TWI232711B - Method for the manufacture of printed circuit boards with integral plated resistors - Google Patents

Description

1232711 玖、發明說明： (一） 發明所屬之技術領域： 本發明係關於一種具有積體電鍍電阻器之雙面或多重層 印刷電路板的製造方法。本發明所提出之方法係選擇性活 化金屬包覆層的曝露區域，以在印刷電路板的製程中接受 電鍍在其上。本發明之方法並不使用電鍍遮罩，使得電鍍 在印刷電路板上之區域可以很小。與習知技術相較，本發 明之製程還可以實現其他優點。 (二） 先前技術： φ 在製造印刷電路板時，其要在印刷電路板各側上提供具 有電路之平板。而且其也製造包含絕緣基板和導電金屬之 積體平板的電路板，其中在具有包含印刷電路圖案層的外 露表面之結構中，沿著內平板，有藉由絕緣基板分隔之一 個或一個以上之導電金屬平行內層或平板。 製作印刷電路板的典型製造順序係由銅包覆層開始。雖 然也是可以使用其他型式之絕緣基板，如酚紙和聚醯亞胺 ’但是銅包覆層包含以銅箔黏附在基板兩個之玻璃補強樹 · 脂絕緣基板。在多層板之情形中，起始材料係銅包覆層， 其包含所謂內層之內電路板。 簡單型印刷電路板和多層電路板的內層，通常都是透過 所謂印刷和蝕刻的技術製作。在此方式中，係將光聚合物 形成或塗佈在銅包覆層的銅表面上。然後使用負或正光罩 技術，選擇性成像該光聚合物並顯影，以在銅包覆層的銅 表面上產生想要的電路圖案。然後蝕刻掉曝露的銅和去掉 •6- 1232711 光聚合物，顯現想要的電路圖案。 埋入被動元件技術（EPT)係一種相當新的技術，其已用在 印刷電路板之電路板製造方法的被動元件製作，如電阻器 和電容器。與被動元件陣列和網路係排列在承載基板上之 積體被動元件相較，埋入被動元件係在製程期間製作在基 板之中。EPT可以藉由各種不同的因素推動，其中包含需 要較佳之電子性能，較高之被動元件封裝密度，及較佳之 成本節省。使用EPT，被動元件可以直接放在主動元件下 方，因此使得被動元件和主動元件之間有較短的距離，而 ® 且也可以減少在被動元件上方之表面的寄生效應，因此有 較佳之訊號傳輸和較少的串音。 EPT製程的其中之一範例揭露在由Kukanskis等人所申 請之美國專利第6,2 81，0 90號，在此基於完整性而納入參考 。該製造方法包含下列製程步驟：1)將想要圖案之鈾刻光 阻應用在金屬包覆層（或多重層封裝體）上，其中圖案最好 以正影像方式界定想要的導電電路，而以負影像方式界定 隹 電路和電阻器位置之間的區域；2)蝕刻掉曝露的銅，然後 再移除蝕刻光阻；3)活化表面，以在其上接受電鍍；4)應 用電鍍遮罩，其覆蓋除了要電鍍電阻器之區域外大致上所 有的表面；5 )用電阻材料鍍在曝露的區域；6)剝離掉電鍍 遮罩；及7)用保護塗層塗佈電路板的表面。 相較之下，本發明之製程在電鍍步驟並沒有使用遮罩， 而是選擇性活化金屬包覆層的表面，以防止基板的整個表 1232711 面都被活化。選擇性活化步驟通常是使用遮罩完成，以防 止基板的整個表面都被活化。製造方法的其餘步驟與 6,28 1，09 0號專利中所說明之製造方法相似。 本發明之方法係要提供幾種優於習知技術之方法的關鍵 優點。 本發明之製造方法中之一個値得注意的優點就是沒有由 銅包覆所造成之流電電鍍效應。流電效應會改變電阻器位 置之電鍍電位，使得電阻金屬的沉積效率變得較差，因此 會造成漏鍍，或電鍍的厚度顯著減少，所以產生很高的電 馨 阻器値或在測試時會造成失效之電鍍孔隙。本發明之製程 係藉由移除電鍍遮罩，在銅電路上開非本質區，並使這些 區域電鍍，以解決流電效應之問題，因此可以改變電阻器 位置之電位，使得可以實現均勻電鍍。藉由本發明之新製 程電鍍所有的電阻器，發明人發現可以消除流電效應。 因爲沒有使用電鍍遮罩，所以本發明之製造方法的第二 優點係能夠在印刷電路板上電鍍較小的區域。電鍍遮罩會 在由蝕刻銅電路所產生之三維表面上，產生較高的外觀比 β ’因此可以防止溶液接近且/或移入很小的電鍍區域。爲了 避免整片電路板在任何活化表面上發生電鍍，通常需要使 用電鍍遮罩。本發明之製造方法的優點係不使用電鍍遮罩 ’而是在電鍍前使用只選擇性活化表面之遮罩。 本發明之製造方法也可以實現很好的均勻性和一致性。 對於不同尺寸的電阻器，本發明人意外地觀察到有很好的 電阻均勻性。 -8- 1232711 最後，用在本發明製程之抗電鍍金屬可以預防銅電路的 氧化需求。在正常情形下，用以製作多重層核板之銅電路 必須塗佈氧化物，以減少銅與基板的相互反應’因此可以 最小化多重層電路板在組合操作時發生剝離的可能性。本 發明之電鍍解決方式係提供一不需進一步處理之障壁層’ 以避免在後續的製程步驟中剝離。 (三）發明內容： 本發明揭示一種用以印刷和電鍍電阻器以成爲印刷電路 板整體的一部分之製造方法。上述之製造方法係根據下列 之製程步驟形成： (a) 在金屬包覆層（或多重層封裝體）的表面上，印刷並蝕 刻成期望的電路圖案，該期望圖案最好以正影像方式 界定想要的導電電路，而以負影像方式界定電路和電 阻器位置之間的區域，而該層通常包含具有金屬之聚 合物系核板’其中金屬係以期望圖案之形式包覆在其 上，並且在該電路之該期望圖案中，開可以在其上電 鍍電阻材料之開口； (b) 用光阻塗佈該印刷和蝕刻好的電路（層），使得曝露出 期望圖案之開口和部分的金屬包覆層； (c) 調節和選擇性的活化該層的曝露區域，以在其上能接 受電鍍； (d) 剝離該光阻；及 (e) 用該電阻材料電鍍該活化區域，以產生積體電鍍電阻 器。 冬 1232711 在另外的和優選實施例中，在塗佈光阻之前，印刷和蝕 刻電路可以先行調節，以取代活化步驟。 在優選實施例中，在步驟（b)之後，但在步驟（c)之前’爲 了均勻化介電質表面，基板可施以介電質蝕刻液處理。本 發明人發現，對於大部分的材料，在均勻蝕刻時，介電質 表面將可提供更固定的和可預測的電阻値之電鍍電阻器。 在另一優選實施例中，在步驟（e)之後，用介電材料塗佈 電鍍電阻器，以保護電路板在後續的製程步驟中不會受到 傷害，而且可以增強最終產品的耐用性。 (四）實施方式： 此處所說明之製造方法係要提供一種在兩個導電區域之 間形成電阻器的方法，其中這些區域係在絕緣基板之上且 被絕緣基板分隔。上述所提供之方法係要將電阻材料電鍍 在導電區域之間的絕緣基板上，使得電阻材料連接導電區 域。上述之製程對於製造具有與電路積體之電鍍電阻器的 印刷電路板特別有用。此處所說明之製造方法還提供一種 製造多層印刷電路板之後續各層的方法。 本發明之製造方法順序之實例係描述如下： (a) 將蝕刻光阻應用在金屬包覆層的表面上，使光阻以正 影像方式界定期望的電路線，而以負影像方式界定電 路，包含電阻器位置，之間的區域； (b) 蝕刻掉曝露的銅表面，然後剝離掉光阻； (c) 任選地，由選擇自由化學蝕刻、電漿蝕刻、雷射歸一 法、氣相風吹法、砂磨法、噴射法和噴砂法所組成之 -10- 1232711 群組的製程，處理曝露的介電質表面； (d) 透過遮罩，活化該曝露的介電質表面，以選擇性只活 化曝露介電質表面的部分； (e) 剝離掉光阻； (0 用電阻材料電鍍活化表面； (g) 選用地，用氧化劑接觸電鍍區域； (h) 選用地，用永久保護塗層塗佈電阻器。 步驟（a)和步驟（b)統稱爲在金屬包覆介電質層（或多重層 封裝體-包含已製成-片單-平面封裝體之一個或更多個的電 · 路線內層之幾個電路線層。該內層或許包含，也或許沒有 包含本發明之電鍍電阻器。若包含，則該內層或許可以藉 由此處所說明之製程製造。）之上產生界定電路線之步驟。 金屬包覆層可以選擇性地在其期望陣列中具有穿透孔涧。 該穿透孔洞此時或許有，也或許沒有被電鍍。步驟（a)和步 驟（b)的關鍵係：在金屬包覆層表面上的電路圖案，與將會 電鍍電阻器之電路線特定中斷區（”電阻器區域”）一起界定 和產生。特定電阻器區域的長度和寬度明顯會直接影饗電 鲁 鍍後所獲得之電阻値。 電路線和電阻器區域之界定和產生可以以許多種方式完 成。而最普遍的方法就是透過如步驟（a)和（b)中所說明之減 製程。在減製程中’使用金屬（通常是銅）包覆層。金屬包 覆層包含兩個外表面都有黏著金屬箔片之平面介電質基板 。如上所述，介電質基板通常是玻璃強化環氧樹脂，但是 也可以是習知技術中各種其他的絕緣材料。在任何情形下 1232711 ，都先要將光阻圖案應用到金屬表面，使得光阻可以以正 影像方式界定電路，而以負影像方式界定電路和電阻器區 域之間的區域。大部分完成的方式都是使用光阻。在此情 . 形下’光阻不是以液體就是以乾式的形式被應用到金屬表 面。然後透過光罩使光阻選擇性曝露在光輻射下。要將光 阻的未曝光或曝光區域顯影掉，以顯現期望的圖案，其取 決於所使用的光罩技術。或者，可以將期望圖案的光阻直 接遮蓋在金屬表面上。在用光阻界定電路之後，蝕刻掉曝 露的銅區域，然後剝離掉光阻，顯現電路。因此，現在位 鲁 在電路和電阻器區域之間的區域則是裸介電質。 步驟（C)是選用的，但是値得推荐。爲了使電阻器可用而 且確實可靠，電阻値必須是可預期的，相對固定的，及可 靠的。本發明人發現爲了能獲得可預期的，相對固定的， 及可靠的電阻値之電鍍電阻器，要電鍍電阻器之介電質表 面必須要很均勻。關於這一點，本發明人已藉由均勻化要 在其上電鑛電阻器之介電質表面，獲得很均勻的介電督表 面和可預期的，相對固定的及可靠的電阻値之電鍍電阻器鲁 。均句化可以以好幾種方式完成，如氣相風吹法、化學鈾 刻法、電漿蝕刻法、雷射歸一法、或機械均勻化法。機械 均勻化法可以藉由砂磨法、噴砂法或噴射法完成。本發明 人發現透過化學蝕刻法之表面均勻化係最可靠的和最有效 的方式。此處所使用之特殊的蝕刻液必須與介電暂所使用 的相符。但是，若使用玻璃強化環氧樹脂，本發明人發現 鹼性高錳酸、濃硫酸、鉻酸或電漿，對於蝕刻或均勻化介 -12- 1232711 電質表面特別有用。關於這一點，最好是使用濃度超過5 Ο 克/升，倒入10°/。重量百分比的腐蝕溶液，溫度超過140°F 之高錳酸鈉或鉀溶液，蝕刻2 0分鐘2次。關於這一點，若 _ 使用高錳酸，則它們可以放在使介電質對高錳酸蝕刻更敏 感的泡脹劑或感光劑之前。環氧樹脂所用之典型泡脹劑係 在90- 1 2 0°F下之完全強度應用的m-高溫，1到5分鐘。此 外，在高錳酸蝕刻後，典型要使用可以去除高錳酸殘留物 之酸減少溶液。 步驟（d)係選擇性活化要電鍍的表面。使用遮罩係要使得 Φ 只選擇性活化沒有被遮罩遮蓋之表面。表面活化的範圍很 複雜，可以從在貴金屬活化劑（或非貴金屬或其他習知技術 之活化劑）中的單次浸泡，到包含許多步驟之完整電鍍循環 。典型的活化製程從調節劑（表面活化劑或其他型式之調節 劑）開始，接著使用活化劑（PdCl2/SnCl2膠）和加速劑。在化 學蝕刻處理程序之間，要穿插淸水沖洗程序。不考慮活化 循環的選擇，其主要的目的是處理表面，使其開始且可以 接受電鍍。在習知技術中，有很多方法可以達成調理和活 胃 化，此處可以利用其中任何一種方法。此處有將技術完全 納入參考之美國專利第5,03 2,42 7號（Kukanskis等人）、美 國專利第4,9 7 6,990號（Bach等人）和美國專利第4,8 6 3,7 5 8 號（Rhoden izer)，其揭露適用於本發明製程之調節和活化的 方法。 在另一實施例中，本發明人發現：在步驟（a)和（b )應用光 阻以取代活化步驟之前，其可以先調節表面。調節通常包 -13- 1232711 含用有機物的水溶液，如表面活化劑或有機矽烷’處理表 面，以增強後續之活化和電鍍。調節在上述所參考之專利 中有進一步的說明。 步驟（e)係簡單的光阻剝離。光阻在鹼性水溶液或有機溶 劑中會發生剝離，此取決於所使用的光阻。使用水溶液可 剝離光阻較佳。此外，應該要確定光阻剝離操作對表面調 節和活化或後續的電鍍，不會有負面的影響。 步驟（f)係電鍍電阻器，及可選擇但最好是要作地，曝露 銅表面。在此步驟，電鍍將只發生在步驟（d)所選擇性活化 ® 的區域上（即電阻器區域，最好是與電路有某些部分重疊， 其中電阻器連接電路和曝露的銅表面）。可用之電鍍槽的種 類很多。關於這一點，本發明人發現無電鎳-磷、無電和貴 金屬電鍍槽，包含鈀-磷、或釕-磷無電鍍槽特別有用。此 外，在電鍍前可選擇性期望淸洗和/或催化表面。 明顯地，金屬電鍍的厚度會直接影響最終電阻器的電阻 率。本發明人發現有利的金屬電鍍厚度範圍從0 . 〇 5到0.2 微米，最好是0.10微米。電鍍要5到10分鐘，最好是2 ^ 到3分鐘，此取決於所用之電鍍槽及期望的最終電阻値。 根據期望的最終電阻値，調整下列幾項因素可以改善最 終電阻器的電阻率：電鍍金屬的型式、電鍍金屬的厚度、 電阻器的長度和電阻器的寬度。關於電鍍金屬的型式，金 屬-磷的磷含量將會影響最後沉積的電阻率。上述所有的因 素都可以改變，以獲得期望的最終電阻値。本發明人發現 電鍍金屬的本質電阻値會隨著金屬磷含量的增加而增加。 -14- 1232711 例如，他們發現電鍍具有磷含量大於1 〇%重量百分比的鎳 之電阻器最有利。本發明人發現高磷含量金屬可以製造具 有相當高本質電阻値之電鍍塗佈。因此，對於電阻器任何 _ 給定期望的最終電阻値而言，可以電鍍較厚的材料（保持長 度和寬度固定），所以可以產生較可靠的電鍍電阻器。在商 業上，此也可以允許有可接受的電鍍時間。 步驟（g)係選用地，其最好係藉由控制化學氧化作用，提 供電鍍電阻器金屬的氧化控制。本發明人發現氧化控制係 一種用以增加電鍍電阻器之電阻率的方法，而且更重要的 鲁 是可以在一致的基礎上提供更可預測的電阻値。關於這一 點，可以使用之氧化劑的種類包含較佳之碘酸鉀。若使用 碘酸鉀，則溫度90°C之10-75克/升的碘酸鉀水溶液，一次 5分鐘，已證明是有效的。此處，較高本質電阻値材料容 許有較厚的電阻材料（其他變數固定），更可靠的電鍍電阻 器和商業上可接受的電鍍時間。 最後，步驟（h)提供塗佈具有永久保護塗層之電阻器。通 常會期望以介電質材料，如焊接物遮罩或環氧樹脂，或其 β 他樹脂系統，塗佈包含電鍍電阻器之印刷電路板的表面。 其他的系統對於那些精於此項技術之人士也很容易瞭解。 此保護塗層係要保護電路板免於受到後續製程步驟的傷害 ’及增強最終產品的耐用性。例如，典型的焊接物遮罩製 程在此處有將技術完全納入參考之美國專利第5，2 9 6，3 3 4 4 號中有說明。 下面範例之說明只是爲了說明，並非以任何方式彳局限。 -15- 1232711

範例 I 透過下面之製程順序，處理銅塗佈層： 1) 在層板的兩個銅表面上，形成液體的或乾膜層； . 2) 將光阻曝光和顯影，使得可以保護需要的電路線和打開 電阻器區域； 3) 印刷和蝕刻電阻器區域和需要的電路線； 4) 自表面剝離光阻，然後用其他的液體或乾膜光阻塗佈電 路板的表面； 5 )將光阻曝光和顯影，使得打開電阻器區域和某些相鄰的 鲁 銅電路線； 6) 透過正常係用在活化穿透孔洞電路板之活化循環處理平 板，在活化前，先將遮罩應用到平板，使得只選擇性活 化部分的表面； 7) 自表面剝離光阻，然後使用加速劑製備金屬，及沖洗活 化的電阻器區域，然後用電阻材料無電鍍電阻器和電路 線，到可以產生電阻器的設計値之厚度爲止。 範例11 · 透過下面之製程順序，處理銅塗佈層： 1) 在層板的兩個銅表面上，形成液體或乾膜層； 2) 將光阻曝光和顯影’使得可以保護需要的電路線和打開 電阻器區域； 3 )印刷和蝕刻電阻器區域和需要的電路線； 4)自表面剝離光阻； 5 )調節電路板表面； -16- 1232711 6) 用其他的液體或乾膜光阻塗佈電路板的表面； 7) 將光阻曝光和顯影，使得打開電阻器區域和某些相鄰的 銅電路線； 8 )活化平板；及 9)自表面剝離光阻，然後使用加速劑製備金屬，及沖洗活 化的電阻器區域，然後用電阻材料無電鍍電阻器和電路 線，到可以產生電阻器的設計値之厚度。

Λ1-

Claims (1)

1. 1232711 拾、申請專利範圍： 第921；228 5 7號「具有積體電鍍電阻器之印刷電路板的製 造方法」專利案 （94年2月修正） 1 · 一種具有積體電鍍電阻器之印刷電路板的製造方法，包 含下列步驟：

   (a) 在包含具有金屬包覆在其上之聚合物系核板的金屬 包覆層表面上，印刷並鈾刻成期望的電路圖案，而 且保留下在其上可以電鍍電阻材料之該期望的電路 圖案之開口； (b) 藉由選擇自由化學蝕刻、電漿蝕刻、雷射歸一法、 氣相風吹法、砂磨噴吹法、噴砂法所組成之群組的 製程暴露出該表面以均勻化該表面； (c) 用光阻塗佈該印刷和鈾刻好的電路，使得曝露出期 望圖案之開口和部分的金屬包覆層； (d) 選擇性活化金屬包覆層的曝露區域，以在其上能接 受電鍍；

   (e) 剝離該光阻；及 (f) 用該電阻材料電鍍該活化區域以產生積體電鍍電阻 器。 2·如申請專利範圍第1項之方法，其中該金屬包覆層包含 銅。 3·如申請專利範圍第1項之方法，其中重複步驟（a)到步驟 (e)，以在金屬包覆層的表面上，製造許多種積體電鍍 電阻器。 /11 μ 作:乂少。丨 4000T: f 4 ·如申請專利範圍第1項之方法，進一步包含利用永久介 電質塗層塗佈該積體電鍍電阻器之步驟，以保護該電鍍 電阻器不會受到額外製程步驟的影響。 5 ·如申請專利範圍第4項之方法，其中該永久介電質塗層 選擇自由環氧樹脂或其他樹脂系統和焊接物遮罩所組成 之群組。 6 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中該光阻包含負影像 或正影像作用之乾膜或液體光阻。 7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該電阻材料包含選 擇自非電解鎳-磷、鈀-磷、及非電解釕-磷所組成之群組 的材料。 8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中電鑛電阻材料之厚 度約從0·05微米到〇·2微米。： 9. 如申請專利範圍第8項之方法，其中電鎪電阻材料之厚 度約爲0·1微米。 10.如申請專利範圍第1項之方法，其中在步驟（f)所形成之 積體電鍍電阻器要在步驟（f)後曝露在氧化劑中。