利用电镀保护层同时并选择性分割通孔结构的制作方法

专利名称：利用电镀保护层同时并选择性分割通孔结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及印刷电路板(PCB)，尤其涉及用于通过利用PCB 层叠内部的电镀保护层将通孔结构同时分割为多个电绝缘部分以允 许大量电信号穿过每个电绝缘部分而相互之间没有干扰的系统与方 法。技术背景消费者对更快更小的电子产品的需求日益增长。随着新的电子应 用的上市PCB的使用迅速增长。PCB通过将许多导电层与一个或多 个非导电层层压而形成。随着PCB的尺寸的减小，其电互连的相对 复杂性则在增加。电镀通孔结构通常用于允许信号在PCB的多个层之间传播。电 镀通孔结构是在PCB内充当电信号传输介质的电镀孔。例如，电信 号可能经过PCB某一层上的迹线，经过电镀通孔结构的导电材料， 然后进入PCB另外一个层上的第二迹线传播。不幸的是，由于现有技术中的限制，电镀通孔结构可能会比完成 电连接功能所必需的长度更长。例如，电镀通孔结构可能完全穿过 PCB延伸却仅仅连接两个最为接近的相邻层上的两条迹线。结果是， 可能形成一个或多个短线。短线是电镀通孔内对于传输电信号不必要 的多余的导电材料。当高速信号穿过电镀通孔结构传输时，"短线效应，，可能会使信号 失真。短线效应是电镀通孔结构内存在的无用的多余导电材料的结 果。当部分信号从迹线连接处转向离开并进入电镀通孔结构的一个或 多个短线内时发生短线效应。该部分的信号可能在某些延迟之后从短 线的末端反射回到迹线连接。这种延迟的反射可能会干扰信号完整
性，并且例如增大信号的误码率。短线效应的衰减效应可能随短线长度而增加。以每秒10G比特运行的信号的信号衰减差不多有50%的 都可能是由于电镀通孔结构内的短线。可以制造具有较短短线的通孔 结构，但是要求按序处理，这大大增加了成本。图1是现有技术下具有电镀通孔结构110和短线170的PCB 100 的示例。PCB 100由被非导电介电层120分隔的导电层130组成。通 常，电镀通孔结构110包括外形为圆柱形并电镀以导电材料180的圆 筒(即，通孔结构的轴)。电镀通孔结构IIO使得电信号160能够从 PCB 100的第一导电层130上的迹线140传输到第二导电层130上的 迹线150。电镀通孔结构110的短线170是电镀通孔结构110的不必 要部分，其会引起短线效应。图2是现有技术下已经通过反钻(backdrilling)去除了 (图1 所示的)短线170之后具有电镀通孔结构110的PCB 100的示例。反 钻电镀通孔结构110的不必要部分以减少或去除短线170是减小短线 效应的一种方法。反钻在连续层处理中是可行的可选方法，但是具有 局限性。通常，钻头在短线170上反钻，从而去除电镀通孔结构110 的不必要的多余导电材料部分。 一旦钻头从电镀通孔结构110上去除 了部分短线170就会形成反钻孔200。钻头通常是计算机数值控制 (CNC)钻床中的硬质合金钻头。反钻的结果是去除了电镀通孔结构 110的部分短线170，从而减少但并非完全消除可能干扰信号完整性 的寄生电容、寄生电感、以及时间延迟。在多数情况下，需要做出设计让步以允许钻孔装置的精确度的偏 差。如果反钻不精确的话(例如，太深或偏离中心)，则可能会去除 掉电镀通孔结构110的功能部分而PCB 100可能会报废。结果，必须 要重新构建并反钻新的PCB 100。由此降低了成品率并增加了成本。反钻处理在能够可靠地保持的公差方面受限。反钻通常仅在+/-5 mils深度的公差上可控。在许多情况下，由于强度和各层相容性的限 制，还需要做出进一步的设计让步以允许钻孔的位置、宽度、以及方 向上的各种变化。
还有另一个的限制是许多设计要求反钻短线170可能处于不同 深度的多个电镀通孔结构110。这要求钻孔工具文件的特定编程，这 将花费时间和金钱。此外，反钻多个电镀通孔结构110通常是连续的处理，所以反钻 PCB 100所需要的时间随着短线170的数量的增加而增长。如果其中有一个短线no钻得不合适，则PCBioo就可能报废。因此，反钻大量的短线170增加了 PCB 100损坏的可能性。另一个限制是许多设计还要求从PCB 100的两个表面上去除短 线。这要求反钻处理期间使PCB 100进一步适应，这进一步耗费时间、 要求额外的编程、并增加了反钻处理精确度的潜在错误。此外，钻头易于破坏，这降低了成品率，并要求PCB 100的返 工。返工过程中每个单独的电镀通孔结构IIO都增加了循环时间并增 大了生产过程中的成本。此外，钻头非常昂贵，这进一步迫使成本升 高。反钻的一个结果是被去除的短线圆筒的容积在电路布线环境中 不具备功能。任何一层上没有其它的迹线或互连能够通过被去除短线 的容积范围。电路迹线需要绕着这种容积范围重新布线。多数情况下， 需要在给定设计中增加额外的层以有效布置所有的迹线，并由此增加 了复杂性和成本。利用现有技术中已知的诸如按序处理技术的方法可以将PCB划 分成两个或更多个部分以减小短线长度或增大布线密度。使用按序处 理，两个分离的PCB子组件被单独加工。两个子组件随后层压在一 起并电镀穿通孔或通孔以将两个独立的PCB连接为一个。以这种方 式短线能够得到控制，但是受限于两个独立子组件之间的各个层。由 于这种层压处理的"顺序性质"，要求额外的处理步骤并且制造的成本 和周期都明显提高。


图1示意了现有技术的具有电镀通孔结构和短线的PCB; 图2示意了现有技术中已经通过反钻去除短线之后具有电镀通 孔结构的PCB;图3是根据特定实施例，描述通过电镀保护层形成电镀通孔结构 的PCB示例；图4是根据特定实施例，描述使用选择性暴露到电磁辐射下的蚀 刻保护层覆盖的核心子复合结构的示例；图5是根据本发明的特定实施例，描述具有改变后的蚀刻保护层 区域的子复合结构的导电层和介电层的示例；图6是根据特定实施例，描述具有改变后的蚀刻保护层和去除了的示例；图7是根据特定实施例，描述具有去除了未被改变的蚀刻保护层 的子复合结构层的导电层和介电层的示例；图8是根据特定实施例，描述具有在间隙内沉积的电镀保护层的 子复合结构的导电层和介电层的示例；图9是根据特定实施例，描述具有利用较厚一层的电镀保护层形 成的分割的电镀通孔结构的PCB层叠的示例；图IO是根据特定实施例，描述具有分割的电镀通孔结构的PCB 层叠的示例，该电镀通孔结构是通过导电层和子复合结构的相邻介电 层内形成的间隙中选择性沉积电镀保护层而形成的；图ll是根据特定实施例，描述具有分割的电镀通孔结构的PCB 层叠的示例，该电镀通孔结构是通过在与子复合结构的顶部导电层共 面的反底垫(anti-pad)区域上的子复合结构的表面上选择性沉积电 镀保护层而形成的；图12是根据特定实施例，描述具有分割的电镀通孔结构的PCB 层叠的示例，该电镀通孔结构是通过在子复合结构的表面上的导电区 域或导电底垫上选择性地沉积电镀保护层而形成的。
具体实施例方式
一个最小化信号衰减的、节省成本并有效的系统是通过控制印刷电路板(PCB)的电镀通孔结构内的导电材料的形成从而电隔离、减 少、或消除短线。电镀通孔结构内电镀保护层的一个或多个区域被用 于通过在通孔结构中特意制成一个或多个空穴阻止导电材料的形成。 结果，通孔结构内导电材料的形成可能受限于传输电信号所必需的那 些区域。根据特定实施例，将通孔结构分割为电绝缘的段能够显著增 加PCB设计的走线能力或布线密度。这是因为所分割的通孔的每个 电绝缘段都能够用于在与该特定段相关联的层上电连接信号。多层PCB可以是集成基片、母板、底板、背板、中心板、挠性 或刚性挠性电路。本发明并非限制于在PCB中使用。通孔结构可以 是用于从一个导电层向另一个导电层传输电信号所使用的电镀穿通 孔。电镀通孔结构还可以是PCB上用于将电子组件电连接到其它电 子组件的子组件安装孔。在PCB的通孔结构内电隔离、减少、或消除短线的方法可能比 反钻更加快速并且更为有效。电镀保护层可以同时放置在PCB的导 电和/或介电层内的许多间隙之内。在大多数情况下PCB可能有 100,000以上级别的穿通孔和通孔。同时，多层PCB可能有多个层。 将每个通孔分割并针对每个通孔在不同程度上控制短线是有利的。换 言之，可以在不同的层上并在不同位置上分割每个通孔。为了能够将 同时处于单个板上的所有通孔分割开，在钻孔和随后电镀板内的通孔 之前制造PCB层叠期间，可以选择性地在所选择的每个子复合核心 层上沉积电镀保护层。例如，可以同时形成PCB层上的所有间隙。 在另一个例子中，可以同时在PCB的所有通孔结构中形成导电材料。 相反，如之前所讨论的，反钻通常是在每次在一个通孔结构上执行。 这样，结合电镀保护层以限制短线形成的方法可能使得能够比反钻更 快地生产PCB。图3是根据特定实施例，描述通过电镀保护层370形成具有电镀 通孔结构330的PCB 300的示例。PCB 300包括由介电层320a-320e 分隔开的导电层310a-310e。电镀通孔结构330被电镀以籽晶导电材
料390并进一步覆盖以导电材料392。为了制造PCB层叠，通过选 择性地在子复合结构中沉积电镀保护层，电镀通孔330被有效分割为 许多的电绝缘部分(330a和330b)。在此参考图4到8描述分割诸 如电镀通孔330的电镀通孔的方法。图3示出了通过穿越通孔330的绝缘部分330a电镀通孔使得电 信号360能够从PCB 300的第一导电层310a上的一条迹线340或组 件安装底垫传送到第二导电层310b上的另一条迹线350。类似地，通 孔330的绝缘部分330b使得另一个电信号362能够传送到迹线380 而不与信号360干扰。电镀保护层通常是在导电和介电层的一个或多个间隙上沉积的 非导电材料。例如，在图3中，电镀保护层沉积在导电层310d的间 隙内。当PCB300被放置在籽晶或催化电镀槽中时，籽晶将在通孔壁 的所有区域上沉积，但不会沉积在电镀保护层上。假如少量籽晶沉积 在电镀保护层上，可以利用后处理操作来去除这些残留的沉积。随后， 当底板被放置到非电解铜或电解铜电镀槽中时，铜将在籽晶或导电的 地方镀上，并且不会在电镀保护层处的区域内镀上或沉积。电镀保护 层将形成将通孔的柱有效分割为各个段的圆柱形空穴。电镀保护层370防止在导电层310d处的通孔结构330内沉积催 化材料390和导电材料392。结果，通孔330被分割为电绝缘部分330a 和330b。因此，电信号360从第一导电层310a传播到第二导电层310b, 并且信号完整性没有由于330b部分所引起的干扰而降级。电镀通孔 结构330的导电材料392是电信号360通过其从PCB 300的第一导电 层310a传播到第二导电层310b的介质。与之类似，电信号362穿越 电镀通孔330导电层310e。电镀通孔结构330可以是任何的形状。导电或催化材料390的一些实例为非电解铜、钯籽晶。催化引晶 处理还可以包括电泳电镀，或直接镀金属法。诸如导电材料或铜的电 镀材料392在通孔结构330内沉积的电镀处理可能包括电解电镀、或 非电解处理。PCB 300可以具有任何数量的导电层和介电层。出于简化的目 的，图3仅示出了五个导电层310a-310e和五个介电层320a-320e。每 个导电层310a-310e都可以包括诸如供电层或接地层的部分或全部的 层、可以包括电路迹线层、或可以包括同时具有电路迹线和诸如接地 层的部分层的层。导电层310a-310e的非限制实例是铜。介电层 320a-320e的一些非限制实例是FR-4、环氧玻璃、聚酰亚胺玻璃、陶 瓷烃、聚酰亚胺膜、树脂浸制玻璃布、膜、树脂浸制锍材料、凯夫拉 尔、纸、以及具有分散的毫微粉末的树脂电介质。根据特定实施例， 使用绝缘或电阻性软骨填充分割的通孔以提高可靠性或功能性。在此参考图4到8描述分割诸如电镀通孔330的电镀通孔的方 法。如此处进一步的描述，间隙是至少一个导电层310a-310e和/或至 少一个介电层320a-320e内的孔。例如，间隙可以在导电层310e内形 成。每个间隙都具有比电镀通孔结构330更大的半径。在下面参考图 4-8描述通过蚀刻处理形成间隙。图4-8是根据本发明的特定实施例描述在导电层310d内蚀刻间 隙，以及电镀保护层370的放置和沉积的实例。应当注意的是，参考 图4-8描述的蚀刻可能会应用于子复合结构的两个导电层。出于简化 的目的，参考图4-8的一个导电层(310d)来描述蚀刻。此外，为了 简化，图4-8描述了电镀保护层在核心子复合结构内的一个位置上的 选择性沉积。然而，应当理解，依赖于PCB设计可以在子复合结构 上内的多个位置上选择性沉积电镀保护层。此外，每个子复合结构都 可以具有在与其它子复合结构不同的层上选择性沉积的电镀保护层 以便通过层压这些不同的子复合结构形成PCB层叠实现所希望的 PCB设计。图4是根据特定实施例，描述使用选择性暴露到电磁辐射下的蚀 刻保护层覆盖的核心子复合结构的示例。图4示出了子复合结构402 (在此也称为核心)，其包括夹在两个导电层310d、 310e之间的介 电层320d。导电层310d被覆盖以蚀刻保护层400。部分蚀刻保护层 被覆盖以掩模410。蚀刻保护层400是应用于导电层310d的区域以防止在电磁、化
学、或电化学蚀刻处理过程中与该区域起反应的任何材料。蚀刻保护层400可以通过平版印刷处理、通过选择性沉积、或者通过直接激光 成像处理。蚀刻保护层400的一些实例是光阻材料、有机材料、干膜， 薄板、软骨、聚合物厚膜、以及液体。掩模410是选择性地覆盖一个区域以防止所覆盖区域在电磁、化 学、或电化学作用过程中起反应的薄膜或板。掩模410的一些实例是 银膜、玻璃、或重氮薄膜。可以使用掩模对准器(未示出)将掩模410 放置在蚀刻保护层400之上，掩模对准器配置用于控制掩模410位置。 蚀刻保护层400的暴露部分暴露在电磁辐射420、或激光之下，作为 非限制实例，改变以使得暴露的蚀刻保护层可以被去除，同时使所覆 盖的蚀刻保护层不受干扰。在使用激光的情况下就不需要掩模410 了。图5是根据本发明的特定实施例，描述具有改变后的蚀刻保护层 500的子复合结构402的导电层310d、 310e和介电层320d的示例。 电磁辐射420 (图4)已经结束，并且掩模410(图4)已被去除，由 此暴露出未被改变的蚀刻保护层400。图6是根据特定实施例，描述具有改变后的蚀刻保护层500 (图 5)和去除了部分导电层310d以在导电层310d内形成间隙600的子 复合结构402的导电层310d、 310e和介电层320b的示例。已经才艮据 现有技术中众所周知的方法去除了改变了的蚀刻保护层500 (图5) 由此暴露出部分导电层310d。导电层310d的暴露部分于是被蚀刻以 形成间隙600并暴露出介电层320d。间隙600可以是接地或供电板、 或导电底垫、或信号层上的功能子组件。图7是根据特定实施例，描述具有去除了未被改变的蚀刻保护层 400的子复合结构402的导电层310d、 310e和介电层320d的示例。400 (图4-6),从而暴露出导电层310d。图8是根据特定实施例，描述具有在间隙600内沉积的电镀保护 层870的子复合结构402的导电层310d、310e和介电层320d的示例。例如，可以利用印刷、丝网印刷，针沉积等沉积电镀保护层到间
隙中。电镀保护层可以是疏水性介电材料，其对能够催化非电解材料 沉积的催化种类具有抵抗力。电镀保护层还可以是防止诸如胶体石墨 的其它"籽晶，，沉积的材料。可以沉积电镀保护层以便冲洗或高于蚀刻间隙层。电镀保护层可 以是软骨或粘性液体。电镀保护层的一些非限制实例是硅树脂、聚乙 烯树脂、碳氟化合物树脂、聚氨酯树脂、以及丙烯酸树脂。这种绝缘 疏水性树脂类材料可以被单独使用或以足够的数量与其它树脂性材 料复合使用以在复合物中保持疏水特性。在沉积了电镀保护层之后，利用适当的方法固化电镀保护层。现 在可以利用现有技术内众所周知的技术层压在适当的位置上具有电镀保护层870的子复合结构402到多层PCB层叠的剩余层上。具有 在不同位置上选择性沉积的电镀保护层区域的多个子复合结构(核 心)可以4皮层压以形成PCB层叠。通过PCB层叠、通过导电层、 介电层、以及通过电镀保护层钻制穿通孔。因而，PCB板有多个穿通孔，接着通过将底板放置到籽晶槽中， 随后浸入到非电解铜槽内同时将它们电镀。籽晶槽的非限制实例为铜 钯胶。用于表面电镀的实例可以在美国专利No.4，668，532中找到。非 电解铜提供初始导电路径以允许底板内每个穿通孔的柱的附加电解 铜电镀。籽晶化学(非电解铜)将在穿通孔壁的表面上沉积，但是不 会在具有电镀保护层的壁的范围内有效沉积。少量的非电解铜可能沉 积在电镀保护层上，但是这种数量能够使用现有技术中众所周知的后 处理步骤去除。例如，可能在电镀保护层上沉积的任何少量的非电解 铜都可以通过将受到的影响区域与碱性溶液中的螯合剂接触一段足是将遵循已知^处理或平面镀敷或^案电镀该板。例如，'接着可以使 用电解或非电解电镀。换言之，穿通孔的内壁与金属沉积溶液接触以 仅将暴露出的不受疏水性电镀保护层保护的壁的催化区域镀上金属。通孔结构内的导电材料的电镀将在存在籽晶材料的任何地方建 立。与之类似，在存在电镀保护层的地方将不会形成导电材料的电镀。
由此，通孔结构内没有电镀导电材料的区域有效地将通孔分割成为电绝缘部分。通过全局性在特定位置和PCB层叠的特定层上放置保护 层，就可以同时形成通孔结构内的多个电绝缘部分。由此，上述方法可以被用于将通孔结构配置为多个电绝缘的段。 每个这样的段都为PCB内的适当的层提供互连路径。为了提高可靠 性或增强功能性，随后可以使用类似环氧介电材料或其它绝缘或电阻 聚合体填充这种分割的通孔。因此，可以避免昂贵、易出错、以及时 间密集的反钻。与之类似，参考回到图3，电镀保护层370的使用避 免了反钻可能产生的对PCB300可能的破坏。还有一个好处是，鉴于 反钻通常在+/-5111&的深度容差内可控，可以根据于此描述的系统和 方法实现可控的+/-1111化或更好的深度容差。结果，与反钻相比较， 电镀保护层370、介电层320b、以及导电层310c之间的一致性可以 被保持在更为紧密的标准偏差。根据特定实施例，可能优选较厚的保护层沉积。在这种情况下， 子复合结构或核心使用对应于在最终PCB层叠中所期望的分割的通 孔结构的区域的穿通孔机械钻孔。子复合结构的厚度可以在大约 l-50mils的范围内变化。由此，能够产生电镀保护层的较厚沉积。利 用专门的孔洞填充装置、模版印刷或丝网印刷使用电镀保护层填充穿 通孔。这种处理已知为孔填塞或通孔填充。然后利用适当的处理固化 电镀保护层。可以使用平面化或洗涤工序以从子复合结构的表面上去 除任何多余的电镀保护层。可以利用标准的PCB过程处理子复合结 构以形成电路图像。应注意，可以在形成电路图像之前或之后使用电 镀保护层填充穿通孔。子复合结构于是可以层压到多层PCB层叠并 且该过程可以如上所述一直继续用于PCB层叠内一个或多个通孔结 构内壁的非电解引晶以及随后的电镀。根据特定实施例，使用电介电 材料、电阻性软骨或电压可变换的介电材料填充分割的通孔以提高可 靠性和功能性。在使用电压可变换的介电材料的情况下，可以在PCB 内制成可编程电路走线。此外，电压可变换的介电材料能够提供瞬变 保护。此处所使用的术语"瞬变"不仅仅包括静电放电事件，还包括直
度足够高以致使印刷电路板上的电子元件退化或失败的任何短期的 现象。图9是根据特定实施例，描述具有利用较厚一层的电镀保护层形 成的分割的电镀通孔结构的PCB层叠的示例。图9示出了包括由介 电层920a-920f分隔的导电层910a-910f的PCB 900。电镀通孔结构 930被电镀以籽晶导电材料990并进一步覆盖以导电材料992。通过 在用于构成PCB层叠的子复合结构中选择性沉积电镀保护层将电镀 通孔930有效地分割为许多电绝缘部分(930a和930b )。图9示出了分割的电镀通孔允许电信号960通过穿越通孔930 的绝缘部分930a从PCB 900的第一导电层910a上的一条迹线940传 输到第二导电层910b上的另一条迹线950，同时信号完整性没有由于 930b部分引起的干扰而降级。电镀通孔结构930的导电材料992是电 信号960通过其从PCB 900的第一导电层910a传送到第二导电层 910b的介质。与之类似，通孔930的绝缘部分930b允许另一电信号 962传送到迹线980而不与信号960干扰。电镀保护层970防止通孔 结构930内的导电材料990和992在导电层910c和910d上沉积。结 果，通孔930被有效分割为电绝缘部分930a和930b。PCB 900可以具有任何数量的导电层和介电层。出于简化的目 的，图9仅示出了六个导电层910a-910f和六个介电层920a-920f。每 个导电层910a-910f都可以包括诸如供电或接地层的部分或完整的 层，并且可以包括电路迹线层，或可以包括同时具有电路迹线和诸如 接地层的部分层的层。导电层910a-910f的非限制实例是铜，而介电 层920a-920f的一些非限制实例是环氧玻璃、聚酰亚胺玻璃、陶瓷烃、 聚酰亚胺膜、聚四氟乙烯薄膜、树脂浸制锍材料、凯夫拉尔、纸、以 及具有分散的毫微粉末的树脂电介质。根据特定实施例，电镀保护层被选择性地沉积在子复合结构的导 电层和相邻介电层形成的间隙中。在此情况下，子复合结构可以被机 械或激光钻孔以形成盲孔。盲孔在子复合结构的一个导电层上开始，继续经过介电层并在子复合结构的另一个导电层上结束。然而，盲孔 的深度能够钻到达到子复合结构的导电层的任何深度。接着例如利用 橡皮滚子、打印、或丝网印刷操作将电镀保护层沉积到盲孔中。保护 层就得到了固化。可以使用平面化或洗涤操作以从盲孔的开口端去除保护层。可以利用标准PCB程序处理子复合结构以形成电路图像。 应当指出，可以在形成电路图像之前或之后沉积电镀保护层。子复合 结构于是可以被层压到多层PCB层叠上，并且可以继续进行如上所 述的用于非电解引晶和后续的通孔结构内壁的电镀的处理。这种通孔 结构内的优点在于电镀保护层不会从空穴的盲孔出来并且可以使得 连接到达子复合结构(核心)的未被钻孔的导电层。根据特定实施例， 使用电介电材料、电阻性软骨或电压可变换介电材料填充分割的通孔 以提高可靠性和功能性。在利用用电压可变换介电材料的情况下，可 以在PCB内制成造可编程电路走线。此外，电压可变换介电材料还 可以提供瞬变保护。图IO是根据特定实施例，描述具有分割的电镀通孔结构的PCB 层叠的示例，该电镀通孔结构是通过导电层和子复合结构的相邻介电 层内形成的间隙中选择性沉积电镀保护层而形成的。图IO示出了包 括由介电层1020a-1020f分隔的导电层1010a-1010f的PCB 1000。电 镀通孔结构1030被电镀以籽晶导电材料1090并进一步覆盖以导电材 料1092。通过在用于构成PCB层叠的子复合结构中选择性沉积电镀 保护层将电镀通孔1030有效分割为许多电绝缘部分(1030a和 1030b)。图10示出了分割的电镀通孔允许电信号1060通过穿越通孔 1030的绝缘部分1030a从PCB 1000的第一导电层1010a上的一条迹 线1040传送到另一导电层1010c上的另一条迹线1050，同时信号完 整性没有由于1030b部分引起的干扰而降级。电镀通孔结构1030的 导电材料1092是电信号1060通过其从PCB 1000的第一导电层1010a 传送到另一导电层1010c的介质。与之类似，通孔1030的绝缘部分 1030b允许另一电信号1062传送到迹线1080而不与信号1060干扰。
电镀保护层1070防止通孔结构1030内的导电材料1090和1092在导 电层1010d和介电层1020c上沉积。结果，通孔1030净皮有效分割为 电绝缘部分1030a和1030b。PCB 1000可以具有任何数量的导电层和介电层。出于简化的目 的，图IO仅示出了六个导电层1010a-1010f和六个介电层 1020a-1020f。每个导电层1010a-1010f都可以包括诸如供电或接地层 的部分或完整的层，并且可以包括电路迹线层，或可以包括同时具有 电路迹线和诸如接地层的部分层的层。导电层1010a-1010f的非限制 实例是铜，而介电层1020a-1020f的一些非限制实例是环氧玻璃、聚 酰亚胺玻璃、陶瓷烃、聚酰亚胺膜、聚四氟乙烯薄膜、树脂浸制锍材 料、凯夫拉尔、纸、以及具有分散的毫微粉末的树脂电介质。根据特定实施例，电镀保护层被选择性地沉积在与子复合结构的 顶部导电层共面的表面上暴露的电介质上的子复合结构的表面上。在 此情况下，电镀保护层被沉积到暴露的电介质上的子复合核心的蚀刻 表面上。利用丝网印刷、模版印刷、针沉积或现有技术内已知的其它 方法将电镀保护层沉积到电介质上。电镀保护层的沉积厚度能够一直 调整到5mils的厚度。电镀保护层的沉积可以是任何形状但是通常可 能是几何圆形或方形。沉积之后，利用适当的处理固化保护层。可以 使用标准PCB程序处理子复合结构以形成电路图像。应当指出，可 以在形成电路图像之前或之后沉积电镀保护层。子复合结构于是就可 以被层压到多层PCB层叠上，并且可以继续进行如上所述的用于非 电解引晶和后续的通孔结构内壁的电镀的处理。根据特定实施例，使 用电介电材料、电阻性软骨或电压可变换介电材料填充分割的通孔以 提高可靠性和功能性。在利用电压可变换介电材料的情况下，可以在 PCB内制成可编程电路走线。此外，电压可变换介电材料还可以提供 瞬变保护。图ll是根据特定实施例，描述具有分割的电镀通孔结构的PCB 层叠的示例，该电镀通孔结构是通过在暴露的电介质上的子复合结构 的表面上选择性沉积电镀保护层而形成的。图11示出了包括由介电
层1120a-1120e分隔的导电层1110a-1110e的PCB 1100。电镀通孔结 构1130被电镀以籽晶导电材料1190并进一步覆盖以导电材料1192。 通过在用于构成PCB层叠的子复合结构中选择性沉积电镀保护层将 电镀通孔1130有效分割为许多电绝缘部分(1130a和1130b)。图11示出了分割的电镀通孔允许电信号1160通过穿越通孔 1130的绝缘部分1130a从PCB 1100的第一导电层1110a上的一条迹 线1140传送到另一导电层1110c上的另一条迹线1150，同时信号完 整性没有由于1130b部分所引起的干扰而降级。电镀通孔结构1130 的导电材料1192是电信号1160通过其从PCB 1100的第一导电层 lllOa传送到另一导电层1110c的介质。与之类似，通孔1130的绝缘 部分1130b允许另一电信号1162传送到迹线1180而不与信号1160 干扰。电镀保护层1170防止通孔结构1130内的导电材料1190和1192 在导电层1110c和另一导电层1110e之间的区域上沉积。结果，通孔 1130 ,皮有效分割为电绝缘部分1130a和1130b。电镀通孔结构1130 可以是任意的形状。PCB IIOO可以具有任何数量的导电层和介电层。出于简化的目 的，图11仅示出了五个导电层lllOa-lllOe和五个介电层 1120a-1120e。每个导电层lllOa-lllOe都可以包括诸如供电或接地层 的部分或完整的层，并且可以包括电路迹线层，或可以包括同时具有 电路迹线和诸如接地层的部分层的层。导电层1110a-1110e的非限制 实例是铜，而介电层1120a-1120e的一些非限制实例是环氧玻璃、聚 酰亚胺玻璃、陶瓷烃、聚酰亚胺膜、聚四氟乙烯薄膜、树脂浸制锍材 料、凯夫拉尔、纸、以及具有分散的毫微粉末的树脂电介质。根据特定实施例，电镀保护层被选择性地沉积在子复合结构表面 上的导电区域或导电圆底垫上子复合结构的表面上。导电区域可以形 成要电镀的图案或可以是独立的底垫或特征子组件。在底垫或特征子 组件的情况下，电镀保护层可以与底垫重叠。利用丝网印刷、打印、上。电、i保护层的沉积能够是任何的形状但是通常可能是几何圆形或
方形。沉积之后，利用适当的处理固化保护层。可以使用标准PCB 程序处理子复合结构以形成电路图像。应当指出，可以在形成电路图 像之前或之后沉积电镀保护层。子复合结构于是就可以被层压到多层 PCB层叠上，并且可以继续进行如上所述的用于非电解引晶和后续 的通孔结构内壁的电镀的处理。根据特定实施例，使用电介电材料、 电阻性软骨或电压可变换介电材料填充分割的通孔以提高可靠性和 功能性。在利用电压可变换介电材料的情况下，可以在PCB内制成 可编程电路走线。此外，电压可变换介电材料还可以提供瞬变保护。图12是根据特定实施例，描述具有分割的电镀通孔结构的PCB 层叠的示例，该电镀通孔结构是通过在子复合结构表面上的导电区域 或导电底垫上选择性地沉积电镀保护层而形成的。图12示出了包括 由介电层1220a-1220e分隔的导电层1210a-1210e的PCB 1200。电镀 通孔结构1230被电镀以籽晶导电材料1290电镀并进一步覆盖以导电 材料1292。通过在用于构成PCB层叠的子复合结构中选择性地沉积 电镀保护层将电镀通孔1230有效划分为许多电绝缘部分(1230a和 1230b)。图12示出了分割的电镀通孔允许电信号1260通过穿越通孔 1230的绝缘部分1230a从PCB 1200的第一导电层1210a上的一条迹 线1240传送到导电底垫1210d上的另一条迹线1250，同时信号完整 性没有由于1230b部分所引起的干扰而降级。电镀通孔结构1230的 导电材料1292是电信号1260通过其从PCB 1200的第一导电层1210a 传送到导电底垫1210d的介质。与之类似，通孔1230的绝缘部分1230b 允许另一电信号1262传送到迹线1280而不与信号1260干扰。电镀 保护层1270防止通孔结构1230内的导电材料12卯和1292在导电层 1210e和导电底垫1210d之间的区域上沉积。结果是，通孔1230有效 划分为电绝缘部分1230a和1230b。电镀通孔结构1230可以是任意形 状。PCB 1200可以具有任何数量的导电层和介电层。出于简化的目 的，图12仅示出了五个导电层1210a-1210e和五个介电层1220a-1220e。每个导电层1210a-1210e都可以包括诸如供电或接地层 的部分或完整的层，并且可以包括电路迹线层，或可以包括同时具有 电路迹线和诸如接地层的部分层的层。导电层1210a-1210e的非限制 实例是铜，而介电层1220a-1220e的一些非限制实例是环氧玻璃、聚 酰亚胺玻璃、陶瓷烃、聚酰亚胺膜、聚四氟乙烯薄膜、树脂浸制锍材 料、凯夫拉尔、纸、以及具有分散的毫微粉末的树脂电介质。由于电镀保护层沉积的选择性特性和通孔的同时电镀导致分割 的部分，通孔可以被细分为多个部分，每一个部分都能够承栽信号而 不与其它部分内的信号干扰。为了有效做到这样，在设计PCB布局 时使用计算机程序是有利的。例如，计算机程序将被插入到诸如 Cadence Allegro 或Mentor ExpeditionTM或SupermaxTM的ECAD 软件中。计算机程序还可以作为将从ECAD系统导入数据的单独的软 件模块运行分割通孔，然后将适当的文件输出回到ECAD或计算机辅 助制造(CAM)系统。这种软件还能够输出用于编程制造装置的文件 以在所选择核心上钻取适当的空穴和/或生成布线图以制造印刷模版 用于选择性沉积电镀保护层。由此，通过确定电镀保护层的位置和最 终分割的通孔的位置，PCB设计可以得到优化以增加走线密度和提高 完整性。假如预先存在了 PCB布局设计，可以使用计算机程序识别 用于在与用来例如反钻的位置相关联的位置上选择性沉积电镀保护 层的位置。在前述说明里，已经参考可能会从一种实现变化为另一种实现的 许多特定细节描述了本发明的各实施例。因此，说明和图示被认为是 示例而并非出于限制的目的。本发明意图与所附权利要求书同样的广 泛，包括其的所有等同物。
权利要求
1.一种多层PCB，所述多层PCB包括具有夹在第一导电层和第二导电层之间的介电层的至少一个子复合结构；其中所述第一导电层包括使用电镀保护层填充的间隙；以及钻通所述多层PCB并穿过所述电镀保护层的穿通孔，其中在缺乏所述电镀保护层的内表面的区域内以导电材料电镀所述穿通孔的内表面，以形成通过所述多层PCB的分割的通孔结构。
2. —种与多层PCB—起使用的子复合结构，所述子复合结构包括夹在两个导电层之间的介电层；以及其中所述两个导电层中的一个导电层包括使用电镀保护层填充 的间隙。
3. —种多层PCB，所述多层PCB包括至少一个子复合结构，其具有夹在第一导电层和第二导电层之间的介电层；以及钻通所述至少一个子复合结构并穿过第一导电层、所述介电 层和所述第二导电层的第一穿通孔，其中使用电镀保护层填充所述第 一穿通孔；钻通所述多层PCB并穿过所述电镀保护层的第二穿通孔，其中 在缺乏所述电镀保护层的区域内以导电材料电镀所述第二穿通孔的 内表面，以形成通过所述多层PCB的分割的通孔结构。
4. 一种与多层PCB—起使用的子复合结构，所述子复合结构包括夹在第一导电层和第二导电层之间的介电层；以及 钻通所述子复合结构并穿过所述第一导电层、所述介电层和所述 第二导电层的穿通孔，其中使用电镀保护层填充所述穿通孔。
5. —种多层PCB,所述多层PCB包括至少一个子复合结构，其具有夹在第一导电层和第二导电层之间的介电层；以及钻通所述第一导电层和所述介电层的盲孔，其中使用电镀保 护层填充所述盲孔；钻通所述多层PCB并穿过所述电镀保护层的穿通孔，其中在缺 乏所述电镀保护层的区域内以导电材料电镀所述穿通孔的内表面，以 形成通过所述多层PCB的分割的通孔结构。
6. —种与多层PCB—起使用的子复合结构，所述子复合结构包括夹在第一导电层和第二导电层之间的介电层；以及 钻通所述第一导电层和所述介电层的盲孔，其中使用电镀保护层 填充所述盲孔。
7. —种多层PCB，所述多层PCB包括至少一个子复合结构，其具有夹在第一导电层和第二导电层之间的介电层，其中所述第一导电层包括暴露所述介电层的一部分的区域；以及在所述暴露的电介质上沉积的电镀保护层的选择性沉积； 钻通所述多层PCB并穿过所述电镀保护层的穿通孔，其中在缺 乏所述电镀保护层的区域内以导电材料电镀所述穿通孔的内表面，以 形成通过所述多层PCB的分割的通孔结构。
8. —种与多层PCB—起使用的子复合结构，所述子复合结构包括 夹在第一导电层和第二导电层之间的介电层，其中所述第一导电层包括暴露所述介电层的一部分的区域；以及在所述暴露的电介质上沉积的电镀保护层的选择性沉积。
9. 一种多层PCB，所述多层PCB包括 至少一个子复合结构，其具有夹在导电底垫和导电层之间的介电层；以及 在所述导电底垫上沉积的电镀保护层的选择性沉积； 钻通所述多层PCB并穿过所述电镀保护层的穿通孔，其中在缺 乏所述电镀保护层的区域内以导电材料电镀所述穿通孔的内表面，以 形成通过所述多层PCB的分割的通孔结构。
10. —种与多层PCB—起使用的子复合结构，所述子复合结构包括夹在导电底垫和导电层之间的介电层；以及 在所述导电底垫上沉积的电镀保护层的选择性沉积。
11. 一种分割通孔结构的方法，所述方法包括 在至少一个子复合结构的一个或多个第一导电层、介电层、以及第二导电层内形成至少一个间隙；以及在所述至少一个间隙内沉积电镀保护层。
12. 根据权利要求ll的方法，还包括 将所述至少一个子复合结构层压成多层PCB层叠； 通过所述多层PCB层叠钻取穿通孔，以穿过所述电镀保护层的每个区域；以及处理所述PCB层叠以在缺乏所述电镀保护层的区域内，利用导 电材料电镀每个穿通孔的内表面，以形成通过所述多层PCB的相应 分割的通孔结构。
13. 根据权利要求12的方法，其中所述电镀包括使用电解电镀操作。
14. 根据权利要求12的方法，其中所述电镀包括使用非电解电 镀操作。
15. 根据权利要求ll的方法，其中所述电镀保护层包括对能够 催化非电解金属沉积的催化类材料的沉积具有抵抗力的绝缘疏水性 树脂类材料。
16. 根据权利要求15的方法，其中所述绝缘疏水性树脂类材料 包括有机树脂、聚乙烯树脂、碳氟树脂、聚氨脂树脂、以及丙烯酸树 脂中的一种或多种。
17. 根据权利要求15的方法，其中所述绝缘疏水性树脂类材料 单独使用或与足够数量的其它树脂类材料结合复合使用，以在所述复 合的合成物中保持疏水特性。
18. 根据权利要求ll的方法，其中所述电镀保护层为干膜。
19. 根据权利要求ll的方法，其中所述电镀保护层包括软骨或 粘性液体。
20. 根据权利要求12的方法，其中使用电绝缘、电阻性软骨、 以及电压可变换的介电材料中任何一种填充所述分割的通孔结构，以 提高可靠性或性能。
21. 根据权利要求12的方法，其中所述绝缘电介质材料为以下 材料的一种或多种FR4，环氧玻璃，聚酰亚胺玻璃，陶瓷烃，聚酰 亚胺膜，树脂浸制玻璃布，聚四氟乙烯薄膜，树脂浸制锍材料，凯夫 拉尔，纸，具有分散的毫微粉末的树脂电介质。
22. 根据权利要求ll的方法，还包括利用计算机程序来确定用 于选择性沉积所述电镀保护层的位置，以及用于生成由一个或多个 PCB设计布局程序和计算机辅助制造系统所使用的信息，用于选择性 地沉积所述电镀保护层，以及用于通过所述分割的通孔结构布线电路 迹线。
23. 根据权利要求ll的方法，还包括在包含通孔结构反钻的预 先存在的PCB设计中用于反钻的位置上沉积所述电镀保护层。
24. 根据权利要求ll的方法，还包括在顺序处理期间，在分隔 两个或多个分离的PCB子组件的位置上沉积所述电镀保护层。
全文摘要
本发明公开了用于通过利用PCB层叠内的电镀保护层将多个通孔结构同时分割为电绝缘部分的系统和方法。这种通孔结构是通过在子复合结构中的一个或多个位置内选择性地沉积电镀保护层形成。在不同的位置上沉积的多个具有电镀保护层的子复合结构被层压以形成所期望的PCB设计的PCB层叠。通过导电层、介电层以及通过电镀保护层钻取穿过PCB层叠的穿通孔。由此，PCB板具有多个穿通孔，另一通过将PCB板放置到籽晶槽同时电镀多个穿通孔，随后浸入到非电解铜槽中。这种分割的通孔提高了线缆密度并且限制了通孔结构中的短线形成。这种分割的通孔使得大量的电信号能够传送到每个电绝缘部分而不相互干扰。
文档编号H01L23/48GK101133478SQ200680007139
公开日2008年2月27日 申请日期2006年3月6日 优先权日2005年3月4日
发明者小乔治·杜尼科夫 申请人:三米拉-惜爱公司