电路板的制造方法与流程

本发明涉及在低轮廓铜层构成的层压板上制造电路的方法，其中一个或多个电路具有已知且可再现的传输线总信号损耗。

背景技术：

对于在pcb中用于高速数字应用的材料，印刷电路板(pcb)设计人员继续推动其范围。具有能够实现25gb/通道或以上数据速率的传输线的新pcb需要层压机使用具有新型树脂系统、分散且扁平玻璃纤维布以及甚低轮廓铜箔的层压板和半固化片来开发新设计，以改善介电性质。这些设计特征中的每一个都影响制成的印刷电路板的电性能。

铜箔技术利用更新的和改进的表面形貌不断进行发展，从而改善铜/介电粘结强度并减少趋肤效应。铜箔的表面形貌是造成与用于制造pcb的材料相关的信号损耗的原因。可以看出粗糙度为5-7μm的箔与粗糙度为2-3μm的箔之间的信号损耗差异高达30％。可以利用这种改进来改善整个层压板材料的性能。然而，信号损耗改善受到与层压板(介电材料层)粘结并直接接触的铜箔表面的限制。

用于制造电路图案的覆铜层压板的内层处理暴露铜传输线的三个面，这三个面经过处理以增强内层之间的半固化片或粘结板材的粘结。通常称为氧化物或粘结增强工艺的处理工艺是通过各种方法完成的，在这些方法中，修改铜表面，以增强处理过的铜表面与相邻介电材料层的机械和/或化学粘结。就任何铜表面修改工艺来说，所得到的铜形貌根据使用的化学品的类型、制造商的工艺控制和能力以及用于加工内层的设备而不同。当比较印刷电路制造商的所得到的铜表面形貌的变化时，这些主要因素中的每一个都被放大。

传输线上有四个表面。在这些表面中，层压板生产商可以控制迹线(trace)的底部-与层压板粘结的表面(根据铜重量，横截面周长的大约40-45％)，并且仅部分控制传输线的顶部或铜箔的工艺侧。层压机可以选择具有最低表面轮廓(其提供可接受的剥离强度)的箔，然后将最低轮廓表面(通常是铜箔光面)粘结到层压板上。虽然层压机可以控制“出货时”的顶部铜箔形貌，并且可以选择甚低轮廓的铜，但是pcb制造商通常会使铜的顶面或传输线的顶面经历粘结增强工艺，选择的工艺和所选择工艺的性能决定了最终的传输线顶面和侧壁轮廓及其随后对信号损耗的影响。

pcb制造商使用各种粘结增强工艺和工艺参数来修改传输线的顶壁和侧壁轮廓。随着可容许电路损耗规格继续降低，印刷电路板制造商之间的表面形貌与粘结增强工艺的差异成为了一个问题。制造商到制造商的粘结增强表面形貌变化被视为日益严重的问题，并且需要调整各种印刷电路板制造商的工艺能力以确保每个可以通过粘结增强处理内层并满足紧密的表面形貌规范。

技术实现要素：

本发明的一个方案是一种印刷电路板的制造方法，包括以下步骤：设置平面板材，包括：平面介电材料层，具有第一平坦表面和第二平坦表面；以及第一铜箔板材，具有第一平坦表面和第二平坦表面，其中第一铜箔平坦表面与第一介电材料层平坦表面相关联，并且其中第一铜箔板材第一表面和第二表面每一个包括粘结增强层；以及通过去除第一平坦铜板材的不必要部分而将电路图案铜留在适当的位置以形成包括电路图案的内层板材，以在第一平坦铜板材中形成电路图案，其中不将粘结增强层施加到电路图案。

本发明的另一个方案是一种多个印刷电路板的制造方法，包括以下步骤：通过以下进一步步骤在第一制造位置处制造多个印刷电路板：设置平面板材，包括：介电材料层，具有第一平坦表面和第二平坦表面；以及第一铜箔板材，具有第一平坦表面和第二平坦表面，其中第一铜箔第一平坦表面与介电材料层第一平坦表面相关联，并且其中第一铜箔板材第一平坦表面和第二平坦表面每一个包括粘结增强层；以及通过去除第一平坦铜板材的不必要部分而将电路图案铜留在适当的位置以形成包括电路图案的第一制造内层板材，以在第一铜箔板材中形成电路图案，其中不将粘结增强层施加到电路图案，并且其中电路图案包括具有总电路损耗的传输线；以及将第一制造内层板材结合到第一制造印刷电路板中；并且然后通过以下进一步步骤在第二制造位置处制造多个印刷电路板：设置平面板材，包括：介电材料层，具有第一平坦表面和第二平坦表面；以及第一铜箔板材，具有第一平坦表面和第二平坦表面，其中第一铜箔板材第一平坦表面与介电材料层第一平坦表面相关联，并且其中第一铜箔板材第一表面和第二表面每一个包括粘结增强层；以及通过去除第一平坦铜板材的不必要部分而将电路图案铜留在适当的位置以形成包括电路图案的第二制造内层板材，以在第一平坦铜板材中形成电路图案，其中不将粘结增强层施加到电路图案，并且其中电路图案包括具有总电路损耗的传输线；以及将第二制造内层板材结合到第二制造印刷电路板中，其中第一制造内层的传输线与第二制造内层的传输线基本相同；重复步骤(a)和(b)多次以形成多个第一制造内层和第二制造内层，其中至少90％的多个第一制造内层的传输线的所测量的总损耗与至少90％的多个第二制造内层的传输线的所测量的总损耗彼此相差不超过10％。

本发明的又一方案是一种平面板材，包括：平面介电材料层，具有第一平坦表面和第二平坦表面；以及第一铜箔板材，具有第一平坦表面和第二平坦表面，其中第一铜箔平坦表面与第一介电材料层平坦表面相关联，并且其中第一铜箔板材第一表面和第二表面每一个包括粘结增强层。

在某些方案中，粘结增强层的rz粗糙度为大约0.25微米至大约5.0微米。在其他方案中，第一平坦铜箔板材第一平坦表面的表面粗糙度小于大约1.5微米。在又一些其他方案中，第一铜箔板材第二平坦表面的表面粗糙度小于大约2.5微米。

附图说明

图1a和图1b是铜箔表面在预清洗之后但在表面氧化之前的照片；

图2a和图2b是已被预清洗并且然后经过了氧化处理步骤的铜箔表面的照片；

图3a、图3b和图3c是本发明的形成电路的方法中的步骤；

图4是包括例如图3c所示的内层板材的示例性印刷电路板的剖视图；以及

图5是在使印刷电路板包括相同或基本相同的电路的不同制造位置处制造印刷电路板的工艺的示意图。

具体实施方式

本发明涉及使用诸如涂覆树脂铜板材、覆铜半固化片(prepreg)或覆铜c阶段层压板等平面材料板材制造印刷电路板的方法，其中平面板材包括介电材料板材或层和至少一个平面铜箔或者板材表面，其中铜箔或板材在两个平坦铜表面上均包括粘结增强层，并且其中在电路形成在铜箔或板材中之前，铜箔或板材被设置粘结增强层。本发明还涉及具有一个或两个暴露的铜箔或板材表面的覆铜层压板、覆铜半固化片和涂覆树脂铜板材，其中每一个铜箔或板材的两个平坦表面都设置有粘结增强层。

在本发明的方法中，半固化片和层压板包括用粘结增强层进行预处理的铜箔或板材。为了本说明书的目的，术语“箔”是指通过任何已知方法制成的薄平面铜板材材料，例如，轧辊铜箔和电镀铜箔，这在涂覆树脂时是有用的，用作半固化片包层或以其他方式用于制造印刷电路板。

铜箔板材可以从各种厚度的铜箔中选择，优选为从2盎司铜箔、1盎司铜箔、1/2盎司铜箔和1/4盎司铜箔中选择的铜箔。此外，优选地，铜箔是低轮廓铜箔或甚低轮廓铜箔。术语“甚低轮廓铜箔”定义为rz表面粗糙度为1.3微米或更小，优选0.9微米或更小的铜箔。通常，低轮廓铜箔板材的厚度为10微米至400微米，甚低轮廓铜板材的厚度为大约5微米至大约200微米，甚至更窄，大约5微米至大约35微米。

本发明的双面处理铜箔是平面的并且包括第一平坦表面和第二平坦表面，其中以在铜箔板材的每个平坦表面上形成薄粘结增强层的方式对铜箔的两个平坦表面进行预处理。可以通过诸如结瘤处理、het箔处理、mls箔处理、表面氧化物处理等本领域已知的任何方法以及其他类似的处理步骤完成预处理。在一个方案中，使用相同的预处理方法，在单个步骤中为铜箔的第一平坦表面和第二平坦表面设置粘结增强层。或者，通过第一处理方法为铜箔的第一平坦表面设置粘结增强层，而通过第二处理方法为铜箔的第二平坦表面设置粘结增强层。

图1a和图1b是粘结增强层处理之前的铜箔板材的两个表面的照片。通常，在处理之前，铜箔的表面粗糙度(rz)的范围为大约0.4μm至大约6.0μm，优选为大约2.5μm或更小。术语“低轮廓铜箔”定义为具有一个平坦表面的铜箔，该平坦表面粘结至rz表面粗糙度为大约2.5μm或更小的介电层。对于通过电镀铜或移动滚筒产生的铜箔，如图1a和图1b所示的，铜箔的光面的表面粗糙度比非光面或“粗糙”面的表面粗糙度光滑。对于这种箔，粗糙面的表面粗糙度rz可以比光面的表面粗糙度rz大1-3μm。

图2a和图2b是在通过一种或多种粘结增强方法进行预处理以在铜箔的两个平坦表面上形成粘结增强层之后的铜箔板材的表面的照片。粘结增强方法通常会从铜箔表面去除1μm至2μm的薄铜层。另外，与粘结增强之前的表面粗糙度相比，粘结增强方法通常降低粘结增强铜箔表面的粗糙度。在一个方案中，具有粘结增强表面的铜箔板材的rz表面粗糙度为大约0.25μm至大约5.0μm，优选小于大约2.5μm，最优选小于大约1.5μm。

本文使用的术语“粘结增强层”是指铜箔板材的表面，其以某种方式进行改进，以改善铜箔板材粘结到相邻的介电材料层的能力(改善的剥离强度证明了这一点)和/或改善光致抗蚀剂材料与铜箔表面的粘合性。

可以通过本领域已知的任何方法形成粘结增强层，用于处理或以其它方式修改铜箔板材的表面，从而改善其与介电材料层的粘合性。这些方法包括化学方法，例如将硅烷或其他材料施加到铜箔表面上、铜箔表面的氧化物处理、化学清洗等。这些方法还包括诸如微蚀刻处理、喷砂(pumice)处理等机械方法。

还可以用促进铜箔与相邻介电材料层的粘合的材料来处理或涂覆粘结增强层。例如，粘结增强层可以是硅烷材料层，或者粘结增强层可以涂覆有硅烷材料层，例如在第5,525,433、5,622,782、6,248,401和2013/0113523号美国专利或申请中的所公开的，这些专利或申请的每一个的说明书通过引用的方式并入此处。

与铜箔层相关联的介电材料层或板材可以由使用的或可以在印刷电路板领域使用的任何介电材料制成。介电材料的实例包括诸如环氧树脂系统和聚酰亚胺树脂系统等热固性树脂。诸如聚四氟乙烷等热塑性材料也可以用作介电材料层。

本发明的方法和制品包括平面板材，平面板材包括具有第一平坦表面和相对的第二平坦表面的介电材料层，该第二平坦表面与同样具有两个平坦表面的铜箔的平坦表面相关联或粘结，其中铜箔的每一个平坦表面包括粘结增强层。

在一个实例中，平面板材是半固化片。通过利用具有专门按配方制造的树脂浸渍玻璃纤维织物来制造半固化片。树脂使半固化片具有特殊的电学性质、热学性质和物理性质。半固化片加入到覆铜层压板中，该层压板包括层压在一侧或两侧上的一半固化片的内层以及在两个平坦表面上都具有粘结增强层的一层薄铜箔。通过在强热、强压和真空条件下将一层或多层铜和半固化片压合在一起来实现层压。粘结增强层有利于铜箔与半固化片材料的粘结，这对于确保铜箔不易从半固化片材料剥离掉尤其重要。半固化片介电材料通常是b阶段的，这意味着树脂是部分固化的。

在另一个实例中，平面板材可以是包括粘合到其一个或两个平坦表面的铜箔层的完全固化的树脂或聚合物。

在又一个实例中，平面板材可以是涂覆树脂的铜箔板材。涂覆树脂的铜可用作多层高密度互连结构的薄电介质。涂覆树脂的铜由一层或多层树脂组成，由电镀铜箔支撑。树脂没有支撑。涂覆树脂的铜可以在封装电路时充当电绝缘层，并且还用作外层导体。与涂覆树脂的铜相关联的树脂可以是b阶段或c阶段的，或者可以包括b阶段树脂层和c阶段树脂层的组合。涂覆树脂的铜可以与刚性层压板一起用作覆盖层或按顺序堆积，也可以用于柔性覆盖膜应用。从涂覆树脂的铜消除玻璃增强使得通过机械钻孔之外的手段形成大量盲微孔。

图3a、图3b和图3c代表了本发明的某些方法和产品。在图3a中示出了双面处理的(两个平坦表面上具有粘结增强层)铜箔板材(10)。双面处理的铜箔板材(10)还包括：第一表面处理的平坦表面(12)，其是第一粘结增强层；以及第二表面处理的平坦表面(14)，其是第二粘结增强层。在图3b中，两个双面处理的铜箔板材(10，10’)粘合至平面介电材料层(16)，使得第一铜板材的第一表面处理平坦表面(14)邻接并粘合到平面介电材料层(16)的第一平坦表面(18)。另外，在图3b中，具有第一表面处理平坦表面(14’)和第二表面处理平坦表面(12’)的第二可选铜箔板材(10’)粘合到介电材料层(16)的第二平坦表面(20)上。

在图3b中，第二平坦表面(12，12’)保持暴露用于进一步处理。接着，通常通过将掩模施加到第一表面处理平坦表面并通过蚀刻去除未掩蔽的铜部分，在双面处理箔板材(10)中形成电路。图3c示出了蚀刻工艺的结果，内层板材(40)包括多条传输线(32、34和36)，每条传输线包括第二粘结增强层(12或12’)、第一粘结增强层(14或14’)和侧壁(20)，其中传输线侧壁(42)不包括粘结增强层。在一些实施例中，传输线可以具有一个或多个端壁，该一个或多个端壁也不包括粘结增强层。

铜箔的顶部和底部或传输线表面形貌的横截面周长的大约80-90％是良好控制的铜箔制造工艺的结果。换句话说，当去除铜箔的一部分来形成电路时，对构成电路的表面的80-90％-电路的顶部和底部-而不是侧表面-进行表面处理。结果是，在形成电路结构之后，pcb制造者不需要将粘结增强层施加到电路结构，从而基本上消除了经过两个或更多制造设备的印刷电路板变化。

印刷电路板制造商使用覆铜层压板在包括通常重复的多个操作的复杂工艺中构造多层pcb。通常，层压板的铜表面被蚀刻来创建电子电路。通过在每个蚀刻的层压板之间插入一层或多层绝缘半固化片来将这些蚀刻的层压板组装到多层配置中。然后在pcb中钻取或电镀孔(过孔)，以在多个层之间建立电连接。得到的多层pcb是其上安装有半导体和其他部件的复杂互连器件，然后将该互连器件结合到终端市场产品中。

图4是本发明的包括一个或多个内层板材(40，40’，40”)的印刷电路板(50)的剖视图。典型的印刷电路板包括至少一个内层板材(40)，但更典型地包括多个内层板材(40)，多个内层板材(40)可选地由半固化片(42)分隔开并且包括连接形成在不同内层板材上的电路的可选过孔(44)。印刷电路板(50)可以可选地包括顶部电路(46)和底部电路(48)。

图5是在两个不同的制造设备–第一制造设备(100)和第二制造设备(200)处制造印刷电路板的工艺的示意图。根据步骤(110)中的方法，在两个制造设备处提供相同的平面板材作为pcb部件。所提供的平面板材(110)包括具有第一平坦表面和第二平坦表面的平面介电材料层以及具有第一平坦表面和第二平坦表面的第一铜箔板材，其中第一铜箔平坦表面与第一介电材料层平坦表面相关联，并且第一铜箔板材的第一表面和第二表面的每一个包括粘结增强层。

接下来，在必要的步骤(120)和(220)中，通过去除第一平坦铜板材的不必要部分而将电路铜留在适当的位置以形成包括传输线结构的第一制造内层板材，而在第一制造设备和第二制造设备中的每一个处的第一平坦铜板材中形成相同的传输线结构。在该步骤中，不将粘结增强层施加到传输线结构。所得到的传输线结构包括具有电路损耗的第一传输线。

用于在第一制造设备处形成传输线结构的方法(120)可以与用于在第二制造设备处形成传输线结构的方法(220)相同或不同。例如，可以在一个步骤中使用正性光致抗蚀剂，而在另一个步骤中使用负性光致抗蚀剂。这只是形成传输线结构的方法如何在第一制造设备和第二制造设备之间变化的一个实例，并且其他工艺变化将在本领域技术人员的知识范围内。

接下来，在步骤(130)和(230)中，将包括传输线结构的内层板材结合到印刷电路板中。印刷电路板(图4中所示)可以具有单个内层板材(40)或者由一个或多个半固化片层(42)分隔开的多个内层板材(40’，40”)。这些层中，一个层堆叠在另一个层的顶部以形成叠层，然后将其暴露于热和压力以将板材粘结在一起。可以完成任何进一步的处理，例如过孔形成、外表面电镀和电路形成等，以在第一制造设备和第二制造设备中的每一个处形成最终的印刷电路板。可能执行的pcb处理步骤的例子包括层压、过孔钻孔、直接金属化、外层成像、电镀、剥离/蚀刻外层、焊接掩模应用、最终精加工、布线以形成单独的pcb以及电气测试和检查。另外，在一个方案中，在第一制造设备中制造多个基本相同的pcb，并且在第二制造设备中制造多个基本相同的pcb。此外，在第一制造设备处制造的pcb与在第二制造设备处制造的pcb基本相同。在该上下文中，术语“基本相同”表示所制造的pcb旨在用于相同的用途，例如，用作pcb母板或用作特定手机型号的主电路板。

就传输线结构形成来说，在第一制造设备和第二制造设备处形成印刷电路板的步骤可以相同，也可以不同。然而，在一个方案中，对于在第一制造设备处生产的多个pcb和在第二制造设备处生产的多个pcb，每一个具有内层，该内层具有相同的电路结构和至少一个基本相同的传输线。在步骤(140)中，测试多个pcb的每一个基本相同的传输线的总损耗。因为原始提供的内层(110)包括具有通过相同方法制成的第一粘结增强层和第二粘结增强层的铜层，所以电路损耗在多个pcb上的变化不会超过大约10％。

通常，本文使用的术语“损耗”是指“总损耗”–由于信道介质中的不利影响而未被传送到通信系统的接收器的所有信号功率。在通用通道中存在引起信号功率损耗的许多可能的原因，包括印刷电路板材料的缺陷以及影响电信号完整性的制造工艺。在pcb传输线等级，存在各种损耗源，包括传播损耗。在一个方案中，使用ipctm-6502.5.5.12中描述的四种测试方法中的一种方法测量“损耗”。该四种损耗测试方法包括根脉冲能量(rie)、等效带宽(ebw)、sparameters和短脉冲传播(spp)。在另一个方案中，损耗可以指单独的传输线的插入损耗或者与介电损耗的组合。通过将导体(αc)、电介质(αd)、辐射(αr)和泄漏损耗(αl)相加来测量总插入损耗(αt)。

已经详细描述了产品和使用产品的方法，显而易见的是，在不脱离所附权利要求限定的公开内容的范围的情况下，可以进行修改和变型。更具体地，尽管本公开文本的一些方案在本文中被认为是特殊有利的，但是认为本发明不一定局限于公开内容的这些特定方案。