形成抗焊剂图形的方法

摘要

在此公开的是形成抗焊剂图形的方法，该方法可以代替常规的抗焊剂印刷工艺。用于形成抗焊剂图形的方法包括以下步骤：在基板的两面上层叠半固化的热固化膜；以及根据抗焊剂掩模图形激光腐蚀层叠的热固化膜。用于形成抗焊剂图形的本方法可应用于由堆积工艺或以并行方式的任一种制造的多层印刷电路板。根据本发明，由于简化的工艺可以实现低制造成本和提高图形的精确度。

说明书

技术领域

本发明涉及印刷电路板(PCB)的制造中的抗焊剂印刷工艺，更具体涉及形成抗焊剂图形的技术，通过在基板的两面层叠热固化膜，并根据焊剂掩模将激光束辐射到热固化膜的上表面，以有选择地除去热固化膜。

背景技术

在此使用的术语‘抗蚀剂’指在PCB的制造中防止下面的基板进行某种处理或反应的薄膜。在此使用的术语‘抗刻蚀剂’意味着防止下面的基板被刻蚀，以及用来保护导电部分不受化学浸蚀的薄膜。同样，术语‘电镀抗蚀剂’意味着防止具体的区域被电镀的薄膜。

在此使用的术语‘焊剂’指铜焊。由此，术语‘抗焊剂’指覆盖布线图形，以防止在将电子元件安装在基板上的过程中由于铜焊在电子元件之间形成不希望的连接的薄膜。抗焊剂不仅保护形成在PCB基板表面上的电路，而且还使电路之间绝缘，通常以涂料(paint)的形式使用。

由于布线图形是通过刻蚀包覆在基板上的铜箔形成的，因此与裸线一样没有绝缘覆层。当PCB是高致密是，减小了导线之间的间距。这些窄的间距引起相邻的导线之间短路和交叉连接的问题，与没有绝缘覆层的导线一样。具体，当电子部件安装在PCB上时，它们暴露于PCB表面熔融的灰尘，因此可能出现不希望的焊桥。这些焊桥导致阻止电子器件正常工作的重要缺陷。

为了防止这些缺陷，必须涂敷裸线。除了环绕焊盘区域(安装电子元件的区域)以外的抗焊剂掩模区，铜焊电子元件。抗焊剂鉴于它的掩蔽功能还称为所谓的‘焊剂掩膜’。在预定区域上涂敷抗焊剂的工艺通常叫作‘印刷工艺’。

图1示出了其上涂敷抗焊剂的普通PCB的基本结构。形成在PCB上的电路图形一般很复杂。为了图解简单地示出图1的电路图形。

在通过各种工艺制造印刷电路板之后，用抗焊剂涂敷除了电路图形11以外的区域12以免电路图形断开和短路。

用于抗焊剂的光敏抗蚀剂油墨叫作‘光致抗焊剂’，缩写为PSR。PSR主要是绿色颜料，且由即使在铜焊温度下也具有高阻抗的树脂构成。

通过紫外(UV)光和加热固化PSR。

用于将抗焊剂印刷在其上形成有电路图形的基板上的预定区域的常规工艺依次伴随通孔的埋置、PSR的涂敷、PSR的预固化和PSR的终固化。

用PSR埋置其中没有元件插入的PCB通孔，防止在元件插入PCB的过程中氧化PCB的内壁和促进PCB的处理。通过丝网印刷工艺进行埋置步骤，丝网印刷工艺使用其上具有印刷的图形的丝网。与此同时，印刷的图形根据通孔的尺寸和位置变化。在垂直位置干燥具有完全埋置的通孔的基板，以免油墨从通孔流出。对于通孔的埋置，除通过丝网印刷工艺之外，可使用光刻工艺。

埋置通孔之后，在基板的整个表面上涂敷PSR。然后，进行初次干燥处理免得损坏在涂敷PSR过程中形成的油墨层。通过包括丝网印刷、辊涂、幕涂、喷涂等工艺进行PSR的涂敷。

丝网印刷是这样一种工艺：其中使用丝网直接印刷抗焊剂图形，且通过曝光和显影形成抗焊剂图形。

根据辊涂工艺，PSR薄薄地散布在橡皮辊上然后涂敷到基板上。与此同时，PSR具有的粘附性低于在丝网印刷工艺使用的PSR的粘附性。辊涂工艺具有缺点：不能根据使用的基板类型调整待涂敷的抗蚀剂的厚度以及不容易获得均匀涂层。此外，辊涂工艺具有光学各向异性问题。

当半透明的基板两面暴露于光时发生光学各向异性问题。亦即，当光透过基板时，在相对的面上形成阴暗的图像。‘背光曝光’用作光学各向异性的另一种表示。

在幕涂工艺中，PSR具有的粘附性低于在辊涂工艺使用的PSR的粘附性。根据幕涂方法，PSR通过狭缝排出，形成幕式的薄膜，通过其涂敷基板。

幕涂工艺具有优点在于：可以获得非常均匀的涂层质量以及可以使用各种尺寸的基板。但是，幕涂工艺具有高成本和光学各向异性的问题。

喷涂是其中喷射抗蚀剂油墨涂敷基板的工艺。根据喷涂工艺，容易控制涂敷层的厚度。但是，喷涂工艺具有高成本和光学各向异性的问题。

在涂敷PSR之后，通过将其上有印刷的抗焊剂图形的布线图薄膜紧密地粘结到基板、暴光和显影形成图形。

此后，固化包含在PSR中的树脂。当固化不充分时，在以后的工艺中可能存在PSR抗蚀膜裂开的缺陷。如上所述，PSR可以是热固化的、UV可固化的、热加上UV可固化的合成类型等。

图2示出了常规抗焊剂印刷工艺的一个实施例。具体地说，图2示出了用于印刷FC-BGA(倒装芯片球栅阵列)型封装基板的抗焊剂的工艺流程图。参考图2，基板是多层印刷电路板，使用UV可固化的PSR作为抗焊剂。

在步骤S201中，在基板的两侧进行洗刷处理以提高PSR和基板之间的粘附力。

在步骤S202中，涂敷PSR以润湿基板。通过包括丝网印刷、辊涂、幕涂、喷涂等工艺进行光致抗焊剂的涂敷。

进行第一预干燥步骤(步骤S203)，进行PSR的第二印刷步骤(步骤204)，进行第二预干燥步骤(步骤S205)。在步骤S206中，可以层叠PET树脂以增强曝光量。步骤S206可以省略。基板暴露于紫外光以固化薄膜(步骤S207)，然后显影(步骤S208)。

在步骤S209中，进行后曝光步骤以促进薄膜的交联反应。在步骤S210中，进行最后干燥以除去溶剂等，最终完成抗焊剂的印刷工艺。

如以上所讨论，常规的抗焊剂印刷工艺需要许多步骤。

此外，常规的抗焊剂印刷工艺具有在印刷过程中可能发生外来材料流入的问题。外来材料的流入源于使用的湿油墨。

在使用光敏抗焊剂油墨的常规方法中，在曝光以除去想要区域部分上的抗焊剂的过程中可能进入外来的材料。

而且，在干燥步骤中不适合的干燥条件可能引起待印刷的抗焊剂的不均匀着色。

发明内容

因此，鉴于上述问题进行本发明，本发明的目的是提供一种用于形成抗焊剂图形的方法，该方法能够代替上述常规的抗焊剂印刷工艺。

本发明的另一个目的是提供一种用于在多层印刷电路板的制造中形成抗焊剂图形的方法，与常规的抗焊剂印刷工艺相比该方法可以以简单的方法执行以及具有时间和成本效益。

本发明的又一个目的是提供一种用于在多层印刷电路板的制造中形成抗焊剂图形的方法，与常规的抗焊剂印刷工艺相比该方法可以以简单的方法执行以及具有时间和成本效益，其中以并行方式制造多层印刷电路板。

为了完成本发明的上述目的，提供一种形成抗焊剂图形的方法，包括以下步骤：

预处理双面印刷电路板的两面；

在印刷电路板的两面上层叠半固化的热固化膜；以及

根据抗焊剂掩模图形将激光束辐射到层叠的热固化膜以根据在辐射之前预先设计的抗焊剂掩模图形有选择地除去热固化膜。

优选，在形成本发明的抗焊剂图形的方法中预加工步骤包括洗刷。

更优选，形成本发明的抗焊剂图形的方法还包括在印刷电路板的两面上层叠半固化的热固化膜之后固化半固化的热固化膜。

根据本发明的优选实施例形成抗焊剂图形的方法包括预处理从构成多层印刷电路板的多个层露出的部分，在预处理的部分上层叠热固化膜，以及根据抗焊剂掩模图形将激光束辐射到层叠的热固化膜，以有选择地除去热固化膜。

优选，在根据本发明的优选实施例形成抗焊剂图形的方法中预加工步骤包括洗刷。

更优选，根据本发明的优选实施例形成抗焊剂图形的方法还包括在层叠半固化的热固化膜之后固化半固化的热固化膜。

根据本发明另一个优选实施例形成抗焊剂图形的方法包括预处理从构成以并行方式制造的多层印刷电路板的多个层露出的部分，在预处理的部分上层叠热固化膜，以及根据抗焊剂掩模图形辐射激光束到层叠的热固化膜，以有选择地除去热固化膜。

优选，在根据本发明的优选实施例形成抗焊剂图形的方法中预加工步骤包括洗刷。

更优选，根据本发明的优选实施例形成抗焊剂图形的方法还包括在层叠半固化的热固化膜之后固化半固化的热固化膜。

附图说明

从下面结合附图的详细说明将更清楚地理解本发明的上述及其他目的、特征以及其他优点，其中：

图1示出了其上涂敷抗焊剂的普通PCB的基本布局；

图2示出了常规抗焊剂印刷工艺的流程图；

图3示出了根据本发明形成抗焊剂图形的方法的流程图；

图4a至4c示出了根据本发明形成抗焊剂图形的方法；

图5a至5o示出了根据本发明的一个实施例形成用堆积工艺制造的MLB的抗焊剂图形的方法；

图6a至6f示出了形成以并行方式制造的印刷电路板的电路层的方法；

图7a至7d示出了形成以并行方式制造的印刷电路板的绝缘层的方法；

图8示出了以并行方式制造的印刷电路板的电路层和绝缘层的层叠；以及

图9示出了形成根据本发明另一个实施例制造的6层印刷电路板的抗焊剂图形的工艺。

具体实施方式

下面，参考附图更详细地说明本发明。

在图3中示出了用于形成本发明的抗焊剂图形的方法的流程图。

在步骤S301中，进行洗刷工艺以增强绝缘热固化抗焊剂薄膜和基板之间的粘附力。

当指纹、油、灰尘粘在基板上时，抗焊剂油墨不紧密地粘附到基板，产生低粘附力的问题。此外，在电镀工艺过程中不完全的粘附产生不均匀的镀层厚度，导致相邻的导线之间导线断开或短路。由此，必须清洗基板的表面以防止缺陷。清洗操作叫作‘洗刷’。洗刷的原因是使基板的表面粗糙，便于基板上的叠层。

进行洗刷处理的例子包括化学处理、机械处理及其结合。化学处理使用化学剂清洗基板表面。机械处理使用抛光刷而不使用化学剂。结合的处理是最普遍使用的工艺，通过用酸处理基板表面除去氧化物、指纹、油脂等，以及使用刷子机械地洗刷基板表面以使基板表面粗糙。

更具体地说，进行化学清洗，以使用化学剂清洗铜箔表面。化学洗刷的例子包括软刻蚀、化学清洗、酸处理等。

软刻蚀工艺使用H₂O₂和H₂SO₄的刻蚀液进行洗刷。该工艺具有优良的清洗效果的优点但是具有低的粗糙均匀性的缺点。当使用Na₂SO₄和H₂SO₄的软刻蚀液时，均匀的表面处理是可能的，但是洗涤效果仅保持短时间。

通过软刻蚀进行化学清洗工艺后进行酸冲洗。

酸处理工艺使用5～10％硫酸。

使用抛光刷而不使用化学剂进行机械洗刷工艺。机械洗刷工艺的例子包括刷洗、抛光、喷刷等。

通过用各种刷子清洗基板表面进行刷洗工艺以使基板表面粗糙。通过抛光尼龙制刷子进行抛光工艺，同时喷射抛光颗粒在基板上。通过在基板表面上高压喷射颗粒如氧化铝(Al₂O₃)进行喷刷工艺，不用刷子。

在粗糙均匀性方面喷刷工艺是最优选，同时在表面清洗效果方面抛光工艺是最优选。

机械和化学工艺的结合工艺包括刷洗和软刻蚀工艺、软刻蚀和刷洗工艺以及酸处理和刷洗工艺等的结合。

通过用化学试剂处理基板表面接着使用刷子洗刷基板表面进行刷洗和软刻蚀工艺的结合工艺。结合工艺可以提高粗糙均匀性和柔软性，但是具有干膜粘附到基板表面粘附力低的缺点。通过使用化学剂洗刷铜箔进行软刻蚀以使铜箔粗糙，接着通过使用刷子除去源于化学处理的杂质，进行软刻蚀和刷洗工艺的结合工艺。酸处理和刷洗工艺的结合工艺是最广泛使用的一种。根据结合工艺，首先进行酸处理以除去指纹、油脂等，然后通过刷子洗刷基板表面以使基板表面粗糙。

洗刷之后，用水共同冲洗和除去杂质，如留在铜箔叠层上的化学试剂或抛光材料。在附加到水洗涤机的干燥机中完全干燥冲洗的基板。可以使用除水滚筒代替气刀(air knife)。除水滚筒主要由使用PVA(聚乙烯醇)作为原料的亲水性多孔弹性体制成。

对于洗刷，刷子的压力、刷子的种类和类型、运输机的速度、化学剂的浓度等是重要因素。

在步骤S302中，层叠热固化抗焊剂薄膜。

此后，在步骤S303中进行最后干燥。在步骤S304中，根据抗焊剂掩模图形将激光束辐射到层叠的热固化膜，有选择地仅除去从热固化膜露出的部分。

图4a至4c中示出了在双面印刷电路板的制造中形成本发明的抗焊剂图形的方法。

图4a示出了双面PCB 401，其中已形成电路图形。

首先，如上所述洗刷双面的PCB 401。

参考图4b，在基板的两面上涂敷绝缘热固化抗焊剂，形成抗焊剂薄膜。参考图4c，根据抗焊剂图形通过将激光束辐射到抗焊剂薄膜402有选择地除去抗焊剂薄膜402。

在该步骤，通过激光处理设备辐射激光束。激光处理设备可以与如上所述形成电路层的通孔的工艺使用的一样。具体地说，上述激光束可以是YAG(钇铝石榴石)激光、准分子激光和CO₂激光的任何一种。

制造多层印刷电路板(MLB)的方法的例子包括其中一层接一层的层叠层的堆积工艺、分批层叠工艺或并行工艺，其中电路和绝缘层分开形成，且层是交替地布置和使用压力压制的。

根据本发明的一个实施例，提供一种在根据堆积工艺制造的多层印刷电路板中的抗焊剂印刷工艺。

图5a到5o示出了制造根据堆积工艺制造的6层MLB的方法。

堆积工艺是其中首先形成内层然后在其上依次层叠外层的工艺。

图5a示出了在任一处理操作之前的覆铜薄层压板(CCL)501的剖视图。覆铜薄层压板通常是通过用铜箔薄薄地包覆绝缘层制备的叠片。这里，通过用铜箔502薄薄地包覆绝缘层503制备覆铜薄层压板(CCL)501。

覆铜薄层压板根据它的涂层变化。例如：玻璃/环氧覆铜薄层压板、耐热树脂覆铜薄层压板、纸板/石炭酸覆铜薄层压板、高频覆铜薄层压板、韧性覆铜薄层压板(聚酰亚胺薄膜)以及合成覆铜薄层压板等。为了制造双面PCB和多层PCB，通常使用玻璃/环氧覆铜薄层压板。

由强化基板和铜箔制备玻璃/环氧覆铜薄层压板。通过引入环氧树脂(树脂和固化剂的混合物)到玻璃纤维中获得强化基板。根据强化基板的种类分类玻璃/环氧覆铜薄层压板。根据由NEMA(国家电子制造协会)采用的分类，玻璃/环氧覆铜薄层压板根据使用的强化基板和它们的耐热性分为，例如，FR-1～FR-5。FR-4是最常用的。FR-5的需求不断地增加，因为FR-5的性能如Tg(玻璃态转化温度)提高。

参考图5b，钻孔覆铜薄层压板501，形成用于层间连接的通孔504。

参考图5c，进行无电镀铜和电镀铜。在该步骤，首先进行无电镀铜，接着进行电镀铜。因为电镀铜需要施加电，所以它不能在绝缘层上进行。由此，首先进行无电镀铜。亦即，进行无电镀铜以形成电镀铜需要的导电层。由于无电镀铜具有难处理和低经济效益的缺点，因此优选通过电镀铜形成电路图形的导电区。

此后，用膏剂506填充通孔504，以防止无电镀铜层和电镀铜层505形成在通孔504的内壁。膏剂一般由绝缘油墨材料制成。膏剂依靠印刷电路板的涂敷可以导电。通过将铜、银、金、锡和铅的金属或其合金作为主要成分与有机胶合剂混合制备导电膏剂。但是，根据MLB制造的目的可以省略膏剂的填充。

参考图5c，为了图解没有区别的示出无电镀铜层和电镀铜层505。

参考图5d，形成用于形成内层电路的抗蚀剂图形507。

在布线图薄膜中印刷的电路图形必须转移到基板上以形成抗蚀剂图形。通过各种方法进行这种转移。作为最常用的方法，将通过紫外光印刷在布线图薄膜中的电路图形转移到干膜上。可以使用LPR(液体光刻胶)代替干膜。

其上转移电路图形的干膜或LPR用作抗蚀剂507。刻蚀基板之后，除去抗蚀剂507，形成图5e中所示的电路图形。

形成电路图形之后，使用一种方法如自动光学检验(AOI)检查电路的外观。执行检查，以看是否很好地形成内层电路。检查之后，进行表面处理如氧化发黑处理。

AOI(自动光学检验)自动检查PCB的外观。AOI使用图像传感器和计算机化技术，用于识别形成的图形。根据AOI，使用图像传感器输入待检查的电路的图形信息，然后将输入的图形信息与基准数据相比较以发现故障。

使用AOI，可以检查焊盘(land)的圈环的最小值(安装电子元件的区域)和电源的接地状态。而且，可以测量布线图形之间的宽度以及可以探测孔的遗漏。但是不可能检查孔的内部状态。

在将其中形成布线图形的内层紧密地粘附到外层之前，进行氧化发黑处理以提高粘附强度和耐热度。

参考图5f，在基板的两面层叠RCC(包敷铜的树脂)。RCC是其中仅在树脂层508的一面上形成铜箔层509的基板。树脂层508作为电路层之间的绝缘体。

参考图5g，形成一端不通的通孔510作为内层和外层之间的电连接器。可以使用机械钻孔形成一端不通的通孔，优选使用YAG激光或CO₂激光。形成一端不通的通孔比形成穿孔需要更精确的工艺。YAG激光是能处理铜箔层和绝缘层的激光，而CO₂激光是仅能处理绝缘层的激光。

参考图5h，外层511通过电镀工艺层叠到RCC。

参考图5i，使用与如上所述的在内层上形成电路图形相同的方法在层叠的外层511上形成电路图形。然后，与如上所述的内层的电路图形一样在外层511上进行电路检查和表面处理。

参考图5j，在基板的两面上层叠RCC，再形成外层。RCC是其中仅在树脂层512的一面上形成铜箔层513的基板。树脂层512作为电路层之间的绝缘体。

参考图5k，形成一端不通的通孔514作为外层和附加的外层之间的电连接器。

参考图5l，通过电镀工艺层叠附加的外层515。

参考图5m，使用与如上所述同样的方法在附加的外层515上形成电路图形。然后，在附加的外层515上进行电路检查和表面处理。

参考图5n，通过洗刷预处理露出的部分(515或512)，然后在在其上涂敷抗焊剂516。

参考图5o，根据抗焊剂掩模图形通过激光束有选择地除去从涂敷的抗焊剂516露出的部分。

在本发明的另一个优选实施例中，提供一种在多层印刷电路板的制造中抗焊剂印刷方法，其中以并行方式制造多层印刷电路板。

图6a至6f示出了形成电路层的方法，该电路层构成以并行方式制造的多层印刷电路板。参考图6a至6f，首先形成通孔，然后通过电镀处理埋置通孔，形成电路层。

图6a中示出了普通的覆铜薄层压板601，绝缘层603覆有铜箔602。

如上所示，覆铜薄层压板根据它的覆层变化。在该实施例中，使用3-5μm厚的铜箔。由于机械钻孔或激光打孔允许穿孔具有相对小的直径，因此铜箔可以具有相对小的厚度。

参考图6b，在覆铜薄层压板上形成穿孔604。使用YAG激光或CO₂激光以约50-100μm的直径形成穿孔。在普通多层印刷电路板中形成的通孔直径在200-300μm范围之内。这种小直径的通孔可以省去常规的膏剂堵塞工艺。

参考图6c，通过无电镀铜和电镀铜电镀基板上下表面和通孔的内壁。如图6c所示，在基板的上下表面上形成电镀层605，因此通过电镀处理埋置穿孔，没有单独的堵塞处理。

参考图6d，使用电路图形形成工艺如刻蚀形成电路图形606。这样形成的电路层606用作如下所述的多层印刷电路板的制造中的电路层606a、606b和606c(参见图9)。在电路层606a和606c的最外层表面上层叠热固化抗焊剂。

参考图6e，在基板上涂敷抗焊剂607，将用作以并行方式制造的多层印刷电路板的最外层。

参考图6f，通过辐射激光束除去除了涂敷抗焊剂607的电路图形区之外的区域，形成电路层606。这样形成的电路层用作以并行方式制造的多层印刷电路板的最外层。在以并行方式制造的多层印刷电路板中，优选在外层层叠在基板上之前，在其上形成抗焊剂图形，而不是在外层层叠在基板上之后，涂敷抗焊剂然后除去。

图7a至7d示出了用于形成绝缘层的方法，绝缘层构成以并行方式制造的多层印刷电路板中的多层印刷电路板。

图7a示出了平坦的绝缘体701，其中释放膜702粘附到半固化片的两面。半固化片根据其规格具有变化的厚度，释放膜的厚度范围是20-40um。当制造半固化片时，本发明中使用的释放膜可以预先粘附到半固化片，或可以在制造半固化片之后粘附。

参考图7b，通过钻孔在平坦的绝缘体701上形成穿孔704。在该步骤，考虑与电路层连接，优选穿孔直径略微大于电路层的通孔直径。

参考图7c，用膏剂705填充穿孔704。参考图7d，除去释放薄膜702，形成绝缘层706。

这样形成的绝缘层706将用作图9中示出的绝缘层706a和706b的任何一个。

然后，交替地布置根据图6a至6f示出的方法形成的电路层和根据图7a至7d示出的方法形成的绝缘层。

如对准和微调等的方法用来精确地调整和匹配在电路层和绝缘层中彼此形成的通孔。

如图8所示，使用压力挤压布置的电路层和绝缘层，以在由箭头所指的方向层叠它们一次，制造6层的MLB。

作为用来制造各个层成为一个印刷电路板的压力，最广泛使用的是热压力。使用热压的挤压一般是通过填充层压基板到一个容器中，插入该情况到真空室的上下部分的加热板中，加压/加热该层压基板来进行的。热压还叫作真空液压层叠(VHL)工艺。

根据堆积工艺制造的多层印刷电路板具有一种结构：绝缘层层叠在双面印刷电路板上，在其上一层接一层的层叠单面的印刷电路基板。根据并行工艺制造的多层印刷电路板具有一种结构：其中绝缘层夹在多个双面印刷电路板之间。

除上述实施例之外，只要电路图形形成在基板上，其上形成抗焊剂图形，本发明的方法不作具体限定。

从上述描述可知，本发明提供抗焊剂印刷工艺，该工艺能够代替需要许多步骤和设备的常规抗焊剂印刷工艺。

此外，根据本发明，由于简化的工艺可以实现低的制造成本。在本发明中使用低成本的热固性树脂有助于成本效益。

而且，由于本发明的抗焊剂印刷工艺可以代替常规抗焊剂印刷工艺，因此减小制造PCB需要的时间。

近来高性能激光器的出现提高图形的精确度。由于本发明使用的激光处理设备与感光性抗焊剂印刷工艺线路相比占相对小的间距，因此间距利用高。

尽管为了说明已公开了本发明的优选实施例，但是本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离所附的权利要求所公开的本发明的范围和精神的条件下，可以进行各种修改、增加和替换。