用以制作具有金屬間化合物及相關電路板的多層電路板的方法
【專利摘要】一種方法是用于由電路板層制作多層電路板，每一電路板層包含電介質層及在其上包含第一金屬的導電跡線。所述方法包含：在第一電路板層中形成貫穿通孔；用所述第一金屬來鍍敷所述貫穿通孔；及將第二金屬涂覆到所述第一電路板層的所述第一金屬、所述經鍍敷貫穿通孔及所述第一金屬上。所述方法還包含：將所述第一電路板層與第二電路板層對準在一起，使得所述第一電路板層的所述經鍍敷貫穿通孔鄰近所述第二電路板層上的特征；及加熱并壓緊所述經對準第一電路板層與第二電路板層，以便將所述電介質層層壓在一起且形成所述第一金屬及所述第二金屬的金屬間化合物，從而將鄰近金屬部分接合在一起。
【專利說明】用以制作具有金屬間化合物及相關電路板的多層電路板的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及多層電路制作的領域，且更明確地說，涉及多層電路板及相關電路板的層壓。
【背景技術】
[0002]電子裝置可包含一個或一個以上電路板。典型電路板是機械地支撐電子組件的平面板。舉例來說，電子組件可包括電阻器、電容器、開關、電池及其它較復雜集成電路組件，即，微處理器。電路板通常包括電介質材料，舉例來說，聚合物材料。
[0003]電路板可包含用于將電子組件彼此連接的表面上的導電跡線。由于電子電路已變得較復雜，因此已開發具有至少兩個導電圖案層的多層電路板。通常，多層電路板的不同導電跡線層可經由垂直延伸的通孔而連接，所述通孔包括導電材料，舉例來說，金屬。
[0004]典型多層電路板可包括多個核心層，所述多個核心層之間具有將鄰近核心層貼附在一起的接合層。每一核心層通常包含電介質層，所述電介質層在所述電介質層的相對表面上具有導電圖案層。通常，在多層電路板的制造期間，核心層及接合層堆疊在一起且接著經加熱(經層壓)以致使接合層將鄰近核心層貼附在一起。
[0005]在多層電路板制造中，存在三種典型類別的通孔，即，貫穿通孔、埋入式通孔及盲通孔。簡單地說，貫穿通孔延伸穿過多層電路板的所有層而盲通孔在內部層中的一者處終止。另一方面，埋入式通孔連接兩個或兩個以上內部層而不提供到外部層的連接。在典型制作方法中，形成盲通孔可給一些鍍敷工藝提供一些技術障礙。明確地說，對于鍍敷技術，盲通孔的縱橫比可需要為相當寬的，舉例來說，I: I寬度與深度比。因此，當橫穿幾個層時，盲通孔可必然變大，此可不合意地消耗電路板有效面積。相比之下，貫穿通孔可形成有較合意縱橫比，舉例來說，I: 10寬度與深度比。
[0006]此外，在典型多層電路板方法中，制作工藝包含多個層壓步驟且是繁瑣的。實際上，個別電路板層通常順序地層壓在一起，借此因需要在每一順序層添加處進行對齊及對準以及多個耗時層壓步驟而添加工藝的實質成本。
[0007]舉例來說，頒予平井(Hirai)等人的第2008/0121416號美國專利申請案揭示多層電路制作方法。此方法使用具有貫穿通孔的單獨接合層來連接電路板層且使用多步驟接合方法。此外，頒予陳(Chan)等人的第6，995，322號美國專利揭示用于制作多層電路板的方法。如在典型方法中，此方法在幾個層壓步驟中形成完成多層電路板的幾個單獨部分。
【發明內容】
[0008]鑒于前述背景，因此本發明的目標是提供一種用于制作多層電路板的高效方法。
[0009]通過由多個電路板層制作多層電路板的方法來提供根據本發明的此及其它目標、特征及優點，每一電路板層包括電介質層及在其上包括第一金屬的導電跡線。此方法包括:在第一電路板層中形成貫穿通孔；用所述第一金屬來鍍敷所述貫穿通孔；將第二金屬涂覆到所述第一電路板層的所述第一金屬、所述經鍍敷貫穿通孔的所述第一金屬及第二電路板層的所述第一金屬上。所述方法還包含:將所述第一電路板層與所述第二電路板層對準，使得所述第一電路板層的所述經鍍敷貫穿通孔鄰近所述第二電路板層上的特征，例如經鍍敷貫穿通孔或跡線；及加熱并壓緊所述經對準第一電路板層與第二電路板層，以便將所述電介質層層壓在一起且形成所述第一金屬與所述第二金屬的金屬間化合物，從而將鄰近金屬部分接合在一起且界定所述多層電路板的電連接路徑，借此將所述貫穿通孔轉變為盲通孔或埋入式通孔。有利地，在一個步驟中，所述第一電路板層及所述第二電路板層可經層壓成具有較小直徑通孔。
[0010]更明確地說，所述方法可包括將所述第二金屬選擇為具有低于所述電介質層的層壓溫度的熔化溫度。此外，所述方法可包括將所述第一金屬選擇為具有大于所述電介質層的層壓溫度的熔化溫度。舉例來說，所述第一金屬可包括銅，且所述第二金屬可包括錫。
[0011]另一方面針對于一種多層電路板，所述多層電路板包含多個電路板層，每一電路板層包括電介質層及在其上包括第一金屬的導電跡線。所述多層電路板包含:所述多個電路板層中的在其中具有貫穿通孔的第一電路板層；及所述貫穿通孔中的包括所述第一金屬的鍍層。所述多個電路板層中的所述第一電路板層與第二電路板層相對地對準，使得所述第一電路板層的所述貫穿通孔鄰近所述第二電路板層上的特征且層壓在一起。所述多層電路板包含通過形成于所述第一金屬與第二金屬之間的金屬間化合物而結合在一起的所述導電跡線的鄰近部分。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是圖解說明根據本發明的方法的流程圖。
[0013]圖2A到2F是圖1的方法的步驟的示意性橫截面圖。
[0014]圖3是圖解說明根據本發明的金屬間結合化合物的實施例的熔點特性的相圖。
[0015]圖4是根據本發明的金屬間結合化合物的實施例的橫截面圖。
【具體實施方式】
[0016]現在將參考其中展示本發明的優選實施例的附圖在下文中更全面地描述本發明。然而，本發明可以許多不同形式體現且不應解釋為限于本文中所陳述的實施例。而是，提供這些實施例使得本發明將是透徹且完整的且將本發明的范圍完全傳達給所屬領域的技術人員。通篇中相似編號是指相似元件。
[0017]首先參考圖1到2F，現在參考流程圖10來描述根據本發明的制作多層電路板40的方法。(框11)。所述方法是用于由多個電路板層41a到41c制作多層電路板40。每一電路板層41a到41c包含電介質層48及其主要表面上的第一金屬層42。電介質層48包括熱塑性材料。舉例來說，電介質層48可包含雙向拉伸液晶聚合物(LCP)層，但可使用其它材料，例如聚酰亞胺或聚四氟乙烯。
[0018]舉例來說，第一金屬層42可包括銅。此外，第一金屬具有大于電介質層48的層壓溫度的熔化溫度。電路板層41a到41c在其兩個主要表面上覆有第一金屬(框13)。
[0019]此方法進一步包含在第一電路板層41a中形成多個貫穿通孔43 (框15)。為便于闡釋，在圖2A到2E中僅展示第一電路板層41a，但如所屬領域的技術人員將了解，類似地處理第二電路板41b (且在一些實施例中，第三電路板層41c)。舉例來說，貫穿通孔43可使用激光銑削技術、沖壓技術及機械鉆孔技術等而形成。
[0020]所述方法包含用第一金屬來鍍敷貫穿通孔43 (框17)。舉例來說，第一金屬可使用電沉積方法而鍍敷于貫穿通孔43中。所述方法包含選擇性地移除第一金屬層42的部分以依據第一電路板層41a及第二電路板層41b上的第一金屬層而界定其上的導電跡線44 (框19)。舉例來說，第一金屬層42可使用化學蝕刻及光刻而移除。第一金屬層42的部分的移除用虛線展示，這是因為(舉例來說)在其中特定層上需要固體第一金屬平面的例子中此步驟是任選的。
[0021]所述方法包含將第二金屬45涂覆到第一電路板層41a的第一金屬導電跡線44、經鍍敷貫穿通孔43及第二電路板層41b的第一金屬42上(框21)。應注意，第二金屬45的鍍層未按比例繪制。更明確地說，第二金屬45具有低于電介質層48的層壓溫度的熔化溫度且在低于所述層壓溫度的溫度下與第一金屬42形成穩定金屬間化合物。第二金屬45可使用無電沉積工藝、電解沉積工藝及物理氣相沉積工藝中的至少一者而形成。需要所形成的金屬間化合物擁有高于任何后續處理溫度(例如，將組件放置于完成電路板上及執行焊料回流)的熔化溫度。舉例來說，第二金屬45可包括錫(錫熔點:260°C;LCP層壓溫度:2700C ;銅-錫金屬間化合物熔點:600°C )。
[0022]所述方法還包含將第一電路板層41a與第二電路板層41b對準在一起以使用經鍍敷貫穿通孔43來互連鄰近層(框23)，借此形成盲通孔49b (圖2F)、堆疊49a (圖2F)及/或埋入式通孔49c (圖2F)。所述方法包含加熱及將壓力施加到經對準第一及后續(說明性地，三個電路板層41a到41c)電路板層41a到41c，以便將電介質層48層壓在一起且形成第一金屬與第二金屬的金屬間化合物，從而將鄰近金屬部分接合在一起且界定多層電路板40的電連接路徑(框29)。有利地，多層電路板40可使用單個層壓循環而層壓。
[0023]舉例來說，在銅-錫實施例中，金屬間化合物包括金屬間銅-錫化合物。優選地，將錫層涂覆到銅上。在使用LCP電介質層的實施例中，舉例來說，經對準電路板層41a到41c經受270°C及200PSI ( 一種類型的LCP的層壓溫度及壓力)。舉例來說，經對準第一、第二及第三電路板層41a到41c可在熱壓罐中層壓在一起，此有利地提供氧化作用的預防且使用均衡壓力，此可防止電路板層未對齊及擠出，以上兩者可改進尺寸穩定性。
[0024]現在另外參考圖3到4，對于包含錫作為第二金屬及銅作為第一金屬的實施例，金屬間結合化合物60包括Cu3Sn。有利地，此化合物60是穩定的且具有大于600°C的熔點(圖50中展示隨著錫成分變化的金屬間結合化合物熔點特性)。金屬間結合化合物60夾在底部電路板層41與頂部電路板層47之間且說明性地包含銅導電跡線44、Cu3Sn層48及形成相對銅導電跡線的銅層46。如所圖解說明，加熱并壓緊實質上通過與第一金屬形成金屬間化合物60而消耗第二金屬45。
[0025]在一些實施例中，方法可包含:將第一電路板層41a與其相對側上的第三電路板層41c對準(關于第二電路板層)(框25及27)(還用虛線展示)；將第一電路板層的經鍍敷貫穿通孔43中的一些經鍍敷貫穿通孔對準及互連(在第一電路板層的兩側上)以界定埋入式通孔49c。在這些實施例中，第三電路板層41c與第二電路板層41b及第一電路板層41a相比類似地形成，即，所述第三電路板層包括電介質層48、其上的第一金屬導電跡線44及第一金屬導電跡線上的第二金屬層45。當然，在這些實施例中，層壓步驟包括在一個層壓步驟中加熱并壓縮第一、第二及第三電路板層41a到41c (框29及31)。
[0026]再次，以上所描述的方法提供形成穩定且牢固的金屬間電互連的用于多層電路板40的單個層壓制作方法。此外，通過由經修改貫穿通孔形成盲通孔4%、經堆疊通孔49a及埋入式通孔49c，所述方法克服多層電路板中的通孔形成的典型缺陷(即，大盲通孔直徑及低縱橫比)。能夠由貫穿通孔形成所有類型的通孔及基于一個步驟層壓而提供的精確度允許較大電路密度及電路板有效面積的較高效使用。
【權利要求】
1.一種由多個電路板層制作多層電路板的方法，每一電路板層包括電介質層及在其上包括第一金屬的導電跡線，所述方法包括: 在第一電路板層中形成貫穿通孔； 用所述第一金屬來鍍敷所述貫穿通孔； 將第二金屬涂覆到所述第一電路板層的所述第一金屬、所述經鍍敷貫穿通孔及第二電路板層的所述第一金屬上； 將所述第一電路板層與所述第二電路板層對準在一起，使得所述第一電路板層的所述經鍍敷貫穿通孔鄰近所述第二電路板層上的特征；及 加熱并壓緊所述經對準第一電路板層與第二電路板層，以便將所述電介質層層壓在一起且形成所述第一金屬與所述第二金屬的金屬間化合物，從而將鄰近金屬部分接合在一起且界定所述多層電路板的電連接路徑。
2.根據權利要求1所述的方法，其進一步包括將所述第二金屬選擇為具有低于所述電介質層的層壓溫度的熔化溫度。
3.根據權利要求1所述的方法，其進一步包括將所述第一金屬選擇為具有大于所述電介質層的層壓溫度的熔化溫度。
4.根據權利要求1所述的方法，其中所述第一金屬包括銅；且其中所述第二金屬包括錫。
5.根據權利要求1所述的方法，其進一步包括: 將所述第二金屬涂覆到第三電路板層的所述第一金屬上；及 將所述第一電路板層、所述第二電路板層及所述第三電路板層彼此對準，使得所述第一電路板層的所述經鍍敷貫穿通孔對準到所述第二電路板層上的所述特征且所述第二電路板層的經鍍敷貫穿通孔對準到所述第三電路板層上的特征；且其中加熱并壓緊包括加熱并壓緊所述第一電路板層、所述第二電路板層及所述第三電路板層。
6.根據權利要求1所述的方法，其進一步包括: 在所述第二電路板層中形成貫穿通孔； 用所述第一金屬來鍍敷所述貫穿通孔；及 將所述第二金屬涂覆到所述第二電路板的所述經鍍敷貫穿通孔上。
7.根據權利要求1所述的方法，其中所述電介質層包括熱塑性材料。
8.—種多層電路板,其包括: 結合在一起的多個電路板層，每一電路板層包括電介質層及在其上包括第一金屬的導電跡線； 所述多個電路板層中的在其中具有貫穿通孔的第一電路板層； 所述貫穿通孔中的包括所述第一金屬的鍍層； 所述多個電路板層中的所述第一電路板層與第二電路板層相對地對準，使得所述第一電路板層的所述貫穿通孔鄰近所述第二電路板層上的特征且層壓在一起；及 所述導電跡線的鄰近部分是通過形成于所述第一金屬與第二金屬之間的金屬間化合物。
9.根據權利要求8所述的多層電路板，其中所述第二金屬具有低于所述電介質層的層壓溫度的熔化溫度。
10.根據權利要求8所述的多層電路板，其中所述第一金屬具有大于所述電介質層的層壓溫度的熔化溫度。
【文檔編號】H05K3/46GK103918357SQ201280054265
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2012年9月21日 優先權日:2011年9月23日
【發明者】邁克爾·雷蒙德·韋瑟斯龐, 路易斯·約瑟夫·小倫代克, 勞倫斯·韋恩·沙克萊特, 凱西·P·羅德里古澤 申請人:賀利實公司