TW200539774A - Method of manufacturing a circuit carrier and the use of the method - Google Patents
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200539774 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種製造電路載體之方法及該方法之用 途。 【先前技術】 此等類型之製造方法係自先前技術中獲知。一般而言, 需實施以下方法步驟:i)提供一基板,該基板由一介電層及 至少其一側上之若干銅層構成;π)按照一擬構建之導線圖 > 案構建該基板之表面;in)於對應於導線圖案之區域内沉積 一導電材料來形成導線結構;及iv)移除導線圖案外部的導 電材料。另一選擇為,在步驟Π)中構建該基板表面後,藉 由選擇性餘刻移除所曝光之基礎銅來形成導線圖案。 對於構建表面,例如,可使用諸如光微影或雷射剝蝕等 方法步驟。由於光微影過程在製作極細導線圖案方面存在 限制,所以,作為雷射技術及基板材料進一步發展之一結 果,現今越來越多地使用雷射直接成像代替光微影來構建 該基板表面。 更具體而言,當前方法主要係蓋孔(tenting)技術(使用一 負光阻劑將板材料外側圖案化,同時遮蓋其内之穿孔且隨 後蝕刻外部銅包層),該圖案化_蝕刻技術(使用一負光阻劑 將板材料外側圖案化,在该圖案内形成一金屬抗钱劑且最 後移除該光阻劑,供隨後對外部銅包層進行蝕刻)及半加成 (semi-addnlve)技術(具有差別蝕刻)。達成Hm導線結構 (HDI南雄度互連,導線結構包括電路跡線,該等電路跡線 99150.doc 200539774 具有一最大1 〇〇微米之線寬度及一最大i 00微米之跡線間距) 之惟一差異係由在板表面上所施加的初始銅層之表面厚度 • 所導致。迄今,該工業中使用的^[以導線結構95%以上係藉 一由設置在板表面上的離散電路製造而成。不同電路平面内 之結構或藉由機械鑽製之穿孔或藉由雷射鑽製之微通孔來 達成電連接。 於上述技術之任一情形下,皆需在芯板(此處為内層或芯) 0 上豐壓鋼包層(例如,經樹脂塗佈之銅(RCc))或層壓裸疊片 式外層。產生此HDI板之製作程式由17-20個製作步驟組成 且亦提供一產生可能之誤差之廣闊平臺。HDI板之限制係因 導線結構之小尺寸而在不同導線平面内個別導線結構之間 出現的錯位。 傳統技術製造之HDI板之缺陷源於數個原因:導線結構 線及間距之形成主要取決於一減去式蝕刻製程(subtractive etch process)前既定之蝕刻深度及所使用光阻劑之厚度。外 籲 層電路之姓刻厚度及相關線路解析度係如下所述:若使用 一 38-5 0微米厚度之負蝕刻(光)阻劑及一 5-17微米厚度之銅 包層且若將銅額外電鍍至一 25微米厚度,則使用蓋孔技術 可達成一導線寬度為75微米及相鄰導線跡線間之間距降至 100微米之可能解析度。較薄之抗蝕劑可達成一較佳蝕刻解 析度,但在另一方面其蓋孔能力受到限制。另一選擇為, 右使用一 38微米厚度之負蝕刻(光)阻劑及一 ^乃微米厚度 (加5-10微米薄鍍銅)之銅包層,進一步若將銅額外圖案化_ 電鍍至-25微米厚度且若使用一 5_1〇微米厚度之钱刻(金幻 99150.doc 200539774 阻劑(Sn、Sn/Pb或Ni/Au),則使用圖案化-蝕刻技術可達成 5 0微米線路寬度及75微米間距之可能解析度。依據所遵循 之製程路線類型,蝕刻總深度可自1 〇微米至最高大於25微 米不等。若首先給一裸板疊片覆蓋一 〇· 6-0· 9微米厚非電鍍 銅層且使用一 38微米厚度之負蝕刻(光)阻劑(其可允許以一 至少2 5微米厚度之圖案鍍銅),則最後藉由使用半加成技術 可達成一 25微米線路寬度、一 35微米間距且具有一相當於 1.2钱刻因數之可能解析度。於此情形下,可使用一差別餘 刻製程移除該共用薄鍍銅層。然而,於此情形下,需要以 一合適之強酸或強鹼溶液來剝離該銅—層下面自非電鍍銅之 觸媒層中產生之殘餘鈀。 上文所列三種製作HDI電路之技術係人們必須考慮且決 定著可達成之最大目標之各種故障機制之緣由: 首先,在壓製疊片以製作板材料時,於心及方向(經緯) 之兩者上皆存在容差:在產生多層電路期間,對平面性之 要求係關乎下一步之成功及成品板良率之主要問題(構建 外層之則)。因此,業界已開發出層壓方法以在板内引入最 小之應力且消除經向及緯向(彎曲及扭曲)上之内部張力。由 於印刷電路板疊片之伸長模數在所有三個維(χ、y、上皆 不同故可將所達成之偏差界定在±250微米範圍内(在所有 情況下均使用相同之疊片及完全相同之壓力參數藉由觀
實施量測)。 D〇G 第一,存在工具及對準容差:所有機械及微影蝕刻製作 步驟皆需要對準-參考點(或數個參考點)。通常,係藉由硬 99150.doc 200539774 金屬針(孔·至·針)或藉由光學轉供此等參考點。溫度變化 及操作員操作精確度允許在一橫跨製造板(p-η ㈣之表面區域上達成一 ±25微米之最大對準能力(該面 板具有一大至18英吋xl2英吋(45公分χ3〇公分)乃至一 18英 对Χ24英忖(45公分χ6()公分)之大小)。在多數情形下,人們 可自内層至外層發現呈一扇形錯配狀之故障。微影蝕刻作 業未提供—可補償此等誤差之_%解決方案,儘管CNC鐵 孔機器可適應此等扇形偏差且人們一旦察覺亦可糾正此等 偏差。此;見象可纟印刷電路板製作過程中導致一近似故障 之結果。 第三,存在影像轉移容差,其可引起:對準風險、加扇 形偏差以及具有37微米厚度之薄膜阻劑承受散射光所產生 之過曝光或欠曝光之風險之事實會產生一誤差倍增。業界 對此問題之回答係:產生靶銲墊,例如封裝銲墊,及孔, 銲墊直徑與孔直徑之比例約為3 :丨。此將導致圍繞該等孔 形成圓環來平衡孔位置對銲墊位置之任何失配。 第四,存在顯影、金屬阻劑及蝕刻容差:光阻劑之化學 顯影總會在成像期間施加散射光效應之風險或其他誤差源 之風險。例如,可顯影去掉半固化型或過固化型阻劑,或 阻劑顯於可不充分以使阻劑仍會存留在阻劑側壁之根部 (側面)處。在施加阻劑前必須對必須提供多少阻劑才能達到 所期望之尺寸做出估計。此應由熟習此技術之專家來承 擔。當使用驗或酸钱刻來產生電路時,會出現相同問題。 於此情形下,必須慮及一所謂的過蝕刻因數來達成該最終 99150.doc 200539774 (目標)尺寸(將導線尺寸總容差之±1〇-4〇%作為底切)。首 先,圖案化-鍍型外層經受在銅層厚度上的±2〇_6〇%之偏 ^ 差。此反映出蝕刻深度之偏差導致蝕刻底切。此外,阻劑 . 上金屬之過度生長使得幾乎不r能在線路寬度及間距各小 於50微米之導線結構間達成實體上清晰之間距。 第五,存在鑽孔容差··通常,機械及雷射鑽孔會經受由 鑽頭及機加工失准、(轉動)偏移所致之容差。其中雷射容差 φ 則主要歸因於重複、工具及深度之準確度。 在存在本文上述所有容差之情形下,使用傳統技術且既 使採用上述技術之最高標準亦僅能允許線路寬度為5〇_1〇〇 微米的1-2個電路跡線在包括孔的兩個封裝銲墊之間通 過,其中該等銲墊之節距係0.8-丨毫米。將圖案設計成有兩 個電路跡線在兩個銲墊之間通過需要細線路結構及藉雷射 實施阻銲剝蝕(solder resist ablation)。於此情形下,該等電 路之線寬係在50微米範圍内。此等電路跡線依靠在外層或 籲 内層電介質表面之頂部上,借助於所謂銅包層處理,該等 跡線可較佳地附著至板基板下面,該處理具有一 3 _ 6微米之 粗縫度。所用影像轉移裝置之精度可產生位於±1〇微米範圍 内之線寬及間距之最佳可再現容差。 最後得出之電路跡線具有50微米之線寬及5〇微米之間 距,而擬使用之銲墊仍需具有一大於120微米之直徑。此等 銲墊之圓環具有一大約50微米之寬度。電路跡線與板基板 間之處理粗糙度限制了電路完整性,但該粗糙度卻因製作 99150.doc 200539774 以配必需之表面黏合而無法放棄。然而,此結構進一步 門題在於.此粗糙度限制了阻抗控制及高頻率應用。 。使用上述技術未能提供_製作電路板之解決方法,該等 電路板適合直接安裝及電連接半導體晶片或具有極細間距 之連接端子之半導體晶片封裝,例如職、csp且尤其係 π型封裝。此等電組件具有一位於〇·2〇毫米㈣型)至㈣ 毫米(CSP型)範圍内之外部連接器間距。為電連接印刷電路 板上之此等元件安裝,人們必須找出一種新方法,能夠以 -更低之製作容差提供更細之導線結構。由於安裝有該等 新電組件之印刷電路板亦必須較佳地滿足相同位準之再分 要求因此’人們期望盡可能多地具有表面貫通連接性。 DE 196 20 095 A1揭示一種製作印刷電路板之方法,其中 較佳使用一準分子雷射藉由雷射剝姓,首先在附著至(例如) 一載體框架内形成溝槽及通孔。然後,給該電介質提供一 接地層’接下來再選擇性移除該接地層,但溝槽及穿孔地 點除外。現在’對剩餘接地層進行金屬㈣,讀直接或 在光啟動後形成諸如電路跡線及全電錄孔之導線結構。本 文所述之另一可能性係:省卻對接地層之選擇性處理而直 接將金屬沉積於其整個表面上;由此,亦可使穿孔完全填 滿金屬。於此情形下,接下來,回㈣該金屬直至電介質, 使該等已填滿之溝槽及穿孔形成為齊平於該電介質。 EP0677 985 A1揭示另—製作印刷電路板之方法。此文 獻未涉及多層基板及需要多層層a材料之類似先前技術製 程,此類多層層遷材料被估價昂貴且通常不具有穩定品 99l50.doc • 10 - 200539774 質。首先,較佳使用一準分子雷射(其亦顯示於DE l96 2〇 〇95 A1中)藉助雷射剝蝕於一載體基板内產生各種凹槽。接 • 下來,進一步使用雷射剝蝕來形成穿孔。之後,將一導電 4 材料實質上沉積於該基板之整個表面上,接下來,較佳藉 由電鍍加強所述導電材料,且將該材料亦沉積至穿孔之内 壁上。於最後一步驟中,藉由機械拋光移除除凹槽及穿孔 内之外的沉積導電材料。僅能夠藉助雷射輕射藉由選擇性 ㈣溝槽及穿孔内之載體基板方可實現凹槽及穿孔内導電 材料之選擇性沉積’將一受到雷射輻射時變成導電性之物 質沉積在凹槽及穿孔之内壁上。 當今對諸如電腦、行動電話或數位照像機等技術設備製 作之要求係以人們對上述電路載體之日益小型化之突出需 求^特徵。出於此目的,人們需要具有更小尺寸、更大布 線植度及更小組件之導線結構的電路載體,供製作稱為高 费度印刷電路板之用。 Φ 《技術允許根據一電路圖案使用高解析度雷射技術在 -電介質内形成溝槽及通孔。然而,形成一增大的電路密 又曰在而要穿過大篁導線平面產生全電鍍穿孔的地方受到 限制目為’為達成-極高電路密度,必須滿足某些條件·· 4列,言歹空 直徑/深度縱橫比最佳地適合於金屬電 鍍,且穿孔佔用極小之空間。 上文所不所有方法中存在的—更嚴重缺陷係:由於在生 產此類板之過程中所遇到的問題(大量製程步驟及製成具 有所需職解析度之電路跡線而無法避免之容差;由此使廢 99150.doc 200539774 品增加)’使用此等技術製作之_電路板極為昂貴。為達 成所需整合密度’例如’包括製作具有八至十二個内層且 此外具有亦用於電連接電組件的兩個外部信號層之板^ 要大量製程步驟來製作此等板1欲製作麵電路跡線^ 實際上不可能使用傳統技術來製作具有―普通板大小(例 如45公分χ60公分)之多層。 如上文所闡述,既便使用DE 196 2〇 〇95幻及砂〇⑺ 985 Αβ所述方法來製作具有所需整合密度之電路板並同 時提供電連接電組件之可能性,根據此等方法之一製作的 該等電路板亦會因製作此等板之良率將大幅下降而甚為昂 貴。此係源於該事實:會製作出不符合規格或未能按需要 達成所設計的全部導線連接之廢板。當製作極細電路跡線 且製作複合多層時,在對此等板進行全面檢查後,其結果 係良率大幅下降。由於根據DE 196 2〇 〇95幻及Ερ 〇⑺ 985 A1中揭示方法所製作的板内單獨信號層係順次堆積, 因此’既使在僅完成少量之信號層後’若合計每一單獨層 上之⑽率’廢品率亦會大幅提高。由於此類故障僅能在 板完成後方可摘測,故一顯著的板損失將不可避免地成為 必然結果。 【發明内容】 因此本I明之目的係提供一種用於製作電路載體之方 法,,允許進-步小型化,即形成更小尺寸之導線結構及 更同布線4度。猎此’欲形成極細之導線結構,所述結 構具有對基板之較佳黏合強度及良好較佳熱擴散特性並可 99150.doc -12- 200539774 承受高機械及執g 易於管理。當;載。此外’該方法將具有成本效率且可
…、此亦將包括完成此目標··即便生產liDI 導線結才誇js ja ^ . 此、f ^ 一有例如一電腦主板所需之整合密度,亦將可 月匕以一面良率製作此等載體。 ::‘月长員1所述之方法且藉由使用請求項17所述之 、、此等目&。本發明之較佳實施例闡釋於該等附屬 請求項中。 ”亥方法用於製作諸如印刷電路板、晶片載體及多晶片模 組之電路制。其涉及以下方法步驟: a) 提供一印刷電路板; b) 在該電路板至少一個側面上塗佈一電介質; c) 使用雷射剝餘構建該電介 发电;丨質以於其内產生溝槽及通孔 (凹槽); d) 將一底層沉積至該電介皙 負之1個表面上或將該底層僅 >儿積至所產生溝槽及通孔之内壁上· e) 將一金屬層沉積至該底屏 -曰上(加成製程),使溝槽及通孔 完全充滿金屬以於其内形成導線結構;及 〇移除除溝槽及通孔内部外的金屬層及底層,以暴露該 電介質(若該底層已在方法步驟d)中沉積至該整個表面上)。 本發明之方法設計用於:蚀田 & 使用一電鍍技術金屬化任一類 電介質材料内所產生之三維έ士摄*制& α > ,、、Ό構來製作極高密度之印刷電 路板。 擬於方法步驟a)中提供之印屈| < P刷電路板係一以傳統方式製 作的印刷電路板。此類板係葬 牙稭由將早獨電路疊片層壓在一 99150.doc -13- 200539774 起來形成一雙側或多層板。使用上文闡述之蓋孔、圖案化_ I虫刻、半加成或其他傳統技術中之任一技術在此板之外側 上或在内層疊片上形成電路跡線。可將該等以此方式所形 成之跡線提供在板材料之頂部,從而覆蓋該板材料。該等 跡線借助材料粗糙度藉由一充足之黏合而留置在該板材料 上0
該4通孔用於連接電路載體内不同之導線平面且因此其 通常可完全延伸穿過至少一個介電層。該等溝槽用於(例如) 將通孔彼此互連、將用於電組件之封裝銲墊之凹槽彼此互 連或將通孔與此等用於封裝銲墊之凹槽互連在一起。因 此’ 5亥專溝槽不能完全延伸穿過該介電層。 作為一基礎層之印刷電路板尤其可用於:當該等擬金屬 電鍍之電路跡線及通孔結構係以導電方式連接至該基礎層 時,於電化學金屬電鍍期間供應電流。出於此目的,可將 用於i、應1: "IL且連接至基礎層之電接觸鮮墊設置至擬構建 電路載體區域之外側。 該溝槽結構對應於擬於其㈣成之導線結制案。該導 線結構圖案可(例如)既包括電路跡線亦包括用於電組件及 金屬區域(例如用於遮罩或用於形成電容器)之封裝銲墊。在 下文中’ -般而言’將擬於溝槽内形成之導線結構圖案稱 若藉由本發明之方法開始在—用作基礎層之傳統印刷電 作:具有極細導線結構之額外信號層,則既使係製 路及間距均低於50微米之超細導線結構,亦可同 99150.doc -14- 200539774 以一古:4例如一電腦系統板所需整合密度之電路載體且 =率製作此等板,以允許安裝及電連接複雜半導體 二 错此,首先使用既定製作技術來製作-傳統印 板i例如’—多層。若需要’可在其外側上形成麵 a «之别檢驗此具有内層電路之電路板是否存在缺陷。 然::根據本發明藉由塗施電介質、構建該電介質並在該 電介質内所形成之凹槽内形成導線結構來進—步處理此電
路板。傳統電路板無需具有HDI型導線結構,反之,Hm 型導線結構係藉由實施本發明之方法步驟b)至⑽成在電 路載體外侧上。事實上,較佳提供具有相對寬導線結構之 傳統電路板’以允許以競爭方式製作具有穩定及高品質之 電路板。 藉此,使用一以傳統方式製作之印刷電路板作為一基礎 層可允許將成本-效率型非HDI印刷電路板改良成一在其外 側上具有最細導線結構之高技術電路載體。可藉由一極容 易且具成本效率之方法實施此變化,同時維持一高生產良 率 〇 本發明之方法允許以一個方法步驟生產此等極細導線結 構,例如電路跡線及充填通孔,並以一簡單方式堆積具有 諸多導線結構平面之複雜電路載體,該等導線結構平面包 括小尺寸及一布線密度日益更大之導線結構。藉此,既使 該等組件上對應接觸凸塊之接觸格栅圖案係極小,亦可在 半導體組件與形成於電路載體上之封裝銲墊之間直接建立 一電接觸。此類型之組件更多地使用在該技術中,乃因正 99150.doc 200539774 需要該等組件來構成一超高整合密度之 ^ 何试。糟此,可葬 一銲錫球格柵陣列(BGA)或細格柵 曰 丁 y j对裝矩陣
(fine-grid-_y-package matrix)或進一步(例如)ga、⑽、 或FC型封裝來直接接觸半導體組件或半導體晶片封妒 在先前技術方法中,須在兩個需要額外定位及_錢 中製作電路跡線之溝槽及通孔’與此相反,使用本發明方 法僅以-個單-步驟(製程作業)即可較佳地製作所有結 構,此意味著:無需在製作設備内對電路載體進行任何拆 卸及再安裝即可以-連續作業方式在電介質内形成溝槽及 通孔,由此無需為形成溝槽及通孔而實施單獨作業之間的 額外對準步驟。此同樣可改良良率且因不會出現與此^卸 及再女裝相關之失對準問題,因此降低成本。 該電介質沉積於電路板上之方式較佳使得電介質與電路 板之間相界處之粗糙度極小。該方式可應用於藉由將另一 層電介質沉積於已形成之電路跡線及已填充之通孔上來進 一步形成電路平面。此與由銅包層材料製作的傳統電路載 體形成對照。此能夠防止在電路内形成不受控制之阻抗波 動且更具體而言,防止形成不期望的電容,以便可使用本 發明方法輕易地製作阻抗可控式電路。 藉由將通孔填充並將電路跡線嵌入介電層内,即可達成 金屬層與電介質之一特別緊密黏合。人們已發現··沉積於 溝槽及通孔内的銅可較佳黏接至其内壁上。因此,所形成 之電路載體對熱及機械負載具有高穩定性。此結果尤其藉 由下述事實達成:本發明之嵌入電路跡線較提供在傳統印 99150.doc • 16 - 200539774 刷電路板之外層頂部上之電路跡線承受較小剪切力。當溝 槽及通孔完全填滿時,該電路載體亦會因在形成該等相關 導線軌跡之同時產生一自該總成内之一層至下一層之固態 金屬電鍍連接(較佳係銅電鍍連接)且具有良好散熱性能之 特性。況且,觀察不到互連處存在的諸如狗骨形銲墊(dog bone pad)或扇出(fan out)以及殘餘環等常見缺陷。更有可能 製造出阻抗受控制之導線結構。 專門使用一加成製程於將金屬沉積於該電介質中之溝槽 及通孔内可省卻用於形成導線結構之蝕刻步驟。此係可達 成導線結構清晰率大幅改良,因而達成其一更細結構之另 一原因。
將該等溝槽及通孔完全填滿金屬以於其内形成導線結 構。此可在電路載體之製作中導致缺陷率降低:與不將通 孔及溝槽填滿金屬而僅覆蓋其内壁之狀況相比,完全填滿 忒等凹槽可使電路跡線之金屬更牢固黏合在通孔内之金屬 上°藉由完全填充凹槽,可在擬連接的兩個金屬區域之間 產生-大接觸區域。此可確保在銲接或晶片黏合期 較佳之抗熱應力性。若該㈣槽與通孔相互連接,則 成該相同效應。 運 本發明方法具成本效率且易於管理 作多層印刷電路板時,與每一單一,之、二用傳、“法製 向及層調節(錯位)期間導致定位誤差。若提供大: :則此#差之累加總和需要補償性修正里 構造上其間具有小間距之細電路跡線會面臨一技術二 99150.doc -17- 200539774 作為-結果,處理成本將隨層數及電路密度而增加。本發 明方法可減少此等缺陷’從而降低廢品率及生產成本,‘ 為,藉由使用本發明之方法,可較佳地在一個步驟中藉由 電鍍式銅填充之惟一定位製造出藉由實施一次上文所述方 法步驟在該介電層之任—側上形成之兩層結構。藉 此,將兩個定位步驟及兩個電鍍步驟各減少成一個步驟。 由於使用通孔來接觸不同之導線結構平面,因此更有可 月b成功地製作出最細導線結構。此可較使用穿孔提供諸多 之基本優點。 眾所周知,在開始時就必須端視深度將穿孔設計成具有 一較大直徑(至少15〇微米),此乃因隨著深度的增加,在技 術上更難以使用濕式化學金屬電鍍方法來形成一全電鍍金 屬層。此外,穿孔通常在其上部及下部包括輪緣圓形環, 供在其上塗施構建導電性圖案所需之阻劑材料。由此,將 已很大之穿孔直徑進一步增大,以至於印刷電路板上或各 種平面内之相應大小之區域不能用於形成導線結構。因 此,本發明方法允許溝槽及通孔於一無連接盤設計Gandless design)中相互連接。此可確保導線密度之一明顯提高且顯 著地擴大了整體製程運作之窗口。 在藉由形成諸如電路跡線及填充通孔在該電介質内構建 一導線結構之第一平面後,實施進一步方法步驟,將另一 電”吳 >儿積至包括已形成導線結構之電路載體之電介質 上。然後,根據方法步驟b)至f)較佳地處理所述電介質,以 產生導線結構之另一平面。為實施此作業,本發明之方法 99150.doc 200539774 步 較佳包括以下可在方法步驟f)後實施一次或幾次之進 之方法步驟: g) 將另-電介該積至該具有溝槽及通孔之電介質上 h) 重複步驟c)至f)。 ' 因此’另'一 電介質可由相同或另 何料製成。可依據電 路載體之期望結構重複所述方法步驟。最後,將—終結層 (terminating layer)沉積至導線結構之外部平面上,例=:
以保護電路跡線裸銅表面免受腐蝕或在銲接期間保護電路 跡線裸銅表面。一現用辅助阻劑或一永久阻劑,更具體而 言’-阻銲劑可用於此目的,例#,可藉由微影法構 述阻劑。 所產生之電路跡線及填充通孔較佳具有以下尺寸:電路 跡線寬度:<1〇-8〇微米;電路跡線高度:<1〇_5〇微米;通 孔直徑:<10-80微米;通孔長度:5(M3〇微米;其中最大 高度相當於該電介質之厚度。該電介質通常具有一5〇_13〇 微米之厚度。 由此,於電介質内產生溝槽及通孔亦可包括產生組合式 溝槽及通孔,即產生其中形成有通孔之溝槽。作為其一結 果,隨後即可形成導線結構,所述結構包括具有填充通孔 之電路跡線。若該等通孔相當於電介質之厚度,則其可接 觸導線結構之不同平面内之線路跡線。 在製造該導線結構之第一平面後,在形成導線結構之其 匕平面期間,固定該電介質之印刷電路板較佳滯留在該電 介質上。 99150.doc -19- 200539774 該印刷電路板亦可作為一載體構件用於在方法步驟b)至 f)中形成之信號層。例如,該載體構件可係一多層或一半導 體晶片。該電路板較佳具有一夾層結構。 FR4及FR5材料、高Tg FR4材料、BT樹脂、氰酸酯樹脂、 APPE、EPPO、RCF、LCP(液晶聚合物)、PTFE、聚醯亞胺 皆可較佳用作電介質。FR4材料尤其佳,乃因其不僅價格便 宜而且較大多數其它材料更易於以一更可再現方式進行處 理。 更具體而言,上述材料填充有諸如雷射玻璃(Isola、 Dielektra)或Thermount(杜邦)提供尺寸穩定性之填充材 料。此等材料可較佳地給多層結構提供尺寸穩定性。於玻 璃插填物之情形下,人們已發現:藉由使用具有一吸收塗 層之平織玻璃(Isola,Dielektra)可達成均勻剝餘。 例如,可使用以下由一側上帶有包覆銅的材料與膠片(未 完全固化型(B級)玻璃纖維織物加強型FR4-樹脂層)構成之 材料組合製作該等載體材料: 表1 :材料組合之實例
一侧帶有包覆銅的疊片 琢片 A1. Laserpregf Tg 170X B1. Laserpreg, Tg 170°C A2. IS620, Tg 200°C 曰2,^620, Tg 20DX 1 Α3· N4000-13· Tg > 210X B3,N40〇{M3,Tg>21(TC A4. N4〇0〇5 LD,Tg175°C B4. N4000-6 LD, Tg 175°C A5. N5000 BT, Tg 185ftC 85. N5000 BT, Tg U5°C i A6. AKAFLEX KCL PI β艮 AKAFLEX KCL PI 99150.doc -20- 200539774 右使用此類型載體元件,其可用作通孔之一基礎。因此, 叮將i、$成通孔之金屬層用作停止點即,用作 »射I]餘期間之著陸區(landi% zone)。可經由填充通孔接 觸该印刷電路板或半導體晶片。於印刷電路板之情形下, 該等通道係於印刷電路板上具有金屬區域且經由通孔進行 電連接之彼等位置處構建於電介質内。進一步,本發明方 法可允許在形成上部電路平面之同時,在該載體材料之底 部側上形成一第二電路平面。 本發明方法亦允許藉由裝配已根據本發明處理之個別載 體來製作多層電路載體。視情況,所述電路載體可藉由固 態金屬相互連續連接。出於此目的,可利用一兩側皆具有 電介質之印刷電路板,以便以本發明之方式在電路板兩側 上形成電路平面。由於該等層之間的固態銅連接,使得電 路載體袼外具有抗變形及震動性、不易受溫度變化之影響 且具有較佳之散熱性特徵。 該電介質係由雷射剝蝕所構建。由剝蝕所產生之溝槽及 通孔較佳構成—類似絡口的大致v形狀。由於該豁π深度相 對於其開口寬度較小,此可便利金屬在該等溝槽及通孔内 之電解沉積。 對於雷射剝蝕,可將非聚焦或聚焦雷射光導引至電介質 上於第一種情形下(投影作業),額外使用一金屬遮罩來形 成剝蝕結構。於此情形下,將非聚焦雷射光束引導穿過包 括佈置在擬產生圖案内之最細開口之金屬遮罩。於第二種 清形下(直接聚;t作業)’此方法係較佳替代方法,將聚焦雷 99150.doc -21 - 200539774
射光束引導至電介質表面上,以便藉由「寫」雷射光束(直 接-寫技術)來形成嵌入式溝槽及通孔。此直接·寫技術包 括··在擬於該電介質内產生溝槽及通孔之彼等電介質表面 區域掃描一雷射光束。出於此目的,可使用高速率反射鏡 使該雷射偏轉並調節該雷射,使其以不同角度輻射至電介 質表面上。進一步,在剝蝕期間控制雷射之能量。此允許 以所期望之平面度及精度實施製作。原位對準不再需要其 匕所有傳統上所需之對準及伴隨有類似底切等習知缺陷的 所有微影餘刻作業及電路界定钱刻。 關於構建該電介質,更具體而言,可使用具有uv範圍内 或藍色可見光範圍内雷射波長之雷射。合適之雷射較佳具 有193, 248, 308及355奈米之波長。合適之雷射係氬離子雷 射或準分子雷射。可較佳使用一 3〇8奈米波長之準分子雷射 藉由投影方法處理FR4材料。 N稭由將電介質暴 體,具體而言’氧氣或—氧化氮、或氟)或暴露至可盥哆電 介質反應形成揮發性反應物之任—其他氣體來達成剝餘速 度之顯著提高。出於此目的’在使用雷射光輻射電介質表 面之同時,使該氣體與電介f接觸。例如,可在曝光期 將該氣體吹過電介質表面。 季乂佳藉由一脈動型雷射移除電 —抑 π1示电;丨質材枓。其優點係:因 母一早一雷射脈衝包括一確定曰 隹夂之月匕S,故可以一可再 式調節所剝蝕電介質材料之万 里馬運成一預定剝叙 度’该雷射光束以一先前钟置 引冲异的雷射脈衝數量輻射一預定 99150.doc -22- 200539774 幸田射地點。因為該脈動型雷射光束可掃描掠過電介質,且 同時可調節輕射至該電介質表面區域之雷射光束之能量, 使其相依於擬產生之溝槽及通孔深度並藉此來設定輻射至 所述表面區域之雷射脈衝數量,所以,此使得以一單一製 权作業來形成溝槽及通孔成為可能。因此,若欲在一特定 表面區域形成一溝槽,所需雷射脈衝可較形成一通孔所需 雷射脈衝為少,此乃因後者具有一更大深度。若使用一連 續光束雷射,則可採用該相同原理。於該後一情形下,調 即違雷射光束之功率,使其相依於擬產生溝槽及通孔之深 度。 藉由選擇性地於每一 I 一脈衝中輻射一予員定量之雷射能 量’即可緩慢地將材料移除。在材料剝钱期間,例如,可 自初始回值逐漸降低能量,以最大程度地防止損壞通孔 及溝槽内壁上未移除之材料。作為其一結果,不僅可在該 通孔結束在一金屬基礎層内時且亦可在通孔「盲」結束於 電’I g内時達成-規^之通孔深度。此亦使產生平滑之凹 槽内壁成為可能。出於此㈣,在進一步處理電介質表面 供用於金屬化之前,亦可使用雷射工具製備該電介質表面 (雷射拋光)。後者尤其可確保高頻率導線具有極狹窄之執線 容差及高分辨度。 舉例而言’可以一跨圖案作業模式實施雷射剝钱。出於 此目的,可藉由投影或藉由雷射直接聚焦作業在基板上形 成第一束溝槽’該等溝槽較佳彼此平行定向。接下來,形 成第二束溝槽’該些溝槽較佳彼此平行定向且以(例如卜列。 99150.doc •23- 200539774 角度父叉該等第-束溝槽。舉例而言,可在使用— 罩(w_k)之[雷射步驟中,藉由投影在位於例如= 面内之電介質中形成該等第—束溝槽。藉由隨 照射装置旋轉該電介質或旋轉該條形遮罩,可於另—二 步驟中形成該等第二束溝槽。在溝槽交又處,同時形成通 孔’因為,作為重複雷射剝钱之一結果,自該等區 之材料較該等交叉點外之溝槽移除之㈣為多。依據該雷
射之輻照能量及電介質材料’該等通孔可具有一相當於電 介質厚度之厚度。 若藉由雷射直接聚焦作業將上述方法付諸實施,則可势 造任何具有通孔之電路結構:出於此目的,將雷射導引: 該電介質内欲形成溝槽之平行跡線區域上。與本文所述原 則形成對照,若欲在此相應位置形成一跡線段,則僅將雷 射束導引至該電介質上,而若於此處不期望有跡線段,則 關閉該雷射束。當然,同樣亦可使用其它掃描模式,例如 沿一標記欲剝蝕凹槽之被投影路徑導引聚焦雷射束。若欲 忒專凹槽内產生不同之深度,則沿該路徑以不同之速度掃 描該雷射束··若欲形成一通孔,則以較形成一溝槽為慢之 速度掃描該雷射,若將一連續雷射或一脈衝雷射之脈衝序 列之功率設定為恒定,則此程式為必需。若該功率或脈衝 序列可隨時間變化,則可將掃描速度設定為恒定且可依據 欲形成凹槽之深度相應地調節該雷射束之能量。 在構建作業後,將底層沉積至溝槽及通孔内壁上。為改 良金屬層對内壁的黏合強度,亦可在施加底層之前對内壁 99150.doc -24- 電漿去焦渣製程及隨後一化學清潔
之底層。 200539774 進行預處理。可利用 製程來達成此目的。 代替電漿去焦渣製程
用金屬活化劑,更具體而言, 以埋术形成該底層,其中使 使用貴金屬活化劑,例如鈀 活化劑’更具體而言PdCl2/Hcl”tpdX2/有機保護性膠質活 化诏(Neopact ,Atotech ; 鈀配體),或使用供形成導電 性聚合物層之單體溶液,例如吡咯或噻吩溶液或其衍生物 溶液(Select,Atotech),或使用碳懸浮液(shad〇w⑧,電化 學品);或藉由濺鍍來實施該處理。Ne〇pact®尤其適合於金 屬電鍍PTFE及聚醢亞胺。此製程包括··塗施一含氮配體且 較佳含芳香氮配體(例如,2-胺基吡啶)之鈀錯合物,且隨後 使用一硼烷還原劑,例如氫硼化鈉(氫硼化合物)或二甲基胺 基侧烧將所吸附的把物質還原成把核。此外,可使用一諸 如一喷墨技術或一微量注射或微筆技術或一雷射霧化技術 等直接沉積方法來沉積該底層。可使用此直接沉積方法(例 如)藉由喷射將一導電塗層或一對非電鍍具催化作用之塗 層塗施至電介質表面上。可藉由前述任一方法將該底層僅 沉積於所產生之結構上或沉積於整個表面上。 由於底層之存在,該等溝槽及通孔被較佳地啟動於三維 内,亦意味著於溝槽及通孔之内壁上。 99150.doc -25- 200539774 /本發明之一實施例中,同樣可藉由(例如射剝㈣ 力在整個表面上之底層自此前尚未藉雷射剝触形成構造 .《地點移除,以僅留下溝槽及通孔内之底層。當隨後沉積 .金屬層時,僅在所期望之區域内形成金屬層。 入=不實施沉積一底層之步驟,亦可(例如)使用合適之電 介質製備(即啟動)溝槽及通孔,供隨後藉由例如使用uv_光 之照射實施金屬化。出於此目的,例如,可將經由雷射轄 _ 射而被賦予導電性之物質沉積至溝槽及通孔底部及内壁 上。例如’諸如雙乙烯硫代乙炔)等有機聚合物即具有此 等性質。 然後,藉由無電及/或電解(濕-化學)電鑛將金屬層沉積至 底層上’使溝槽及通孔完全充滿金屬。藉此,可沉積純金 屬或金屬合金。較佳沉積銅或鋼合金。原則上,其他金屬 亦適合’例如銀、鈀、鎳、鈷、錫、鉛、其合金及其具有 諸如録、麟及爛之其他元素之合金。可藉由使用直流電或 • 使用脈衝電流(單極性,反向脈衝)以電化學方式沉積金屬。 關於化學(無電)沉積,可利用;見用銅浴,例如包含甲酸作為 一還原劑及EDTA或酒石酸鹽作為一錯合劑之浴。 為了以電化學方式在溝槽及通孔内均勾地沉積銅,電鐘 浴較佳具有一用於填充通孔之均勾電鍍本領(—g power)特徵及類似圖案電鑛中之均勾填充結構之能力。當 使用電鍍銅浴來形成金屬層時,可(例如)使用現用銅電解 液,諸如-硫酸銅浴。於硫酸鋼浴中,較佳將銅濃度設定 至溶解極限。可利用20至高達40克/升銅之濃度(較佳呈硫酸 99150.doc -26 - 200539774 銅形式)。其可進一步包括高達220克/升濃度之硫酸以及一 0.3-2毫升/升濃度之二硫化物複合物,例如,雙_(3_硫代炳 基)-二硫化二鈉鹽。例如,可另外使用一 13_18毫升/升濃度 之均平劑(leveler),諸如聚烷氧基化之烯烴及其烷基々環烷 基衍生物。 為了均勻地實施金屬電鍍,可藉由縱向處理方法處理載 體材料,且藉由以高速度及微循環將電解液供應至材料之 橫向處理方法達成特別之益處。 若底層已沉積於電介質整個表面上且作為濕化學沉積之 t果金屬不僅形成在溝槽及通孔内,同樣必須根據方法 步驟f)自該電介質表面移除過剩之金屬(銅)。移除完成後, 即可形成一導電性(銅)大體上與電介質表面齊平之平坦化 表面。較佳以一自25至451之溫度範圍實施該蝕刻步驟。 較佳使用一化學蝕刻溶液進行蝕刻。另一選擇係,可利用 一使用直流電或使用脈衝電流(單極性,反向脈衝)之電化學 蝕刻製程。應瞭解,亦可組合電化學蝕刻與化學蝕刻,例 如一電化學過程用於移除過剩金屬之主要部分及一化學後 蝕刻步驟用於蝕刻掉電化學蝕刻所導致的金屬島嶼 (island)亦可在钱刻之前用刷子輕輕地刷掃該表面以找平 该金屬表面。另一選擇係,可使用一化學機械拋光製程, 例如 S· Kondo荨人闡釋於· j Eiectr〇chem s〇c·,147,2907 (2_)中之製程’或闡釋於US5,75M27A中之製程,此等 文獻皆以引用的方式倂入本文中。 亦可使用可剝離或可分解之覆蓋層,更具體而言,藉助 99150.doc -27- 200539774 電鍍阻劑來對結構化電介質實施選擇性金屬化。於此情形 下,可藉由剝離阻劑再次移除施加至阻劑表面上之底層 且’視需要,剝離一第一薄鍍銅層(化學銅)。 可藉由拋光及/或藉由一化學回蝕刻技術及/或一電化學 回蝕刻技術及/或藉由電拋光法及/或藉由脈衝電解法移除 該金屬層及底層。 關於回蝕刻,可使用以FeC13/HC卜CuC12/HC1為主之蝕刻 溶劑或一氨性蝕刻劑。進一步,可將具有過氧一硫酸鹽及/ 或過氧二硫酸鹽以及H3P〇4之溶劑用於化學拋光及/或電拋 光。橫向技術較佳用於此目的。 於本發明之一特定實施例中,例如,可金屬層上沉積用 於經由接觸指形件達成電接觸並用於接觸半導體晶片之功 月b層,例如金或鈀層。因此,用於銲錫球格栅陣列及細袼 桃陣列之功能層在技術上係較佳。 一月方法可用於使用標準工業設備之橫向及縱向處理 技術兩者。在橫向技術中,載體材料係藉由橫向輸送帶送 過一處理線。而在縱向技術中,#料係縱向向下放入處理 罐中本發明方法較佳用在橫向處理線中。此技術之優點 既在於易於運送該等極精細之載體材料亦在於僅將全封閉 外里線中之極佳清潔室内條件用於橫向技術之可能性。藉 此,可顯著降低製作高積體電路載體之成本。 一特別適用於製作具有導電結構之第一方法變型涉及以 下方法步驟: ^在一印刷電路板提供一電介質。 99150.doc -28- 200539774 ii) 於該電介質内形成包含通孔之用於電路跡線之凹 槽;為了與一擬在金屬基礎層側面上產生之佈線平面建立 一導電連接,將該等通孔製作得與該金屬基礎層一樣深; 視需要,可將該等通孔形成於凹槽内;金屬基礎層可在通 孔之雷射剝蝕期間用作一著陸區且可在金屬電鍍期間部分 地用於載送電流。 iii) 將包含通孔之凹槽内壁與一底層一起啟動。 iv) 藉由電鍍將金屬沉積至該底層上,以便完全填滿包 含通孔之凹槽容積。 e)移除過量金屬。 v) 將半導體晶片嵌入電路載體電介質内(聚合物内晶片 技術(chiP_in-p〇lymer technique));同樣,亦可將半導體晶 片嵌入沉積至電路載體上形成終止層之一輔助光阻内或一 永久阻劑内,於此等情形下,可在該晶片上之接觸銲墊處 形成通至該電路載體上電路跡線之電連接;出於此目的, 更具體而言,可在嵌入材料内形成通至該嵌入晶片上之接 觸銲墊之額外通孔供建立連接之用。 在此用於製作具有導電結構之多層佈線平面的方法變型 中,首先提供沉積至結構化外層上用作—多層之基礎層之 電介質。根據上述方法步驟ii}該電介質内之一第一平面内 形成溝槽及通孔。$了達成該佈線平面之導電互連 介質内鑽製延伸至該多層之外層之通孔。 在上述實施例之進_步改良中,將一電介質之額外層、 輔助阻劑或一永久阻劑沉積至原本已處理完之電路載體 99150.doc -29- 200539774 上。 【實施方式】
為了製作圖1之組件,取用_在任一側面上之合適位置包 括導線圖案之多層芯板作為開始材料。於此情形下,可將 介電層施加在該多層外側上之兩個側面或僅一個側面上且 根據本發明構建該等介電層。在圖1下方之實㈣實施例 中,在已構建第一介電層並已形成電路跡線及填充通孔 後,已將一第二介電層沉積於該多層之頂部側面上。 圖2不意性顯示在構建一多層期間一導線結構之設計,其 中顯示本發明方法用於處理由電介質6及(示意性顯示的)基 礎層9構成之載體材料之方法步驟匀至幻。在勹中,藉由雷 射剝蝕構建電介質6,藉以形成溝槽2與通孔】及具有通孔之 溝槽3,其中通孔丨及具有通孔之溝槽3延伸遠至基礎層9。 在句中,給溝槽2、通孔丨及具有通孔之溝槽3塗佈一底層4 並隨後在e)中進行電鑛,藉此使其完全填滿金屬5。亦可將 一金屬層5形成於電介質6表面±。首先,沉積一非電鑛銅 層以形成-第-導電金屬層。之後’同樣亦可藉由電鑛沉 積金屬。在f)中藉由一回姓刻製程移除多餘金屬5後,在幻 中沉積另一介電層f,以使用本發明方法構建一多層。 於本發明之此實施例中,由於雷射不能移除基礎層9上之 玉屬故基礎層9可用作一著陸區或用作一雷射鑽孔之基 礎0 圖3示意性顯示在構建一對應於圖2之多層期間一導線結 構平面之設計,其中方法步驟幻與幻組合成一個步驟,此進 99150.doc -30- 200539774 一步提高了本方法之效率。 圖4示意性顯示在構建一多層期間一導線結構之設計,該 圖解在原理上對應於圖2。一具有一結構化外部銅層〗〇之印 刷電路板9用作基礎層。於一先前步驟中,將電介質6沉積 至結構化外部銅層1〇上。如同參照圖2所闡釋,此步驟後分 別根據方法步驟c)-e)構建該電介質、沉積該底層並啟動及 電鍍。接下來,如參照圖2所闡釋,在f)中移除多餘金屬5 且在g)中沉積另一電介質6<。 於本發明之此實施例中,構造嵌入通孔及具有通孔之溝 槽之一部分,使其向下延伸至結構化外部鋼層,從而接觸 結構化銅外層1 0之某些部分。 下文將詳細闡釋兩個用於製作電路載體之實例性實施 例。 所用載體材料係一由一 65微米厚電介質(FR4樹脂6級)上 之一 18微米厚銅層製成之金屬箔片(Isof〇ii 16〇i)。首先,藉 由一固化循環預處理相同之載體材料片: 加熱40分鐘@25-180°C 固化90分鐘@180°C 冷卻90分鐘@180-25°C 然後,根據步驟a)至f)實施本發明方法。 於一交叉圖案(cross-pattern)作業模式中,使用一波長為 308奈米之LPKF準分子雷射來藉由投影技術構建電介質, 因此可使用具有一線設計之金屬遮罩。在第一雷射剝敍 後,將遮罩轉動90。並使雷射輻照第二投影方向。以兩倍之 99150.doc •31· 200539774 能量輻照交匯點,以使所形成之通孔延伸深達銅層。 使用按照上文所述製備之相同開始材料,實施以下步 驟,其中實例1中之電介質係藉由一不同於實例2之雷射所 構建。 a) 提供用於實例1與2之載體材料; b) 實例1中之雷射剝蝕: 具有35微米/40微米間距/線尺寸之遮罩。 於每一投射方向上250個650 mJ脈衝。
b)實例2中之雷射剝蝕: 具有110微米/40微米間距/線尺寸之遮罩。 於第一投射方向上150個65 0 mJ脈衝。 於第二投射方向上350個650 mJ脈衝。 c)於實例1及2中沉積該底層: DS-PTH方法順序,縱向:
2分鐘@77°C 8分鐘@70°C,超聲波 5分鐘@48°C 5分鐘@57°C 2分鐘@25°C 1分鐘@25°C 5分鐘@39°C 5分鐘@30°C 30分鐘 @32°C 溶脹劑 Securiganth⑧(Atotech) 高錳酸鉀蝕刻劑(Atotech) 還原調節劑(Atotech) 清潔劑 Securiganth® 钱刻清潔劑Securiganth® 預浸劑 Neoganth®(Atotech) 活性劑Neoganth® 還原劑Neoganth® 非電鑛銅 Printoganth⑧(Atotech) d)於實例1及2中沉積該金屬層 99150.doc -32- 200539774 縱向技術中之金屬化條件:
清潔劑 Cupra Pro(Atotech) 5分鐘 @39°C
蝕刻清潔劑Securiganth® 30秒鐘@28〇C
去垢劑(10 wt·% H2S04) 2分鐘 @25°C 實施電鍍 使用 Cupracid®(Atotech),以一 1 A/dm2 @27°C 之電流密度 e)於實例1及2中移除金屬層:
以兩個方法步驟將多餘金屬完全蝕刻掉,並使導線結構 保持完整無損。 在第一步驟中,使用一橫向線: 拋丸钱刻機(pill etcher)
氯化鐵/鹽酸,35°C 1.2米/分鐘,4.6微米移除厚度 在第二步驟中,使用一縱向線: 縱向模組 單過硫酸氫鉀,28°C 1.7微米/分鐘之移除厚度 圖5係一填充通孔(左側)及一於金屬化後其上延伸且超 出一金屬層之電路跡線(右側)之電子顯微鏡剖面視圖,其中 在藉一硫酸銅浴所實施之金屬電鍍期間,已將〇·3毫升/升之 増亮劑(Atotech)及13毫升/升之鹼性均平劑(At〇tech)加至金 屬電鍍浴。該通孔嵌入至深達載體元件之平面並充滿金屬。 圖6係金屬化後的一電子顯微鏡剖面視圖,其中左手側像 片顯示兩個電路跡線,而右手側像片顯示其上延伸並超出 99150.doc -33- 200539774 一金屬層之二個電路跡線。其中在藉由一硫酸銅浴所實施 之金屬電鍍期間,已將0·8毫升/升之增亮劑(At〇tech)&14 毫升/升之驗性均平劑(Atotech)加至金屬電鍍浴。 圖7係在銅電鍍後其銅自填充溝槽及通孔凸出的一電鍍 電介質之俯視圖,其中在金屬電鑛期間,已將〇·8毫升/升之 增亮劑(Atotech)及14毫升/升之鹼性均平劑(Atotech)加至金 屬電鍍浴。 圖8係一其銅自電路跡線及自所述跡線之交叉點凸出且 較圖7具有一更大比例尺之電鍍電介質之俯視圖,其中在鍍 銅期間’已將0.9毫升/升之增亮劑(Atotech)及16毫升/升之 鹼性均平劑(Atotech)加至金屬電鍍浴。 圖9係一結構化電鍍電介質在兩次蝕刻掉多餘銅後之俯 視圖。將多餘銅完全移除而使導線結構保持完好無損。 實例3 : 藉由使用一由一普通基於環氧樹脂之FR4基板構成且通 孔已電鍍並已電路化之150微米厚印刷電路板實施進一步 之示例工作,其中該FR4基板係藉由例如機械鑽孔、去焦 渣、啟動、無電電鍍及電解板電鍍等傳統方法製作。使用 傳統幹膜阻劑成像及酸蝕刻來產生該電路圖案。 然後藉由使用適於FR4之標準工業條件藉助熱量及壓力 將一具有70微米樹脂之RCC箔片(經樹脂塗佈之18微米厚 銅箔片)、Isofoil(Isola)層壓至芯板之兩側。隨後,以一酸 性蝕刻劑蝕刻所獲得的基板,以便自RCC環氧樹脂層移除 非期望的銅包層箔片。 99150.doc -34- 200539774 該合成裸環氧樹脂層(電介質)可用作基礎層供形成一具 有凹槽型電路跡線及微型盲通孔之信號層,其中該些凹陷 , 電路跡線及微型盲通孔係藉由對電介質之雷射剝蝕同時形 成。 使用一波長為355奈米、光束點大小為15微米且以一 4W-8W@20 kHz平均功率範圍運作之uv雷射來同時對電路 溝槽及彳政型盲通孔實施雷射剝餘。此作業以一 3⑼毫米/秒 之剝蝕速度產生15微米之剝蝕深度。 籲 經證明:掃描速度極大地取決於材料類型及形貌大小。 於一進一步試驗中,在雷射光束掃描掠過該表面的同時 使氧氣流過該電介質表面。掃描速度得以明顯提高。 藉由雷射剝蝕形成的凹槽顯示在一 SEM像片中。圖1〇顯 示此像片具有凹槽型跡線(溝槽)及孔(通孔)。圖丨丨顯示此電 路之一放大像片,圖中同樣顯示溝槽及通孔。為了演示在 使用傳統方法來產生跡線及通孔之狀況下所需之間距,將 φ 典型BAG銲墊之暈圈以示意性方式標記在此像片内。自此 圖中可明顯看出,三條跡線可方便地在兩個通孔之間穿 過。若必須在板表面上產生大BAG銲墊(為補償傳統技術中 的失準,因為於此情形下,既使發生了失準,該等跡線亦 必須會合該等孔以產生與通孔之電接觸),則僅一條而非三 條跡線在兩個銲塾之間穿過。 然後,按照下表2中所列Atotech PTH順序處理該板以提 供對後續電解鍍銅具導電性之凸起表面部分及凹槽型導電 結構(即,該板的整個表面)。 99150.doc -35- 200539774 圖12顯示一溝槽之大倍數放大像片,其中一雷射沿線路 路徑掃描以產生一窄溝槽。在圖13中,顯示一孔-溝槽交叉 之SEM詳圖,其中多重雷射沿線路路徑掃描以產生一寬溝 槽。該影像係在雷射拋光之前拍攝,其顯示0.8毫米之 BGA。數個不同之雷射路線係可能。 表2 :製程順序
浴 配製 時間 溫度 溶脹劑 Securiganth® P 400毫升/升溶脹劑Securiganth® P,濃度 10 克/升NaOH 2分鐘 65〇C 高錳酸鉀-蚀刻溶液 Securiganth⑨ P-500 110毫升/升計量溶液Securiganth®,P 500 105毫升/升pH修正溶液CC 4分鐘 75〇C 還原調節劑 Securiganth^P 500 100毫升/升還原調節劑Sec· P 500,濃度 40毫升/升112304濃縮型 5分鐘 50°C 清潔劑 Securiganth® Flex 40毫升/升清潔劑Sec. Flex,20克/升 NaOH 50°C 蝕刻清潔劑 NaPS/H2S04 150克/升NaPS *) 35毫升/升硫酸,50%w/w 1分鐘 RT**) 預浸劑溶液Neoganth® B 10毫升/升預浸劑-Sol. Neoganth®B,濃 度 1分鐘 RT**) 活性劑Neoganth® 834 40毫升/升活性劑^0^111^834,濃度 5·5毫升/升pH-修正溶液CCpH 11.5 5分鐘 40°C 還原劑 Neoganth® WA 5克/升棚酸6毫升/升還原劑Neoganth® WA,濃度 4分鐘 30°C • Printoganth^PV 85毫升/升Printoganth® V基礎溶液 45毫升/升Printoganth® V銅溶液 8 毫升/升 Printoganth® P V 起始劑(Starter) 1.5毫升/升Printoganth® PV穩定劑 20分 鐘 34〇C *)NaPS ·過二硫酸納 **)RT :室溫 於下一步驟中,以電解方式將銅鍍在該板包括凹槽在内 之整個表面上。藉由一包含40-45克Cu2+/升、140克_160克 H2S04/升、30-40 ppm 氣化物、4-6 克 / 升鐵(II)、〇.5_15 克 / 升鐵(III)之電鍍浴以丨·3 A/dm2實施電鍍。 在85分鐘内,電鍍一大約2〇微米厚度之銅層。 99150.doc -36- 200539774 在下步驟中,藉由化學钱刻,自該板上不期望存在導 、、友…構之凸起邛为上移除大部分銅層。在一標準颠刻線(自 Chemcut C〇rp./US製造之叫咖HDC)内使用氯化鋼溶液實 施該鍅刻。然後,藉由研磨、抛光或磨削移除剩餘的2微米 至3微米厚的銅。(參見下文之詳細製程說明)。 ^ 圖14顯示溝槽内填滿銅的通孔及銅跡線(〇·2毫米間距 BAG之間二條線)。圖15之像片顯示金屬化之前圖μ所示樣 本之溝槽及通孔之尺寸:通孔具有一約5〇微米之直徑,跡 線具有一約為20微米之線寬。圖16顯示此等通孔及溝槽之 一剖面圖,其中該等通孔係連接至一下方銅平面。在通孔 内之銅金屬與跡線内之銅金屬之間產生一極佳銅黏合。圖 17中顯示:在通孔内之銅金屬與向右延伸之銅跡線之間產 生一無任何銳角之平滑過渡。此可確保銅具有承受熱負荷 之較佳穩定性。 實例4 : 按照供貨商所建議之標準條件,將一裸露的純聚醯亞胺 箔片(SPB 050 Espanex-NiPP〇n Steel)層壓在 一15〇微米厚 FR4多層基板芯之兩側上。 同樣,使用與實例3試樣類似的條件同時對電路溝槽及微 型盲通孔實施雷射剝蝕。使用一波長為355奈米、光束點大 小為15微米之UV雷射並在4W-8W@20 kHz之平均功率範圍 内運作忒雷射,以一 300毫米/秒之剝蝕速度產生15微米之 剝蝕深度。 以類似於實例3試樣之PTH條件處理該板,以賦予聚醯亞 99l50.doc -37- 200539774 胺箔片内之凸起及凹槽型結構導電性。 Γ、、、:後使用與貫例3試樣相同之條件電鍍該試樣。 於下一步财,藉由化學㈣自該板不期望存在導線結 構之凸起部分上移除大量鋼層。在—標準㈣線(η·" Corp./US製造之Sigma HDC)中使用氯化銅溶液實施該蝕 :丨^後,藉由研磨、拋光或磨削移除剩餘的2微米至3微 米厚的銅。(參見下文詳細製程說明)。 實例5 : 使用一與實例4試樣相同之基板堆疊。 藉由遮罩投影法,使用一 300 Hz及308奈米波長之準分子 雷射對該聚醯亞胺箔片内之凹槽型結構實施剝蝕。剝蝕電 路線路及微型通孔開口需要兩個單獨遮罩。在一 6平方英吋 大小的方形電路之一側上剝蝕一包括環形微通孔銲墊之i 5 微米深電路圖案需要大約5〇個具有〇·3微米/脈衝剝钱速度 之脈衝。 在剩餘的35微米厚聚醯亞胺處剝蝕通孔需要額外的1〇5 個脈衝。 在下一步驟中,藉由化學蝕刻法,自該板之不期望存在 導線結構之凸起部分上移除大部分銅層。在一標準蝕刻線 (Chemcut Corp./US製造之Sigma HDC)中使用氣化銅溶液實 施該银刻。然後,藉由研磨、拋光或磨削移除剩餘的2微米 至3微米厚的銅。(參見下文詳細製程說明)。 選擇製程(來產生離散電路及通孔)·· 步驟1 : 99150.doc -38- 200539774 使用設定在標準工業參數的標準工業蝕刻技術(設備及 化學原理),但接觸時間係設定用來移除填充製程期間所產 生之大部分過電鍍銅(85%)。 工業標準製程包括: 鹼性蝕刻; 酸性-氯化銅、氣化鐵蝕刻; 硫酸過氧化物(Sulfuric/Peroxide)l4 刻; 或特別開發之系統,諸如: ϋ 使用DC或脈衝/反向脈衝技術之電解蝕刻。 步驟2 : 使用以下工業標準方法之一移除剩餘的15%過電鍍銅(及 活性層): 使用剛性磨削工具之機械平面化方法; 使用工業標準微蝕刻參數之差別蝕刻方法(過氧化物、過 硫酸鹽、過硫酸氫鉀/單過硫酸鹽(oxone/caroate)); 化學機械平面化方法(旋轉、線性,等); φ 機械軟涮法(使用或不使用浮石)。 上述實例顯示:藉此可製作基於一具成本效率之印刷電 路板且具有與表3所述尺寸一樣低之極細結構之電路載體 (參照圖18): 表3 :載體設計 參數尺寸 [微米] 通孔直徑V 60 最小線寬w 15 銲墊之間最小寬度D 15 銲墊與跡線之間最小間隙C 15 間距(一個跡線道程(pass))P 1 130 間距(無跡線道程)P2 115 99150.doc -39- 200539774 圖18示意性圖解說明一載體設計。此載體具有充滿銅的 二個通孔1。該等通孔中的兩個係彼此相鄰,其中間無傳導 跡線。另兩個通孔係彼此相鄰,其中間有一個傳導跡線7。 表3中給出的該等參數尺寸係若實現本發明所能達成之 值。根據本發明’在藉由使用傳統印刷電路板作為一於其 上形成HDI電路之基礎板來實現一具有競爭性價格之電路 載體之設計的同時即可實現此設計。 應瞭解,本文所述該等實例及實施例僅用於圖解說明之 目的且熟悉此項技術者將易於藉助於該等實例及實施例聯 想出各種修改及改變及對本申請案中所闡釋特徵之組合, 該些修改、改變及組合皆包括在本發明所述之精神及權限 内且包括在隨附申請專利範圍之範缚内。本文引證的所有 出版物、專利及專利申請皆以引用的方式倂入本文中。 【圖式簡單說明】 為了更佳地理解本發明,須參照以下圖式,該等圖式圖 解說明形成夾層結構的電路載體之各種組件類型: 圖1顯示一具有一多層作為基礎層之組件(電路載體)及 具有一個或兩個電介質平面且各具有兩個佈線平面的單面 型或雙向式設計; 圖2係一在構建一多層期間之方法步驟匀至g)之示意性圖 解說明; 圖3係一根據圖2並結合方法步驟幻及e)構建一多層之示 意性圖解說明; 圖4係一根據圖2使用一印刷電路板作為基礎層9構建一 99150.doc -40- 200539774 多層期間之示意性圖解說明; 圖5係一電子顯微鏡截面視圖’其圖解說明金屬化後的一 填充通孔(左)及一電路跡線(右); 圖6係一金屬化後的兩個或三個電路跡線之電子顯微鏡 視圖, 圖7係一顯示金屬化後具有凸出銅的一電鍍電介質之俯 視圖; 圖8係一顯示金屬化後具有凸出銅及交叉電路跡線的一 ’電鍍電介質之俯視圖; 圖9圖解顯示餘刻掉多餘銅後的一經電鍍並結構化之電 介質; 圖1〇係一電路載體之SEM(=掃描電子顯微鏡)像片,該電 路載體具有使用一聚焦雷射藉由雷射剝蝕所產生的凹槽型 溝槽及通孔; 圖11係圖11之一詳圖; φ 圖12係一在單道雷射掃描後一具有一溝槽輪廓之1 5微米 寬凹槽型溝槽之SEM像片; 圖13係在多道雷射掃描後一具有一溝槽輪廓之6〇微米寬 凹槽型溝槽之SEM像片; 圖14係一其溝槽及通孔已充滿銅之電路載體之像片; 圖15係一其溝槽及通孔未填充之電路載體之像片,該像 片顯示橫向尺寸; 圖16係一溝槽及通孔之剖面像片; 圖17係一通孔之剖面像片,該通孔具有一與其連接的上 "I50.doc -41 - 200539774 部溝槽且該通孔係連接至一銅基礎下面; 圖1 8係一以一前視圖及一剖面圖形式顯示具有通孔及跡 線之基板設計之不意圖。 【主要元件符號說明】 1 通孔,填滿銅的通孔 2 溝槽 3 帶通孔的溝槽 4 底層 5 金屬(銅) 6 電介質 6^ 電介質 7 銅跡線 9 印刷電路板 10 結構化外部銅層
99150.doc -42-
Claims (1)
- 200539774 十、申請專利範圍: 1 · 一種製作一電路載體之方法,所述方法包括以下方法步 驟: a) 提供一印刷電路板; b) 在該電路板至少一側上塗佈一電介質; c) 構造該電介質,以使用雷射剝蝕於其内產生溝槽及通 孔; d) 將一底層沉積至該電介質之整個表面上或將該底層僅 沉積於該等所產生之溝槽及通孔内; e) 將一金屬層沉積至該底層上,使金屬完全充滿該等溝 槽及通孔以於其内形成導線結構;及 f) 若在方法步驟d)中已將該底層沉積至整個表面上,則 移除除該等溝槽及通孔内部之外的該金屬層及該底層 以暴露該電介質。 2·根據請求項1之方法,其特徵在於在方法步驟勹中以一單 I知作業產生該等溝槽及通孔。 3. 根據請求項丨或2之方法,其特徵在於係在方法步驟c)中使 用一直接-寫技術產生該等溝槽及通孔。 4. 根據請求項3之方法,其特徵在於該直接_寫技術包括在該 電介質之彼等擬於其内產生該等溝槽及通孔之電介質2 面區域掃描一雷射光束。 、 5. 根據請求項3之方法,其特徵在於該直接_寫技術進—步包 括調整該雷射光束之功率,使其相依於該等擬 二= 通孔之深度。 溝槽及 99150.doc 200539774 6.根據明求項3之方法,其特徵在於該直接_寫技術進一步包 括使該雷射光束形成脈衝。 7·根據請求項6之方法,其肖徵在於該直接-寫技術進-步包 括·藉由设定輻照至該表面區域之雷射脈衝數量來調整輻 …、至孩電介質之一表面區域之雷射光束能量,使其相依於 該等擬產生溝槽及通孔之深度。 8·根據請求項6之方法,其特徵在於該直接·寫技術進-步包 括減夕幸田照至該電介質之一表面區域之連續能量脈衝之 能量。 9·根據%求項1或2之方法,其特徵在於該等溝槽及通孔係以 無連接盤設計相互連接。 1 〇根據叫求項1或2之方法,其特徵在於在方法步驟f)後實施 一次或數次以下進一步之方法步驟: g) 將另一電介質沉積於該具有溝槽及通孔之電介質上;及 h) 重複步驟c)至f)。 11·根據π求項W2之方法,其特徵在於在方法步驟〇或h)之 任何一個後沉積一終止層。 12. 根據請求項⑷之方法,其特徵在於:使用金屬活化劑或 使用用於形成導電聚合物層之單體溶液或使用碳懸浮物 來實施一處理或藉由濺鍍或藉由一直接沉積方法來沉積 該底層。 13. 根據請求項_之方法,其特徵在於藉由無電電鍵及/或 藉由電解電鍍形成該金屬層。 14·根據請求項之方法,其特徵在於藉由抛光及/或藉由 99150.doc 200539774 一化學回蝕刻技術及/或一電化學回蝕刻技術及/或藉由 電拋光來移除該金屬層及該底層。 1 5 ·根據請求項1或2之方法,其特徵在於在方法步驟、 ^甲於該 電介質内產生溝槽及通孔包括產生溝槽,該等溝槽亦~ = 通孔。 ^ 3 沉積於金屬 16·根據請求項1或2之方法,其特徵在於將功能層 層上,用於對電組件進行電接觸。 1 7. —種請求項!或2之方法在橫向生產線中之用途。99150.doc
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