專利名稱：高密度印制電路板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及印制電路板，并且尤其涉及提供高密度印制電路板的方法和裝置。


圖1A-F表示用于形成基板的常規(guī)工藝。如圖1A和1B所示，首先形成基片(base laminate:)。在圖1A中，諸如銅之類導(dǎo)電層2被首先電鍍到圓筒4上。與圓筒4鄰接的導(dǎo)電材料2的表面6通常是平滑的，而在圓筒4的相反一側(cè)的導(dǎo)電層2的表面8通常是粗糙的。另外，通常導(dǎo)電層2的粗糙表面8，通過添加不規(guī)則球粒或釘齒(pinning teeth)來處理表面8，以便在層制工藝期間增強導(dǎo)電層2與電介質(zhì)(看圖1B)的粘結(jié)強度。用接觸表面光度儀測定，表面8的表面粗糙度μ為通常大于6.0微米(峰到谷，RzDIN)。隨后把硅烷耦聯(lián)增進劑10添加于粗糙表面8上，以進一步增強導(dǎo)電層2的粘結(jié)強度。如圖1B所示，然后在加熱和壓力下把處理過的導(dǎo)電層2層制到介質(zhì)層12的一側(cè)面或兩側(cè)面(圖1B中僅表示出一個導(dǎo)電層2被附著于介質(zhì)層12)而形成基片14。再在基片14上形成可制作圖形的抗蝕掩膜16，如圖1C所示。然后，如圖1D所示，把抗蝕刻掩膜16制成圖形，隨后蝕刻該導(dǎo)電層2而形成基板18，如圖1E所示。通常，該導(dǎo)電層2的厚度為5-18μm。接著除去抗蝕層而形成電路圖形的基板，如圖1F所示。
在制造這種常規(guī)的印制電路板時，通常形成殘留的金屬夾雜物(如銅夾雜物)，因為在層制工藝期間，不規(guī)則銀球粒從導(dǎo)電層2的粗糙表面8脫落。由于蝕刻處理通常不能除去那些深深嵌入的銀，所以殘留在疊片14中的這些缺陷將作為化學(xué)鍍的籽晶格點，隨后就在疊片14的表面上引起導(dǎo)電性缺陷。這些缺陷將導(dǎo)致用戶生產(chǎn)的電路潛在短路。
如以提供更高密度的印制電路板為設(shè)計目標(biāo)，就要按比例縮小印制電路板的圖形線條和間距特征。另外，需要縮小經(jīng)由電路基板抓準(zhǔn)焊盤的直徑。當(dāng)圖形線條和間距特征變得較細小時(例如10-50μm)，嵌入的銀粒問題將變得更顯著。而且，為蝕刻出細小的線條和間距，就要求導(dǎo)電層2(例如銅層)很薄得。
另外，在常規(guī)的制造印制電路板時，基板通常要受到各種壓力和熱循環(huán)。用于制造疊片的一種常見的方法是采用使用液壓的平板式層壓機。在加熱和加壓下，把電沉積銅箔層制到熱固化的樹脂布的預(yù)浸漬片上。結(jié)果所得到的疊片通常具有不可接受的剩余應(yīng)力，這主要是由于處理后的銅齒狀結(jié)構(gòu)與交聯(lián)的疊片表面之間的機械交互作用。隨后，在蝕刻第一導(dǎo)電層2(例如銅層)期間，內(nèi)在的應(yīng)力將引起很大而且又無法預(yù)測大小的移動，導(dǎo)致增大抓準(zhǔn)焊盤直徑。
因此，工藝上需要一種用于提供減少導(dǎo)電性缺陷的高密度印制電路板裝置和方法。工藝上還需要一種用于提供具有提高尺寸一致性的高密度印制電路板的裝置和方法，以便能夠?qū)崿F(xiàn)細線成形并縮小焊盤尺寸。另外，工藝上需要提供具有減小了銅厚度的電路基板。進而，在工藝上需要一種帶有很平滑表面的基板，便于制造很細小的線條和間距的印制電路板。
本發(fā)明的具體描述本發(fā)明的一個方面涉及用于提供電路基板的方法和裝置。電路基板包括具有不大于6.0微米的表面粗糙度的介質(zhì)層。諸如銅的導(dǎo)電層被附著于介質(zhì)層。在另一實施例中，首先把粘結(jié)層附著于介質(zhì)層。隨后把導(dǎo)電層沉積在粘結(jié)層上。
本發(fā)明的另一個方面涉及用于提供介質(zhì)層的方法和裝置，該介質(zhì)層包括浸漬有樹脂的均衡布(即，具有均勻織紋的布)，該樹脂用不包含雙氰胺(DICY)的固化劑進行固化。當(dāng)然，這里使用的術(shù)語“浸漬”包括把樹脂進行溶鑄、擠壓或旋涂到布里。術(shù)語“浸漬”還包括用于把樹脂浸漬到布里的其它常用的公知技術(shù)。該樹脂具有大于180℃的玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)，而且介質(zhì)常數(shù)在2.9-3.1的范圍內(nèi)。將樹脂浸漬后的布部分固化(b步驟)而形成預(yù)浸漬片。隨后，使用熱和壓力將多層預(yù)浸漬片層制一起來產(chǎn)生疊片。結(jié)果所得的疊片是穩(wěn)定的、釋放了應(yīng)力的，具有受控的熱膨脹系數(shù)(CTE)，其熱膨脹系數(shù)與導(dǎo)電層(例如銅)很接近，并且具有在0.008-0.015范圍內(nèi)的低損耗因數(shù)；按重量計在0.4-0.6％范圍內(nèi)的低含水量；以及在3.2-3.7的范圍內(nèi)的低介質(zhì)常數(shù)。
圖2說明根據(jù)本發(fā)明的原理提供的集成電路組件20的一個實施例。該組件20可包括安裝于基板26的第一表面24上的集成電路22。集成電路22可用多個焊塊28安裝到基板26上。通常用稱之為倒裝焊的工藝來進行該集成電路22與基板26的連接。盡管這里描述的是倒裝焊封裝，當(dāng)然集成電路22可用粘結(jié)線或帶式自動焊接(TAB)或通過其它工藝上公知的技術(shù)連接到基板26上。
可將多個接點30附著于基板26的第二表面32上。接點30可以是軟熔到基板26上的焊球。該接點30隨后被附著于印制電路板(未示出)?；?6可具有表面焊盤、布線圖形、電源/接地平面并經(jīng)由焊塊18和接點30相互連接。該基板26還具有多層布線圖形、電源/接地平面并經(jīng)由集成電路22與接點30互相連接。
圖3A-H說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例形成高密度電路基板26的工藝的一個實施例。高密度電路基板26包括基片50，如圖3A所示。在一個實施例中，該基片50是根據(jù)本發(fā)明的原理提供的介質(zhì)層，在下面部分將詳細討論。通孔52a和/或52b可被形成于基片50中，如圖3B所示。這種通孔52a和/或52b可在基片50中機械鉆出(例如通孔52a)或激光鉆出(例如通孔52b)。通常激光鉆孔的直徑在10-100μm的范圍內(nèi)，而機械鉆孔的直徑大約是0.004英寸/100μm，或更大。如圖3C所示，第一導(dǎo)電層54可被附著于基片50上。在一個實施例中，第一導(dǎo)電層54是粘結(jié)層。這種粘結(jié)層的例子包括鉻、鈦、鎢、鋅、和鎳。當(dāng)然，本技術(shù)領(lǐng)域公知的其它類型的粘結(jié)劑也可使用。
第一導(dǎo)電層54可以用本技術(shù)領(lǐng)域公知的任何方式進行沉積，包括各種加成、半加成或相減合成技術(shù)。第一導(dǎo)電層54的沉積，可借助于諸如真空金屬化、濺射、離子鍍、化學(xué)氣相沉積、電鍍、化學(xué)鍍等工藝來進行。在一個實施例中，第一導(dǎo)電層54有50-200埃范圍的厚度。在另一個實施例中，第一導(dǎo)電層54同時附著于基片50的兩個表面上。在又一個實施例中，第一導(dǎo)電層54同時附著于基片50的兩個表面上并附著到通孔52a和/或52b內(nèi)。
隨后，把第二導(dǎo)電層56附著于第一導(dǎo)電層54，如圖3C所示。與第一導(dǎo)電層54的情況一樣，第二導(dǎo)電層56可以用本技術(shù)領(lǐng)域公知的任何方式進行沉積，包括各種加成、半加成或相減合成技術(shù)。第二導(dǎo)電層56(和這里描述的其它導(dǎo)電層)的沉積可用諸如真空金屬化、濺射、離子鍍、化學(xué)氣相沉積、電鍍、化學(xué)鍍等工藝來進行。第一導(dǎo)電層54和第二導(dǎo)電層56可由以不同工藝形成的單金屬層或復(fù)合層、導(dǎo)電聚合物等構(gòu)成。第二導(dǎo)電層56的例子包括銅、金和鋁。在一個實施例中，第一導(dǎo)電層54是粘結(jié)層，第二導(dǎo)電層56是籽晶層。在另一個實施例中，第二導(dǎo)電層56大于500埃。在另一個實施例中，第二導(dǎo)電層56的厚度在500-10000埃的范圍內(nèi)。第二導(dǎo)電層56可被沉積在基片50的一個或兩個表面上。換句話說，第二導(dǎo)電層56同時被附著(例如真空金屬化或濺射)于基片50的兩個表面上并附著到通孔52a和/或52b內(nèi)。在另一個實施例中，可使用一種鈀催化劑浸液進行直接金屬化的工藝，把諸如銅(而不用兩個導(dǎo)電層，例如第一和第二導(dǎo)電層54和56)的單導(dǎo)電層附著于基片50的一個或兩個表面上。在這種金屬化工藝中，不要求諸如粘結(jié)層(例如鉻、鎢、鈦、鎳、鋅)的第一導(dǎo)電層54來促進第二導(dǎo)電層56(例如籽晶層)與基片50粘結(jié)。
如圖3D和3E所示，可在第二導(dǎo)電層56(或使用直接金屬化工藝附著于基片50的單導(dǎo)電層)上把諸如可光成像的干式抗蝕膜58制成圖形。用常規(guī)的光刻技術(shù)通過應(yīng)用抗蝕層，并且隨后把抗蝕材料的部分除去而把電鍍抗蝕層56制作成圖形，如圖3E所示。在一個實施例中，可對抗蝕層56的一部分進行掩蔽，且使用適當(dāng)?shù)娘@影液，例如以顯影溶液為基的水溶液或溶劑除去抗蝕劑56的多余部分。
導(dǎo)電材料的附加層60，例如銅，可被沉積在第二導(dǎo)電層56的沒有被抗蝕劑58掩蔽的區(qū)域上，如圖3F-1和3F-2所示，以較輕細線形電路的困難。在一個實施例中，如圖3F-1所示，通孔52a和/或52b或被電鍍到規(guī)定的銅壁厚度(通常是0.001英寸)或完全被電鍍填塞，產(chǎn)生用于以后的接合工藝的實心柱，如圖3F-2所示。通常，較小的激光鉆孔是電鍍完全填塞通孔的最佳選擇。
如圖3G所示，之后除去抗蝕層58。接著，實施快速蝕刻工藝。這樣作的目的是除去第二導(dǎo)電層56(例如，銅的籽晶層)或為了除去單導(dǎo)電層(例如，銅籽晶層)。隨后，基板26經(jīng)受蝕刻液的蝕刻，除去第一導(dǎo)電層54(例如，用鉻蝕刻液除去在除去銅后露出來的厚50-200埃的鉻)。除去鉻就能保證電鍍的電路圖形之間的電絕緣。上述形成電路的工藝也可應(yīng)用于基板26的一個或兩個表面(例如表面24和/或32)上。
圖4A-I說明根據(jù)本發(fā)明的原理的形成高密度電路基板26a的工藝的另一個實施例。高密度印制電路板26a可用來取代基板26并且包括基片80，如圖4A所示。在一個實施例中，該基片80是根據(jù)本發(fā)明的原理提供的介質(zhì)層并且將在后面部分對其進行詳細討論。
如圖4B所示，第一導(dǎo)電層82被附著于基片80。在一個實施例中，第一導(dǎo)電層82是粘結(jié)層。這種粘結(jié)層的例子包括鉻、鈦、鎢、鋅和鎳。當(dāng)然其它類型的粘結(jié)劑也可使用。第一導(dǎo)電層82可以以本技術(shù)領(lǐng)域公知的任何方法進行沉積，包括各種加成、半加成或相減合成技術(shù)。第一導(dǎo)電層82(和這里描述的其它導(dǎo)電層)的沉積，可借助于諸如真空金屬化、濺射、離子鍍、化學(xué)氣相沉積、電鍍、化學(xué)鍍等工藝來進行。在一個實施例中，第一導(dǎo)電層82具有50-200埃范圍的厚度。在另一個實施例中，第一導(dǎo)電層82同時被附著于基片80的兩個表面上。隨后，第二導(dǎo)電層84被附著于第一導(dǎo)電層82上，如圖4B所示。
與第一導(dǎo)電層82的情況一樣，第二導(dǎo)電層84可以以本技術(shù)領(lǐng)域公知的任何方式進行沉積，包括各種加成、半加成或相減合成技術(shù)。第二導(dǎo)電層84的沉積，可借助于諸如真空金屬化、濺射、離子鍍、化學(xué)氣相沉積、電鍍、化學(xué)鍍等工藝來進行。導(dǎo)電層82和84可由不同工藝形成的單金屬層或復(fù)合層構(gòu)成，并且可以包括金屬、導(dǎo)電聚合物等。第二導(dǎo)電層84的例子包括銅、金和鋁。在一個實施例中，第一導(dǎo)電層為粘結(jié)層，第二導(dǎo)電層為籽晶層。在另一個實施例中，第二導(dǎo)電層84大于500埃。在另一個實施例中，第二導(dǎo)電層84的厚度在500-10000埃范圍內(nèi)。
第二導(dǎo)電層84可以沉積在基片80的一個或兩個表面上。在另一個實施例中，可使用鈀催化劑浸液進行直接金屬化工藝，把諸如銅之類的單導(dǎo)電層而不是將兩層導(dǎo)電層(例如，第一和第二導(dǎo)電層82和84)附著于基片80的一個或兩個表面上。在本金屬化工藝中，并不需要象粘結(jié)層之類的第一導(dǎo)電層82，用以增進第二導(dǎo)電層84對基片80的粘結(jié)。接著，(例如，在附著粘結(jié)劑和銅層之后或直接金屬化工藝之后)把直到5微米厚的銅，快速鍍到基片80的表面上，如圖4b所示。
如圖4C所示，可在基片80中形成通孔86a和/或86b。這種通孔86a和/或86b可在基片80中用機械鉆出(例如，通孔86a)或用激光鉆出(例如，通孔86b)。通常激光鉆出的通孔86b的直徑在10-100μm的范圍內(nèi)，而機械鉆出的通孔86a的直徑大約是0.004英寸/100μm或更大。然后，把通孔86a和/或86b作為籽晶層。在一個實施例中，沿通孔86a和/或86b的側(cè)壁附著籽晶層88。在另一個實施例中，使籽晶層88附著于第二導(dǎo)電層84(或使用直接金屬化工藝附著于基片80的單導(dǎo)電層)的表面，并且還沿著通孔86a和/或86b的側(cè)壁延伸。在一個實施例中，該籽晶層88可以是下面的材料中的任何一種鈀、錫或碳。
隨后，將第三導(dǎo)電層89(例如化學(xué)鍍)沉積到通孔86a和86b內(nèi)或該層88上，如圖4D所示。在一個實施例中，第三導(dǎo)電層為銅層。在本實施例中，在第三導(dǎo)電層89上沉積銅，厚度直到1.0微米(例如快速電鍍)而且還將其沉積到通孔86a和86b內(nèi)。如圖4E所示，可在第三導(dǎo)電層89上把諸如可光成像的干式抗蝕膜之類的抗蝕層90制成圖形。用常規(guī)的光刻技術(shù)，通過應(yīng)用抗蝕層并隨后把抗蝕材料的一部分除去而將電鍍抗蝕層90制成圖形，如圖4F所示。在一個實施例中，可對抗蝕層90的一部分進行掩蔽，并且使用適當(dāng)?shù)娘@影液，例如顯影液為基的水溶液或溶劑，除去抗蝕層56的其余部分。
導(dǎo)電材料的附加層92，例如可將銅材料沉積(例如，電鍍)到第三導(dǎo)電層89上沒有被抗蝕劑90掩蔽的區(qū)域，如圖4G-1和4G-2所示，以減輕制作細線形電路的困難。在一個實施例中，如圖4G-1所示，通孔86a和/或86b，或被電鍍到特定的銅壁厚度(通常是0.001英寸)或完全被電鍍填塞，產(chǎn)生以后用于焊接工藝的實心柱，如圖4G-2所示。通常，較小的激光鉆孔是電鍍完全填塞通孔的較好選擇。
如圖4H所示，之后除去抗蝕劑90。接著，實施快速蝕刻工藝。這樣作的目的是分別除去第二和第三導(dǎo)電層84和89(例如，分別為銅材料和銅籽晶層)或為了除去單導(dǎo)電層和第三導(dǎo)電層89(例如，分別為銅材料和銅籽晶層)。隨后，基板26a經(jīng)過蝕刻液的蝕刻，除去第一導(dǎo)電層82(例如，用鉻蝕刻液除去在除去銅后露出來的50-200埃的鉻)。鉻的除去保證了電鍍的電路圖形之間的電絕緣。上述形成電路的工藝也可應(yīng)用于基板26a的一個或兩個表面(例如表面24和/或32)上。
通過使用如上所述和如圖3A-3H和圖4A-4I所示的組合工藝，本發(fā)明提供一種具有減小了銅厚度的電路基板。因此，可避免形成電路基板的常規(guī)技術(shù)，它包括在加熱和加壓下把電沉積的銅箔層制到熱固化樹脂布預(yù)浸漬片上的技術(shù)。這種常規(guī)技術(shù)通常要形成5-18微米厚的銅層。但是，使用本發(fā)明的技術(shù)，可實現(xiàn)厚度小于5微米的銅層。在另外的實施例中，可實現(xiàn)厚度為1-3微米的銅層。
本發(fā)明的第二方面涉及用于提供基片50或80的方法和裝置。為了當(dāng)前討論的目的，后面把基片50或80稱為基片102。圖5A說明根據(jù)本發(fā)明的原理提供的涂聚合物基片100的一個實施例的側(cè)視圖。在一個實施例中，涂聚合物基片100包括一基片102，它包括至少一個基片層(例如1021-102n中的任何一層)?；瑢拥睦?例如1021-102n中的任何一層)包括預(yù)浸漬材料(b步驟材料)。在另一個實施例中，涂聚合物基片100包括一基片102，它包括多個基片層1021-102n，選擇這些基片層并交錯形成基片102。在一個實施例中，基片102被夾在兩個可除去層或可除去的釋放膜104a和104b之間。在一個實施例中，可除去層104a或104b是可除去的聚合物膜。聚合物釋放膜(例如層104a和/或104b)的例子包括下面的任何一個聚丙烯膜、聚酰亞胺膜、由氟化樹脂構(gòu)成的膜、聚醚亞胺(polyetherimides)或聚苯撐硫(polyphenylene sulfide)膜。但是，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的其它聚合物釋放膜也可使用。
在另一個實施例中，可除去的層104a或104b可以是導(dǎo)電層或?qū)щ娽尫艑印Ｔ搶?dǎo)電層可以是導(dǎo)電金屬層或?qū)щ姺墙饘賹?。?dǎo)電金屬層的例子包括電沉積的銅或鋁，其磨光表面(或在制造期間與圓筒鄰接的表面)被壓到基片102上。導(dǎo)電層(例如104a或104b)可以是由軋制的銅或軋制的鋁制造，將兩種材料之一的平滑表面壓到基片102上而形成。非金屬導(dǎo)電層的例子包括由半導(dǎo)體材料構(gòu)成的層?；?02的厚度和物理性能，可由用于制造基片層1021-102n的材料層數(shù)和類型進行調(diào)整。例如，0.004英寸的基片102可包括2層的預(yù)浸漬材料(例如1011和1022)，其中各個預(yù)浸漬層(例如1011和1022)包括，例如浸漬到夾在兩個可除去層或釋放膜之間的單層均衡布中的樹脂。
釋放膜104a和/或104b有兩個功能1)在層制后它提供帶有非常平滑的表面的基片102，和2)直到用在電路基板生產(chǎn)線之前它提供對基片102的保護層。在一個實施例中，本發(fā)明的基片102的表面粗糙度μ不大于6.0微米(峰到谷，RzDIN)，這是用接觸表面光度儀測出的值。在又一個實施例中，基片102的表面粗糙度μ是0微米-μ為3微米(峰到谷，RzDIN)，這是用接觸表面光度儀測出的值。應(yīng)注意的是，使用其他類型的表面光度儀(例如激光表面光度儀)將產(chǎn)生與接觸表面光度儀數(shù)據(jù)不同的表面粗糙度范圍。但是，這些其它的表面光度儀將提供與接觸表面光度儀提供的測量相關(guān)的對應(yīng)的表面粗糙度μ測量。例如，如前面部分中討論的那樣，常規(guī)基板的表面8(圖1A和1B)的表面粗糙度μ通常大于6.0微米(峰到谷，RzDIN)，這是用接觸表面光度儀測出的值。本發(fā)明的基片102的表面粗糙度μ不大于6.0微米(峰到谷，RzDIN)，這也是用接觸表面光度儀測定的值。當(dāng)然，其它類型的表面光度儀將仍產(chǎn)生與接觸表面光度儀提供的表面粗糙度相關(guān)的表面粗糙度測量值，同時提供與接觸表面光度儀測量的值不同的表面粗糙度。
已經(jīng)確定，在基片102中使用聚酰亞胺或聚丙烯作為可除去層104a或104b提供兩個方面最佳性能釋放膜104a或104b與基片層1021-102n沒有或具有最小粘合力的很平滑的高光澤表面。也已經(jīng)確定，用極性聚合物如尼龍、聚苯二甲酸乙烯(PEN)和聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)制成的樣品粘結(jié)到完成的疊片上而且不可能從基板除去。
可在鉆孔之前，從基片102的外表面除去釋放膜104a和/或104b。在一個實施例中，當(dāng)使用在壓制溫度下熔化的聚合物釋放膜如熱塑性釋放層時，諸如銅箔或非極性的聚合物膜的犧牲(sacrificial)層106a和/或106b被安置于聚合物釋放膜(例如104a和/或104b)與壓板110a和110b之間，如圖5B所示。使用諸如電沉積銅、軋制銅或鋁或者在壓力溫度下不熔化的聚合物膜，可防止聚合物釋放膜(例如104a和/或104b)在層制期間粘結(jié)到壓板110a和110b上面。犧牲層106a和/或106b和聚合物釋放膜(例如104a和/或104b)隨后就可以從基片102剝離下來，以提供平滑表面形態(tài)的基片102。
圖5C說明根據(jù)本發(fā)明的原理提供的涂聚合物基片100b的第三實施例。該涂聚合物基片100b包括一個其上層制諸如覆銅箔的導(dǎo)電層107a和/或107b的基片102。該導(dǎo)電層107a和/或107b包括一個銅層114a和/或114b，涂有完全固化(或c步驟)樹脂層112a和/或112b，在該樹脂層上涂有樹脂粘結(jié)層108a和/或108b。在層制工藝期間，樹脂粘結(jié)層108a和/或108b被附著到基片102上。該導(dǎo)電層107a和/或107b的一個例子包括雙道(double-pass)樹脂層，如AlliedSignal公司出售的商標(biāo)為RCCTM的那種樹脂。在層制期間，使粘結(jié)層108a和/或108b軟化、流動并固化，并形成具有平滑表面的完全固化的疊片100b。
在另一實施例中，如圖5D所示，不用圖5C所示的樹脂層112a和/或112b。相反，只有一個單層粘結(jié)層108a和/或108b被附著于基片102與銅層114a和/或114b之間。這種粘結(jié)層的一個例子是單道(single-pass)的樹脂層，如Mitsui提供的商標(biāo)為MultifoilTM的樹脂。在層制期間，使使粘結(jié)層108a和/或108b軟化、流動并固化，而形成具有平滑表面的完全固化的疊片100c。層制后，可將銅層114a和/或114b蝕刻到需要的厚度(通常是5-9微米)，或完全除去。結(jié)果得到的表面具有銅層114a和/或114b的表面粗糙度。為獲得平滑表面，可使用具有很小齒狀結(jié)構(gòu)外形的銅層114a和/或114b。
圖6是用于層制涂聚合物基片100或100a或涂樹脂基片100b或100c的書狀片120的液壓機118的一個實施例的側(cè)視圖。這個實施例雖然描述了用于層制涂聚合物基片100或100a、或涂樹脂基片100b或100c，當(dāng)然也可使用本技術(shù)領(lǐng)域已知的其它層制工藝。這樣的另外層制工藝包括連續(xù)軋制層制工藝和自動粘結(jié)(autoclave)層制工藝。如所示的那樣，每個書狀片120包括多個涂聚合物基片100或100a、或涂樹脂基片100b或100c的交替層以及壓板110，而壓板110位于書狀片120的兩端。書狀片120被堆疊在兩個臺板122a與122b之間。
涂聚合物基片100或100a的壓制過程取決于使用的釋放膜104a和104b的類型。對于不熔化而且只是在350°F到375°F之間的壓制溫度范圍內(nèi)軟化的聚合物釋放膜(例如，104a和/或104b)，或者對于導(dǎo)電金屬釋放膜(例如，104a和/或104b)來說，可加熱到180°F在400psi的壓力下把書狀片120裝到液壓機118中。使用真空密封壓制機或把每個疊片100或100a安裝到可密封的室中或使用真空系統(tǒng)，在壓制期間給各個疊片100或100a抽真空，將真空壓力(直到29英寸汞柱)施加于書狀片120。然后使樣品以每分鐘10°F的直線升溫到375°F，并讓樣品在這個溫度下停留75分鐘。然后經(jīng)20分鐘使樣品冷卻到100°F。在層制后可實施后烘烤工藝，以進一步降低疊片100中的應(yīng)力。在一個實施例中，在350°F到375°F的溫度范圍內(nèi)進行1-4小時時間范圍的后烘烤工藝。但是，后烘烤過程可發(fā)生在較低溫度下用較長時間，或在較高溫度下用較短時間。
對于在350°F到375°F的壓制溫度范圍內(nèi)熔化的聚合物釋放膜(例如104a和/或104b)，可實施改進的壓制過程使層制期間所得的基片102的滑移量減少到最小。對于這些材料，可使用兩種不同的壓制過程。在兩種情況下，都在180°F下裝入樣品，壓力升高到400psi，使用真空密封壓制機或把每個疊片100或100a安裝到可密封的室中或使用真空系統(tǒng)，在壓制過程中對各個層100或100a抽真空而將真空壓力(直到29英寸汞柱)施加于書狀片120。然后以10°F/分把溫度升高到330°F，并且把樣品維持在330°F下經(jīng)過75分鐘。從此以后，有兩種不同的選擇方案可供采用(1)經(jīng)20分鐘把疊片100或100a冷卻到100°F，然后在375°F(后烘烤過程可發(fā)生在較低溫度下用較長時間進行，或在較高溫度下用較短時間)實施1-4小時的后烘烤工藝(在后烘烤壓制機中或在爐子中)；或(2)把壓力降到50psi，以10°F/分把溫度升高到375°F，然后維持該溫度75分鐘，接著，經(jīng)20分鐘把100或100a冷卻到100°F。還可把后烘烤工藝加到第二種選擇方案里又減輕應(yīng)力。在一個實施例中，在350°F到375°F的溫度范圍內(nèi)進行1-4小時時間的后烘烤工藝。但是，后烘烤過程可發(fā)生在較低溫度下用較長時間，或在較高溫度下用較短時間。
用于涂樹脂基片100b或100c壓制過程開始于在200°F裝入該書狀片120并施加25psi的壓力。使用真空密封壓制機或把每個疊片100b安裝到可密封的室中或使用真空系統(tǒng)，在壓制過程中對各個層100b抽真空而將真空施加于書狀片120上。在整個壓制期間保持225psi的壓力。然后以5-15°F/分把樣品溫度升350-390°F，并且讓樣品在這個溫度下停留45-90分鐘。然后經(jīng)20分鐘把樣品冷卻到100°F后解除壓力。
圖7說明根據(jù)本發(fā)明的原理制造基片102工藝的一個實施例。該基片102可以通過制造多個基疊層1021-102n或帶有少的雪茄狀孔隙數(shù)(纖維束的空隙中的柱形孔隙，例如密封在纖維束中的空氣或溶劑)或少的疊片孔隙數(shù)的疊基片層(例如1021)來獲得?？梢赃@樣達到，通過選擇適當(dāng)?shù)牟疾Σ继峁┝己没驈姶蠖志鶆虻臉渲?，以便所得的疊片有很均勻的含樹脂量和少的含孔隙量的疊片。也已經(jīng)確定，使用適當(dāng)?shù)墓袒瘎⑻峁┚哂械徒橘|(zhì)常數(shù)和低損耗因數(shù)的疊層結(jié)構(gòu)，而固化劑保證樹脂呈現(xiàn)出低吸水性。對布和樹脂也進行選擇，以便形成具有與籽晶層(例如第二導(dǎo)電層56或84)的熱膨脹系數(shù)(CTE)接近匹配的CTE受控的基片102。
這樣，為制備每個基片層1021,...102n，就用玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)大于180度、介質(zhì)常數(shù)在2.9-3.1的范圍內(nèi)的樹脂來浸漬均衡的布(即，布具有均勻織紋)，并使之固化形成基片層1021,...102n。所得基片層1021，..或102n消除應(yīng)力后，它具有在0.008-0.015范圍降低了的損耗因數(shù)、按重量計在0.4-0.6％范圍的低含水量和3.2-3.7范圍的低介質(zhì)常數(shù)。結(jié)果所得的基片層1021,...或102n還具有與隨后附著于基片102的第二導(dǎo)電層(例如銅籽晶層)56或82接近匹配的受控CTE。
尤其是，為制備本發(fā)明的平滑的基板50或80，首先選出布料150。在一個實施例中，布150有均衡的織紋結(jié)構(gòu)，在織紋平面內(nèi)保持各向同性。這種均衡的織紋結(jié)構(gòu)包括使用在卷曲和填充(X和Y)方向上，即在織紋的平面內(nèi)有非常均勻的絲束。這種均衡布料的例子包括玻璃纖維布和非玻璃纖維布。在一個實施例中，均衡織紋玻璃纖維布具有50-70支數(shù)/英寸。在另一個實施例中，均衡織紋玻璃纖維布在卷曲和填充方向具有60支數(shù)/英寸。通常細織紋布的類型包括D和E型細絲。在本發(fā)明的一個實施例中，卷曲和填充的玻璃絲是DE型(細絲直徑是0.00025英寸)。在一般的玻璃纖維布中，卷曲和填充的絲可以是或不是相同的絲類型(即，在玻璃絲紡紗處理期間，卷曲和填充的絲可使用不同的套筒(bushing)制造)。在本發(fā)明的一個實施例中，DE絲由相同的制造套管產(chǎn)生，而且在卷曲和填充方向上使用相同的絲。這就在卷曲和填充方向形成非常均勻和一致的布(即，具有相同的橫截面面積)。
另外，可使用KevlarTM紡織布或石英纖維布。也可使用本技術(shù)領(lǐng)域公知的其它種類的均衡紡織布。卷曲和填充的絲具有不同的幾何形狀卷曲的玻璃絲具有成為更加柱狀的和具有更加圓形的橫截面的趨勢，而填充的玻璃絲具有更加橢圓形的橫截面。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，用更加柱狀橫截面的絲制造的預(yù)浸漬材料存在具有雪茄狀孔隙和疊片孔隙的趨勢。因此，在卷曲和填充方向使用具有非常均勻的和具有更加橢圓形橫截面絲束的布將提供制造本發(fā)明的疊片50或80所需的一致性。
已經(jīng)確定，在卷曲和填充方向具有均勻剖面的布150，將有助于在基板26或26a中形成通孔時鉆孔更一致。如果玻璃絲的接頭(knuckle)處太厚或者如果它們占據(jù)了較大面積，鉆頭更有偏離接頭的傾向，結(jié)果產(chǎn)生不均勻的孔。另外，對較小織紋布的激光鉆孔將產(chǎn)生較高的鉆孔速率和更均勻的孔壁。
另外，選定的布150還具有與第二導(dǎo)電層(例如銅層)56(圖3C)或84(圖4C)的熱膨脹系數(shù)(CTE)接近匹配的受控的CTE。銅的CTE是百萬分之17部分(ppm)。在一個實施例中，布150的CTE在15-20ppm范圍。通過提供從具有與第二導(dǎo)電層(例如銅層)56(圖3C)或84(圖4C)的CTE接近匹配的受控的CTE的布150制造的基片102，并通過在制造基片50、80或102的期間，利用可除去的釋放膜104a和/或104b(從而不需要使用常規(guī)技術(shù)來制作包括在加熱和加壓下向熱固性樹脂布預(yù)浸漬片上層制電沉積銅箔的電路基板)。結(jié)果得到的電路基板26或26a被減輕應(yīng)力。另外，也可以對疊片100或100a進行后烘烤而達到減輕更多的應(yīng)力。
在一個實施例中，布150可由一種激光可燒蝕的材料來構(gòu)成，以便于隨后在疊片50、80或102中進行通孔的激光鉆孔。這種布150可由以下材料構(gòu)成1)能吸收紫外(UV)線的纖維，2)通過用能吸收紫外線的物質(zhì)涂覆布150,3)通過用提高導(dǎo)熱率的物質(zhì)涂覆的布150，或4)通過使用其中(ⅰ)要被激光鉆孔的孔，或(ⅱ)填充材料具有小直徑的無紡玻璃。
一選定了適當(dāng)?shù)牟?50，就把耦聯(lián)劑施加于布150上，將在曝露于高溫和潮濕環(huán)境后的疊片50、80或102生白點和起泡減到最低限度。為此，需要選擇適當(dāng)?shù)鸟盥?lián)劑，將用于導(dǎo)電性陽極絲(CAF)形成的電壓降到最低程度。在樹脂與布之間缺乏強韌的粘結(jié)力，當(dāng)在濕氣和偏壓(bias)的作用下的時候，沿著纖維束就可能發(fā)生銅絲生長。提供高級CAF電阻的關(guān)鍵是選擇最佳耦聯(lián)劑。CAF形成的低傾向性(propensity)是封裝應(yīng)用基板的一個關(guān)鍵功能參數(shù)。在一個實施例中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，例如由ClarkSchwebel公司銷售的的耦聯(lián)劑CS309，在溫度和濕氣曝露期間(例如，在壓力鍋測試期間)能提供最佳結(jié)果。
一選擇并調(diào)整了布150，就用樹脂溶液152浸漬該布150。這里使用的術(shù)語“浸漬”包括把樹脂溶液152溶鑄、擠壓或旋涂到布150里。如圖7所示，用于把樹脂溶液152附著于布150的一個實施例工藝是使布150通過含有選定樹脂溶液152的樹脂槽154。在一個實施例中，樹脂溶液152包括樹脂、降低樹脂的粘度較好浸透到布里的溶劑、催化劑和添加劑，所有這些可在容器140中進行預(yù)混合并且隨后注入到樹脂槽154中。在一個實施例中，樹脂溶液152包括具有高玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)樹脂的樹脂。在一個實施例中，Tg＞180℃。用于樹脂溶液152中的樹脂例子包括環(huán)氧樹脂。當(dāng)然任何帶有這里所述性能(即高Tg、低介質(zhì)常數(shù)和適當(dāng)固化，提供帶有低含水量的基片)的其它樹脂都可以使用。
在另一個實施例中，樹脂溶液152用不含雙氰胺(DICY)的固化劑進行固化。使用沒有DICY的固化劑，導(dǎo)致固化樹脂呈現(xiàn)比標(biāo)準(zhǔn)環(huán)氧樹脂明顯地低的吸水性。這種低的吸水性是基板26或26a的關(guān)鍵特征，用于在加速水分測試中提供帶有加強性能的基片102。這種沒有DICY的固化劑制成具有比以標(biāo)準(zhǔn)FR4環(huán)氧樹脂為基的基片要低的含水量、降低的介質(zhì)常數(shù)和降低的損耗因數(shù)的層結(jié)構(gòu)。在一個實施例中，固化的樹脂有2.9-3.1的范圍內(nèi)的介質(zhì)常數(shù)。
在布150的浸漬期間，適當(dāng)?shù)臉渲芤?52易于潤濕150的線束，并表現(xiàn)出對纖維束的良好浸透。在浸漬期間這種良好的樹脂浸透，結(jié)果是基片層1021、1022、...或102n具有很低密度的雪茄狀孔隙，隨后使得基片102具有很低的孔隙數(shù)。另外，樹脂溶液152對織物150的一致浸漬，結(jié)果形成極其一致含樹脂量的疊片102的附加好處。結(jié)果所得疊片102的介質(zhì)常數(shù)取決于樹脂與纖維的比率，而很一致含樹脂量的疊片將在疊片的平面內(nèi)呈現(xiàn)穩(wěn)定的介質(zhì)常數(shù)。這種穩(wěn)定性對于電路兩端之間信號速度穩(wěn)定性是重要的。例如，為產(chǎn)生很均勻的0.002英寸的疊片102，基片102由含有58-59重量％樹脂的單層玻璃布構(gòu)成。在一個實施例中，為提高表面平滑度(厚度上稍有增加)，可將基疊層1021,1022,...或102n的樹脂含量增大到60-64重量％的樹脂。在浸漬工藝期間，密切關(guān)注的是控制樹脂含量。這是借助于使布150穿過兩個相對旋轉(zhuǎn)的計量輥160a和160b完成的(圖7)。
然后在干燥塔170中在大約350℃下把樹脂浸漬布150干燥2到3分鐘的時間。干燥塔170中的熱量除去了樹脂溶液152中的溶劑。然后在大約350℃使布150經(jīng)受進一步的加熱時間，并持續(xù)1到3分鐘，以部分地固化浸漬到織物150內(nèi)的樹脂。然后可把所得的基片層(或預(yù)浸漬材料)1021切割成需要的大小，以提供基片102的各個疊片或各個基片層1021,...102n(圖5A-5D)。
因此，本發(fā)明提供一種用于提供具有減少了導(dǎo)電缺陷的平滑基板的裝置和方法。該基板具有改善的尺寸一致性，使得能形成細布線，并縮小焊盤尺寸。結(jié)果，可有提供減少了導(dǎo)電缺陷的高密度印制電路板。
在不脫離其精神和本質(zhì)特征的情況下可以以其它特定形式體現(xiàn)本發(fā)明。描述的各實施例在各個方面考慮都是僅僅為了說明而并非進行限制。因此，本發(fā)明的范圍由后附的權(quán)利要求書而不是前述的描述來限定。在權(quán)利要求書的含義和等價范圍內(nèi)的所有改變都要包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1．一種電路基板，包括一個具有不大于6.0微米表面粗糙度的介質(zhì)層；和一個附著于所述介質(zhì)層的第一導(dǎo)電層。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的基板，其特征是所述介質(zhì)層的表面粗糙度在0微米到3微米的范圍內(nèi)。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的基板，其特征是所述第一導(dǎo)電層是一個籽晶層。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的基板，還包括一個附著于所述第一導(dǎo)電層的第二導(dǎo)電層。
5．根據(jù)權(quán)利要求4的基板，其特征是所述第一導(dǎo)電層是一個粘結(jié)層。
6．根據(jù)權(quán)利要求5的基板，其特征是所述第二導(dǎo)電層是一個籽晶層。
7．根據(jù)權(quán)利要求4的基板，還包括一層附著于所述第二導(dǎo)電層的抗蝕層。
8．根據(jù)權(quán)利要求4的基板，還包括一經(jīng)介質(zhì)層延伸的通路。
9．根據(jù)權(quán)利要求1的基板，其特征是所述介質(zhì)層包括一個具有均勻織紋的布；和一致地浸漬到所述布的均勻織紋內(nèi)的樹脂。
10．根據(jù)權(quán)利要求9的基板，其特征是所述布包括大量形成所述均勻織紋的玻璃纖維，其中所述玻璃纖維的每一個剖面為橢圓形。
11．根據(jù)權(quán)利要求9的基板，其特征是所述樹脂具有大于180℃的玻璃轉(zhuǎn)變溫度。
12．根據(jù)權(quán)利要求9的基板，其特征是所述樹脂具有2.9-3.1的范圍內(nèi)的介質(zhì)常數(shù)。
13．根據(jù)權(quán)利要求9的基板，其特征是所述樹脂用不包含雙氰胺(DICY)的固化劑進行固化。
14．根據(jù)權(quán)利要求1的基板，其特征是所述介質(zhì)層具有與所述第一導(dǎo)電層的熱膨脹系數(shù)(CTE)接近匹配的CTE。
15．根據(jù)權(quán)利要求1的基板，其特征是所述介質(zhì)層具有與所述第一導(dǎo)電層的CTE接近匹配的CTE；介質(zhì)常數(shù)在3.2到3.7的范圍內(nèi)；含水量在0.4-0.6％重量的范圍內(nèi)；以及損耗因數(shù)在0.008到0.015的范圍內(nèi)。
16．根據(jù)權(quán)利要求1的基板，其特征是所述基板還包括一個附著于所述介質(zhì)層的可除去層，在所述第一導(dǎo)電層附著于所述介質(zhì)層之前除去所述可除去層。
17．一種疊片，包括具有大量形成均勻織紋的玻璃纖維布，所述玻璃纖維的每一條具有橢圓剖面；和樹脂，所述樹脂提供對所述布的一致浸透。
18．根據(jù)權(quán)利要求17的疊片，其特征是所述樹脂具有大于180℃的玻璃轉(zhuǎn)變溫度。
19．根據(jù)權(quán)利要求17的疊片，其特征是所述樹脂用不包含雙氰胺(DICY)的固化劑進行固化。
20．根據(jù)權(quán)利要求17的疊片，還包括一個附著于所述疊片的可除去層。
21．根據(jù)權(quán)利要求20的疊片，其特征是所述可除去層是可除去的聚合物膜。
22．根據(jù)權(quán)利要求21的疊片，其特征是所述可除去的聚合物膜選自一組包括聚亞酰胺、聚丙烯、氟化樹脂、聚醚亞胺和聚苯撐。
23．根據(jù)權(quán)利要求20的疊片，其特征是所述可除去層是一層可除去的導(dǎo)電膜。
24．根據(jù)權(quán)利要求21的疊片，其特征是所述可除去的導(dǎo)電膜是一種金屬。
25．根據(jù)權(quán)利要求20的疊片，其特征是所述可除去層是一層可除去的非導(dǎo)電膜。
26．根據(jù)權(quán)利要求17的疊片，其特征是所述布選自一組包括能吸收紫外(UV)線的布；具有能吸收紫外線的涂層的布；具有增加熱傳導(dǎo)率涂層的布；具有纖維直徑小于通孔直徑的布；以及具有填充材料直徑小于通孔直徑的布。
27．根據(jù)權(quán)利要求17的疊片，其特征是所述布是一種玻璃布。
28．根據(jù)權(quán)利要求17的疊片，其特征是所述布是一種非玻璃布。
29．一種集成電路組件，包括一個基板，包括一個具有不大于6.0微米表面粗糙度的介質(zhì)層；和一個附著于所述介質(zhì)層的第一導(dǎo)電層，以及一個附著于所述基板的集成電路。
30．根據(jù)權(quán)利要求29的組件，其特征是所述介質(zhì)層的表面粗糙度在0微米到3微米的范圍內(nèi)。
31．根據(jù)權(quán)利要求29的組件，其特征是所述集成電路用焊料固定在所述基板上。
32．一種制造電路基板的方法，包括把第一導(dǎo)電層附著于一個具有不大于6.0微米的表面粗糙度的介質(zhì)層上；在所述第一導(dǎo)電層上把抗蝕層制成圖形；蝕刻所述第一導(dǎo)電層；以及除去所述抗蝕層。
33．根據(jù)權(quán)利要求32的方法，其特征是附著所述第一導(dǎo)電層包括同時附著所述第一導(dǎo)電層和配置在所述介質(zhì)層中的至少一個通孔。
34．根據(jù)權(quán)利要求32的方法，還包括在附著該第一導(dǎo)電層之前把一第二導(dǎo)電層附著于介質(zhì)層上。
35．根據(jù)權(quán)利要求34的方法，其特征是附著所述第二導(dǎo)電層包括同時附著所述第二導(dǎo)電層和設(shè)置在所述介質(zhì)層中的至少一個通孔。
36．根據(jù)權(quán)利要求32的方法，其特征是附著所述第一導(dǎo)電層包括同時在所述介質(zhì)層的第一和第二表面上附著所述第一導(dǎo)電層。
37．根據(jù)權(quán)利要求32的方法，其特征是所述介質(zhì)層包括一個可除去層，本方法還包括在向所述介質(zhì)層上附著所述第一導(dǎo)電層之前除去所述可除去層。
38．根據(jù)權(quán)利要求32的方法，其特征是所述介質(zhì)層包括一個第一和一個第二表面，所述介質(zhì)層包括一個附著于第一表面的第一可除去層和一個附著于第二表面的第二可除去層；該方法還包括在把所述第一導(dǎo)電層附著于所述介質(zhì)層上之前，除去所述第一和第二可除去層。
39．一種制造疊片的方法，包括選擇大量具有形成均勻織紋的玻璃纖維布，所述玻璃纖維的每一條具有橢圓剖面；用具有一致地浸透該布的樹脂的樹脂溶液浸漬所述布；和干燥所述樹脂浸漬的布。
40．根據(jù)權(quán)利要求39的方法，還包括在用所述樹脂溶液浸漬所述布之前，選擇樹脂溶液，所述樹脂溶液是具有下面性質(zhì)的樹脂介質(zhì)常數(shù)在2.9-3.1的范圍內(nèi)；和玻璃轉(zhuǎn)變溫度大于180℃。
41．根據(jù)權(quán)利要求39的方法，還包括在用所述樹脂溶液浸漬所述布之后，用不包含雙氰胺的固化劑固化所述樹脂溶液。
42．根據(jù)權(quán)利要求39的方法，其特征是選擇所述布包括選擇玻璃布。
43．根據(jù)權(quán)利要求39的方法，其特征是選擇所述布包括選擇非玻璃布。
44．根據(jù)權(quán)利要求39的方法，還包括后烘烤所述疊片以提供應(yīng)力減輕。
45．根據(jù)權(quán)利要求39的方法，還包括把可除去層附著于干燥的樹脂浸漬的布上。
全文摘要
本發(fā)明是一種用于提供電路基板的方法和裝置。該電路基板包括一個具有不大于6.0微米的表面粗糙度的介質(zhì)層。第一導(dǎo)電層被附著于介質(zhì)層上。在一個實施例中,該介質(zhì)層包括一個疊片,該疊片包括具有均勻織紋的布和一致地浸漬到均勻織紋中的樹脂?？沙右部筛街谠摨B片上而且在使第一導(dǎo)電層金屬化之前將其除去。還描述了各種實施例。
文檔編號H05K3/06GK1314072SQ99810010
公開日2001年9月19日 申請日期1999年7月22日 優(yōu)先權(quán)日1998年7月28日
發(fā)明者理查德·J·波默, 杰弗里·T·戈特羅, 南茜·M·W·安德羅夫, 馬克·D·海因, 科里·J·扎雷茨基 申請人:依索拉層壓系統(tǒng)公司