導通孔的第一端具有大約0.001英寸的埋頭孔深度，並且導通孔的第一端的埋頭孔表面之間的角度30為大約127度。在薄片層壓基板的另一個實施例中，第一導電薄片層具有大約0.0006英寸的厚度，導通孔的第一端具有大約0.002英寸的埋頭孔深度，並且導通孔的第一端的埋頭孔表面之間的角度30為大約127度。根據以上所述，本發明的實施例增強了印刷電路板的通道的包繞鍍層的一致性，從而向印刷電路板提供了額外的可靠性，並且使得印刷電路板的設計人員和/或製造商能夠設計和製造具有相對精細的特徵和/或緊密的幾何尺寸的印刷電路板。此外，本發明增強了印刷電路板的通道的包繞鍍層的一致性，從而向印刷電路板提供了額外的可靠性，並且使得印刷電路板的設計人員和/或製造商能夠設計和製造具有相對精細的特徵和/或緊密的幾何尺寸的印刷電路板。儘管已經關於特定的示例性實施例描述了本發明，但本領域技術人員應當理解，本發明不局限於所公開的實施例；相反，本發明意在涵蓋包括在本發明的精神和範圍內的各種改動及其等同形式。