專利名稱:多層印刷電路板制造方法
本申請涉及由我們同時提交的稱為“制作印刷電路板抗蝕圖的方法”的美國專利申請742，742，該申請于1985年6月10日提交，并已轉(zhuǎn)讓給本申請的受讓人，現(xiàn)在此引入以供參考。
一般來說，本發(fā)明涉及印刷電路板的制造，尤其涉及到使用普通疊加工藝來制造多層印刷電路板。
近20年來進行的電子線路元件的集成化和小型化，對印刷電路板技術(shù)的限制已經(jīng)變成了一個日益復(fù)雜的問題。印刷電路板或更準確地稱作為印刷線路板(PWB)起到若干主要作用，首先，電子元件諸如特殊封裝的集成電路，電阻等等被安裝或承載在通常為結(jié)實的插件-類似插板的平板表面上。這樣，PWB對元件起到了一個支撐作用。其次，采用化學腐蝕或在板的表面鍍敷導體圖形，PWB在元件之間形成所需的電氣連接。另外，PWB還能包括用作散熱片的金屬區(qū)。隨著集成電路的使用逐漸增多，更高密度的連接需要雙面的PWB，以便利用板另一面上的導體圖形來作為附加的連接。這種趨向已擴展到稱為多層PWB的許多層板的連接。層與層之間通常借助鍍通孔(金屬化孔)連接。
導體圖形一般是對敷有銅箔的環(huán)氧樹脂玻璃纖維基板進行照相蝕刻來形成的。在銅箔上涂上一層感光性樹脂層，并使紫外線通過漏印板…類似膠片的圖形掩膜曝光形成圖形。感光性樹脂上曝光的區(qū)域被聚合。用化學溶液除去未聚合的區(qū)域而留下銅的區(qū)域。在剩下的經(jīng)過聚合的感光性樹脂保護層的下面就是所需要的導體圖形。然后蝕刻掉暴露出的銅箔，并用化學方法除去剩下的感光性樹脂，就露出了由此形成的導體圖形。當然，這道工序存在許多通用的變化，例如，通過對抗蝕圖附加電鍍一層銅來形成導體。但是，所有需進行蝕刻的導體圖形都有不同程度的掏蝕(undercut)，這是因為只有頂上的表面受到保護而免受蝕刻劑的蝕刻。當需要極其細的導體圖線時，掏蝕變得格外易出故障。
隨著電路集成度的增加，表面安裝技術(shù)(SMT)已大大地加速了電子電路的致密化，能使空間需要量縮減達70%之多。表面安裝器件(SMD)被直接裝到PWB的表面，并使用汽相焊料，焊料逆流或其它技術(shù)來焊接。對于在微小的間距內(nèi)具有許多引線端的集成電路表面安裝定位來說，要求PWB的導體具有非常好的分辨率。
同時，無電敷鍍技術(shù)正在迅速改進。在這種系統(tǒng)中，廣泛地由日本制造廠所使用的是在多層紙質(zhì)基板上，用化學方法在大的鍍槽中靠金屬沉積來生成導體電路。近來，鍍液配方和鍍槽操作系統(tǒng)的改進已促進了無電敷鍍技術(shù)在日本以外國家的使用。就某種方法來說，起催化作用的基板上涂有一層感光性樹脂。在形成圖形的保護層之后，穿過保護層的孔采用無電敷鍍法充以金屬。由于是用疊加金屬而不是減去(即蝕刻)金屬來產(chǎn)生導體，因此，這種工藝稱為“疊加”工藝。采用這種方法，導體電路能被制成所需的厚度。一般來說，無電敷鍍技術(shù)減少或消除了掏蝕后果，并產(chǎn)生原生金屬的直邊導體。但是，這種方法需要使用外國制造的催化劑來促進銅的沉積和增加附著力。
然而，SMD電路已經(jīng)變得如此密集，以致多層PWB成了人們注意的焦點，并有若干種技術(shù)正在展開競爭。單層玻璃纖維環(huán)氧樹脂PWB能被粘合在一起，并用對所鉆的孔孔金屬化來作內(nèi)部連接。Cofired陶瓷生產(chǎn)技術(shù)使用在另外的層疊工藝中，屏蔽線的原型也已經(jīng)提出來了。所有這些系統(tǒng)都有許多缺陷。例如，在四層PWB中的2，3層就需要一個中間連接層，穿孔必需穿過整個結(jié)構(gòu)，這樣就要浪費1層4層上能另派用場的“空閑”(real estate)。因此，借助現(xiàn)有技術(shù)是不能很好提供通常所說的在兩層或更多的內(nèi)層之間埋入連接的隱蔽通路的。
因此，本發(fā)明總的目的是提供在單一基板上制造包括隱蔽通路和新的導體圖形的多層導體電路的技術(shù)。本發(fā)明另一個目的是在不連接的各層上產(chǎn)生一種不浪費空間的具有隱蔽通路的多層PWB。本發(fā)明的一個相關(guān)目的是為在用于SMD的單一基板上制造復(fù)雜的多層PWB提供一種實用的工藝。
本發(fā)明的這些及其它目的，通過采用分別制造好的，由導電箔上敷有絕緣膜所組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)而得以實現(xiàn)。導電側(cè)被形成圖形并經(jīng)獨立的工藝蝕刻。然后將該復(fù)合層的導電箔圖形側(cè)粘到下面的基板上或先前已經(jīng)有的多層結(jié)構(gòu)上，并除去所選擇區(qū)域的絕緣膜直到下面的金屬位置，以便進行無電敷鍍。所有進入絕緣膜的小孔圖形被無電敷鍍充滿原生金屬，該金屬高出到上表面，以形成導體和通路。當需要形成包括隱蔽通路的，實際上不受復(fù)雜性限制的多層結(jié)構(gòu)時，可采用更多獨特的圖形復(fù)合層和敷鍍。
就最佳工藝來說，絕緣膜是可光學處理的。最好是永久干燥膜(PDF)。金屬箔最好是用傳統(tǒng)方法可被光蝕刻的銅箔。由于銅箔阻擋了曝光的能量，未固化的PDF就不受預(yù)先制作導體布線圖形操作的影響，(該操作使箔產(chǎn)生“脫板”)。當把箔片圖形側(cè)粘到下面的PWB上進行復(fù)合后，PDF通過掩膜曝光，并除去需要暴露本身敷層下面的或在PWB頂表面上的先前存在的下層金屬區(qū)上的敷層。在后一種情況，任何粘接材料同時能被除去。在PDF上的小孔隨后被無電敷鍍以形成導體和通路。所有板上工作均在疊加方式下完成，這種方法產(chǎn)生的多層連續(xù)原生金屬導電通道，在導線的細度方面(更高的分辨率)要比先有技術(shù)采用減法工藝能可靠達到的要更高。因為無電敷鍍能在多層基板上沒有金屬的一塊區(qū)域中重新進行，這種技術(shù)為在不受前面一層的影響下，設(shè)計電路圖形提供了最大的靈活性。而且，復(fù)合件能在并行的組件系統(tǒng)中作為輔助元件同時地制造好。
在另一種可采用的技術(shù)中，也使用了敷箔的復(fù)合件，該復(fù)合件的箔上側(cè)(即外面)粘接到先前存在的PWB結(jié)構(gòu)上，隨后將板上的箔形成抗蝕圖，以便有選擇地暴露中間層連接區(qū)的絕緣材料。經(jīng)蝕刻工藝除去暴露到下層金屬處的絕緣材料，以便于電鍍或無電敷鍍。然后所有絕緣材料上的小孔敷鍍充滿金屬，使其高出箔層表面。然后該層對第二次加工抗蝕圖，以便在箔層上形成導體敷有絕緣層的附加箔片適用于PWB結(jié)構(gòu)的任意一面或兩面，從而可形成實際上可任何組合的多層PWB的隱蔽通路連接。
圖1是使用本發(fā)明方法所制成的多層電路板的構(gòu)制順序的截面示意圖。
圖2是用于圖1中步驟7所示的多層電路板結(jié)構(gòu)在敷有圖形前后的復(fù)合層截面示意圖。
圖3-6是圖1中步驟6和8之間的多層基板在性質(zhì)不同的點上的截面示意圖。
圖7是用于圖1中步驟8所示的另一種多層電路板結(jié)構(gòu)在箔片敷有圖形前后的復(fù)合層的截面示意圖。
圖8是一個順序簡圖，表示了用敷箔復(fù)合件來制造多層PWB的另一種方法。
下面說明多層PWB的工藝，該工藝使用化學敷鍍方法可在大容量的工藝敷鍍槽中連續(xù)運行，以在傳統(tǒng)基板上建立非常密集復(fù)雜的獨立層，(這種敷鍍槽一次能容納大量的電路板)。當需要進行獨立的復(fù)合制造時，整個工藝可高度自動地完成。本工藝將表明不僅僅是多用途的，而且與競爭技術(shù)相比較也是高度經(jīng)濟的。
圖1示出了代表九個階段的多層PWB結(jié)構(gòu)的截面。由于在任何給定平面上的導體圖形非常復(fù)雜，故為簡化說明起見，省略了給定層平面上的給定導體通道的范圍。正如在圖1的截面中看到的那樣，給定層上暴露的金屬區(qū)可以只是對應(yīng)于兩層之間的垂直連接點，或可以是例如與該層平面上的紙垂直或斜交的穿過導體而行的一部分。步驟1至5說明穿過一層永久干燥膜無電敷鍍產(chǎn)生單一的同一平面上的導電層。兩個不同的復(fù)合件被分別加在步驟7和8。導致圖1中步驟8的詳細步驟具體地示于圖3-6。
在步驟1，基板10被復(fù)蓋上一層導電金屬箔12?；蹇梢允怯扇魏谓^緣材料制成的薄板，例如由合成樹脂，玻璃，陶瓷，涂有金屬的陶瓷，層壓紙，卡片紙，或纖維材料制成。合成樹脂的例子中包括酚醛樹脂，三聚氰胺和環(huán)氧樹脂。最佳的基板是玻璃纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合板。
導體金屬箔12從這樣的金屬中選擇-具有所需的電氣和機械特性以及耐化學性和耐熱性。用于箔片12的最佳金屬是銅，典型的厚度約為0.5至3密耳。
在步驟2，金屬箔12被構(gòu)成圖形，以便形成導電線條。在箔片12上可加上一層感光性樹脂(未示出)，并通過掩膜曝光。接著，除去已曝光的感光樹脂，并蝕刻下層的金屬，以留下所需的金屬電路圖形線條14。感光性樹脂結(jié)構(gòu)一般采用傳統(tǒng)層疊或使用液態(tài)保護膜以離心法干燥膜層的形式涂敷。保護層可通過一張照相底圖用紫外線(UV)照射曝光，或直接用電子束，或激光來形成圖形。在金屬箔上形成布線圖形的另一方法是在我們以上參考的共同待批申請中所教導的。因為線條14并不用來構(gòu)成最終完成的導體，自然，金屬箔12最好非常薄，以允許在沒有掏蝕問題的情況下具有高分辨率的細線條圖形，掏蝕往往發(fā)生在具有較厚層的減除技術(shù)中。
在圖1中的步驟3，用金屬箔12形成的導電圖形14被涂復(fù)一層可光學處理(photo-processible)的絕緣材料16，最好是光可硬化的不導電膜。絕緣材料16最好是采用層疊法以干燥層方法涂敷的未固化PDF。
最佳的PDF材料是由E.I.Dupout de Nemours & CO.生產(chǎn)的稱為PAR-001的有精確濃度的紫外線固化的聚丙烯腈。這種材料的一個不良特性是不能很好地粘到銅上。這樣，更廣泛使用的和一般可得到的PDF包括有用于銅的粘著力促進劑，以使這種材料適合于用作焊接保護膜，或用作其它類型的圖形絕緣。已知類型的PDF更普通的缺點是不適合于用作敷鍍掩膜。特別是，促進銅粘著力的附加劑浸出到鍍槽中，經(jīng)一個不能接受的短周期后就使鍍槽失效。使用在本發(fā)明中的PAR-001，沒有加入銅粘著力促進劑，因此，可以用作敷鍍掩膜而不會使鍍槽中毒。但是，在固化后，它不能很好地粘在銅上。未固化的PDF是柔軟的并稍微有點發(fā)粘，它能暫時的附著在銅上。層疊在非銅基板上的未固化PDF，一旦固化時，就永久地粘在基板材料(在此情況下是環(huán)氧樹脂)上了。
在步驟4，PDF16由紫外線通過畫有所需導體圖形輪廓的掩膜曝光而被形成圖形。掩膜與步驟2中負的感光樹脂掩膜相同。被曝光的區(qū)域18就聚合，硬化并保留下來(正如圖4所示的那樣)。硬化的PDF18之間的區(qū)域用化學方法除去，以形成孔隙或小孔，這些小孔使下層的銅線條14是曝露出來。由小孔如此暴露的銅點，用于無電敷鍍。暴露的銅線條起催化點的作用，這種催化點對鍍液中的銅離子有親和力。靠化學增長來“生長”金屬的厚度，直到所有的小孔均充滿或敷鍍上與如步驟5所示的上表面一樣高的純銅20。
在如圖1所示的步驟1-5中，由于整個一層中的所有銅線條14均被暴露以便敷鍍，所以就不會遇到PDF敷鍍掩膜不粘附到銅上的問題。只有層與層之間的介面處在PDF和基板的環(huán)氧樹脂之間。這樣，經(jīng)過固化PDF與夾在層之間的根據(jù)原始銅線條14鍍了金屬的導體就被永久地粘到了基板10上，而銅線條14本身也就被粘到基板10上了。
正如圖1中步驟6所示，加上了第二層PDF并經(jīng)過處理，以留下永久的絕緣圖形22。要注意，小孔是在預(yù)先存在的金屬上面形成的。但是，在這種情況下，某些金屬導體區(qū)由PDF復(fù)蓋而不是暴露的。
因為在步驟6存在銅與PDF層到層之間的介面，在那里銅導體對先有的層是易“脫掉的”，因此，必然提出粘接問題。結(jié)果證明，PDF必然會十分良好地粘到錫上。因此，作為PDF粘接的一種技術(shù)是在步驟5中使金屬導體20的暴露表面上復(fù)蓋一層錫。這可以在PDF的層疊未固化之前，通過一種浸涂錫層的步驟來實現(xiàn)。浸涂錫層被用作薄鍍以加速其它工序中的焊接。所產(chǎn)生的涂層是非常薄的，大約為幾埃，但作為銅與PDF之間的聯(lián)系是完全適用的。另一種技術(shù)，在步驟5中對預(yù)先存的板上導體無電敷鍍錫也能滿足需要。
經(jīng)過層疊并在PDF 22上形成圖形后，必需敷鍍暴露的金屬點20。把銅、更貴重的金屬無電敷鍍到錫上是困難的，最好考慮在敷鍍前首先用“錫剝離槽”除去暴露的超薄錫鍍層。然后如步驟4和5那樣通過PDF上的孔隙對暴露的銅進行無電敷鍍。所形成的結(jié)構(gòu)示于圖3。
要在沒有下層金屬的地方加上新的單獨的電路導體圖形，就要用在獨立的“脫板”工序中制造，由圖2所示的“復(fù)合物”24。一層非常薄的銅箔涂層26(半英兩銅箔約半密耳厚)通過熱軋層疊到未固化PDF片28的一側(cè)。銅箔側(cè)接著構(gòu)成照相圖形以產(chǎn)生薄的導體圖線條30。薄的箔可被蝕刻成非常細的線條。金屬箔26可使用傳統(tǒng)的技術(shù)進行光蝕刻，諸如應(yīng)用紫外線感光樹脂，暴露在有光化性的紫外線下，剝離暴露的部分并接著蝕刻下層的銅箔，并除去未暴露的保護層。金屬箔26的作用是作為光敏性的PDF 28的遮光板，以使PDF被導體圖形遮光而保持原狀(即，留下未聚合部位)。
接著，仍舊帶有未固化PDF的復(fù)合件24，其銅箔圖形側(cè)向下粘到多層基板的上表面32上(如圖3所畫)。但是，首先要把雙面有效的膜粘合劑敷鍍到先前存在的基板表面32上。聚丙烯膜粘合劑是適用于可剝?nèi)ポd體之間原度為1，2或3密耳的夾層的。在把復(fù)合件粘到基板上之后，即把PDF 28進行光處理以留下硬化的絕緣體圖形34(如圖4和5所示)。圖5對應(yīng)于圖1中整個工序略圖的步驟7。無論何處的銅箔線條均存在于復(fù)合件的下側(cè)，上面復(fù)蓋的PDF是有孔的，以留出洞和槽來形成通路和導體。銅箔線條是催化點或作為敷鍍時的開端。這樣，銅箔與PDF粘接僅僅是暫時的，而且在PDF未固化狀態(tài)下不會有什么問題。另外，在基板表面32上的金屬區(qū)是要通過該新層來敷鍍的，它們是通過PDF上的小孔而暴露的。相同的溶劑(例如1.1.1三氯乙烷)除去不聚合的PDF以及聚丙烯膜。然后，如圖6所示，銅底的孔隙被無電敷鍍。
圖5和6所示的PDF構(gòu)成圖形和敷鍍操作過程類似于圖1中的步驟4和5。但是，作為某些敷鍍的開始點，即圖5所示的銅點30與(例如)專門用于圖1中步驟4和6的先前存在的銅點是顯然不同的。圖5中的點30，實際上是箔鍍層26(圖2)的下面，導體圖形30就是在這一層上形成的。這些在復(fù)合件上的非常薄的箔導體30，在某些區(qū)域(這些區(qū)域，先前的層下面沒有金屬)上形成新的無電敷鍍點。硬化的PDF絕緣層22和聚丙烯粘接膜就位于銅箔點30的下面。要注意，可以除去區(qū)域36內(nèi)不與自己的導電圖形涂層一致的復(fù)合的PDF，以便用敷鍍連接到相鄰的層。因此，采用復(fù)合件使敷鍍現(xiàn)有或新的金屬方面具有靈活性。另外某些在先前存在的基板表面32上暴露的導體將不再使用，即，并不電氣連接到新的層上。這樣，復(fù)合層和基板之間的聚丙烯膜附著層解決了兩個不同的問題它不僅把復(fù)合層底上的線條粘到基板表面32上的下層固化的PDF上，而且也把暴露的不用的銅導體粘到復(fù)合層的未固化PDF上。
要注意，雖然同樣的聚丙烯粘接膜技術(shù)可用于圖1中的步驟1-5來代替導體圖形鍍錫，但是最好要盡量減少附著膜的數(shù)目，因為它們的溫度穩(wěn)定性不如PDF。這樣，在單獨加上PDF時(即，非復(fù)合)，最好在下層的銅上鍍以錫。
圖6相當于圖1中疊加下一層之前的步驟8。在圖6所示的把小孔敷鍍成與正在增長的多層結(jié)構(gòu)頂表面齊平的工序之后，既可如圖1中的步驟6那樣單獨加入PDF(象步驟3-5)，也可在圖1中的步驟7加入如圖7的另一復(fù)合層。圖7示出了第二復(fù)合層40，在該層上與圖2有點相似，形成有性質(zhì)不同的導體圖形30′。復(fù)合層40的下面粘有銅箔，PDF采用與上述相同并舉例說明于圖3，4和5的工序進行光處理，而隨意地留下如圖1的步驟8所示的構(gòu)形。剩余硬化的PDF 42上保留了經(jīng)過老的和新金屬上的小孔，新金屬是由所敷的圖形30′提供的。小孔從銅點開始被敷鍍到如圖1的步驟9所示的頂表面一樣高，以完成該圖例說明中的多層結(jié)構(gòu)。表面上所安裝的元件被直接附裝到頂部導體表面上。將用焊接保護膜(沒示出)來保護表面的導體，留下的只是些需要焊接元件的暴露點。
當需要產(chǎn)生一塊特殊的多層PWB時，可以改變或重復(fù)圖1中的步驟3至5和7至9。
雖然這種復(fù)合物是作為用于先前存在的多層基板上來說明的，但是，該復(fù)合物也能同樣容易地用作諸如環(huán)氧玻璃板之類的絕緣基板上的第一電路層。需要時，可以接著加上附加的復(fù)合和絕緣層。
本方法的一個主要特點在于能毫無困難地在多層結(jié)構(gòu)的頂上直接工作，靈活地設(shè)計任何導電金屬圖形30和30′。例如，可采用與原來已經(jīng)構(gòu)成的多層基板性質(zhì)不同的各種改進方法。還有，可同時地準備大量電路或預(yù)先使實際裝配時間減到最少。
利用光可處理絕緣材料和圖形導電箔復(fù)合的方法具有如下優(yōu)于先有技術(shù)方法的附加優(yōu)點(1)圖形銅箔形成能直接適用于多層板上的導電電路，而不需要進一步敷鍍或蝕刻;(2)不需要埋入導線;(3)復(fù)合件形成垂直連接和隱蔽通路，而不必在多個絕緣層上鉆孔和對其敷鍍金屬，以及(4)隨著導體分辨率，輪廓和形狀的改進，板上工藝完全是疊加法。產(chǎn)生的導電通道是由連續(xù)的原生金屬形成的。簡單地通過浸入到一個無電敷鍍槽中來減少工藝步驟和增加基板導體金屬化的能力，使疊加電路板能以更大的容量來制造，這種方法與傳統(tǒng)工藝相比，批量生產(chǎn)的成本更低。再者，無電敷鍍?yōu)橹圃炀哂忻芗?，小直徑通?大的高寬比)更高密度板提供了一種方法，這種方法不同于半加工藝或利用電鍍技術(shù)的工藝。
在圖1-7中所說明的上述技術(shù)的一個固有缺點是由于未固化PDF是軟的并能稍微伸展，因此當將其重合到現(xiàn)成的多層PWB表面時，需要考慮到圖形箔復(fù)合件的尺寸穩(wěn)定性。另外，適合于鍍槽用的PDF非銅粘合需要額外的粘接或鍍錫之序。然而上述工藝的優(yōu)點大大超過了它的這些缺點，在圖8中詳細示出了另一種能完全避免這些特有缺點的技術(shù)，這種技術(shù)使用一種可蝕刻的絕緣材料敷箔，而不用光可處理的PDF絕緣體。
該方法以銅箔敷在一種絕緣材料50的兩面(圖8的步驟1)開始，外面的箔層52和54用抗蝕方法被蝕刻，在箔上形成小孔或微孔56，以便有選擇地暴露絕緣材料。孔56并不是導體圖形，而是進入絕緣體50的小的窗口或通道(步驟2)。
外面的箔層52和54用作絕緣層50蝕刻時的抗蝕掩膜。絕緣體50通過小孔56被暴露，以便用任何一種方法從一個箔層蝕刻到另一層。適用于聚合物絕緣材料蝕刻的方法有各種化學液體，等離子體或“干式”蝕刻，或一種合適的激光能量。箔層52和54在蝕刻工序中保護了下層的絕緣體，因而使絕緣體能有選擇性地在其上形成從箔上各個窗口56到復(fù)合層另一面上的下層箔層的孔或空洞58。
接著，絕緣體50上的空洞58如步驟4所示被允滿金屬，從而形成箔層52和54之間的內(nèi)連柱或通路60。由于通路60是從一層完全貫通到另一層，因此這和步驟2和3所示的無論從一個面上還是另一個面上或兩個面上所形成的窗口沒有任何區(qū)別。在任何情況下，空洞58利用敷鍍金屬的方法被充滿金屬?？梢杂脽o電敷鍍，或者，由于箔層52和54是完整無缺的(即沒有形成圖形)，因此在空洞58的壁上用標準孔金屬化工序中的無電敷鍍鍍上一層薄的起始層后，也可采用電鍍。接著進行電鍍的無電敷鍍敏化技術(shù)包括在空洞內(nèi)敷鍍起催化作用的敏化溶液，以便形成催化點進行無電敷鍍一薄層銅。一旦經(jīng)過敷鍍，孔中的薄層銅與外面的箔表面就形成了一個連續(xù)不斷的導電體，這樣就可采用更快的電鍍方法去進行剩余部分的敷鍍。對于具有大的高寬比的洞進行電鍍是困難的，但是，在圖1的非常薄的絕緣體上的空洞可以具有比較小的高寬比，在這種情況下是能進行電鍍的?？傊梢岳萌魏我环N合乎要求的已知技術(shù)(諸如脈沖敷鍍，機械攪拌和空氣噴射)來增強孔的電鍍效果。一個典型的孔或窗口大約為4密耳寬。理想的外部絕緣層大約為1至2密耳厚，所以，為便于敷鍍，絕緣體空洞的高寬比大約為2。
接著，外面的箔層52和54利用傳統(tǒng)的技術(shù)或用我們上述參考的共同待批申請中所示的蝕刻圖形的方法被重新蝕刻成導體圖形52′和54′。箔層在形成圖形時留下了一個雙面導體圖形，可以把只有一面敷箔的絕緣材料疊加層(敷層向外)粘到其一面或兩面。圖8的步驟6示出了一種雙面方法，在該方法中，其外側(cè)帶有銅箔敷層68和70的絕緣層64和66被粘到步驟5的結(jié)構(gòu)上。正如步驟7所示的那樣，銅箔敷層68和70經(jīng)過蝕刻形成小孔72，這些小孔與原始絕緣層50的表面上所形成的兩層導體圖形上的下層銅點對準。暴露的絕緣材料利用上面提到的任一技術(shù)被再次蝕刻掉，只是在兩層不同的絕緣層64和66上形成小孔。正如圖8的步驟8所示，形成的空洞74隨后被鍍滿金屬，從而把諸如52′這樣的下層點連到外面的箔層(如步驟9所示)。并再次用單獨的無電敷鍍或經(jīng)敏化的無電敷鍍再加電鍍。
前面圖8的工藝，對種類繁多的材料體系是有用的。例如，敷箔絕緣層能利用如圖1方法中使用的粘合技術(shù)來實現(xiàn)粘合，或利用本身具有粘性的熱固性或熱塑性絕緣材料，用壓或軋的粘合操作來實現(xiàn)粘合。本發(fā)明也特別適合于非常薄的材料。作為一個例子使用(0.001-0.002英寸)薄的熱塑性板(例如，Dupont聚四氟乙烯FEP)并同時用熱軋法把外面箔層和絕緣板粘合到“芯板”結(jié)構(gòu)上，這種芯板可以是如上述方法制造好的一般的硬性雙面板(PTH型)或諸如聚酰亞胺之類的柔性薄芯板。當使用熱塑性絕緣材料時，必須考慮到芯板結(jié)構(gòu)的尺寸穩(wěn)定性，而且在這種情況下，應(yīng)避免使用聚四氟乙烯熱塑芯板。
由圖8的步驟10所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)表示了一種具有四層導體層和三層絕緣層的多層PWB。中間絕緣層50應(yīng)是一種尺寸穩(wěn)定性適于應(yīng)用的材料。特別理想的組合可以用Dupont制造的聚酰亞胺Kapton材料作芯板50，用聚四氟乙烯層作絕緣體64和66。在圖8的步驟10之后，如果不需要附加層，則在此表面上所暴露的裸銅體應(yīng)被復(fù)蓋一層焊料保護膜，該膜露出用于SMD焊接所需的端點。這些點然后被涂以焊料。
對于復(fù)雜電路圖形，諸如Kapton或聚四氟乙烯這類聚酰亞胺絕緣材料的蝕刻使用干式的等離子體輝光放電或濕式的化學蝕刻要優(yōu)于激光束蝕刻。由于激光蝕刻是非成批工藝，每一通道必需單獨形成，一次一層。對于聚四氟乙烯由快速的等離子體蝕刻，對聚酰亞胺，適宜用乙醇氫氧化鉀溶液噴射或浸入的蝕刻技術(shù)。
通道點的敷鍍能用許多方法和多種變化來實現(xiàn)。例如，整個外面箔層同時和通道點一起可被敷鍍到給定的厚度。用另一種改型的方法，在敷鍍之前可在外面箔層上敷鍍保護膜，以使只有所需的導體圖形被全部敷鍍，或只有通道被敷鍍。由于外面的箔層是連續(xù)的，電鍍金屬可用作該處的蝕刻保護膜，諸如有選擇地通過復(fù)蓋在銅箔導體圖形上的感光性樹脂膜敷鍍一層錫鉛合金，該感光性樹脂膜在除去本底的銅期間用作一種蝕刻保護膜。一種類似技術(shù)詳述于上面引證的我們共同待批的構(gòu)成抗蝕圖方法的申請中。
圖8的方法在材料和易于對準這方面提供了優(yōu)越性，從而使最終合成包括隱蔽通路的導體圖形成為可能。當通路本身并不經(jīng)過光處理，而是通過箔保護膜蝕刻形成時，絕緣材料的選擇并不限于光致反應(yīng)聚合物，另一方面永久干燥膜固化時易損壞，故圖8的方法可用柔性熱塑的材料來作為絕緣層。但是，在(例如)使用聚四氟乙烯制成的絕緣層與穩(wěn)定的芯板材料連接，并為便于對準，在一道板上工序中形成所有的導體圖形時，可以不管其尺寸穩(wěn)定性。如果需要用粘合材料粘接絕緣層時，有許多材料適用于圖8的工藝。例如，可以使用聚丙烯粘合材料并為去除到下面的銅點可用等離子體蝕刻。穩(wěn)定的多層PWB芯板結(jié)構(gòu)可以通過諸如疊加，半疊加或圖形敷鍍工藝制作雙面PTH板的這類傳統(tǒng)的PWB技術(shù)來提供。作為對外層焊料保護的代替，除了芯板內(nèi)側(cè)的通道采用PTH的方法外，多層化可由敷箔絕緣板加到芯板表面導體圖形上來構(gòu)成類似圖8的步驟6所示的結(jié)構(gòu)。
典型的多層PWB有一個具有兩層絕緣層的內(nèi)部芯板，一層是電壓層而另一層是接地層，以實現(xiàn)高容量。信號層形成在PWB的外層上。一個特別有利的系統(tǒng)應(yīng)使帶有用于各種電路的電壓層和接地層的內(nèi)部芯板標準化。即應(yīng)具有用于各種電路的足夠數(shù)量的電壓和接地平面層及各種位置的穿通連接。標準化的電壓接地平面結(jié)構(gòu)為測試以多層PWB形式構(gòu)成的復(fù)雜電路樣機提供了較快的周轉(zhuǎn)。
對于圖8的工藝，另一種可能應(yīng)用的絕緣材料系統(tǒng)是使用(例如)注入聚四氟乙烯或其它熱塑或熱固樹脂的玻璃網(wǎng)或篩。使用網(wǎng)或篩不僅增強了塑料的尺寸穩(wěn)定性，而且也能獲得精確的厚度。另一種可能方案是使用環(huán)氧玻璃纖維板作為絕緣層。等離子體蝕刻清除來自玻璃布的塑料，但必須考慮穿過玻璃布敷鍍的需要性。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)上面詳細說明和附圖可以在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下對制造多層電路板的這一方法作出各種變化和改進。例如，雖然圖1示出了制造單面多層PWB的方法，但在許多情況下，把圖1的方法用于在分層的兩面上同時制造有點類似于另一種方法圖8所示出的雙面那樣的雙面板是可能的，并無疑是最佳的。另外，雖然圖1和圖8變換方法在一種情況下偏重于光可處理絕緣層，在另一種情況下偏重非光可處理絕緣層，但是非光可處理絕緣層可使用圖1的方法通過激光束直接在絕緣層上鉆孔例如，激光束會被現(xiàn)有的多層PWB結(jié)構(gòu)上的下層金屬點反射。來用于預(yù)先加工圖2中的復(fù)合層24。這種方法的缺點在于不是“批量生產(chǎn)”，而且需要直接的能量。但是，這類改型均被認為包含在所附權(quán)利要求
書的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種制造電氣內(nèi)連板的方法，其特征在于包括以下步驟--在金屬導體支承基板上敷設(shè)永久絕緣膜層，--在所述絕緣層的預(yù)定圖形上形成小孔，以便暴露下層金屬點，和--從所述暴露的金屬點起敷鍍金屬，直到充滿在所述絕緣層上的小孔，以形成實心的導體和內(nèi)層通路。
2.如權(quán)利要求
1的方法，特征在于其中所述絕緣層是由光可處理材料制成的，以及所述的在絕緣層上形成小孔的步驟是通過對所述絕緣層進行光處理來完成的。
3.如權(quán)利要求
2的方法，特征在于其中所述絕緣材料是永久干燥膜。
4.如權(quán)利要求
3的方法，特征在于其中所述永久干燥膜當其涂到所述基板上時是一種未反應(yīng)的紫外線敏感性膜。
5.如權(quán)利要求
1的方法，特征在于其中所述絕緣層在形成小孔之前，就敷有一層金屬箔，以及所述的在絕緣層上形成小孔的步驟是由首先在敷箔上形成小孔，然后通過敷箔上的小孔蝕刻所述絕緣層來完成的。
6.如權(quán)利要求
1的方法，特征在于其中把所述絕緣層加到所述基板之前，所述絕緣層被敷有箔層，以及所述絕緣層以箔側(cè)向外的方式加到所述基板，和在所述絕緣層上形成小孔的所述步驟是通過首先在所述箔上形成小孔，然后蝕刻所述絕緣層的暴露部分并向下到所述基板上的下層金屬箔點來完成的。
7.如權(quán)利要求
1的方法，特征在于其中把所述絕緣層加到所述基板之前，在所述絕緣層的一面上被限定了一個導電金屬圖形，以及所述絕緣層以導體圖形面向下鄰接到所述基板表面的方式加到所述基板上。
8.如權(quán)利要求
7的方法，特征在于其中在所述絕緣層上形成小孔的步驟包括在所述絕緣上形成這樣的小孔的步驟，這些空洞點可向下到達由所述絕緣層支承的導電圖形以及到達在所述基板上的金屬點。
9.一種制造電氣內(nèi)連板的方法，其特征在于包括以下步驟-準備在其一面敷有可形成圖形的絕緣膜，同帶有可形成圖形，可無電敷鍍的金屬箔的復(fù)合層，-除去所述復(fù)合層上的部分所述箔以確定一個導體圖形，-把所述復(fù)合層向下加到先存的基板導體圖形面，-有選擇性地除去部分所述膜來形成孔洞，這些孔洞至少部分地露出作為敷鍍催化點的所述敷箔導體圖形的下面，和-無電敷鍍，使孔洞充滿金屬。
10.如權(quán)利要求
9的方法，特征在于還包括以復(fù)合層為基礎(chǔ)，構(gòu)成多層復(fù)合層的重復(fù)詳述的各步驟。
11.如權(quán)利要求
9的方法，特征在于其中所述絕緣膜是可光處理的以及所述除去所述膜的步驟是通過對所述膜進行光處理來完成的。
12.如權(quán)利要求
11的方法，特征在于其中所述絕緣膜是未固化的PDF。
13.如權(quán)利要求
12的方法，特征在于其中所述金屬是銅;所述PDF實際上沒有銅的附著力促進附加劑，以免使所述無電敷鍍步驟中所用的鍍液中毒。
14.如權(quán)利要求
13的方法，特征在于其中所述施加復(fù)合層的步驟包括一種粘接層施加在所述基板和所述復(fù)合層之間。
15.如權(quán)利要求
17的方法，特征在于其中所述粘接層是由可與所述膜部分一起被除去以形成所述孔洞的材料所形成的。
16.如權(quán)利要求
9的方法，特征在于其中所述除去箔步驟包括使用感光性樹脂來確定所述導體圖形。
17.如權(quán)利要求
9的方法，特征在于還包括以下步驟-首先準備表面上暴露有金屬導體的基板，及-有選擇地除去部分所述膜的步驟，以露出所有所述敷箔圖形的下面和至少某些在基板表面上的金屬導體點。
18.如權(quán)利要求
17的方法，特征在于其中所述施加步驟包括把所述復(fù)合層粘合到帶有粘接材料層的基板上。
19.制造PWB復(fù)合層的方法，特征在于包括-把導電金屬箔加到一種未反應(yīng)的光可處理絕緣材料上，和-金屬箔采用使未反應(yīng)絕緣材料由金屬箔隔離的方法來形成圖形。
20.如權(quán)利要求
19的方法，特征在于其中金屬箔通過施加感光樹脂，把感光樹脂暴露在有光化性的光照射下來形成圖形的，其中金屬箔使未聚合絕緣材料不受照射，除去保護膜并暴露金屬箔，以形成導電金屬圖形，接著除去導電金屬圖形上留下的保護膜。
21.如權(quán)利要求
1的方法，特征在于還包括把絕緣材料-形成圖形的金屬箔的復(fù)合層以該金屬箔鄰接基板的方式加到基板上。
22.制造電路板的方法，特征在于包括-制備由用于支承已經(jīng)形成圖形的導電金屬層的絕緣材料板組成的復(fù)合層，-把所述的復(fù)合層加到基板上，和-把復(fù)合層貼到基板上之后，在所述絕緣材料板上形成圖形。
23.如權(quán)利要求
22的方法，特征在于其中所述絕緣材料是一種未反應(yīng)的光可處理材料;在所述絕緣材料板上形成圖形的步驟是用光處理來完成的。
24.如權(quán)利要求
22的方法，特征在于還包括從所述基板上的下層銅點通過形成圖形的絕緣材料進行無電敷鍍。
25.制造多層電路板的方法，特征在于包括1)把導電金屬箔涂到一塊絕緣基板上，2)在導電金屬箔上形成圖形，3)把光可處理的絕緣材料施加到該形成圖形的金屬箔上，4)在絕緣材料上形成圖形以形成空洞，這些空洞暴露出下層的形成圖形的金屬箔的表面，5)通過所述空洞對暴露的導電金屬進行無電敷鍍，一直到所述絕緣材料的表面，和6)加上光可處理絕緣材料附加層，并在其上形成圖形，對通過絕緣材料光處理而暴露的導電金屬進行無電敷鍍以形成垂直連接，7)制備其一面敷有導電金屬箔的光可處理絕緣材料復(fù)合層，其中箔上被形成有作為導電金屬電路的圖形，其中的絕緣材料在形成圖形的工序中被箔隔離，8)把復(fù)合層上形成圖形的金屬電路面粘接到基板上的經(jīng)過無電敷鍍-形成圖形的絕緣材料的頂層，9)在復(fù)合層的絕緣材料上形成圖形，并對暴露的導電金屬進行無電敷鍍以形成一個平的表面，和10)把步驟6與步驟7至9交換以形成多層電路板。
26.如權(quán)利要求
25的方法，特征在于還包括從這樣的一組材料中選擇絕緣材料這些材料不需要附加的催化點，便能用導電金屬溶液來無電敷鍍。
27.如權(quán)利要求
25的方法，特征在于進一步包括使絕緣材料形成催化點的處理，以便接著用導電金屬溶液進行無電敷鍍。
28.如權(quán)利要求
25的方法，特征在于還包括在導電金屬箔上施加感光樹脂來形成圖形，通過掩膜使感光樹脂暴光，蝕刻感光樹脂和暴露的下層金屬箔，以形成電路圖形。
29.如權(quán)利要求
25的方法，特征在于其所述金屬是銅，并進一步包括在步驟(3)之前，對形成圖形的箔鍍以錫。
30.如權(quán)利要求
29的方法，特征在于其中粘接步驟(8)是通過在基板和復(fù)合層之間加一粘接膜層來完成的。
31.如權(quán)利要求
25的方法，特征在于還包括絕緣材料利用激光束來形成圖形。
32.制造多層PWB的方法，特征在于包括-在先存的支承導體圖形的基板上形成敷箔絕緣層，-在預(yù)定的中間層上穿過敷箔形成連接圖形的窗口，-除去暴露在所述窗口下面的絕緣層部分，以形成開孔，該開孔通過所述絕緣層向下到達所述基板上的所述下層導體圖形的選擇點，-從所述的點通過所述小孔進行敷鍍，和-有選擇地除去所述箔的表面，在所述PWB的上表面上留下新的導體圖形。
33.如權(quán)利要求
32的方法，特征在于還包括重復(fù)這些步驟以產(chǎn)生多層新的(通過各自的絕緣層連接到下層的)導體層。
34.如權(quán)利要求
32的方法，特征在于其中所述的基板是一塊穿孔的PWB平板。
35.如權(quán)利要求
32的方法，特征在于其中所述的基板是一塊穿孔的雙面PWB平板，其加工步驟是在所述基板的兩面同時進行的。
36.如權(quán)利要求
32的方法，特征在于其中所述形成窗口的步驟是通過對所述箔進行光蝕刻來完成的。
37.如權(quán)利要求
32的方法，特征在于其中所述除去絕緣層部分的步驟是利用等離子體蝕刻法來完成的。
38.如權(quán)利要求
32的方法，特征在于其中所述絕緣層是由一種從熱塑和熱固樹脂組中選擇的材料制成的。
39.如權(quán)利要求
32的方法，特征在于其中所述穿過所述絕緣層的開孔的高寬比約為2或更小些。
40.制造多層PWB的方法，特征在于包括-提供一塊兩面敷有箔的絕緣芯板層，-在預(yù)定中間層的至少一面的箔上形成連接圖形的窗口，-消除暴露在所述窗口下面的所述芯板層部分，以提供向下到達另一面下層箔的開口，-從所述下層箔穿過所述開孔進行敷鍍，和-除去所選的所述芯板兩面箔的表面，留下各自的導體圖形。
41.如權(quán)利要求
40的方法，特征在于還包括-在所述芯板兩面形成有導體圖形的頂上制作敷箔絕緣層，-在予定的相應(yīng)中間層的敷箔上形成連接圖形的窗口，-清除暴露在所述窗口下面的所述絕緣層部分，以提供向下到達下層導體圖形點的開孔，-從所述點穿過所述絕緣層進行敷鍍，和-除去所選的PWB兩面上所述敷箔的表面，留下各自的導電圖形。
42.如權(quán)利要求
40的方法，特征在于其中所述形成窗口的步驟是通過進行光蝕刻來完成的。
43.如權(quán)利要求
40的方法，特征在于其中所述除去絕緣層部分的步驟是用等離子體蝕刻法來實現(xiàn)的。
44.如權(quán)利要求
41的方法，特征在于其中所述絕緣芯板層是用尺寸穩(wěn)定的材料制成的，所述加到所述芯板層頂上的絕緣層是由一種從熱塑和熱固樹脂組中選擇的材料制成的。
45.如權(quán)利要求
41的方法，特征在于其中所述絕緣芯板層是由Kapton制成的，所述附加絕緣層是由聚四氟乙烯制成的。
46.利用權(quán)利要求
1的方法制成的PWB。
47.利用權(quán)利要求
9的方法制成的PWB。
48.利用權(quán)利要求
19的方法制成的PWB。
49.利用權(quán)利要求
22的方法制成的PWB。
50.利用權(quán)利要求
25的方法制成的PWB。
51.利用權(quán)利要求
32的方法制成的PWB。
52.利用權(quán)利要求
40的方法制成的PWB。
53.利用權(quán)利要求
41的方法制成的PWB。
54.一種多層PWB，特征在于具有包括隱蔽通路在內(nèi)的完全用添加工藝形成的板上導體。
55.一種多層PWB，特征在于其中所有的中間層的連接件是由從下層金屬點上敷鍍的實心通路來構(gòu)成的。
56.一種多層PWB，特征在于具有由PDF制成的絕緣層，該絕緣層上帶有從先前層金屬點開始形成的空洞，所述的空洞被充以敷鍍的金屬，以形成實心的導體和中間層通路。
57.一種多層PWB，特征在于包括一塊雙面的尺寸穩(wěn)定的芯板，在該板的兩面具有內(nèi)部連接的導體圖形和至少兩個各與塑性絕緣層形成復(fù)合層的外層，支承外面導體圖形的塑性絕緣層是由一種從熱塑和熱固樹脂組中選擇的材料構(gòu)成的，所述塑性絕緣層在所述芯板上的下層導體圖形所選的金屬點上面形成小孔，所述小孔被充以實心金屬直到所述絕緣層的外表面上的導體層。
專利摘要
一種用分別設(shè)計并制造好的復(fù)合結(jié)構(gòu)來制造疊加多層電路板的工藝，各復(fù)合結(jié)構(gòu)由通過光可處理絕緣膜支承的形成圖形的導電金屬箔組成。把復(fù)合層的有箔圖形一面向下粘到基板或先前存在的多層結(jié)構(gòu)上，有選擇地除去絕緣膜的表面向下直到達下層金屬點，以便無電敷鍍。接著對絕緣膜上的所有小孔無電敷鍍充滿金屬直到與上表面齊平。加上附加的已形成圖形的復(fù)合層并按需要敷鍍以產(chǎn)生隱蔽通路和一層接一層的新的導體圖形層。
文檔編號H05K3/46GK87100490SQ87100490
公開日1988年8月3日 申請日期1987年1月24日
發(fā)明者哈羅德·萊克, 保羅·E·格蘭蒙特 申請人:?？怂贡Ａ_公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan