CN102469700B - 制作电路板的方法及电路板 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种制作电路板的方法以及电路板，所述方法的步骤如下：预处理基板；在所述基板上制作种子层；在所述种子层上制作导电线路，所述种子层包括粘附层和导电膜，并且通过以下步骤制作：A.在所述基板的表面制作所述粘附层；B.通过化学沉积技术和/或物理沉积技术在所述粘附层的表面制作所述导电膜。由该方法制作的种子层与基板的结合力高，种子层表面光滑，而且制作成本低。本发明提供的电路板基板与种子层之间的结合力可以达到7N/cm以上，而且导电线路在传输高频信号时的损耗小。
Description
技术领域
本发明涉及一种制作电路板的方法及电路板。
背景技术
随着电子技术的发展，印刷电路板已经取代了传统电子元器件的连接方式，被广泛应用于电子产品中。目前，生产企业多采用减成法来制造印刷电路板，然而减成法工艺复杂，而且生产过程中会产生大量的废水和污染物，不利于环境保护。为此，人们开发了加成法来制造印刷电路板。
加成法是在基板表面有选择性地沉积导电金属，从而形成导电线路(导电层)。加成法的制造工艺流程通常包括：基板→种子层→导电线路→电金层→阻焊层→其它处理流程。其中，种子层是为了使基板满足后续处理中导电线路电镀时的必要条件而在基板表面制作的导电层，要求种子层表面光滑，并与基板能够良好的结合。在上述工艺流程中，种子层可以通过两种方式获得：
其一是化学沉铜(PHT)技术，化学沉铜技术制作的种子层与基板是以物理方式连接，在实际生产过程中，为了提高种子层与基板之间的结合力，在化学沉铜工艺之前要增加基板的粗糙度，这必然使附着在其表面的种子层的粗糙度增加，从而使得种子层表面的导电线路表面的粗糙度也增加，进而导致高频信号传输损耗的增加。此外，为了使种子层与基板之间的结合力能够满足设计要求，化学沉铜技术制作种子层可选择的基板材料范围有限。由于存在上述缺陷，限制了化学沉铜技术在电路板领域进一步的推广应用。
其二是磁控溅射技术，磁控溅射技术制作的种子层与基板能够达到原子量级的结合，因此，不需要增加基板表面的粗糙度就能使种子层与基板获得良好结合，这扩大了基板材料的选择范围，而且制作的种子层表面光滑，能够减少传输高频信号时的损耗。尽管磁控溅射技术解决了化学沉铜技术所存在的上述缺陷，但是，磁控溅射技术的运行成本较高，以制备钛铜复合金属导电层为例，制备铜层导电层所需费用占整个电路板加工成本的90％以上。此外，磁控溅射技术对靶材的利用率偏低，不超过40％。由于运行成本较高，因此限制了磁控溅射技术在电路板领域的推广和应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是针对现有技术中存在的上述缺陷，提供一种制作电路板种子层的方法，其能够低成本地制造出表面光滑的种子层，而且种子层与基板的结合力良好。
解决上述技术问题所采用的技术方案是该制作电路板的方法，包括以下步骤：预处理基板；在所述基板上制作种子层；在所述种子层上制作导电线路，所述种子层包括粘附层和导电膜，并且通过以下步骤制作：A.在所述基板的表面制作所述粘附层；B.通过化学沉积技术和/或物理沉积技术在所述粘附层的表面制作所述导电膜。
优选地，所述粘附层的厚度为所述种子层总厚度的1/100-1/3，优选为1/50-1/5；和/或，所述粘附层的厚度为10～100nm，优选为20～60nm。
优选地，步骤A中制作所述粘附层时：真空度为1×10-3～9×10-3mbar，优选为1×10-3～5×10-3mbar，电压为500～700V，氩气流量为300～450sccm，优选为350～400sccm。
优选地，在实施步骤A之前，对所述基板进行离子束蚀刻，优选地，在所述离子束蚀刻时：真空度1×10-4～9.0×10-4mbar，优选为2×10-4～5.0×10-4mbar；电压2000～2800V，优选为2200～2500V；电流550～750mA，优选为600～700mA；蚀刻时间2～10min，优选为4～8min。
优选地，在实施步骤A之前，对所述基板进行真空除气，优选地，在所述真空除气时：真空度1.0×10-4～5.0×10-4mbar，优选为1.0×10-4～3.0×10-4mbar；温度100℃～120℃；
优选地，所述预处理基板的步骤包括：采用去离子水进行水洗，和/或采用碱性除油剂进行除油，和/或超声波清洗，和/或烘干。
更优选地，烘干在100℃～180℃的温度下进行，和/或烘干在惰性气氛中烘干。
优选地，所述粘附层由钛、镍、铬或铜制成；和/或，所述导电膜是铜膜或镍膜或锡膜。
优选地，所述基板的材料为树脂基板、玻璃纤维布基板或陶瓷基板。
优选地，在步骤A之后，检测所述粘附层的表面粗糙度；和/或，在步骤B之后，检测所述导电膜的表面粗糙度。
优选地，利用磁控溅射技术在所述基板的表面制作所述粘附层。
此外，本发明还提供一种电路板，该电路板是通过本发明提供的制作电路板方法制作的电路板，其中，所述种子层包括牢固结合于基板的粘附层和形成在所述粘附层上的导电膜。
本发明具有以下有益效果：
第一，本发明提供的制作电路板的方法在制作种子层时，首先通过磁控溅射技术在基板表面制作厚度低于种子层所需厚度的粘附层，再利用运行成本较低的化学沉积技术和/或物理沉积技术制作导电膜，从而形成种子层。这种制作种子层的方法相对于利用磁控溅射技术制作种子层而言，降低了制作成本。而且由于粘附层较薄，因此可以减少靶材的浪费，有利于节能减排
第二，基板与粘附层之间的结合力可以达到7N/cm以上，导电膜与粘附层的结合力可以达到几十、甚至上百牛顿/cm，因此，基板与种子层的结合力可以达到7N/cm以上，完全能够满足电路板的设计要求。
第三，磁控溅射制作粘结层不需要对基板粗糙化处理，制作的粘结层表面光滑，从而可以获得光滑的导电膜，在光滑的导电膜的基础上可以获得光滑的导电线路。因此，由本发明提供的方法制作的导电层可以减少高频信号的传输损耗。
第四，利用磁控溅射技术制作粘附层，可供选择的基板材料的范围更宽，从而克服化学沉积技术制作种子层时可选择基板材料范围窄的缺点。
类似地，本发明提供的电路板，种子层与基板的结合力可以达到7N/cm以上，而且导电线路表面光滑，在传输高频信号时的损耗小。
附图说明
图1为本实施例电路板的制作流程图。
具体实施方式
本发明提供的制作电路板的方法，包括以下步骤：预处理基板；在所述基板上制作种子层；在所述种子层上制作导电线路，所述种子层包括粘附层和导电膜，并且通过以下步骤制作：A.在所述基板的表面制作所述粘附层；B.通过化学沉积技术和/或物理沉积技术在所述粘附层的表面制作所述导电膜。
在本发明的各实施例中，优选地，所述粘附层的厚度为所述种子层总厚度的1/100-1/3，优选为1/50-1/5；和/或，所述粘附层的厚度为10～100nm，优选为20～60nm。
在本发明的各实施例中，优选地，步骤A中制作所述粘附层时：真空度为1×10-3～9×10-3mbar，优选为1×10-3～5×10-3mbar，电压为500～700V，氩气流量为300～450sccm，优选为350～400sccm。
在本发明的各实施例中，优选地，在实施步骤A之前，对所述基板进行离子束蚀刻，优选地，在所述离子束蚀刻时：真空度1×10-4～9.0×10-4mbar，优选为2×10-4～5.0×10-4mbar；电压2000～2800V，优选为2200～2500V；电流550～750mA，优选为600～700mA；蚀刻时间2～10min，优选为4～8min。
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在本发明的各实施例中，优选地，所述预处理基板的步骤包括：采用去离子水进行水洗，和/或采用碱性除油剂进行除油，和/或超声波清洗，和/或烘干。
在本发明的各实施例中，更优选地，烘干在100℃～180℃的温度下进行，和/或烘干在惰性气氛中烘干。
在本发明的各实施例中，优选地，所述粘附层由钛、镍、铬或铜制成；和/或，所述导电膜是铜膜或镍膜或锡膜。
在本发明的各实施例中，优选地，所述基板的材料为树脂基板、玻璃纤维布基板或陶瓷基板。
在本发明的各实施例中，优选地，在步骤A之后，检测所述粘附层的表面粗糙度；和/或，在步骤B之后，检测所述导电膜的表面粗糙度。
在本发明的各实施例中，优选地，利用磁控溅射技术在所述基板的表面制作所述粘附层。
此外，本发明还提供一种电路板，该电路板是通过本发明提供的制作电路板方法制作的电路板，其中，所述种子层包括牢固结合于基板的粘附层和形成在所述粘附层上的导电膜。
本发明所述的种子层包括粘附层和导电膜，粘附层是为了提高导电膜与基板的结合力而设置在基板与导电膜之间的过渡层。
为此，本发明提供的电路板种子层的制作方法可包括以下步骤：(A)利用磁控溅射技术在所述基板的表面制作粘附层。粘附层可以用金属铜、钛、铬或镍来制作，由于钛与绝缘材料的结合力优于铜，而且钛的溅射速率，因此，优选金属钛。(B)通过化学沉积技术和/或物理沉积技术在所述粘附层的表面制作导电膜。导电膜可以采用化学沉铜、化学沉锡或化学沉镍制作相应的铜层、锡层或镍层，或利用化学沉积技术制作其它的导电金属层。
在制作种子层时，可以在基板的整个表面制作种子层；在导电线路制作完毕后，再将位于导电线路下方区域以外的无效种子层去除。
去除无效种子层的方式有两种：
第一种去除方式是整体蚀刻法，即将整个电路板暴露在蚀刻液中，然后蚀刻液将种子层去除。然而这种去除方式必然同时蚀刻掉部分导电线路层，导致导电线路的尺寸(厚度和宽度)减少。因此，在制作导电线路时其尺寸大于设计尺寸，而且实际制作的导电线路的尺寸与设计尺寸的差为蚀刻种子层时导电线路被蚀刻掉的尺寸，这样在蚀刻种子层之后，导电线路的尺寸刚好等于设计尺寸。
第二种去除方式是选择蚀刻的区域。具体地，蚀刻种子层之前，首先用阻隔层将导电线路覆盖，以避免蚀刻液侵蚀导电线路。在蚀刻掉导电线路下方区域以外的种子层之后，再将阻隔层去除，即借助阻隔层来保护导电线路的尺寸。
然而，第二种去除方式的运行成本高，而且实施难度较大，因此实际生产优选第一种无效种子层去除方式。
不过，在其它实施例中，在制作种子层时，也可以仅在基板表面需要制作导电线路的区域有选择地制作种子层。在一个实施例中，首先用阻隔材料将基板表面不需要制作导电线路的区域遮挡，然后在未遮挡区域制作种子层，再在种子层的表面制作导电线路，最后将所述阻隔材料去除。这种制作种子层的方式不需要去除无效种子层步骤，而且由于导电线路之外的区域不需制作无效种子层，因此节省原材料。
本发明所采用的磁控溅射设备包括按照生产顺序依次相连接的上载缓冲腔室、冷却缓冲腔室、离子束蚀刻腔室、溅射镀膜腔室、卸载缓冲腔室，而且各腔室之间通过隔离阀门隔离。其中，上载缓冲腔室设置有热辐射加热装置，用于在真空高温除气过程中加热基板。但是实现本发明所述方法的磁控溅射设备并不局限于上述磁控溅射设备，也可以采用现有的、能够实现真空加热除气、离子束蚀刻清洗以及磁控溅射镀膜工艺的其它设备。
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的电路板的制作方法进行详细描述。
请参阅图1，为本实施例电路板的制作流程图。本实施例以制作一层导电线路为例，基板采用环氧树脂基板，粘附层由金属钛来制作，导电膜由金属铜来制作。电路板的制作过程如下：
(1)预处理基板
基板经过下列预处理步骤的一种或多种：在去离子水中清洗1.0～2.0min；和/或在碱性除油剂中除油1.0～2.0min；和/或超声波水洗2.0～3.0min，通过上述步骤将附着在基板表面的灰尘以及有机污染物清洗掉，从而获得洁净的基板。为了防止基板氧化，需要将基板及时烘干，烘干温度为100℃～180℃，RH(湿度)为0～900ppm，烘干时间1～3小时，而且优选在诸如氮气等惰性气体的保护气氛中烘干，以避免基板在烘干过程中发生氧化。
(2)制作粘附层
(21)真空加热除气
打开磁控溅射设备的真空室，将洁净的基板放置在上载缓冲腔室内的工件支架上，关闭真空室，启动抽真空设备和热辐射加热装置，使基板在真空度为1.0×10-4～5.0×10-4mbar(毫巴)，优选为1.0×10-4～3.0×10-4mbar；真空室内的温度为100～120℃，除气时间为2～5min。之后将基板由上载缓冲腔室移动到冷却缓冲腔室并冷却至60℃以下。
(22)离子束蚀刻
将基板移到离子束蚀刻腔室进行离子束蚀刻。离子束蚀刻不仅可以去除基板表面的氧化物/硫化物以及残留的有机物，而且可以激发基板表面原子的活化能，从而提高粘附层与基板的结合力。离子束蚀刻的参数为：真空度为1×10-4～9.0×10-4mbar，优选为2×10-4～5.0×10-4mbar；电压为2000～2800V，优选为2200～2500V；电流550～750mA，优选为600～700mA；蚀刻时间2～10min，优选为4～8min。
(23)磁控溅射金属钛层
离子束蚀刻完毕后，将基板冷却至80℃以下，然后移动至溅射镀膜腔室进行溅射金属钛层，磁控溅射金属钛层的工艺参数为：真空度为1×10-3～9×10-3mbar，优选为1×10-3～5×10-3mbar；电压为500～700V，优选为560～660V；氩气流量为300～450sccm(标准状态毫升/分钟)，优选为350～400sccm。金属钛层的厚度为10～100nm，优选为20～60nm。最后将基板移到卸载缓冲腔室，待基板冷却至70℃以下，将其从真空室内取出，从而完成金属钛层的制备。检测金属钛层的粗糙度可知，金属钛层的表面粗糙度可以达到0.06～0.08μm。
(3)化学沉积导电铜膜
采用现有的化学沉铜工艺在金属钛层的表面制作导电铜膜，导电铜膜的厚度可以根据客户的要求制作，如0.8～1.2μm。检测导电铜膜的粗糙度可知，磁控溅射技术结合化学沉铜技术制作的导电铜膜表面的粗糙度仅为0.08μm，而且种子层与基板之间的结合力可以达到7N/cm以上。
(4)制作导电线路
采用现有的掩膜、曝光、显影以及清洗步骤，在导电铜膜的表面制作阻挡层(即固化的干膜)，以将不需要制作导电线路区域的导电铜膜遮挡，并使需要制作导电线路区域的导电铜膜暴露，然后通过电镀工艺电镀导电线路。导电线路制作完成之后再将遮挡导电铜膜的阻挡层去除。制作导电线路的步骤与现有技术中制作导电线路的步骤完全相同。
(5)去除导电铜膜
将电路板放置在现有技术中常采用的硫酸双氧水体系的化学蚀铜药水中，将位于基板上导电线路之外的导电铜膜去除。
(6)去除粘附层
在去除导电膜后，用清水冲洗电路板，以将化学蚀铜药水清洗干净；再将电路板放置在氢氟酸药水中，将基板上导电线路之外的金属钛层去除。
(7)制作电金层和阻焊层
该步骤与现有的制作电金层和阻焊层相同，具体为：通过图形转移将不需要制作电金层的区域遮挡，即用干膜将不需要制作电金层的区域遮挡，并使需要制作电金层的区域暴露，然后采用电镀工艺在导电线路的焊盘上制作电金层，最后将固化的干膜去掉。
再次通过图形转移将不需要制作阻焊层的位置遮挡，并使需要制作阻焊层的区域暴露，然后将油绿均匀地刷在电路板表面，最后将干膜去掉。至此，完成电路板的制作。
需要说明的是，在实际生产过程中，也可以先制作电金层，再制作阻焊层。
本发明还提供一种电路板，该电路板包括基板、种子层以及导电线路，而且种子层位于基板与导电线路之间，种子层通过本发明的前述方法(例如上述步骤(1)、(2)以及(3))得到。本发明提供的电路板的导电线路光滑，高频信号的传输损耗少。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (14)
1.一种制作电路板的方法，包括：
预处理基板；
在所述基板上制作种子层；
在所述种子层上制作导电线路，
其特征在于，所述种子层包括粘附层和导电膜，并且通过以下步骤制作：
A.利用磁控溅射技术在所述基板的表面制作所述粘附层；
B.通过化学沉积技术和/或物理沉积技术在所述粘附层的表面制作所述导电膜；
其中，所述基板的材料为树脂基板、玻璃纤维布基板或陶瓷基板，所述粘附层的厚度为所述种子层总厚度的1/100-1/3。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述粘附层的厚度为所述种子层总厚度的1/50-1/5；和/或，所述粘附层的厚度为10～100nm。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述粘附层的厚度为20～60nm。
4.根据权利要求1或2所述方法，其特征在于，步骤A中制作所述粘附层时：真空度为1×10-3～9×10-3mbar；电压为500～700V；氩气流量为300～450sccm。
5.根据权利要求4所述方法，其特征在于，步骤A中制作所述粘附层时：真空度为1×10-3～5×10-3mbar；电压为560～660V；氩气流量为350～400sccm。
6.根据权利要求1或2所述方法，其特征在于，在实施步骤A之前，对所述基板进行离子束蚀刻；
在所述离子束蚀刻时：真空度1×10-4～9×10-4mbar；电压2000～2800V；电流550～750mA；蚀刻时间2～10min。
7.根据权利要求6所述方法，其特征在于，在所述离子束蚀刻时：真空度为2×10-4～5×10-4mbar；电压为2200～2500V；电流600～700mA；蚀刻时间为4～8min。
8.根据权利要求1或2所述方法，其特征在于，在实施步骤A之前，对所述基板进行真空除气；
在所述真空除气时：真空度为1×10-4～5×10-4mbar；温度100℃～120℃。
9.根据权利要求8所述方法，其特征在于，在所述真空除气时，真空度为1×10-4～3×10-4mbar。
10.根据权利要求1或2所述方法，其特征在于，所述预处理基板的步骤包括：
采用去离子水进行水洗，和/或
采用碱性除油剂进行除油，和/或
超声波清洗，和/或
烘干。
11.根据权利要求10所述方法，其特征在于，烘干在100℃～180℃的温度下进行；和/或烘干在惰性气氛中进行。
12.根据权利要求1或2所述方法，其特征在于，所述粘附层由钛、镍、铬或铜制成；和/或，所述导电膜是铜膜或镍膜或锡膜。
13.根据权利要求1或2所述方法，其特征在于，在步骤A之后，检测所述粘附层的表面粗糙度；和/或，在步骤B之后，检测所述导电膜的表面粗糙度。
14.一种电路板，其特征在于，其根据权利要求1-13中任一项所述方法制得，其中，所述种子层包括牢固结合于基板的粘附层和形成在所述粘附层上的导电膜。
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