專利名稱：利用電壓可切換電介質材料和光輔助進行電鍍襯底器件的技術的制作方法
利用電壓可切換電介質材料和光輔助進行電鍍襯底器件的技術
發明人Lex Kosowsky， Robert Fleming相關申請
本申請要求2006年9月24日提交的題為"VOLTAGE SWITCHABLEDEVICE AND DIELECTRIC MATERIAL WITH HIGH CURRENT CARRYINGCAPACITY AND A PROCESS FOR ELECTROPLATING THE SAME"的美國臨時專利申請No. 60/826， 746的優先權，上述在先申請特此以引用的方式全文納入本i兌明書。
背景技術：
通常，利用其中襯底經受一系列制造步驟的過程來開發栽流結構。這種載流結構的實施例包括印刷電路板、印刷線路板、集成電路(IC)芯片封裝襯底、底板和其他微電子類型的電路。
典型地在剛性絕緣材料或柔性薄膜所制成的襯底上進行上述制造步驟，所述剛性絕緣材料例如為環氧-浸漬玻璃纖維薄片，所述柔性薄膜例如為聚酰亞胺。根據限定導體的圖案來成形諸如銅的導電材料，所述導體包括接地層和電源層。
一些現有的栽流器件通過將導電材料分層覆蓋襯底而制造。然后在導電層上沉積掩膜層。所述掩膜層被爆光并顯影。由此產生的圖案確定其中將從襯底去除導電材料所處的選擇區域。所述導電層通過蝕刻從選擇區域去除。接著去除所述掩膜層，從而在襯底表面上設置圖案化的導電材料層。
在一些過程中，種子層可通過真空金屬沉積而形成。在其他公知過程中，無電鍍過程用于將導線和襯墊沉積在襯底上。施加電鍍溶液從而能夠使導電材料在所述襯底的選擇部分上粘附到該襯底，從而形成導線和襯墊的圖案。
為了在有限的器件封裝內使可用電路最大化，襯底器件有時使用多個襯底，或者使用一個襯底的兩個表面來包括元件部分和電路。在任一情況下的結果都是，在一個器件中的多個襯底表面需要被相互連接，從而建立在不同襯底表面上的元件之間的電通信。
現有的器件形成有延伸穿過襯底的套管或通路。在多襯底器件中，通路延伸穿過至少 一個襯底從而將該襯底的 一個表面互連至另 一村底的表面。套管或通路設置有導電層，以建立在互連的襯底側面之間的電連接。以這樣的方式，在同一襯底的兩個表面上，或者在不同襯底的表面上的電元件和電路之間建立電連接。
就現有器件來說，可通過給表面播種導電材料來電鍍通路。在電解過程期間，通過形成在種子式顆粒和電鍍材料之間的粘接，對通路的表面進行電鍍。
在其他器件中，使用粘合劑，通路可設置有導電材料層。在這些器件中，在通路和導電材料之間的粘合本質上是機械的。
特定材料，在下文中稱為電壓可切換電介質材料，已用于現有器件以提供過電壓保護。此類材料的電阻特性調整例如來自閃電、靜態放電、或能量巨涌的電壓沖擊。電壓可切換電介質材料被包含在諸如印刷電路板的一些器件中。在這些器件中，電壓可切換電介質材料被插入在導電元件和襯底之間以提供過電壓保護。
美國專利No. 6, 797， 145(特此通過引用的方式全文納入本說明書)描述了以一種技術，其以使VSD材料能夠用于電鍍導電元件的方式在載流結構內實施VSD材料。此類電鍍技術也可使器件能夠具有一些處理ESD事件的能力。
圖1A~圖1G示出根據本發明一實施方案使用光敏VSD材料的電鍍過程；
圖2A~圖2G示出根據本發明的另一實施方案，針對圖1A~圖1G的實施方案所描述的電鍍過程的變體；
圖3A 圖3D示出根據一個或多個實施方案，依據預定圖案引導到VSD層的選擇部分上的高聚焦光的使用。
圖4示出在根據本發明的一實施方案的一個系統，該系統用于執行將聚焦光施加到VSD材料層上，以便能夠在電解(或金屬沉積)過程期間在其上形成導電元件的圖案的構造。
圖5示出一個實施方案，其根據本發明一實施方案，利用光和承受電解過程的襯底上VSD材料的組合，以便形成一個或多個導電通路。
圖6示出根據本發明的一實施方案的襯底的截面，該襯底承受多個電鍍或金屬沉積過程，包括使用VSD材料的下層的初始過程。
圖7示出用于與在此所描述的一個或多個實施方案一起使用的控制系統。
具體實施例方式
在此所述的實施方案規定對襯底進行電鍍以具有使用光敏電壓可切換電介質(VSD)材料的電元件和跡線。具體地，實施方案規定沉積一光敏VSD材料層，然后通過使用光和施加電壓的組合將所述VSD材料切換成導電狀態來進行電鍍過程。
根據一實施方案，在正在被電鍍或者承受電鍍或金屬加工過程的村底、器件或組分元件的表面上提供一 VSD材料層。包含所述層的VSD材料能夠在施加超過闊值電水平的能量時從介電狀態切換到導電狀態。具體地，可將超過閾值電水平的電壓施加到VSD材料層，以便將VSD材料切換成導電狀態。 一個或多個實施方案提供規定如下，VSD材料包含散布、混合或溶解在基體或粘合劑組成分中的光敏顆粒或組分，它們通過產生電子-空穴對而對光進行響應。通過產生電子-空穴對，活化能可被降低，以便使用電子將在電鍍溶液中的金屬陽離子(例如，Cu")還原成金屬。此類顆粒可散布在VSD材料中(例如作為聚合物粘合劑的一部分)，使得光可將光被施加至VSD材料，從而來降低將VSD材料切換成導電狀態所需的閾值電壓電水平。 一旦處于導電狀態，VSD材料層的曝光部分可被用于與包含在溶液或介質中的導電元件粘接合，所述溶液或介質被施加到在其上提供設有VSD材料的表面。
在此所述的一些實施方案包括但不限于如下益處，即，能夠使電鍍技術減少在傳統電鍍過程中另外執行的一個或多個步驟。另外，使用VSD材料層便于將VSD材料集成為保護特征，其保護襯底的元件免受靜電放電(ESD)和其他電學事件所擾。諸如在此所描述的實施方案可用于電鍍印刷電路板(PCB)、顯示器件和底板、集成電路器件和封裝、半導體元件和器件、以及其他襯底器件。實施方案也可用于在柔性襯底上形成導電材料，所述柔性襯底例如由聚酰亞胺形成。更進一步，實施方案可在器件或其部分上提供導電或載流元件或構造，所述部分包括外殼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諸如手持電子器件和供器件使用的模塊封裝。
VSD材料通常指呈現以下特性的材料(i)在缺少某一閾值電壓或能量時作為電介質；(ii)當施加超過閾值電壓/能量水平的電壓或能源時變得導電。所述閾值電壓/能量水平可因不同類型的VSD材料而變化，但是閾值電壓/能量水平通常超過電子器件的正常工作電壓。例如，在施加電鍍時，VSD材料的閾值電壓水平可能超過50V,并且處于50 ~IOOOV或更大的范圍。這種切換特性的結果是，VSD材料經常用于提供瞬態電連接，其能夠免受瞬態電學事件，最顯著的是靜電放電(ESD)。
而且，根據一個或多個實施方案，VSD材料具有其成分均勻的特性，同時呈現出如上所述的電學特性。在此實施方案中，所述VSD材成。
根據一實施方案，使用一包括具有光敏顆粒的VSD材料層的襯底進行電鍍過程。通過部分利用由將光引導到所述層和VSD材料上所產生的電壓來將VSD材料從介電狀態切換成導電狀態，可將導電元件的圖案形成在襯底上。
在另一實施方案中，包括VSD材料層的層被浸入或另行承受包含導電顆粒的介質。所述VSD材料層包括光敏顆粒，并且當施加超過指定閾值水平的能量時可被觸發而從介電狀態切換成導電狀態。聚焦光可根據指定圖案而施加到VSD材料層上。所述聚焦光可導致VSD材料的在指定圖案中標記的選擇部分被觸發為導電狀態，使得介質中的導電顆粒根據指定圖案接合到所述VSD材料。
更進一步， 一實施方案包括一種用于電鍍被設置在導電顆粒的介質中的襯底的系統。所述系統可包括光發射器和控制所述光發射器的邏輯電路。所述光發射器可將聚焦光束引導到襯底上。所述邏輯電路可耦合至或者設置有光發射器，所述光發射器被配置為控制提供光的位置。另外，所述邏輯電路可被配置為，利用對將在襯底上形成的導電層的預期圖案進行限定的圖案數據，將從光發射器中產生的光定位
在設置在襯底上的VSD材料層上。所述VSD材料可包括光敏顆粒，并 且也可當施加超過指定閾值水平的能量時被觸發而從介電狀態切換成 導電狀態。所述光發射器可被配置為引導光束以向VSD材料層的選擇 區域提供充足能量，該能量超過在這些選擇區域處的VSD材料的指定 能量閾值，從而導致在選擇區域處的VSD材料從介電狀態切換成導電 狀態。
更進一步，另一實施方案規定一個用于控制襯底器件的制造過程 的控制系統。所述控制系統可包括將數據傳送至制造過程的一個或多 個處理方法。所述數據可包括指導所述制造過程執行如下步驟的指令 或參數，所述步驟包括(i)提供包括形成有光敏顆粒的電壓可切換 電介質(VSD)材料的襯底；以及(ii)通過部分利用將光引導于襯底和 VSD材料上所形成的電壓將VSD材料從介電狀態切換成導電狀態，形 成載流元件的圖案。
光敏VSD材料
在此所述的實施方案規定一種包括使用VSD材料(更具體地，使 用光感受VSD材料)的電鍍技術。用于在此所述的實施方案的VSD材 料的實施例提供于美國專利申請No. 11/881, 896和美國專利申請 No.ll/829，951中，所述兩個申請都分別通過引用的方式全文納入本 說明書。正如所提及的，光感受VSD材料具有包括粘合劑和光感受的 分散顆粒的成分。具體而言，所述顆粒在吸收光時產生電子-空穴對。
根據一實施方案，所述VSD材料可由包括分散富勒烯的粘合劑形 成。富勒烯公知為良好的電子受體，并且該特性在有機光電器件的研 發中被充分利用。在一典型的有機光電器件中，富勒烯被分散到聚噢 吩中，并且被涂覆在一透明的陽極和一陰極之間。當投射時，光被聚 噻吩吸收，從而產生電子-空穴或者激子，并且所述激子擴散到聚合物 -富勒烯界面，所述富勒烯接收電子，從而分開所述電子-空穴對。在 此所述的實施方案將該特性用于通過將光吸收顆粒或材料(諸如富勒 烯或二氧化鈦)混合進電介質聚合物中以產生光感受VSD材料(可選地 可添加金屬或半導體顆粒)來進行電鍍。光吸收材料的實施例，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，諸
如銅銦鎵硒(CIGS)和硅顆粒。正如對下面提供的實施方案所描述的， 在電鍍期間，所述VSD材料可采用特定電壓和電流進行脈動，并且也 同時采用光進行脈動，以增強村底表面的導電性從而更加有效地電鍍。 也可使用有機半導體以增大吸收光、產生激子以及傳遞電子和空穴的 效率。有機半導體的實施例包括但不限于聚噻吩、聚(3，4-乙烯二 氧噻吩)/聚(苯乙烯磺酸鹽)(PED0T/PSS)、齊聚物聚噻酚、聚芳基 胺、聚伸苯基乙烯、聚乙烯基萘、聚硅烷和聚苯胺。有機半導體分子 可被功能化從而與粘合劑材料反應，例如，咔唑(carbezole)或萘可
采用胺功能化從而與環氧基體反應。
存在許多其他的光敏顆粒和材料的實施例，用于包含在VSD材料
的基體的粘合劑中，從而能夠使VSD材料變得光敏或者對光響應。在 一實施方案中，二氧化鈦顆粒被分散在VSD材料的粘合劑中作為光敏 顆粒。可替代的變體可以使用例如氧化鋅或氧化鈰作為光敏顆粒，或 者作為替代物以便添加至其他光敏的顆粒或材料(舉例而言，例如富 勒烯或二氧化鈦)。
在此所描述的實施方案規定將光接受VSD材料的使用作為電鍍過 程的一部分。例如，富勒烯或其他的光感受顆粒可被均勻分散在粘合
劑或基體中。襯底iio可以是平面的或非平面的。
來自光施加的電壓增加
圖1A 圖1G根據本發明一實施方案示出使用光敏VSD材料的電 鍍過程。特別地，諸如對圖U 圖1G所述的實施方案規定在VSD材 料層上形成電元件，所述VSD材料層被設置在襯底上或制造中的電器 件或元件的其他厚度上。
諸如由圖U 圖1G的實施方案所描述的過程示出如下過程，在 該過程中VSD材料的電特性用于根據一預定圖案顯影導電(或載流)材 料。具體地，圖1A 圖1G的實施方案規定用光來提供導致將VSD材 料層切換成導電狀態的附加能量組成。在導電狀態中，所述VSD材料 能夠接收從電解或金屬沉積過程沉積的導電物質。
在圖1A中，選擇VSD材料112并且將其作為一層設置在導電層108上從而形成襯底110或其他用于電鍍的厚度。導電層108可被提 供作為，例如，金屬板格柵或金屬絲網。其他的實施方案可省略導電 層108，或者將其規定為非導電的(諸如背襯)。正如對其他實施方案 所提及的，所選擇的成分可以是光敏的，諸如通過包括光敏顆粒而成 為光敏的。除了為光敏的， 一實施方案還規定，VSD材料112可被選 擇或配置為具有特定電特性。所述特性包括能量的特征測度，該能量 在被施加至已知數量的VSD材料時導致VSD材料從介電狀態切換到導 電狀態。在一些申請中，所述特征測度可以已知的實驗得出的閾值或 者特征電壓的形式構建，即，所述閾值或特征電壓當在具體環境中被 施加至VSD材料層時導致將VSD材料層的一些或全部切換到導電狀態。 在此所描述的實施方案認識到，為了進行電鍍，整個VSD層中僅僅表 面深度需要被制造為導電。正如將被描述的，當承受電解過程時，所 述襯底和/或VSD材料層112可被施加以小于使VSD材料的一些或全部 導電所預期的閾值電壓水平的電壓。另外，可根據針對具體應用的尺 寸、形狀、成分和特性(例如，襯底器件的類型)來形成包括VSD層 112的襯底110。
在選擇或配置VSD材料時可考慮的其他電特性包括漏電流(或截 止狀態阻抗)，正如通過以采用正在描述的過程進行制造的器件或元件 的完整的和運行的形式而對VSD材料進行集成所確定的。具體地，實 施方案規定， 一旦在電解過程中使用VSD材料112， VSD材料層112 就在器件或元件的壽命期間保留在進行構造或制造的器件/元件上。所 述VSD材料的內在特性可使得VSD材料能夠保護設置于或設置有所述 器件或元件的電元件和組件免受ESD及其他的電學事件所擾。由于該 緣故，所述襯底器件的組件和元件的運行條件可被要求為容忍漏電流， 該漏電流緣于包含特定類型的VSD材料層。
圖1B中，非導電層120沉積在組合襯底上。舉例而言，非導電層 120可由諸如光致抗蝕劑層的光可成像材料形成。在一實施方式中， 非導電層120由干膜抗蝕劑形成。
在圖1C中，非導電層120被圖案化形成在組合襯底110上。在一 實施方案中，掩模被施加于非導電層120上。所述掩模可用于穿過正 性光致抗蝕劑而膝光VSD材料112的部分。在襯底110上的VSD材料112的曝光區域的圖案可對應于在其中載流元件將被隨后形成在襯底 上的圖案。
用于VSD材料的選擇成分可具有相關特征閾值電壓水平，該閾值 電壓水平可以在特定組分作為給定厚度的層應用于正在承受電解過程 的襯底或其他表面之時針對該特定組分而實驗確定。所述閾值電壓水 平可相當于例如在被浸入電解槽內時使整個厚度或重要部分導電而獲 知的電壓水平。該電壓水平可被稱為閾值電壓水平VT。在圖1D的過 程步驟中，電壓VS被施加至VSD材料。所施加的電壓VS可正好小于 閾值電壓VT,從而當其被施加時，不將VSD材料層的任何部分切換成 導通
VT > VS (1) 因此，電壓VS本身且自行的施加并不導致VSD材料切換成導電狀態。
正如所提及的，VSD材料包括光敏組分。在圖1E的步驟中，在存 在施加電壓VS的同時，光122被投射或引導至組合襯底。由光敏VSD 材料所引起的能量產生于VSD材料層112的表面。所影響到的VSD材 料的厚度可例如僅以埃米或納米為厚度的測量單位。由引導光122所 影響的VSD的厚度可稱為"表面厚度"。從光施加至曝露的表面厚度的 能量的結果是閾值電壓水平減小。對于在膝露的表面厚度(i)中的給 定量的VSD材料，在存在光122所施加的能量時接通所述量的VSD材 料所需的閾值電壓(VT( i ))可以是
VT( i )< VS< VT (2)
換言之， 一實施方案規定，光122的施加用于將VSD材料層的表 面的增加部分接通。考慮到所影響的面積和厚度的尺寸和/或所使用的 光的類型和光強，VSD材料的不同組分可由VSD材料的相同或不同的 單元化(或標準化)表面量所確定。
因此，將光122投射或引導到襯底上，就將VSD材料的選擇表面 厚度部分從介電狀態切換成導電狀態，并且所述選擇表面部分可匹配 將作為整體形成在襯底上的導體層的期望圖案。
圖1E和圖1F示出，在光122被投射到組合襯底110上的同時， 組合襯底IIO承受電解過程，使得在進行電解或金屬沉積過程的持續時間的至少一部分期間，VSD材料的選擇表面部分處于導電狀態。所 述電解過程可相當于將襯底110浸入在溶液中，然后產生必要的電 壓(使用投射光122和施加電壓)以將VSD材料層的選擇表面部分切換 成導電狀態。
所引導的光122可源于許多光源中的任一種。例如，所述光可由 高能燈提供，或者可替代性地通過使用激光器提供。部分地根據光122 的能量以及使用的VSD材料的類型，光122可使施加電壓VS能夠處于 閾值電壓水平的10~50%之間，所述閾值電壓水平為在不存在來自光 的另外的能量時將VSD材料的整個厚度接通所需的電壓水平。
對于如上所述的實施方案，實施方案便于形成通過光脈動而觸發 的導電層。光脈沖能夠控制給定的執行電鍍的持續時間。進而，使用 光122以將VSD材料層的選擇表面部分接通，較之利用施加到整個厚 度的施加電壓完成上述目的，相對更容易。
所述電解過程可用于形成層130,層130包括沉積在圖案化非導 電層120的形成物之間的栽流或導電元件135。在一實施方案中，電 鍍過程將導電元件沉積在襯底110上、沉積在通過掩膜并去除光致抗 蝕劑而曝露出來的間隙114中。因此，所述光致抗蝕劑可用于在接下 來的電解過程中形成導電層130的圖案。
實施方案確認，VSD材料112層可能僅相關于形成種子層，載流 元件135形成于該種子層。具體而言， 一旦導電元件接合至VSD材料 112的選擇表面區域(如圖案所示)，所接合的導電元件提供導電表面， 在該導電表面上接合有來自電解介質的其他導電元件。同樣地， 一個 或多個實施方案規定，僅在形成種子層所需的持續時間期間，將所述 VSD材料切換成導電狀態。然后可繼續進行所述電鍍過程，而不考慮 所述VSD材料是否導電。作為另一種變體，可共同執行另一電鍍過程， 而無需將所述VSD材料切換成導電狀態。
一個或多個實施方案包括但不限于如下優點，即，能夠在一表面 上執行電鍍過程，而無需通過單獨或獨立的過程形成種子層。例如， 許多傳統方法使用單獨的真空金屬沉積過程在承受電鍍的表面上沉積 種子層。與此類傳統方法形成對照，在本申請中圖1A 1G以及其他處 所描述的實施方案能夠進行一個或多個電鍍過程來提供種子層和接下來的在襯底或表面上形成導電元件的電鍍厚度。
在圖1G中，有必要將非導電層120從襯底110去除。在非導電層 120是光致抗蝕劑的實施方案中，使用剝離溶液(諸如鉀基)將所述光 致抗蝕劑從襯底110的表面剝離。
在制成導電層130之后(不論是否去除非導電層)，實施方案規定， 所述襯底和/或導電層可承受后處理步驟，舉例而言，例如拋光或粗糙 加工。許多此類后處理步驟可根據在此所述的實施方案進行。
通路構造
在此所述的實施方案可規定通路的構造，所述通路可擴展正在被 電鍍的器件或元件的表面之間的導電性。通常，通路被提供作為延伸 進襯底厚度的導電孔，從而從第一導電平面或表面延伸至另一導電平 面或表面。
關于圖1A-圖1G的實施方案，通路140可被電鍍為橫貫所述襯 底的栽流元件。在一實施方案中，用于通路的孔142可被鉆出或以其 他方式形成在襯底110中，從而延伸穿過導電層108和VSD材料112 層(參見圖1C)。在圖1D的步驟中，施加電壓VS可被施加至整個VSD 材料112層，包括具有孔142的厚度。在圖1E的步驟中，在電解過程 期間，光被引導穿過孔142，以便將形成通路壁的VSD材料112的部 分切換成導電狀態。當浸入在例如電解液中時，導電元件可接合到孔 142的壁，并且提供在孔內的連續路徑，以形成通路140(見圖1F和圖 1G)。
也設計其他技術用于使用VSD材料和光的組合形成通路。在一實 施方案中，諸如圖4的實施方案所描述的技術可用于形成圖1G和圖 1H的通路140。
利用光降低閾值電壓水平
圖2A~圖2G根據本發明的另一實施方案示出對圖U~圖1G的實 施方案所描述的電鍍過程的變體。具體地，圖2A 圖2G的實施方案 規定利用光降低切換VSD材料的選擇表面區域所需要的整體閾值電壓。如同之前的實施方案， 一實施方案規定，在圖2A的步驟中，選擇 光敏VSD材料212用作襯底210的一部分。所述光敏VSD材料可基于 以下特征進行選擇，所述特征包括當被施加或以其他方式使用在一具 體電鍍應用中時其公知的閾值電壓水平。更進一步，其他的電學特性 (例如，截止狀態阻抗)也可被考慮用于既定的電鍍或金屬沉積過程。 所述閾值電壓水平可確定可被施加至VSD材料的厚度而并不將整個厚 度切換成導電狀態的電壓VS的水平。所述襯底210還可包括導電層 208。其他的實施方案可省略導電層208，或者將其提供為非導電(諸 如背襯)。
在圖2B中，非導電層220形成在組合襯底210上。然后在圖2C 中，例如使用掩膜對所述非導電層進行圖案化，所述掩膜曝光襯底110 上的VSD材料212的表面區域。所形成的曝光圖案對應于將沉積導電 元件的區域。
在圖2D中，光222被引導或者投射到組合襯底上，包括VSD材料 的曝光部分上。光222可由例如高能燈或者激光器提供。光222產生 影響VSD材料212層的表面厚度的給定區域的能量增量。
在圖2E和2F中，從另一源施加電壓VS,同時組合襯底210承受 電解過程(例如，組合襯底210被浸入在電解槽內)。通常，施加電壓 VS的持續時間很短(例如，小于一秒)，并且同樣地，圖2E和圖2F所 示出的步驟可幾乎同時進行。如果給定了將VSD材料212的整個厚度 接通所需的閾值電壓水平，那么所施加的電壓VS可被設定為小于所述 閾值電壓VT。但是對于VSD材料層的接收光222的表面厚度的給定測 量(i)，閾值電壓水平(VTi)被超出。這意味著，施加VS時，VSD材料 層212的選擇表面區域切換成導電狀態。以這樣的方式，使用光來提 供VL充當能夠降低所述施加電壓VS的先行，所述電壓VS否則將需要 在VSD材料212的特定表面區域處超過閾值電壓水平VT。
在一實施方案中，VSD材料212層僅用于形成用于導電元件235 的種子層。 一旦電元件在導電狀態下接合至VSD材料，則所接合的電 元件在電解介質中為接下來的元件提供接觸表面。同樣地， 一旦所述 種子層形成，將VSD材料212保持處于導電狀態的需要就可降低或消 除。在圖2G中，有必要將非導電層220從襯底去除。在非導電層220 是光致抗蝕劑的實施方案中，使用諸如鉀基(KOH)的基礎溶液將所述光 致抗蝕劑從襯底110的表面剝離。而其他的實施方案仍然可使用水來 剝離所述光致抗蝕層。
作為制成步驟， 一個或多個實施方案規定，所形成的導電層230 和/或襯底210進一步承受另外的處理步驟，諸如拋光或粗糙加工。可 以執行多種處理。
正如之前的實施方案所描述的， 一個或多個通路(未在圖2A 圖 2G中示出)可形成為延伸穿過組合襯底和VSD材料的孔。在如上所述 的實施方案中，在正在進行電解過程的同時，光可被引導進襯底210 的孔中，以便電鍍將形成通路的所述孔的表壁內部。在另一實施方案 中，可采取圖4的實施方案所描述的方式，根據電鍍過程的執行效果 使用激光器。
光的使用包括但不限于如下優點，其能夠顯著降低將VSD材料接 通所需要的施加電壓VS的值。例如，結合光敏VSD材料使用光222能 夠將VSD材料接通所需的施加電壓VS的值降低10 ~ 50% 。
更進一步，諸如圖1A~圖1G和圖2A~圖2G所描述的實施方案提 供了多種優點，包括易于在針對襯底器件的電鍍過程中使用VSD材料， 并且簡化在電鍍過程中沉積種子層所采用的各步驟。
諸如上文所示和所迷的實施方案規定了非導電層的使用以對覆蓋 VSD層的導電層進行圖案化。由于非導電層用于限定襯底上的導電元 件的形狀和位置，所以如上所述的實施方案可不受限制地將光電壓施 加至VSD層，以便將所述層接通。
利用光在VSD材料層上形成種子層圖案
作為替代，圖3A 圖3D中的實施方案規定(諸如用激光器提供的) 高聚焦光的使用，所述高聚焦光根據一預定圖案引導至VSD層上的選 擇部分，以便在VSD層上形成對應的導電元件圖案。形成的導電元件 圖案提供種子層用于接下來電鍍和構造載流元件。以諸如下面所描述 的方式使用激光器(或者高聚焦光)，能夠使光在例如襯底器件(諸如印 刷電路板)上形成圖案化的種子層。因此，激光器可代替非導電層的應用和掩膜。
為了降低聚焦光源所需的能量需求， 一個或多個實施方案可結合
下列考慮(i)所述VSD材料可被構成或配置為要求低閾值電壓水平來 接通；(ii)所述VSD材料可被配置為最大化光敏性。此外，將VSD材 料的整個厚度接通所需的閾值電壓水平VT可以被精確獲知，使得所施 加的電壓VS被提供為充分接近于VT,從而使脈動光能夠向VSD材料 的期望選擇表面區域提供充足能量。
謹記所述考慮，在圖3A的步驟中，VSD材料312可被選擇和/或 制造為襯底310的組成部分。VSD材料312可在導電層308上設置成 諸如板、網狀物或格柵。可替代性地，VSD材料312可被提供作為整 個襯底，或者導電層308可替代非導電層。
在圖3B的步驟中，襯底310向電解介質320暴露，同時被施加以 來自外部源的電壓325。所施加的電壓325可小于將VSD材料312的 整個厚度切換成導電狀態所需的閾值水平VT，這樣所述施加電壓325 本身及自行均不將VSD材料的任何部分或區域接通。
與圖3C中的步驟同時或者在其之后，聚焦光322被選擇性引導， 并根據預定圖案引導至VSD材料層上。用于施加聚焦光322的預定圖 案可基于導電元件的種子層所用的期望圖案。聚焦光322向VSD材料 層的選擇區域的添加足以將那些選擇區域接通，同時維持VSD材料的 非選擇區域處于截止狀態。更具體而言，在接收到聚焦光322之處的 光斑處，所述VSD材料被變得導電，并且在電解介質320中所攜帶的 導電元件321接合至在那些區域處的VSD材料區域。
關于執行圖3C的步驟，激光(諸如氦氖激光)可被引導穿過電解液 (并且可選擇地半透明厚度)，并且被移動或選擇性地定位以形成期望 圖案。諸如參考圖4的實施方案所描述的系統可被用于定位所述激光。
在圖3D中示出帶有電元件335的制成或半制成的襯底器件。在形 成之后，可執行諸如將導電層拋光或粗糙加工的多個可能的步驟。
圖4根據本發明的一實施方案示出一種用于執行如下過程的系 統，該過程為，將聚焦光施加到VSD材料層上，以便能夠在電解(或金 屬沉積)過程期間形成將在其上形成的載流元件的圖案。系統400可包 括諸如激光器的聚焦光發射器410，其與邏輯電路412耦合或組合。邏輯電路412可設置有固件、軟件或硬件，這些與光發射器410集成， 或者單獨提供以及耦合。光發射器410可包括能夠使確定所產生光束 的位置的頭部或其他部件移動的機械裝置或部件。
根據一實施方案，VSD材料422可被設置為襯底430的表面厚度。 襯底430中的一些或全部可設置在電解介質中。電解介質440可包括 電解液442,該電解液含有將被沉積在VSD材料422的表面上的導電 顆粒441。在一實施方式中，襯底430可^皮浸入在電解液442內，佳_ 得VSD材料422朝向電解液的表面。在另一實施方式中，襯底430可 被定位在電解液442內，使得半透明厚度444 (舉例而言，例如玻璃) 可朝向VSD材料422層。
光發射器410可在邏輯電路412的控制下將光引導于被邏輯電路 412控制的圖案內。初始地，從光發射器410發射的聚焦光421可接 觸包括位置X的VSD材料422層的區域。根據期望圖案，聚焦光421 可從初始位置X開始，沿VSD材料422層所限定的平面或表面在任何 方向上移動。替代性地，聚焦光421可在不連續位置脈動，所述不連 續位置集體形成由圖案所限定的路徑或路線。
在控制光發射器410的過程中，邏輯電路412可使用圖案數據427 和空間變換數據429,所述圖案數據427限定在襯底430上的導電元 件的期望圖案。空間變換數據429將光發射器410的單個的發射位置 映射至襯底430的表面上的對應坐標。在將發射位置映射至襯底430 的坐標/位置的過程中，邏輯電路412采納如下因子，即，包括因穿過 電解液442的介質的聚焦光而出現的彎曲值或衍射值，以及可選擇地 包括半透明厚度444 (取決于村底的朝向)。
諸如圖3A 圖3D所描述的實施方案可用于在承受電鍍或金屬沉 積過程的表面上形成導電種子層的一些或全部以供使用。例如，在一 實施方案中，印刷電路板可具有多條通過如上所述的過程形成的導電 元件跡線。在形成之后，電解過程可繼續(或單獨完成)，以由形成的 跡線形成導電路徑和元件。
用于通路構造的技術
關于在此所述的任何一個實施方案，通過使用光也可完成一個或多個通路(例如，圖IF的通路140)的形成。具體地，圖5的實施方案 根據本發明的一實施方案示出使用光和承受電解過程的襯底的VSD材 料以便形成一個或多個導電通路。為了示出執行步驟或子步驟的合適 元件，參考了圖1A~圖1G的實施方案。
在步驟510中，單個通路的位置被標記在包括形成在導電厚度108 的VSD材料層的襯底110上。所述位置可以例如基于用于提供接地特 征或在襯底的導電平面(例如頂面和底面)之間互連的期望位置來標 記。
在步驟520中，襯底IIO被浸入或以另外的方式承受電解介質， 該步驟例如被提供作為圖1D(施加電壓)和圖1E(施加光)所描述的電 解過程的一部分。
步驟530規定，(發射激光束)激光器用于在步驟510所標記的位 置處鉆孔，同時襯底110被浸入或設置在電解介質中。包括使用激光 器的步驟530的實施，可附加于例如光122的使用以在襯底110的表 面上形成導電元件。因此，例如，在一實施方式中，電壓VS被施加至 VSD材料112層，并且使用高能燈電鍍襯底110的表面。當襯底110 -故浸入并且施加電壓VS時，所述一個或多個'激光束可凈皮施加至標記位 置，導致形成孔并且接合從電解液沉積的導電元件。
更進一步，實施方案確認，充足能量的激光束可提供必要的能量 水平，從而將提供限定通路140壁的VSD材料層的表面厚度(延伸進 VSD材料112層)切換成導電狀態，而不施加電壓VS。具體而言，將孔 鉆進村底110的動作可導致圍繞孔(沿深度方向延伸進VSD材料層)的 VSD材料112導電(至少在表面上存在激光束的同時)。因此，作為替 代方案，在襯底被浸在電解介質中的同時，但在施加電壓VS之前或之 后(如果所述電壓均勻施加)，可利用高能激光束鉆孔。
可與圖5的實施方案一起使用的激光器的實施例包括氦氖激光 器。根據一實施方案，用于形成諸如圖5所描述的通路的方法可使用 圖4實施方案所描述的裝置進行，該裝置包括光發射器410和用于確 定將設置通孔的位置的邏輯電路。
盡管諸如所述的實施方案規定發射的激光穿過襯底，然而一個或 多個實施方案也規定，在施加激光或光束之前，所述孔可或沿深度方向或徑向地被至少局部地預制。 附加應用
實施方案確認，當將種子層電鍍到承受電鍍或金屬沉積過程的襯
底上時，在電鍍或金屬沉積過程中使用VSD材料可能最為有用。具體 而言， 一旦在VSD材料區域上形成導電元件的初始涂層，接著的導電 元件就彼此涂覆，而非涂覆所述VSD材料。
圖6根據本發明一實施方案示出襯底的截面，該襯底承受多個電 鍍或金屬沉積過程，該過程包括使用VSD材料覆蓋層的初始過程。具 體地，襯底610的一部分包括導電層608、 VSD材料612層、種子層 622、以及一個或多個金屬層632。種子層622可根據在此所描述的任 一實施方案形成。 一旦形成種子層622，可使用同一過程或接下來的 過程形成另外的金屬層632。在一實施方案中，在其他過程中形成另 外的金屬層，因此能夠實現導電元件的非同質層。
在一實施方案中，例如，預先形成的襯底或厚度可被制造為包括 用于在電鍍過程中使用的VSD材料。所述預先形成的襯底可用于諸如 圖1A 圖1G、圖2A 圖2G或圖3A 圖3D (或者在本申請他處)的實 施方案所描述的過程中，以便通過電鍍過程(如所描述的)制造種子層。 所述導電元件可以或者通過接下來的連續電鍍，或者正如圖6的實施 方案所示的通過附加的和接下來的電鍍步驟而形成。
控制系統
圖7示出用于與在此所描述的一個或多個實施方案一起使用的控 制系統。具體地，諸如在此所描述的實施方案可通過如下系統實施，
的執行物理任務的機器的組合。由工具和機器組成的此類系統可由控 制計算機所控制。
在圖7所示的實施方案中，控制系統710控制制造過程720。制 造過程720包括使用工具和材料(包括VSD材料和用于非導電層的材 料)，用于執行圖1A~圖1G、圖2A~圖2G或圖3A~圖3D的實施方案 中所示出的步驟中的任何一個。在一實施方案中，控制系統710提供不同類型的數據給用于制作或制造襯底器件的制造過程720,以控制 或配置一個或多個步驟或者所述制造過程的一部分。在一實施方案中， 控制系統710發送與施加電壓VS的必要電壓水平相對應的數據(VS數 據712)、用以控制光源的定時和持續時間的數據("光源數據714")、 用于控制光源的亮度或能量水平的數據("脈沖時間716")以及如下 數據，該數據識別非導電層的圖案、導電圖案、和/或在形成期間光被 投射或者引導至襯底上所處的圖案(與圖3A~圖3D的實施方案相一致) 中的任意一個或多個。在其他的實施方案中，控制系統710可發送其 他形式的數據至制造過程720。例如，關于圖3A~圖3D的實施方案， 所述數據可識別將通過施加光而形成的期望的種子層圖案。
正如在本申請其他處所提及的， 一個或多個實施方案規定VSD材 料的選擇以用于制作過程。所述VSD材料的選擇可包括在諸多環境的 任何一種中，諸如在用于電解過程的電解液的環境中，識別將所述VSD 材料層接通所需的閾值電壓水平VT。控制系統710可根據諸多標準中 的任一種選擇VSD材料，所述標準包括所需的閾值電壓水平，以及可 能包括當襯底制造完成時可接下來使用VSD材料層或者被VSD材料層 影響的組分的容限水平。
在選擇VSD材料時，控制系統710可包括與存儲器源734通信從 而提取并處理VSD材料信息735的處理源732。 VSD材料信息735可包 括通過類型或成分識別VSD材料的數據，以及諸如材料特征電壓水平 和漏/截止狀態阻抗的特性。將意識到的是，可存在多種類型的VSD材 料，其帶有特定類型的VSD材料的不同濃度等級，以及不同種類的光 感受顆粒(諸如不同種類的富勒烯)。存儲器源734可維持所述信息， 并且能夠使處理源732確定不同的數據，所述不同的數據會影響VSD 材料將被制造過程720使用的方式。這一制造過程可例如包括，選擇 或指定VSD材料的厚度(或者替換性地確定閾值電壓水平VT)，確定是 否應該使用不止一種類型的VSD材料，在初始化電鍍之前識別VSD材 料層的位置，確定用于VS的電壓和/或將被提供以光的能量值，以及 其他的信息，例如對于在將施加以電壓VS和/或將施加以VS和光的組 合的時間的脈沖長度。
關于控制系統710的指令、數據和內部運行， 一個或多個實施方案規定，數據、指令等的任何一個可存儲在任何形式的計算機可讀介 質上。計算機可讀介質的實施例包括永久性存儲器，諸如個人電腦或 服務器上的硬盤驅動器。計算機存儲介質的其他實施例包括便攜式存
儲器件，諸如CD或DVD、閃存(諸如在許多蜂窩電話和個人數字助理 (PDA)上所攜帶的)以及磁存儲器。計算機、終端、網絡啟動設備(例 如，諸如蜂窩電話的移動設備)為使用處理器、存儲器和存儲在計算機 可讀介質上的指令的機器和器件的所有實施例。
替代性的實施方案
盡管在此所提供的多個實施方案描述了使用施加到導電層(諸如 板、網狀物或格柵)的VSD材料來形成襯底，但是一個或多個實施方案 進一步規定，在不需要導電層的情況下，可根據在此所述的任一個實 施方案形成和使用VSD材料層。在一實施方案中，所述襯底(例如，圖 1A的襯底110)可包括單個VSD材料層。單個VSD材料層可承受諸如所 描述的過程從而能夠在其上形成導電元件。VSD材料層可包括充分剛 性或耐用而能夠固定到一期望環境的組分。在另一實施方案中，所述 襯底可包括VSD材料層，其固定到非導電的背襯層，從而提供到VSD 材料層的機械集成。
關于在此所描述的任一個實施方案， 一個或多個實施方案規定用 于對包括VSD材料的襯底或厚度的熱處理的附加步驟。所述熱處理可 改進沉積金屬和/或VSD材料中的一種或多種的特性，包括電特性。加 熱也可便于干化所述厚度，提高電鍍中形成的不同層的粘合，降低來 自電鍍過程的應力，并且退火由電鍍形成的金屬跡線。加熱量可以是 巨大的，但不應超過導致VSD材料老化的量。
結論
盡管已參照附圖詳細描述了根據本發明的示意性實施方案，但是 可以理解的是，本發明不限于那些明確的實施方案。同樣地，許多修 改和變化對于本領域的普通技術人員將顯而易見。因此，本發明的范 圍意在由下文權利要求及其等價權利要求所限定。而且，預期的是， 作為實施方案或單獨或局部描述的具體特征可以與其他單獨描述的特征或其他實施方案的各部分相組合，即使其他特征和實施方案并未提 及所述具體特征亦是如此。因此，描述組合的省略，但并不應排除發 明人對此類組合享有的權利。
權利要求
1.一種用于電鍍的方法，所述方法包括在包括光敏電壓可切換電介質(VSD)材料的厚度上，通過部分利用將光引導到具有VSD材料的一部分的該厚度上所產生的能量將VSD材料的至少該部分從介電狀態切換成導電狀態，形成導電元件的圖案。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中由VSD材料的至少一部分形 成導電元件的圖案，包括將所述VSD材料的表面厚度的至少一部分切 換成導電狀態，并且使包括VSD材料的厚度受電解介質作用。
3. 根據權利要求2所述的方法，其中切換所述表面厚度的該至少 一部分包括切換所述表面厚度的選擇部分，從而至少局部地限定將在 所述厚度上形成的種子層。
4. 根據權利要求1所述的方法，其中切換限定所述種子層的選擇 部分包括，切換所述選擇部分使之符合接下來將形成的導電元件的圖 案。
5. 根據權利要求1所述的方法，其中形成導電元件的圖案包括 (i )在所述VSD材料上形成非導電材料層，以及(ii)通過去除所述非 導電層的部分以暴露VSD材料，從而形成所述圖案。
6. 根據權利要求5所述的方法，其中形成導電元件的圖案包括， 將包含VSD材料的襯底承受電解過程。
7. 根據權利要求1所述的方法，進一步包括形成包括VSD材料的 襯底，該VSD材料包含(i )富勒烯、(ii) 二氧化鈦、(iii)氧化鋅、或(iv) 二氧化鈰中的一種或多種。
8. 根據權利要求3所述的方法，其中形成導電元件的圖案包括， 將來自另一電壓源的電壓施加到所述襯底，來自所述電壓源的電壓小 于將所述VSD材料切換成導電狀態所需的閾值電壓水平，然后在電解 過程期間將所述光引導至VSD材料的表面上。
9. 根據權利要求8所述的方法，其中將所述光引導至VSD材料的 表面上包括，使用高能光束在受控持續時間內對所述光進行脈動，其 中對所述光進行脈動所產生的能量與來自其他源的電壓相結合，以導 致將所述VSD材料切換成導電狀態。
10. 根據權利要求6所述的方法，其中形成導電元件的圖案包括(i )將光引導至襯底上以產生跨越VSD材料層的電壓，然后在由光產 生的電壓存在的同時，(ii)在電解過程期間從一電壓源施加電壓，其 中來自所述電壓源的電壓小于將VSD材料切換成導電狀態所需的閾值 電壓水平，只是在與存在于跨越VSD材料的表面的光結合時將所述VSD 材料的表面厚度切換成導電狀態。
11. 根據權利要求1所述的方法，進一步包括在形成導電元件的 圖案之后，加熱所述厚度。
12. —種通過包括以下步驟的過程形成的襯底器件 提供一襯底，該襯底包括形成有光敏組分的電壓可切換電介質(VSD)材料；部分利用通過將光投射到襯底上而產生的電壓將VSD材料的至少 一部分從介電狀態切換成導電狀態，形成導電元件的圖案。
13. —種用于電鍍的方法，所述方法包括使包括電壓可切換電介質(VSD)材料層的厚度受包含導電顆粒的 介質作用，所述VSD材料層包含光敏組分，并且在施加超過指定閾值 水平的能量時可被觸發從介電狀態切換成導電狀態；以及根據指定圖案將聚焦光引導至所述VSD材料層上，所述聚焦光導 致所述VSD材料的以所述指定圖案識別的選擇部分被觸發成導電狀 態，使得在介質中的導電顆粒根據所述指定圖案接合至所述VSD材料。
14. 根據權利要求13所述的方法，其中引導聚焦光包括將激光引 導至所述VSD材料的表面上。
15. 根據權利要求13所述的方法，其中引導聚焦光包括控制光發 射器以定位聚焦光束從而在期望位置處橫穿VSD材料層。
16. 根據權利要求15所述的方法，其中由于光束在期望位置處橫 穿VSD材料層時穿過所述介質，控制光發射器包括采用光束彎曲或衍 射因子。
17. 根據權利要求13所述的方法，其中進一步包括形成所述厚度 的VSD材料以使之包括選自(i)富勒烯、(ii)二氧化鈦、(iii)氧化鋅 以及(iv)二氧化鈰的顆粒。
18. —種用于對設置在導電顆粒介質中的襯底進行電鍍的系統，所 述系統包括光發射器，其引導聚焦光束；邏輯電路，其耦合到或者設置有被配置為控制提供光束所處的位 置的光發射器，其中所述邏輯電路被配置為，使用對將被形成在襯底 上的導電層的期望圖案進行限定的圖案數據，將從光發射器中產生的 光束在設置于襯底上的VSD材料層上進行定位；其中所述VSD材料包括光敏組分，并且在施加超過指定閾值水平 的能量時可被觸發而從介電狀態切換成導電狀態；其中光發射器被配置為，引導光束以提供充足能量至VSD材料層 的選擇表面區域，從而在這些選擇區域處超過VSD材料的指定能量閾 值，并且從而導致在選擇區域處的VSD材料從介電狀態切換成導電狀 態。
19. 根據權利要求18所述的系統，其中所述邏輯電路被進一步配 置為，使用空間變換數據定位從光發射器產生的光束，所述空間變換 數據包括說明穿過導電顆粒介質的光束的衍射或彎曲的一個或多個參 數。
20. 根據權利要求18所述的系統，其中所述光發射器是激光器。
21. —種用于控制村底器件的制造過程的控制系統，所述控制系統 包括一個或多個處理源，其將數據傳送至制造過程，所述數據包括用 于引導制造過程執行如下步驟的指令或參數，所述步驟包括提供包括形成有光敏組分的電壓可切換電介質(VSD)材料的襯底； 通過部分利用將光引導在襯底和VSD材料上所產生的電壓將所述 VSD材料從介電狀態切換成導電狀態，形成導電元件的圖案。
22. —種用于在襯底中形成通路的方法，所述方法包括 在襯底上形成VSD材料層，所述VSD材料包括在施加超過指定閾值水平的能量時可被觸發而從介電狀態切換成導電狀態的光敏組分；將所述襯底的至少一部分——包括VSD材料層——浸入包括導電 顆粒的介質；以及在所述襯底的該至少一部分被浸入的同時，施加光至襯底從而穿 過襯底中的孔，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，從而導致VSD材料的所述部分的能量水平超過指定閾值并且切換成導電狀態；其中在導電狀態時，來自所述介質的導電顆粒粘合至所述VSD材 料的限定孔的部分，從而形成通路。
23. 根據權利要求22所述的方法，其中施加光至所述襯底從而穿 過一個或多個孔包括，施加激光束至所述襯底以用于形成所述一個或 多個孔。
24. —種具有由如下過程形成的通路的襯底器件，所述過程包括如 下步驟在襯底上形成VSD材料層，所述VSD材料包括光敏組分，并且在 施加超過指定閾值水平的能量時，所述光敏組分可被觸發而從介電狀 態切換成導電狀態；將所述襯底的至少一部分——包括VSD材料層——浸入包括導電 顆粒的介質；以及在所述襯底的該至少一部分被浸入的同時，施加光至所述襯底， 從而穿過襯底中的孔，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，從而導致所述VSD材料的所述部分的能量水平超過指 定閾值并且切換成導電狀態；其中在導電狀態時，來自所述介質的導電顆粒接合至VSD材料的 限定所述孔的所述部分，從而形成通路。
25. —種用于在襯底中形成通路的系統，所述系統包括 光發射器，其可配置為將聚焦光束引導至所述襯底； 邏輯電路，其耦合到或者設置有被配置為控制提供光束所處的位置的光發射器，其中所述邏輯電路被配置為，將從光發射器產生的光 束定位在設置于襯底上的VSD材料層上、定位于與用于通路的期望位 置相對應的位置處；其中所述VSD材料包括光敏組分，并且在施加超過指定閾值水平 的能量時可被觸發從介電狀態切換成導電狀態；其中光發射器被配置為，引導光束從而向VSD材料層的形成或將 形成用于通路的孔的部分提供充足能量，使得在這些部分的VSD材料 超過指定能量閾值，并且從介電狀態切換成導電狀態。
全文摘要
使用包含電壓可切換電介質(VSD)材料的厚度的襯底進行電鍍過程，所述VSD材料具有被分散、混合或溶解在VSD材料的粘合劑中的光敏組分。通過部分利用將光引導至所述厚度和VSD材料所產生的電壓將VSD材料從介電狀態切換成導電狀態，導電元件的圖案可形成在襯底上。
文檔編號C25D5/10GK101595535SQ200780035255
公開日2009年12月2日 申請日期2007年9月24日 優先權日2006年9月24日
發明者L·科索斯基, R·弗萊明 申請人:肖克科技有限公司