CN101595535A - 利用电压可切换电介质材料和光辅助进行电镀衬底器件的技术 - Google Patents

利用电压可切换电介质材料和光辅助进行电镀衬底器件的技术 Download PDF

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Abstract

使用包含电压可切换电介质(VSD)材料的厚度的衬底进行电镀过程，所述VSD材料具有被分散、混合或溶解在VSD材料的粘合剂中的光敏组分。通过部分利用将光引导至所述厚度和VSD材料所产生的电压将VSD材料从介电状态切换成导电状态，导电元件的图案可形成在衬底上。

Description

利用电压可切换电介质材料和光辅助进行电镀衬底器件的技术
发明人：Lex Kosowsky，Robert Fleming
相关申请
本申请要求2006年9月24日提交的题为“VOLTAGE SWITCHABLEDEVICE AND DIELECTRIC MATERIAL WITH HIGH CURRENT CARRYINGCAPACITY AND A PROCESS FOR ELECTROPLATING THE SAME”的美国临时专利申请No.60/826,746的优先权，上述在先申请特此以引用的方式全文纳入本说明书。
背景技术
通常，利用其中衬底经受一系列制造步骤的过程来开发载流结构。这种载流结构的实施例包括印刷电路板、印刷线路板、集成电路(IC)芯片封装衬底、底板和其他微电子类型的电路。
典型地在刚性绝缘材料或柔性薄膜所制成的衬底上进行上述制造步骤，所述刚性绝缘材料例如为环氧-浸渍玻璃纤维薄片，所述柔性薄膜例如为聚酰亚胺。根据限定导体的图案来成形诸如铜的导电材料，所述导体包括接地层和电源层。
一些现有的载流器件通过将导电材料分层覆盖衬底而制造。然后在导电层上沉积掩膜层。所述掩膜层被曝光并显影。由此产生的图案确定其中将从衬底去除导电材料所处的选择区域。所述导电层通过蚀刻从选择区域去除。接着去除所述掩膜层，从而在衬底表面上设置图案化的导电材料层。
在一些过程中，种子层可通过真空金属沉积而形成。在其他公知过程中，无电镀过程用于将导线和衬垫沉积在衬底上。施加电镀溶液从而能够使导电材料在所述衬底的选择部分上粘附到该衬底，从而形成导线和衬垫的图案。
为了在有限的器件封装内使可用电路最大化，衬底器件有时使用多个衬底，或者使用一个衬底的两个表面来包括元件部分和电路。在任一情况下的结果都是，在一个器件中的多个衬底表面需要被相互连接，从而建立在不同衬底表面上的元件之间的电通信。
现有的器件形成有延伸穿过衬底的套管或通路。在多衬底器件中，通路延伸穿过至少一个衬底从而将该衬底的一个表面互连至另一衬底的表面。套管或通路设置有导电层，以建立在互连的衬底侧面之间的电连接。以这样的方式，在同一衬底的两个表面上，或者在不同衬底的表面上的电元件和电路之间建立电连接。
就现有器件来说，可通过给表面播种导电材料来电镀通路。在电解过程期间，通过形成在种子式颗粒和电镀材料之间的粘接，对通路的表面进行电镀。
在其他器件中，使用粘合剂，通路可设置有导电材料层。在这些器件中，在通路和导电材料之间的粘合本质上是机械的。
特定材料，在下文中称为电压可切换电介质材料，已用于现有器件以提供过电压保护。此类材料的电阻特性调整例如来自闪电、静态放电、或能量巨涌的电压冲击。电压可切换电介质材料被包含在诸如印刷电路板的一些器件中。在这些器件中，电压可切换电介质材料被***在导电元件和衬底之间以提供过电压保护。
美国专利No.6,797,145(特此通过引用的方式全文纳入本说明书)描述了以一种技术，其以使VSD材料能够用于电镀导电元件的方式在载流结构内实施VSD材料。此类电镀技术也可使器件能够具有一些处理ESD事件的能力。
附图说明
图1A～图1G示出根据本发明一实施方案使用光敏VSD材料的电镀过程；
图2A～图2G示出根据本发明的另一实施方案，针对图1A～图1G的实施方案所描述的电镀过程的变体；
图3A～图3D示出根据一个或多个实施方案，依据预定图案引导到VSD层的选择部分上的高聚焦光的使用。
图4示出在根据本发明的一实施方案的一个***，该***用于执行将聚焦光施加到VSD材料层上，以便能够在电解(或金属沉积)过程期间在其上形成导电元件的图案的构造。
图5示出一个实施方案，其根据本发明一实施方案，利用光和承受电解过程的衬底上VSD材料的组合，以便形成一个或多个导电通路。
图6示出根据本发明的一实施方案的衬底的截面，该衬底承受多个电镀或金属沉积过程，包括使用VSD材料的下层的初始过程。
图7示出用于与在此所描述的一个或多个实施方案一起使用的控制***。
具体实施方式
在此所述的实施方案规定对衬底进行电镀以具有使用光敏电压可切换电介质(VSD)材料的电元件和迹线。具体地，实施方案规定：沉积一光敏VSD材料层，然后通过使用光和施加电压的组合将所述VSD材料切换成导电状态来进行电镀过程。
根据一实施方案，在正在被电镀或者承受电镀或金属加工过程的衬底、器件或组分元件的表面上提供一VSD材料层。包含所述层的VSD材料能够在施加超过阈值电水平的能量时从介电状态切换到导电状态。具体地，可将超过阈值电水平的电压施加到VSD材料层，以便将VSD材料切换成导电状态。一个或多个实施方案提供规定如下，：VSD材料包含散布、混合或溶解在基体或粘合剂组成分中的光敏颗粒或组分，它们通过产生电子-空穴对而对光进行响应。通过产生电子-空穴对，活化能可被降低，以便使用电子将在电镀溶液中的金属阳离子(例如，Cu+2)还原成金属。此类颗粒可散布在VSD材料中(例如作为聚合物粘合剂的一部分)，使得光可将光被施加至VSD材料，从而来降低将VSD材料切换成导电状态所需的阈值电压电水平。一旦处于导电状态，VSD材料层的曝光部分可被用于与包含在溶液或介质中的导电元件粘接合，所述溶液或介质被施加到在其上提供设有VSD材料的表面。
在此所述的一些实施方案包括但不限于如下益处，即，能够使电镀技术减少在传统电镀过程中另外执行的一个或多个步骤。另外，使用VSD材料层便于将VSD材料集成为保护特征，其保护衬底的元件免受静电放电(ESD)和其他电学事件所扰。诸如在此所描述的实施方案可用于电镀印刷电路板(PCB)、显示器件和底板、集成电路器件和封装、半导体元件和器件、以及其他衬底器件。实施方案也可用于在柔性衬底上形成导电材料，所述柔性衬底例如由聚酰亚胺形成。更进一步，实施方案可在器件或其部分上提供导电或载流元件或构造，所述部分包括外壳的集成部分以及成品器件或元件的厚度，所述成品器件或元件诸如手持电子器件和供器件使用的模块封装。
VSD材料通常指呈现以下特性的材料：(i)在缺少某一阈值电压或能量时作为电介质；(ii)当施加超过阈值电压/能量水平的电压或能源时变得导电。所述阈值电压/能量水平可因不同类型的VSD材料而变化，但是阈值电压/能量水平通常超过电子器件的正常工作电压。例如，在施加电镀时，VSD材料的阈值电压水平可能超过50V，并且处于50～1000V或更大的范围。这种切换特性的结果是，VSD材料经常用于提供瞬态电连接，其能够免受瞬态电学事件，最显著的是静电放电(ESD)。
而且，根据一个或多个实施方案，VSD材料具有其成分均匀的特性，同时呈现出如上所述的电学特性。在此实施方案中，所述VSD材料由包含基本上均匀分布的导电和/或半导电材料的基体或粘合剂组成。
根据一实施方案，使用一包括具有光敏颗粒的VSD材料层的衬底进行电镀过程。通过部分利用由将光引导到所述层和VSD材料上所产生的电压来将VSD材料从介电状态切换成导电状态，可将导电元件的图案形成在衬底上。
在另一实施方案中，包括VSD材料层的层被浸入或另行承受包含导电颗粒的介质。所述VSD材料层包括光敏颗粒，并且当施加超过指定阈值水平的能量时可被触发而从介电状态切换成导电状态。聚焦光可根据指定图案而施加到VSD材料层上。所述聚焦光可导致VSD材料的在指定图案中标记的选择部分被触发为导电状态，使得介质中的导电颗粒根据指定图案接合到所述VSD材料。
更进一步，一实施方案包括一种用于电镀被设置在导电颗粒的介质中的衬底的***。所述***可包括光发射器和控制所述光发射器的逻辑电路。所述光发射器可将聚焦光束引导到衬底上。所述逻辑电路可耦合至或者设置有光发射器，所述光发射器被配置为控制提供光的位置。另外，所述逻辑电路可被配置为，利用对将在衬底上形成的导电层的预期图案进行限定的图案数据，将从光发射器中产生的光定位在设置在衬底上的VSD材料层上。所述VSD材料可包括光敏颗粒，并且也可当施加超过指定阈值水平的能量时被触发而从介电状态切换成导电状态。所述光发射器可被配置为引导光束以向VSD材料层的选择区域提供充足能量，该能量超过在这些选择区域处的VSD材料的指定能量阈值，从而导致在选择区域处的VSD材料从介电状态切换成导电状态。
更进一步，另一实施方案规定一个用于控制衬底器件的制造过程的控制***。所述控制***可包括将数据传送至制造过程的一个或多个处理方法。所述数据可包括指导所述制造过程执行如下步骤的指令或参数，所述步骤包括：(i)提供包括形成有光敏颗粒的电压可切换电介质(VSD)材料的衬底；以及(ii)通过部分利用将光引导于衬底和VSD材料上所形成的电压将VSD材料从介电状态切换成导电状态，形成载流元件的图案。
光敏VSD材料
在此所述的实施方案规定一种包括使用VSD材料(更具体地，使用光感受VSD材料)的电镀技术。用于在此所述的实施方案的VSD材料的实施例提供于美国专利申请No.11/881,896和美国专利申请No.11/829,951中，所述两个申请都分别通过引用的方式全文纳入本说明书。正如所提及的，光感受VSD材料具有包括粘合剂和光感受的分散颗粒的成分。具体而言，所述颗粒在吸收光时产生电子-空穴对。
根据一实施方案，所述VSD材料可由包括分散富勒烯的粘合剂形成。富勒烯公知为良好的电子受体，并且该特性在有机光电器件的研发中被充分利用。在一典型的有机光电器件中，富勒烯被分散到聚噻吩中，并且被涂覆在一透明的阳极和一阴极之间。当投射时，光被聚噻吩吸收，从而产生电子-空穴或者激子，并且所述激子扩散到聚合物-富勒烯界面，所述富勒烯接收电子，从而分开所述电子-空穴对。在此所述的实施方案将该特性用于通过将光吸收颗粒或材料(诸如富勒烯或二氧化钛)混合进电介质聚合物中以产生光感受VSD材料(可选地可添加金属或半导体颗粒)来进行电镀。光吸收材料的实施例，包括并五苯、二萘嵌苯、聚噻吩/富勒烯，以及已知的光敏聚合物和材料，诸如铜铟镓硒(CIGS)和硅颗粒。正如对下面提供的实施方案所描述的，在电镀期间，所述VSD材料可采用特定电压和电流进行脉动，并且也同时采用光进行脉动，以增强衬底表面的导电性从而更加有效地电镀。也可使用有机半导体以增大吸收光、产生激子以及传递电子和空穴的效率。有机半导体的实施例包括但不限于：聚噻吩、聚(3，4-乙烯二氧噻吩)/聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT/PSS)、齐聚物聚噻酚、聚芳基胺、聚伸苯基乙烯、聚乙烯基萘、聚硅烷和聚苯胺。有机半导体分子可被功能化从而与粘合剂材料反应，例如，咔唑(carbezole)或萘可采用胺功能化从而与环氧基体反应。
存在许多其他的光敏颗粒和材料的实施例，用于包含在VSD材料的基体的粘合剂中，从而能够使VSD材料变得光敏或者对光响应。在一实施方案中，二氧化钛颗粒被分散在VSD材料的粘合剂中作为光敏颗粒。可替代的变体可以使用例如氧化锌或氧化铈作为光敏颗粒，或者作为替代物以便添加至其他光敏的颗粒或材料(举例而言，例如富勒烯或二氧化钛)。
在此所描述的实施方案规定将光接受VSD材料的使用作为电镀过程的一部分。例如，富勒烯或其他的光感受颗粒可被均匀分散在粘合剂或基体中。衬底110可以是平面的或非平面的。
来自光施加的电压增加
图1A～图1G根据本发明一实施方案示出使用光敏VSD材料的电镀过程。特别地，诸如对图1A～图1G所述的实施方案规定在VSD材料层上形成电元件，所述VSD材料层被设置在衬底上或制造中的电器件或元件的其他厚度上。
诸如由图1A～图1G的实施方案所描述的过程示出如下过程，在该过程中VSD材料的电特性用于根据一预定图案显影导电(或载流)材料。具体地，图1A～图1G的实施方案规定用光来提供导致将VSD材料层切换成导电状态的附加能量组成。在导电状态中，所述VSD材料能够接收从电解或金属沉积过程沉积的导电物质。
在图1A中，选择VSD材料112并且将其作为一层设置在导电层108上从而形成衬底110或其他用于电镀的厚度。导电层108可被提供作为，例如，金属板格栅或金属丝网。其他的实施方案可省略导电层108，或者将其规定为非导电的(诸如背衬)。正如对其他实施方案所提及的，所选择的成分可以是光敏的，诸如通过包括光敏颗粒而成为光敏的。除了为光敏的，一实施方案还规定，VSD材料112可被选择或配置为具有特定电特性。所述特性包括能量的特征测度，该能量在被施加至已知数量的VSD材料时导致VSD材料从介电状态切换到导电状态。在一些申请中，所述特征测度可以已知的实验得出的阈值或者特征电压的形式构建，即，所述阈值或特征电压当在具体环境中被施加至VSD材料层时导致将VSD材料层的一些或全部切换到导电状态。在此所描述的实施方案认识到，为了进行电镀，整个VSD层中仅仅表面深度需要被制造为导电。正如将被描述的，当承受电解过程时，所述衬底和/或VSD材料层112可被施加以小于使VSD材料的一些或全部导电所预期的阈值电压水平的电压。另外，可根据针对具体应用的尺寸、形状、成分和特性(例如，衬底器件的类型)来形成包括VSD层112的衬底110。
在选择或配置VSD材料时可考虑的其他电特性包括漏电流(或截止状态阻抗)，正如通过以采用正在描述的过程进行制造的器件或元件的完整的和运行的形式而对VSD材料进行集成所确定的。具体地，实施方案规定，一旦在电解过程中使用VSD材料112，VSD材料层112就在器件或元件的寿命期间保留在进行构造或制造的器件/元件上。所述VSD材料的内在特性可使得VSD材料能够保护设置于或设置有所述器件或元件的电元件和组件免受ESD及其他的电学事件所扰。由于该缘故，所述衬底器件的组件和元件的运行条件可被要求为容忍漏电流，该漏电流缘于包含特定类型的VSD材料层。
图1B中，非导电层120沉积在组合衬底上。举例而言，非导电层120可由诸如光致抗蚀剂层的光可成像材料形成。在一实施方式中，非导电层120由干膜抗蚀剂形成。
在图1C中，非导电层120被图案化形成在组合衬底110上。在一实施方案中，掩模被施加于非导电层120上。所述掩模可用于穿过正性光致抗蚀剂而曝光VSD材料112的部分。在衬底110上的VSD材料112的曝光区域的图案可对应于在其中载流元件将被随后形成在衬底上的图案。
用于VSD材料的选择成分可具有相关特征阈值电压水平，该阈值电压水平可以在特定组分作为给定厚度的层应用于正在承受电解过程的衬底或其他表面之时针对该特定组分而实验确定。所述阈值电压水平可相当于例如在被浸入电解槽内时使整个厚度或重要部分导电而获知的电压水平。该电压水平可被称为阈值电压水平VT。在图1D的过程步骤中，电压VS被施加至VSD材料。所施加的电压VS可正好小于阈值电压VT，从而当其被施加时，不将VSD材料层的任何部分切换成导通：
VT＞VS    (1)
因此，电压VS本身且自行的施加并不导致VSD材料切换成导电状态。
正如所提及的，VSD材料包括光敏组分。在图1E的步骤中，在存在施加电压VS的同时，光122被投射或引导至组合衬底。由光敏VSD材料所引起的能量产生于VSD材料层112的表面。所影响到的VSD材料的厚度可例如仅以埃米或纳米为厚度的测量单位。由引导光122所影响的VSD的厚度可称为“表面厚度”。从光施加至曝露的表面厚度的能量的结果是阈值电压水平减小。对于在曝露的表面厚度(i)中的给定量的VSD材料，在存在光122所施加的能量时接通所述量的VSD材料所需的阈值电压(VT(i))可以是：
VT(i)＜VS＜VT    (2)
换言之，一实施方案规定，光122的施加用于将VSD材料层的表面的增加部分接通。考虑到所影响的面积和厚度的尺寸和/或所使用的光的类型和光强，VSD材料的不同组分可由VSD材料的相同或不同的单元化(或标准化)表面量所确定。
因此，将光122投射或引导到衬底上，就将VSD材料的选择表面厚度部分从介电状态切换成导电状态，并且所述选择表面部分可匹配将作为整体形成在衬底上的导体层的期望图案。
图1E和图1F示出，在光122被投射到组合衬底110上的同时，组合衬底110承受电解过程，使得在进行电解或金属沉积过程的持续时间的至少一部分期间，VSD材料的选择表面部分处于导电状态。所述电解过程可相当于：将衬底110浸入在溶液中，然后产生必要的电压(使用投射光122和施加电压)以将VSD材料层的选择表面部分切换成导电状态。
所引导的光122可源于许多光源中的任一种。例如，所述光可由高能灯提供，或者可替代性地通过使用激光器提供。部分地根据光122的能量以及使用的VSD材料的类型，光122可使施加电压VS能够处于阈值电压水平的10～50％之间，所述阈值电压水平为在不存在来自光的另外的能量时将VSD材料的整个厚度接通所需的电压水平。
对于如上所述的实施方案，实施方案便于形成通过光脉动而触发的导电层。光脉冲能够控制给定的执行电镀的持续时间。进而，使用光122以将VSD材料层的选择表面部分接通，较之利用施加到整个厚度的施加电压完成上述目的，相对更容易。
所述电解过程可用于形成层130，层130包括沉积在图案化非导电层120的形成物之间的载流或导电元件135。在一实施方案中，电镀过程将导电元件沉积在衬底110上、沉积在通过掩膜并去除光致抗蚀剂而曝露出来的间隙114中。因此，所述光致抗蚀剂可用于在接下来的电解过程中形成导电层130的图案。
实施方案确认，VSD材料112层可能仅相关于形成种子层，载流元件135形成于该种子层。具体而言，一旦导电元件接合至VSD材料112的选择表面区域(如图案所示)，所接合的导电元件提供导电表面，在该导电表面上接合有来自电解介质的其他导电元件。同样地，一个或多个实施方案规定，仅在形成种子层所需的持续时间期间，将所述VSD材料切换成导电状态。然后可继续进行所述电镀过程，而不考虑所述VSD材料是否导电。作为另一种变体，可共同执行另一电镀过程，而无需将所述VSD材料切换成导电状态。
一个或多个实施方案包括但不限于如下优点，即，能够在一表面上执行电镀过程，而无需通过单独或独立的过程形成种子层。例如，许多传统方法使用单独的真空金属沉积过程在承受电镀的表面上沉积种子层。与此类传统方法形成对照，在本申请中图1A～1G以及其他处所描述的实施方案能够进行一个或多个电镀过程来提供种子层和接下来的在衬底或表面上形成导电元件的电镀厚度。
在图1G中，有必要将非导电层120从衬底110去除。在非导电层120是光致抗蚀剂的实施方案中，使用剥离溶液(诸如钾基)将所述光致抗蚀剂从衬底110的表面剥离。
在制成导电层130之后(不论是否去除非导电层)，实施方案规定，所述衬底和/或导电层可承受后处理步骤，举例而言，例如抛光或粗糙加工。许多此类后处理步骤可根据在此所述的实施方案进行。
通路构造
在此所述的实施方案可规定通路的构造，所述通路可扩展正在被电镀的器件或元件的表面之间的导电性。通常，通路被提供作为延伸进衬底厚度的导电孔，从而从第一导电平面或表面延伸至另一导电平面或表面。
关于图1A～图1G的实施方案，通路140可被电镀为横贯所述衬底的载流元件。在一实施方案中，用于通路的孔142可被钻出或以其他方式形成在衬底110中，从而延伸穿过导电层108和VSD材料112层(参见图1C)。在图1D的步骤中，施加电压VS可被施加至整个VSD材料112层，包括具有孔142的厚度。在图1E的步骤中，在电解过程期间，光被引导穿过孔142，以便将形成通路壁的VSD材料112的部分切换成导电状态。当浸入在例如电解液中时，导电元件可接合到孔142的壁，并且提供在孔内的连续路径，以形成通路140(见图1F和图1G)。
也设计其他技术用于使用VSD材料和光的组合形成通路。在一实施方案中，诸如图4的实施方案所描述的技术可用于形成图1G和图1H的通路140。
利用光降低阈值电压水平
图2A～图2G根据本发明的另一实施方案示出对图1A～图1G的实施方案所描述的电镀过程的变体。具体地，图2A～图2G的实施方案规定利用光降低切换VSD材料的选择表面区域所需要的整体阈值电压。
如同之前的实施方案，一实施方案规定，在图2A的步骤中，选择光敏VSD材料212用作衬底210的一部分。所述光敏VSD材料可基于以下特征进行选择，所述特征包括当被施加或以其他方式使用在一具体电镀应用中时其公知的阈值电压水平。更进一步，其他的电学特性(例如，截止状态阻抗)也可被考虑用于既定的电镀或金属沉积过程。所述阈值电压水平可确定可被施加至VSD材料的厚度而并不将整个厚度切换成导电状态的电压VS的水平。所述衬底210还可包括导电层208。其他的实施方案可省略导电层208，或者将其提供为非导电(诸如背衬)。
在图2B中，非导电层220形成在组合衬底210上。然后在图2C中，例如使用掩膜对所述非导电层进行图案化，所述掩膜曝光衬底110上的VSD材料212的表面区域。所形成的曝光图案对应于将沉积导电元件的区域。
在图2D中，光222被引导或者投射到组合衬底上，包括VSD材料的曝光部分上。光222可由例如高能灯或者激光器提供。光222产生影响VSD材料212层的表面厚度的给定区域的能量增量。
在图2E和2F中，从另一源施加电压VS，同时组合衬底210承受电解过程(例如，组合衬底210被浸入在电解槽内)。通常，施加电压VS的持续时间很短(例如，小于一秒)，并且同样地，图2E和图2F所示出的步骤可几乎同时进行。如果给定了将VSD材料212的整个厚度接通所需的阈值电压水平，那么所施加的电压VS可被设定为小于所述阈值电压VT。但是对于VSD材料层的接收光222的表面厚度的给定测量(i)，阈值电压水平(VTi)被超出。这意味着，施加VS时，VSD材料层212的选择表面区域切换成导电状态。以这样的方式，使用光来提供VL充当能够降低所述施加电压VS的先行，所述电压VS否则将需要在VSD材料212的特定表面区域处超过阈值电压水平VT。
在一实施方案中，VSD材料212层仅用于形成用于导电元件235的种子层。一旦电元件在导电状态下接合至VSD材料，则所接合的电元件在电解介质中为接下来的元件提供接触表面。同样地，一旦所述种子层形成，将VSD材料212保持处于导电状态的需要就可降低或消除。
在图2G中，有必要将非导电层220从衬底去除。在非导电层220是光致抗蚀剂的实施方案中，使用诸如钾基(KOH)的基础溶液将所述光致抗蚀剂从衬底110的表面剥离。而其他的实施方案仍然可使用水来剥离所述光致抗蚀层。
作为制成步骤，一个或多个实施方案规定，所形成的导电层230和/或衬底210进一步承受另外的处理步骤，诸如抛光或粗糙加工。可以执行多种处理。
正如之前的实施方案所描述的，一个或多个通路(未在图2A～图2G中示出)可形成为延伸穿过组合衬底和VSD材料的孔。在如上所述的实施方案中，在正在进行电解过程的同时，光可被引导进衬底210的孔中，以便电镀将形成通路的所述孔的表壁内部。在另一实施方案中，可采取图4的实施方案所描述的方式，根据电镀过程的执行效果使用激光器。
光的使用包括但不限于如下优点，其能够显著降低将VSD材料接通所需要的施加电压VS的值。例如，结合光敏VSD材料使用光222能够将VSD材料接通所需的施加电压VS的值降低10～50％。
更进一步，诸如图1A～图1G和图2A～图2G所描述的实施方案提供了多种优点，包括易于在针对衬底器件的电镀过程中使用VSD材料，并且简化在电镀过程中沉积种子层所采用的各步骤。
诸如上文所示和所述的实施方案规定了非导电层的使用以对覆盖VSD层的导电层进行图案化。由于非导电层用于限定衬底上的导电元件的形状和位置，所以如上所述的实施方案可不受限制地将光电压施加至VSD层，以便将所述层接通。
利用光在VSD材料层上形成种子层图案
作为替代，图3A～图3D中的实施方案规定(诸如用激光器提供的)高聚焦光的使用，所述高聚焦光根据一预定图案引导至VSD层上的选择部分，以便在VSD层上形成对应的导电元件图案。形成的导电元件图案提供种子层用于接下来电镀和构造载流元件。以诸如下面所描述的方式使用激光器(或者高聚焦光)，能够使光在例如衬底器件(诸如印刷电路板)上形成图案化的种子层。因此，激光器可代替非导电层的应用和掩膜。
为了降低聚焦光源所需的能量需求，一个或多个实施方案可结合下列考虑：(i)所述VSD材料可被构成或配置为要求低阈值电压水平来接通；(ii)所述VSD材料可被配置为最大化光敏性。此外，将VSD材料的整个厚度接通所需的阈值电压水平VT可以被精确获知，使得所施加的电压VS被提供为充分接近于VT，从而使脉动光能够向VSD材料的期望选择表面区域提供充足能量。
谨记所述考虑，在图3A的步骤中，VSD材料312可被选择和/或制造为衬底310的组成部分。VSD材料312可在导电层308上设置成诸如板、网状物或格栅。可替代性地，VSD材料312可被提供作为整个衬底，或者导电层308可替代非导电层。
在图3B的步骤中，衬底310向电解介质320暴露，同时被施加以来自外部源的电压325。所施加的电压325可小于将VSD材料312的整个厚度切换成导电状态所需的阈值水平VT，这样所述施加电压325本身及自行均不将VSD材料的任何部分或区域接通。
与图3C中的步骤同时或者在其之后，聚焦光322被选择性引导，并根据预定图案引导至VSD材料层上。用于施加聚焦光322的预定图案可基于导电元件的种子层所用的期望图案。聚焦光322向VSD材料层的选择区域的添加足以将那些选择区域接通，同时维持VSD材料的非选择区域处于截止状态。更具体而言，在接收到聚焦光322之处的光斑处，所述VSD材料被变得导电，并且在电解介质320中所携带的导电元件321接合至在那些区域处的VSD材料区域。
关于执行图3C的步骤，激光(诸如氦氖激光)可被引导穿过电解液(并且可选择地半透明厚度)，并且被移动或选择性地定位以形成期望图案。诸如参考图4的实施方案所描述的***可被用于定位所述激光。
在图3D中示出带有电元件335的制成或半制成的衬底器件。在形成之后，可执行诸如将导电层抛光或粗糙加工的多个可能的步骤。
图4根据本发明的一实施方案示出一种用于执行如下过程的***，该过程为，将聚焦光施加到VSD材料层上，以便能够在电解(或金属沉积)过程期间形成将在其上形成的载流元件的图案。***400可包括诸如激光器的聚焦光发射器410，其与逻辑电路412耦合或组合。逻辑电路412可设置有固件、软件或硬件，这些与光发射器410集成，或者单独提供以及耦合。光发射器410可包括能够使确定所产生光束的位置的头部或其他部件移动的机械装置或部件。
根据一实施方案，VSD材料422可被设置为衬底430的表面厚度。衬底430中的一些或全部可设置在电解介质中。电解介质440可包括电解液442，该电解液含有将被沉积在VSD材料422的表面上的导电颗粒441。在一实施方式中，衬底430可被浸入在电解液442内，使得VSD材料422朝向电解液的表面。在另一实施方式中，衬底430可被定位在电解液442内，使得半透明厚度444(举例而言，例如玻璃)可朝向VSD材料422层。
光发射器410可在逻辑电路412的控制下将光引导于被逻辑电路412控制的图案内。初始地，从光发射器410发射的聚焦光421可接触包括位置X的VSD材料422层的区域。根据期望图案，聚焦光421可从初始位置X开始，沿VSD材料422层所限定的平面或表面在任何方向上移动。替代性地，聚焦光421可在不连续位置脉动，所述不连续位置集体形成由图案所限定的路径或路线。
在控制光发射器410的过程中，逻辑电路412可使用图案数据427和空间变换数据429，所述图案数据427限定在衬底430上的导电元件的期望图案。空间变换数据429将光发射器410的单个的发射位置映射至衬底430的表面上的对应坐标。在将发射位置映射至衬底430的坐标/位置的过程中，逻辑电路412采纳如下因子，即，包括因穿过电解液442的介质的聚焦光而出现的弯曲值或衍射值，以及可选择地包括半透明厚度444(取决于衬底的朝向)。
诸如图3A～图3D所描述的实施方案可用于在承受电镀或金属沉积过程的表面上形成导电种子层的一些或全部以供使用。例如，在一实施方案中，印刷电路板可具有多条通过如上所述的过程形成的导电元件迹线。在形成之后，电解过程可继续(或单独完成)，以由形成的迹线形成导电路径和元件。
用于通路构造的技术
关于在此所述的任何一个实施方案，通过使用光也可完成一个或多个通路(例如，图1F的通路140)的形成。具体地，图5的实施方案根据本发明的一实施方案示出使用光和承受电解过程的衬底的VSD材料以便形成一个或多个导电通路。为了示出执行步骤或子步骤的合适元件，参考了图1A～图1G的实施方案。
在步骤510中，单个通路的位置被标记在包括形成在导电厚度108的VSD材料层的衬底110上。所述位置可以例如基于用于提供接地特征或在衬底的导电平面(例如顶面和底面)之间互连的期望位置来标记。
在步骤520中，衬底110被浸入或以另外的方式承受电解介质，该步骤例如被提供作为图1D(施加电压)和图1E(施加光)所描述的电解过程的一部分。
步骤530规定，(发射激光束)激光器用于在步骤510所标记的位置处钻孔，同时衬底110被浸入或设置在电解介质中。包括使用激光器的步骤530的实施，可附加于例如光122的使用以在衬底110的表面上形成导电元件。因此，例如，在一实施方式中，电压VS被施加至VSD材料112层，并且使用高能灯电镀衬底110的表面。当衬底110被浸入并且施加电压VS时，所述一个或多个激光束可被施加至标记位置，导致形成孔并且接合从电解液沉积的导电元件。
更进一步，实施方案确认，充足能量的激光束可提供必要的能量水平，从而将提供限定通路140壁的VSD材料层的表面厚度(延伸进VSD材料112层)切换成导电状态，而不施加电压VS。具体而言，将孔钻进衬底110的动作可导致围绕孔(沿深度方向延伸进VSD材料层)的VSD材料112导电(至少在表面上存在激光束的同时)。因此，作为替代方案，在衬底被浸在电解介质中的同时，但在施加电压VS之前或之后(如果所述电压均匀施加)，可利用高能激光束钻孔。
可与图5的实施方案一起使用的激光器的实施例包括氦氖激光器。根据一实施方案，用于形成诸如图5所描述的通路的方法可使用图4实施方案所描述的装置进行，该装置包括光发射器410和用于确定将设置通孔的位置的逻辑电路。
尽管诸如所述的实施方案规定发射的激光穿过衬底，然而一个或多个实施方案也规定，在施加激光或光束之前，所述孔可或沿深度方向或径向地被至少局部地预制。
附加应用
实施方案确认，当将种子层电镀到承受电镀或金属沉积过程的衬底上时，在电镀或金属沉积过程中使用VSD材料可能最为有用。具体而言，一旦在VSD材料区域上形成导电元件的初始涂层，接着的导电元件就彼此涂覆，而非涂覆所述VSD材料。
图6根据本发明一实施方案示出衬底的截面，该衬底承受多个电镀或金属沉积过程，该过程包括使用VSD材料覆盖层的初始过程。具体地，衬底610的一部分包括导电层608、VSD材料612层、种子层622、以及一个或多个金属层632。种子层622可根据在此所描述的任一实施方案形成。一旦形成种子层622，可使用同一过程或接下来的过程形成另外的金属层632。在一实施方案中，在其他过程中形成另外的金属层，因此能够实现导电元件的非同质层。
在一实施方案中，例如，预先形成的衬底或厚度可被制造为包括用于在电镀过程中使用的VSD材料。所述预先形成的衬底可用于诸如图1A～图1G、图2A～图2G或图3A～图3D(或者在本申请他处)的实施方案所描述的过程中，以便通过电镀过程(如所描述的)制造种子层。所述导电元件可以或者通过接下来的连续电镀，或者正如图6的实施方案所示的通过附加的和接下来的电镀步骤而形成。
控制***
图7示出用于与在此所描述的一个或多个实施方案一起使用的控制***。具体地，诸如在此所描述的实施方案可通过如下***实施，所述***包括制造/制作工具以及在各制造步骤过程中实施各种任务的执行物理任务的机器的组合。由工具和机器组成的此类***可由控制计算机所控制。
在图7所示的实施方案中，控制***710控制制造过程720。制造过程720包括使用工具和材料(包括VSD材料和用于非导电层的材料)，用于执行图1A～图1G、图2A～图2G或图3A～图3D的实施方案中所示出的步骤中的任何一个。在一实施方案中，控制***710提供不同类型的数据给用于制作或制造衬底器件的制造过程720，以控制或配置一个或多个步骤或者所述制造过程的一部分。在一实施方案中，控制***710发送与施加电压VS的必要电压水平相对应的数据(VS数据712)、用以控制光源的定时和持续时间的数据(“光源数据714”)、用于控制光源的亮度或能量水平的数据(“脉冲时间716”)以及如下数据，该数据识别非导电层的图案、导电图案、和/或在形成期间光被投射或者引导至衬底上所处的图案(与图3A～图3D的实施方案相一致)中的任意一个或多个。在其他的实施方案中，控制***710可发送其他形式的数据至制造过程720。例如，关于图3A～图3D的实施方案，所述数据可识别将通过施加光而形成的期望的种子层图案。
正如在本申请其他处所提及的，一个或多个实施方案规定VSD材料的选择以用于制作过程。所述VSD材料的选择可包括在诸多环境的任何一种中，诸如在用于电解过程的电解液的环境中，识别将所述VSD材料层接通所需的阈值电压水平VT。控制***710可根据诸多标准中的任一种选择VSD材料，所述标准包括所需的阈值电压水平，以及可能包括当衬底制造完成时可接下来使用VSD材料层或者被VSD材料层影响的组分的容限水平。
在选择VSD材料时，控制***710可包括与存储器源734通信从而提取并处理VSD材料信息735的处理源732。VSD材料信息735可包括通过类型或成分识别VSD材料的数据，以及诸如材料特征电压水平和漏/截止状态阻抗的特性。将意识到的是，可存在多种类型的VSD材料，其带有特定类型的VSD材料的不同浓度等级，以及不同种类的光感受颗粒(诸如不同种类的富勒烯)。存储器源734可维持所述信息，并且能够使处理源732确定不同的数据，所述不同的数据会影响VSD材料将被制造过程720使用的方式。这一制造过程可例如包括，选择或指定VSD材料的厚度(或者替换性地确定阈值电压水平VT)，确定是否应该使用不止一种类型的VSD材料，在初始化电镀之前识别VSD材料层的位置，确定用于VS的电压和/或将被提供以光的能量值，以及其他的信息，例如对于在将施加以电压VS和/或将施加以VS和光的组合的时间的脉冲长度。
关于控制***710的指令、数据和内部运行，一个或多个实施方案规定，数据、指令等的任何一个可存储在任何形式的计算机可读介质上。计算机可读介质的实施例包括永久性存储器，诸如个人电脑或服务器上的硬盘驱动器。计算机存储介质的其他实施例包括便携式存储器件，诸如CD或DVD、闪存(诸如在许多蜂窝电话和个人数字助理(PDA)上所携带的)以及磁存储器。计算机、终端、网络启动设备(例如，诸如蜂窝电话的移动设备)为使用处理器、存储器和存储在计算机可读介质上的指令的机器和器件的所有实施例。
替代性的实施方案
尽管在此所提供的多个实施方案描述了使用施加到导电层(诸如板、网状物或格栅)的VSD材料来形成衬底，但是一个或多个实施方案进一步规定，在不需要导电层的情况下，可根据在此所述的任一个实施方案形成和使用VSD材料层。在一实施方案中，所述衬底(例如，图1A的衬底110)可包括单个VSD材料层。单个VSD材料层可承受诸如所描述的过程从而能够在其上形成导电元件。VSD材料层可包括充分刚性或耐用而能够固定到一期望环境的组分。在另一实施方案中，所述衬底可包括VSD材料层，其固定到非导电的背衬层，从而提供到VSD材料层的机械集成。
关于在此所描述的任一个实施方案，一个或多个实施方案规定用于对包括VSD材料的衬底或厚度的热处理的附加步骤。所述热处理可改进沉积金属和/或VSD材料中的一种或多种的特性，包括电特性。加热也可便于干化所述厚度，提高电镀中形成的不同层的粘合，降低来自电镀过程的应力，并且退火由电镀形成的金属迹线。加热量可以是巨大的，但不应超过导致VSD材料老化的量。
结论
尽管已参照附图详细描述了根据本发明的示意性实施方案，但是可以理解的是，本发明不限于那些明确的实施方案。同样地，许多修改和变化对于本领域的普通技术人员将显而易见。因此，本发明的范围意在由下文权利要求及其等价权利要求所限定。而且，预期的是，作为实施方案或单独或局部描述的具体特征可以与其他单独描述的特征或其他实施方案的各部分相组合，即使其他特征和实施方案并未提及所述具体特征亦是如此。因此，描述组合的省略，但并不应排除发明人对此类组合享有的权利。

Claims (25)

1.一种用于电镀的方法，所述方法包括：
在包括光敏电压可切换电介质(VSD)材料的厚度上，通过部分利用将光引导到具有VSD材料的一部分的该厚度上所产生的能量将VSD材料的至少该部分从介电状态切换成导电状态，形成导电元件的图案。
2.根据权利要求1所述的方法，其中由VSD材料的至少一部分形成导电元件的图案，包括将所述VSD材料的表面厚度的至少一部分切换成导电状态，并且使包括VSD材料的厚度受电解介质作用。
3.根据权利要求2所述的方法，其中切换所述表面厚度的该至少一部分包括切换所述表面厚度的选择部分，从而至少局部地限定将在所述厚度上形成的种子层。
4.根据权利要求1所述的方法，其中切换限定所述种子层的选择部分包括，切换所述选择部分使之符合接下来将形成的导电元件的图案。
5.根据权利要求1所述的方法，其中形成导电元件的图案包括：(i)在所述VSD材料上形成非导电材料层，以及(ii)通过去除所述非导电层的部分以暴露VSD材料，从而形成所述图案。
6.根据权利要求5所述的方法，其中形成导电元件的图案包括，将包含VSD材料的衬底承受电解过程。
7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括形成包括VSD材料的衬底，该VSD材料包含(i)富勒烯、(ii)二氧化钛、(iii)氧化锌、或(iv)二氧化铈中的一种或多种。
8.根据权利要求3所述的方法，其中形成导电元件的图案包括，将来自另一电压源的电压施加到所述衬底，来自所述电压源的电压小于将所述VSD材料切换成导电状态所需的阈值电压水平，然后在电解过程期间将所述光引导至VSD材料的表面上。
9.根据权利要求8所述的方法，其中将所述光引导至VSD材料的表面上包括，使用高能光束在受控持续时间内对所述光进行脉动，其中对所述光进行脉动所产生的能量与来自其他源的电压相结合，以导致将所述VSD材料切换成导电状态。
10.根据权利要求6所述的方法，其中形成导电元件的图案包括(i)将光引导至衬底上以产生跨越VSD材料层的电压，然后在由光产生的电压存在的同时，(ii)在电解过程期间从一电压源施加电压，其中来自所述电压源的电压小于将VSD材料切换成导电状态所需的阈值电压水平，只是在与存在于跨越VSD材料的表面的光结合时将所述VSD材料的表面厚度切换成导电状态。
11.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在形成导电元件的图案之后，加热所述厚度。
12.一种通过包括以下步骤的过程形成的衬底器件：
提供一衬底，该衬底包括形成有光敏组分的电压可切换电介质(VSD)材料；
部分利用通过将光投射到衬底上而产生的电压将VSD材料的至少一部分从介电状态切换成导电状态，形成导电元件的图案。
13.一种用于电镀的方法，所述方法包括：
使包括电压可切换电介质(VSD)材料层的厚度受包含导电颗粒的介质作用，所述VSD材料层包含光敏组分，并且在施加超过指定阈值水平的能量时可被触发从介电状态切换成导电状态；以及
根据指定图案将聚焦光引导至所述VSD材料层上，所述聚焦光导致所述VSD材料的以所述指定图案识别的选择部分被触发成导电状态，使得在介质中的导电颗粒根据所述指定图案接合至所述VSD材料。
14.根据权利要求13所述的方法，其中引导聚焦光包括将激光引导至所述VSD材料的表面上。
15.根据权利要求13所述的方法，其中引导聚焦光包括控制光发射器以定位聚焦光束从而在期望位置处横穿VSD材料层。
16.根据权利要求15所述的方法，其中由于光束在期望位置处横穿VSD材料层时穿过所述介质，控制光发射器包括采用光束弯曲或衍射因子。
17.根据权利要求13所述的方法，其中进一步包括形成所述厚度的VSD材料以使之包括选自(i)富勒烯、(ii)二氧化钛、(iii)氧化锌以及(iv)二氧化铈的颗粒。
18.一种用于对设置在导电颗粒介质中的衬底进行电镀的***，所述***包括：
光发射器，其引导聚焦光束；
逻辑电路，其耦合到或者设置有被配置为控制提供光束所处的位置的光发射器，其中所述逻辑电路被配置为，使用对将被形成在衬底上的导电层的期望图案进行限定的图案数据，将从光发射器中产生的光束在设置于衬底上的VSD材料层上进行定位；
其中所述VSD材料包括光敏组分，并且在施加超过指定阈值水平的能量时可被触发而从介电状态切换成导电状态；
其中光发射器被配置为，引导光束以提供充足能量至VSD材料层的选择表面区域，从而在这些选择区域处超过VSD材料的指定能量阈值，并且从而导致在选择区域处的VSD材料从介电状态切换成导电状态。
19.根据权利要求18所述的***，其中所述逻辑电路被进一步配置为，使用空间变换数据定位从光发射器产生的光束，所述空间变换数据包括说明穿过导电颗粒介质的光束的衍射或弯曲的一个或多个参数。
20.根据权利要求18所述的***，其中所述光发射器是激光器。
21.一种用于控制衬底器件的制造过程的控制***，所述控制***包括：
一个或多个处理源，其将数据传送至制造过程，所述数据包括用于引导制造过程执行如下步骤的指令或参数，所述步骤包括：
提供包括形成有光敏组分的电压可切换电介质(VSD)材料的衬底；
通过部分利用将光引导在衬底和VSD材料上所产生的电压将所述VSD材料从介电状态切换成导电状态，形成导电元件的图案。
22.一种用于在衬底中形成通路的方法，所述方法包括：
在衬底上形成VSD材料层，所述VSD材料包括在施加超过指定阈值水平的能量时可被触发而从介电状态切换成导电状态的光敏组分；
将所述衬底的至少一部分——包括VSD材料层——浸入包括导电颗粒的介质；以及
在所述衬底的该至少一部分被浸入的同时，施加光至衬底从而穿过衬底中的孔，其中所述光提供充足能量至VSD材料的限定所述孔的一部分，从而导致VSD材料的所述部分的能量水平超过指定阈值并且切换成导电状态；
其中在导电状态时，来自所述介质的导电颗粒粘合至所述VSD材料的限定孔的部分，从而形成通路。
23.根据权利要求22所述的方法，其中施加光至所述衬底从而穿过一个或多个孔包括，施加激光束至所述衬底以用于形成所述一个或多个孔。
24.一种具有由如下过程形成的通路的衬底器件，所述过程包括如下步骤：
在衬底上形成VSD材料层，所述VSD材料包括光敏组分，并且在施加超过指定阈值水平的能量时，所述光敏组分可被触发而从介电状态切换成导电状态；
将所述衬底的至少一部分——包括VSD材料层——浸入包括导电颗粒的介质；以及
在所述衬底的该至少一部分被浸入的同时，施加光至所述衬底，从而穿过衬底中的孔，其中所述光向VSD材料的限定所述孔的一部分提供充足能量，从而导致所述VSD材料的所述部分的能量水平超过指定阈值并且切换成导电状态；
其中在导电状态时，来自所述介质的导电颗粒接合至VSD材料的限定所述孔的所述部分，从而形成通路。
25.一种用于在衬底中形成通路的***，所述***包括：
光发射器，其可配置为将聚焦光束引导至所述衬底；
逻辑电路，其耦合到或者设置有被配置为控制提供光束所处的位置的光发射器，其中所述逻辑电路被配置为，将从光发射器产生的光束定位在设置于衬底上的VSD材料层上、定位于与用于通路的期望位置相对应的位置处；
其中所述VSD材料包括光敏组分，并且在施加超过指定阈值水平的能量时可被触发从介电状态切换成导电状态；
其中光发射器被配置为，引导光束从而向VSD材料层的形成或将形成用于通路的孔的部分提供充足能量，使得在这些部分的VSD材料超过指定能量阈值，并且从介电状态切换成导电状态。
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