专利名称：整体镀覆电阻器以及含有整体镀覆电阻器的印刷电路板的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种具有经改良的整体镀覆电阻器的双面或多层印刷电路板的制造方法。本发明的经改良的电阻器具有扩大的电阻范围，而且在形成多层印刷电路板所必需的冲压的情况下更稳定。
背景技术：
在印刷电路的制造中，通常要提供在每侧均有电路的平板。通常还制造包含绝缘基板和导电金属的整体平的层压板的板，其中在具有包含印刷电路图案的层压板的外露表面的结构中，沿着内层的方向，具有通过绝缘基板分隔的、一个或多个导电金属的平行内层或平板。
生产印刷电路板制造的典型制造顺序由覆铜层压板来开始。覆铜层压板典型地包含具有粘附在基板两个平的表面上的铜箔的玻璃增强的环氧绝缘基板。其它类型的绝缘基板，包括纸基酚醛(paperphenolic)和聚酰亚胺基板也曾经被使用。在多层板的情形中，起始材料是覆铜层压板，其包含电路内层。
简单的印刷电路板以及多层电路板的内层，通常通过被称作印刷和蚀刻的技术来制造。以此种方式，将光聚合物层压或者涂布在覆铜层压板的铜表面上。然后，利用负型或正型光掩模技术来使得光聚合物选择性成像，以在覆铜层压板的表面上产生所期望的电路图案。然后外露的铜被蚀刻掉，并且光聚合物被剥离，显露出所期望的电路图案。
嵌入式无源元件技术(EPT)是一种相对新的技术，其已经在电路板装配过程中使用，用于将诸如电阻器和电容器的无源元件装配到印刷电路板中。与集成的无源元件相比，其中无源元件的阵列及网络被安排在承载基板上，嵌入式无源元件在制造过程期间装配到基板中。EPT是通过各种因素推动，包括对更佳电性能的需求、无源元件的更高封装密度以及可能的成本的节省。使用EPT，无源元件可直接地放置在有源装置下，如此，缩短无源和有源元件间的距离并且降低有关表面安装无源元件的寄生效应，获得更佳信号传输及更低的串扰。
Kukanskis等人的美国专利第6,281,090号描述了一种EPT制造过程，其全部的主题引入本文中做为参考文献。该制造过程包括如下顺序的制造步骤1)在覆金属层压板(或多层组件)的表面上以所期望的图案涂敷抗蚀剂，其中所述图案最好以正像方式来定义所期望的导电电路，并且以负像方式来定义电路与电阻器位置间的区域；2)蚀刻去除曝光的铜，而且最好去除抗蚀剂；3)活化表面来接受镀覆；4)除了将要镀覆电阻器的区域，将镀覆掩模涂敷覆盖基本全部的表面；5)以电阻性材料来镀覆所曝光区域；6)剥离镀覆掩模；7)以保护涂层来涂布所述板的表面。
Kukanskis等人的美国专利第6,767,445号描述了一种相似的EPT制造过程，其全部的主题引入本文中做为参考文献，但是其在镀覆步骤期间没有使用掩模。作为替代的是，此制造过程可选择性地活化覆金属层压板的表面，以防止基板的整个表面受到活化。选择性活化步骤一般使用掩模来实现，以防止整个基板被活化。在制造过程中的其余步骤与美国专利第6,281,090号所述的制造步骤相同或相似。
用于本发明制造过程的较佳电阻性金属，是一种非电镀的镍-磷溶液。电阻值可使用现有技术的非电镀的镍-磷组合物来获得，其一般范围仅在10至100ohms/square。然而，嵌入式电阻器具有在约10至10,000ohms/square±5％间的电阻值是最好的。
更进一步，为了嵌入该层，在约140到200℃的温度下和约150到200psi的压力下的冲压循环中，冲压制造成为层压复合结构材料部分。在所述冲压循环后，一般可见电阻值的变化可达到百分之三。
高度期望的是，为了扩大所述镍-磷电阻器材料的电阻范围，以在冲压循环期间保持电阻的稳定性。为达到本目的，本发明揭示了另一种材料，该材料具有能扩大镀覆电阻器的电阻范围的非电镀的镍-磷组合物的共同沉积物。共同沉积物材料一般选自在上述冲压条件下保持稳定的各种微粒。
发明内容
本发明的目的在提供一种具有扩大的电阻范围的嵌入式镍-磷电阻器。
本发明的另一目的在提供一种在冲压循环期间保持其稳定性的镍-磷镀覆电阻器。
本发明揭示一种改良的非电镀的镍-磷组合物，其可使用于制造在多层印刷电路板中的嵌入式电阻器。本发明的改良制造过程使得微粒连同非电镀的镍-磷共同沉积。
本发明揭示一种具有整体镀覆电阻器的印刷电路板的制造方法，包含下列步骤a)在覆金属层压板的表面上形成电路图案，该层压板包含聚合物基的芯板；而且在电路图案上留有开口，电阻性材料可镀覆在其上；b)以抗蚀剂涂布所述电路并使其曝光，以使所期望的图案的开口及金属覆层的一部分被暴露出来；c)调整并且可选择性地活化所述覆金属层压板的曝光区域，以便在其上接受镀覆；d)剥离所述抗蚀剂；和e)以所述电阻性材料来涂布已活化区域，以产生整体镀覆电阻器。
其中电阻器材料包含非电镀的镍-磷组合物，其具有选择自聚四氟乙烯、碳化硅、碳化钨及上述组合所组成的组的微粒；所述微粒在170℃以下完全地烧结，并且均匀地分散在如前所述的组合物中。
具体实施例方式
实现本发明方法的适当制造顺序的一个实施例如下所述(在Kukanskis等人的美国专利第6,767,445号中有更完整的说明)(a)在覆金属层压板的表面上涂敷抗蚀剂，使得抗蚀剂以正像方式来定义所期望电路；而且以负像方式定义在电路间的区域，其包括所述电阻器的位置；(b)蚀刻去除所曝光的铜的表面并且剥离抗蚀剂；(c)非强制性地，用选择自化学蚀刻、等离子蚀刻、激光标准化、蒸汽喷净、砂纸打磨、喷丸处理及喷砂处理中的一种方法来处理已曝光的电介质表面；(d)通过掩模来活化所述曝光的电介质表面，用于可选择性地活化仅曝光电介质表面的部分；(e)剥离抗蚀剂；
(f)以电阻性材料来镀覆已活化的表面；(g)非强制性地，以氧化剂来接触已镀覆区域；(h)非强制性地，以永久性保护涂层来涂布电阻器。
其它制造过程顺序，包括Kukanskis等人的美国专利第6,281,090所描述的，也可使用于本发明的方法中。
步骤(a)和(b)统称为在覆金属电介质层压片(或多层组件-包含一个或更多电路内层，其已被层压为单一的平面组件)的表面上产生所定义电路的步骤。关键是在覆金属层压板表面上的电路图案的界定和产生，以及在电路中镀覆电阻器(“电阻器区域”)的特定中断区的界定及产生。所述特定电阻器区域的长度和宽度直接地影响在镀覆后所获得的电阻。
电路及电阻器区域的界定及产生可以许多方法来实现。最普遍的方法是通过现有步骤(a)及(b)中所描述的减法过程。在减法过程中，使用覆金属(通常是铜)层压板。覆金属层压板包含在两个外表面上附着金属箔片的平面电介质基板。最通常通过使用光致抗蚀剂，以液态或干式形式将抗蚀剂图案施加在金属表面，使得抗蚀剂以正像方式来界定电路，及以负像方式来界定电路及电阻器区域间的区域。然后，通过光掩模来使得光致抗蚀剂可选择性地受到光化性辐射来曝光。依靠所使用光掩模技术，抗蚀剂的未曝光或已曝光的区域显现去除，露出所期望的图案。作为可替代的方案，可将抗蚀剂直接把将所期望的图案网版印刷在金属表面上。在用抗蚀剂来界定电路后，已曝光的铜区域被蚀刻去除，而且剥离去除抗蚀剂来显示电路。因此，在电路和电阻器区域间的区域现在是裸介电质。
步骤(c)是非强制性的，但是建议选择。为了电阻器可使用并且可靠，电阻必须是可预测的、相对恒定并且可靠的，其可通过均匀化电阻器所要镀覆的电介质表面来达到。均匀化可以通过多个方式完成，例如蒸汽喷净、化学蚀刻、等离子蚀刻、激光标准化或机械均匀化。机械均匀化可以通过砂纸打磨、喷丸处理或喷砂处理来完成。通过化学蚀刻的表面均匀化已经证实是最可靠和有效的方式。此处所使用的特定蚀刻剂必须和所使用的电介质相匹配。
步骤(d)包括可选择性地活化所要镀覆的表面。使用掩模从而只选择性地活化没有被掩模覆盖的表面。表面的活化可在很复杂的范围内进行，其从贵金属活化剂(或本领域公知的非贵金属或其它活化剂)中的单次浸渍到包含多个步骤的完整镀覆循环。不考虑活化循环选择，其主要目的是处理表面，使得其初始化并且可以接受镀覆。在本领域的现有技术中有许多用于完成调节和活化的方法，在此可以有利地使用其中任何方法。
步骤(e)包含单纯地剥离抗蚀剂。根据所使用抗蚀剂，剥离可在碱性水溶液或在有机溶剂的溶液中来进行。使用含水的可剥离抗蚀剂是较好的。此外，必须确保的一点是抗蚀剂剥离操作没有负面地影响表面的调节和活化或后续的镀覆。
步骤(f)包含镀覆电阻器，和非强制性地但优选地，镀覆已曝光的铜表面。本步骤仅在步骤(d)中选择性地活化的区域上发生镀覆(即电阻器区域，优选的是连同与电路的部分重叠，在该部分电阻器与电路和曝光的铜表面连接)。各种镀覆浴均可有利地使用，其包括非电镀的镍-磷、非电镀的和贵金属镀覆浴，其包括钯-磷或钌-磷非电镀的覆浴。在优选的实施例中，镀覆浴是非电镀的镍-磷镀覆浴。
步骤(g)非强制性地提供了优选的通过受控化学氧化作用对镀覆电阻器金属的受控氧化。发明人发现受控氧化增加镀覆电阻器的电阻率，更重要的是可以在可靠的基础上提供更可预测的电阻值。对此，可使用包括碘酸钾的多种氧化剂，其是优选的。在此再次地，更高固有电阻值的材料允许用于镀覆材料的更大的厚度(其它变量恒定)、更可靠的镀覆电阻器和商业上可接受的镀覆次数。
最后，步骤(h)提供用永久保护性涂层涂布电阻器。通常期望用电介质材料，例如焊接掩模或环氧树脂或其它树脂体，涂布包括己镀覆电阻器的板表面。对本领域技术人员，其它体系是显而易见的。所述保护涂层保护所述板在后续制造步骤中不受到损坏，并且提高最终制得产品的耐用性。
取决于最后所期望的电阻，可调整下述因素来变动合成电阻器的电阻率所镀覆金属的种类、所镀覆金属的厚度、电阻器的长度以及电阻器的宽度。关于所镀覆金属的种类，金属磷的磷含量将影响最后沉积物的电阻率。上述所有因素都可变动来获得最后所期望的电阻。
本发明的发明人发现，以具有磷含量大于9％重量比的镍来镀覆电阻器是最有利的，因为所镀覆金属的固有电阻随着金属的磷含量而增加。本发明的发明人发现以另一种金属的共同沉积物可以扩大非电镀的镍-磷镀覆电阻器的电阻范围。发明人已经发现如果某种种类的微粒均匀地分散在非电镀的镍-磷镀覆组合物中，则微粒可以和非电镀的镍-磷组合物共同沉积来提供一种具有改良性质的电阻器。
共同沉积物材料是根据制造多层印刷电路板所利用的冲压环境期间的稳定性而选择的。本发明的改良性整体镀覆电阻器也显示了可获得比现有技术先前所能达到的更大的电阻范围。
用于本发明的改良性化学-镍合成物的微粒包括特氟隆(Teflon)(聚四氟乙烯)、碳化硅、碳化钨及上述组合及其它类似微粒，其在低于170℃的温度时完全熔化(烧结)。可在低于约170℃的温度下完全地烧结的微粒实施例，除上述微粒外，也包括但不限于碳化硼、氮化硼、氧化铁。共同沉积的微粒增加嵌入式电阻器的电阻范围，而且在冲压循环期间也稳定。
在较佳实施例中，本发明的非电镀镍-磷镀覆组合物包含0.1至1.0重量百分比的镍和约10至18重量百分比的磷。微粒视所使用微粒的种类，以约10至20重量百分的微粒的浓度分散在非电镀的镍-磷组合物中。
成分使用连续性混合作业来混合，均匀地使得微粒分散在非电镀的镍-磷镀覆组合物中。
所镀覆金属的厚度对于合成电阻率的电阻率具有直接影响。本发明人已经发现典型的镀覆金属厚度自0.05至0.2微米的范围是有利的，较佳的为0.10微米。镀覆5至10分钟是有利的，视所使用镀覆浴及所期望最终电阻而定，较佳为2至3分钟。本发明的非电镀的镍-磷组合物镀覆在已制备的印刷电路板上来形成电阻器。较佳地，电阻器镀覆至0.05至0.2微米的厚度，更佳地，电阻器镀覆到0.20微米的厚度。
一旦电阻器镀覆到所制备印刷电路板上并且如上述制造，多层印刷电路板则经过冲压过程(冲压以及加热)来整合无源元件到多层印刷电路板内。
本发明的改良型电阻器在冲压循环后具有小于5％的电阻变化，较佳的电阻变化是小于3％。所述改良型电阻器也具有10-1000ohms/sq的电阻范围。
更进一步的说，虽然镍化学溶液较佳地为镍-磷组合物，但是本发明不限于非电镀的镍-磷组合物。本领域技术人员对其它适当的组合物也是了解的。
权利要求
1.一种具有整体镀覆电阻器的印刷电路板制造方法，包含下述步骤a)在覆金属层压板的表面上形成一种电路图案，该层压板包含聚合物基的芯板，以及在所述电路图案中留出的开口，其上可镀覆电阻性材料；b)以抗蚀剂来涂布所述电路，使得所期望图案中的开口及一部分金属覆层被曝光；c)调节并可选择性地活化层压板的曝光区域用以接受在其上镀覆；d)剥离抗蚀剂；和e)以该电阻性材料来镀覆该活化区域，来产生整体镀覆电阻器；其中电阻性材料包含一种非电镀镍-磷组合物，其具有选自聚四氟乙烯、碳化硅、碳化钨及上述组合所组成的群的微粒，微粒在170℃以下完全地烧结并且均匀分散其中。
2.如权利要求1所述的方法，其中该镀覆电阻器具有约1-1000ohms/sq的电阻范围。
3.如权利要求1所述的方法，其中该非电镀镍-磷组合物包含约10至20重量百分比的微粒。
4.如权利要求1所述的方法，其中重复步骤(a)至(e)，以在覆金属层压板的表面上制造多个整体镀覆电阻器。
5.如权利要求1所述的方法，进一步包括用永久性电介质涂层来涂布所述整体镀覆电阻器的步骤，来保护该镀覆电阻器免于其它制造步骤的影响。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述步骤(c)使用掩模完成，使得仅活化覆金属层压板的显露区域所选择出的部分。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述抗蚀剂包含负型或正型作用的活性干膜或液体光抗蚀剂。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述电阻性材料被镀覆到约0.05至0.5微米的厚度。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述电阻性材料被镀覆到约0.2微米的厚度。
10.如权利要求1所述的方法，其中在170℃以下完全地烧结的微粒选自由碳化硼、氮化硼、氧化铁所组成的群及上述的组合。
11.一种用在多层印刷电路板中的整体镀覆电阻器，该电阻器包含一种非电镀的镍-磷组合物，其包含选自聚四氟乙烯、碳化硅、碳化钨及上述的组合所组成的群的有效微粒量，微粒在约170℃的温度以下完全地烧结；其中微粒均匀地分散在非电镀的镍-磷组合物中，而且其中该整体镀覆电阻器具有约10至10,000ohms/square的电阻值的范围。
12.如权利要求11所述的整体镀覆电阻器，其中所述电阻器嵌入在多层印刷电路板内。
13.如权利要求11所述的整体镀覆电阻器，其中所述非电镀的镍-磷组合物的磷含量大于约9％。
14.如权利要求11所述的整体镀覆电阻器，其中所述非电镀的镍-磷组合物包含约10至20重量百分比的微粒。
15.如权利要求11所述的整体镀覆电阻器，其中在170℃以下完全地烧结的微粒，选自碳化硼、氮化硼、氧化铁及上述组合所组成的组。
全文摘要
本发明涉及一种具有改良电阻范围的整体镀覆电阻器，以均匀地分散各种微粒的有效量在非电镀的镍－磷镀覆组合物中，使得微粒和非电镀的镍－磷镀覆组合物共同沉积来制成。较佳地，微粒包括聚四氟乙烯、碳化硅、碳化钨和其它微粒，所述微粒在小于约170℃的温度下完全地烧结。本发明的改良镍－磷镀覆电阻器在制造冲压循环期间显现稳定性永久地增加，而且电阻值的范围大于先前所达到的。
文档编号G03F7/26GK1989453SQ200580025031
公开日2007年6月27日 申请日期2005年7月27日 优先权日2004年8月25日
发明者彼得·库坎斯基斯, 史蒂文·卡斯塔尔迪 申请人:麦克德米德有限公司