专利名称:多层印刷电路板及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种印刷电路板，特别涉及一种双面或多层印刷电路板及其制造方法。
背景技术：
随着小尺寸电子产品的快速发展，高密度封装技术必须符合这些需求。印刷电路板为承载电子产品的主要装置，因此需要能制作轻薄的印刷电路板，并具有细线宽、微孔，以及高密度设计的制造技术。制造印刷电路板的公知程序包括压制金属薄膜在基板上，通过旋涂涂布光阻层，然后执行以下的步骤遮罩曝光、显影、蚀刻、钻孔与烘烤，迭层与镀膜，等等。整个制造程序需要反复的测试与修补，非常复杂。
第6,195,883号美国专利披露一种制造多层印刷电路板的方法，其特征是利用全加成工艺方式来制造具有高密度导线的电路板。在以铜包覆的基板上钻孔，然后把基板沉浸在钯/锡(Pd/Sn)触媒中。然后即进行化学镀膜或电镀，直到该基板到达某个厚度。然后再涂布光阻材料，以保护上述通孔及所制成的电路图案。接着则进行蚀刻工艺以移除该光阻。
美国专利申请公告号2002/0083586披露一种制造多层印刷电路板的方法，其特征是将铜箔附着到树脂基板的两面上，然后涂布树脂在其上，并通过激光钻孔形成小通孔。最外部的钻孔大小会大于盲孔，上述孔洞通过后续的化学镀膜处理而完成。
第5,502,893号美国专利披露一种通过通孔在金属板上进行涂布的方法。特别指明，第一金属层经由电镀处理形成在金属板上的微型孔上。然后第二金属层经由电镀形成在该第一金属层上。该第二金属层经黑化以形成一层非导电有机材料。最后在该非导电有机材料上形成内接电路。
在1987年于E.I.DuPont的专利中，首先提出通过化学镀膜经由印刷触媒而产生金属线的制造过程。经由化学镀膜在该基板上形成金属薄膜的既有问题为金属粘结性不良。该问题可通过物理研磨或化学蚀刻来增加基板粗糙度的方式解决。但是，这些蚀刻处理并无法适用于所有种类的基板。
在2000年时，Rubner披露一种在基板上成整数层的自组装薄膜的方法。其以多电解质聚合物溶液自组装于该基板上，然后将该基板沉浸在触媒溶液中。该自组装薄膜材料与该触媒之间的作用会产生钯复合物，最后即进行化学镍镀膜。在2001年，Yang Yang提供一种类似的方法来制造垂直多层积体电路，其披露于名为“透过自组装的聚电解、喷墨印刷及无电金属镀膜处理之结合的垂直积体电子电路”(″Vertically IntegratedElectronic Circuits via a Combination of Self-Assembled Polyelectrolytes，Ink-Jet Printing，and Electroless Metal Plating Processes″)的论文，可见于期刊Langmuir 2002，第18卷，8142-8147页。公开号为2005/0120550的美国专利中披露一种改良的技术，其为将触媒电路喷洒及印刷到由数层自组装薄膜所覆盖的基板上。在该触媒与该薄膜之间会发生反应，由此形成具催化活性的钯复合物。经由化学镀膜可形成具有金属电路的单一层板。
发明内容本发明的目的在于提供一种通过喷墨印刷技术制造双面或多层印刷电路板的方法。本发明提供一种制造双面或多层印刷电路板的方法，由此降低制造成本，并满足市场上多样化的需求。
在一具体实施例中，本发明提供一种通过喷墨印刷制造双面或多层印刷电路板的方法，其中包括提供基板，在该基板的至少一侧面上形成第一自组装薄膜，在该第一自组装薄膜上形成非粘结性薄膜，在该基板中形成至少一微型孔，在该微孔的表面上形成第二自组装薄膜，在该基板的至少一侧面上及该微型孔的表面上提供触媒粒子，并在该基板上形成触媒电路图案。
在另一具体实施例中，本发明提供一种制造多层印刷电路板的方法，其中包括提供基板，在该基板的每一侧面上形成自组装薄膜，在该自组装薄膜上形成非粘结性薄膜，在该基板中形成至少一微型孔，在该微型孔的表面上形成自组装薄膜，施加触媒粒子在该基板的至少一侧面上及该微型孔的表面上，通过触媒微分配与沉浸在催化剂溶液中，在该基板上形成触媒电路图案，并且将该基板沉浸到电解质中，以在该基板上及该微型孔中一金属薄膜上形成金属电路。
本发明也提供一种双面印刷电路板，其包括基板，定义了至少一微型孔，自组装薄膜，其形成在该基板的至少一侧面上，触媒层，其形成在该基板上的微型孔表面上的触媒层，金属薄膜，其形成在该微型孔的表面上并具有该触媒层，以及第一电路，其形成在自组装薄膜上。
关于另一具体实施例，本发明提供一种多层印刷电路板，其中包括第一基板，其定义至少一微型孔，第一自组装薄膜，其形成在该第一基板的每一侧面上，第一触媒层，其形成在该第一基板上的微型孔表面上，第一金属薄膜，其形成在该微型孔的表面上，并在其间具有该第一触媒层，第一电路，其形成在该第一基板的一侧面上，并在其间具有该第一自组装薄膜，以及第二电路，其形成在该第一基板的另一侧面上，并在其间具有该第一自组装薄膜。
在下文的说明中将部份提出本发明的其他特点与优点，而且从该说明中将了解本发明其中一部份，或者通过实施本发明也可推及。通过随附的权利要求
中特别列出的元件与组合将可了解且达成本发明的特点与优点。
应该了解的是，上文的摘要说明以及下文的详细说明都仅供作例示与解释，其并未限制本文所主张的发明。
本说明书中所并入且构成本说明书其中一部份的附图所图解的为本发明的其中一具体实施例，其连同本说明可用来解释本发明的原理。
现将详细参照于本发明具体实施例，其实施例图解于附图之中。尽其可能，所有附图中将依相同元件符号以代表相同或类似的部件。
图1A到图1B为根据本发明一具体实施例中通过喷墨印刷制造双面印刷电路板的方法的横截面图；以及图2A到图2B为根据本发明另一具体实施例中通过喷墨印刷制造多层印刷电路板的方法的横截面图。
主要元件标记说明100 基板103 自组装薄膜105 非粘结薄膜107 微型孔109 触媒粒子110 黑灰触媒电路图案112 静电吸收膜120 触媒电路图案200 双面印刷电路板203 自组装薄膜205 非粘结薄膜206 微型孔207 微型孔208 微型孔209 触媒粒子210 黑灰触媒电路图案212 静电吸收膜220 触媒电路图案
240 绝缘层1091 金属薄膜1101 金属电路1201 金属电路2061 盲孔2071 埋入孔2081 通孔2091 金属薄膜2101 金属电路2201 金属电路具体实施方式
为达解释目的，本详细说明中提出各种特定的细节以便更彻底地了解本发明的具体实施例。不过，所属技术领域：
的技术人员将会发现，没有上述特定细节也可实施本发明的具体实施例。在其它实例中，会以框图的形式来显示各结构与装置。紧接着，所属技术领域：
的技术人员便可轻易地明白本文中叙述与实施方法的特定顺序仅供解释之用，本发明也涵盖各种变化顺序，而且仍然落在本发明具体实施例的精神与范畴之中。
图1A及图1B为根据本发明的一具体实施例通过喷墨印刷制造双面印刷电路板的方法的横截面图。请参照图1A，步骤1提供了基板100，其包括已知的基板构成的群组中的成员，其中包括塑胶基板、陶瓷基板、金属板、纸板、玻璃基板、PET基板、FR-4基板、弹性FR-4基板、聚酰胺基板、环氧树脂、或其任何组合。
在步骤2中，使用一表面处理程序以在基板100的至少一主要表面或是侧面上形成自组装薄膜(self-assembly membrane，SAM)103。该表面处理程序包括将基板100沉浸在阴离子或阳离子聚电解质溶液中。然后将基板100沉浸在阴离子或阳离子聚电解质溶液中，其与先前的聚电解质溶液具有相反的电荷。换句话说，如果先将基板100沉浸在阴离子聚电解质溶液中，然后再将基板100沉浸在阳离子聚电解溶液中；反之亦然。这两个步骤视该制程的最后需要而重复进行。然后再将基板100沉浸在具有与第一步骤的表面处理程序相同电荷的聚电解质溶液中。用于本发明的表面处理程序的阴离子聚电解质溶液可为聚丙烯酸(polyacrylic acid，PAA)、聚甲基丙烯酸(polymethacrylic acid，PMA)、聚苯乙烯磺酸(poly-styrene sulfonate，PSS)、聚(3-噻吩基乙酸)(poly(3-thiopheneacetic acid)，PTAA)或其任何组合。该阳极聚电解溶液可为聚酰丙基胺盐酸盐(polyallylamine hydrochloride，PAH)、聚乙烯醇(polyvinylalcohol，PVA)、聚乙烯基咪唑(polyvinylimidazole，PVI+)、聚(乙烯基吡咯烷酮)(poly(vinylpyrrolidone)，PVP+)、聚苯胺(polyaniline，PAN)或其任何组合。
请参照图1A，自组装薄膜103为多层薄膜结构，且基板100的表面性质可经由自组装薄膜103改变。例如，可以增进该金属化学镀膜的材料的粘结性，以及该材料的润滑性与抗腐蚀性。该材料的电性与光学特性也可加以改善，或是可以形成用于多种光学及电子感应器的电活层(electro-active layer)。该分子的自组装可以经由特殊的功能基(例如氢键)、或是相反充电的非离子聚合物、或是在水溶液中阴离子、阳离子聚合物，可利用自发性层对层的方式被吸收到该材料表面上。该选择性吸收的聚合物可形成双层结构，由此形成多层自组装结构。
阴离子聚电解聚合物/阳离子聚电解聚合物的多层薄膜为自组装薄膜的较佳具体实施例，其形成在许多基板上，例如用于一般的电路板的玻璃基板、PET基板、BT基板、及FR-4或PI基板。制造多层薄膜的方法说明如下。首先，将该基板沉浸在阴离子聚电解聚合物溶液中数分钟，并沉浸在水中以清洗。然后将该基板沉浸在阳离子聚电解聚合物溶液中数分钟，然后利用水做清洗。这些沉浸、吸收及清洗步骤会重复进行，直到形成所想要的迭层数目。各层为由阴离子聚电解聚合物与阳离子聚电解聚合物所形成。最后，该多层薄膜可由例如空气枪来吹干，然后即可储存在一般环境中。
当自组装薄膜130形成在基板100的每一侧面之后，即在每个自组装薄膜103上覆盖非粘结性薄膜105。非粘结薄膜105的材料可为静电吸收膜、亲水性吸收膜、聚合物多层薄膜的吸收膜、或其任何组合。请再次参照图1A，于步骤3中，在基板100上钻孔以形成至少一微型孔107。基板上的污迹在钻孔期间可视需要而移除。在步骤4中，再次于基板100上进行上述的表面处理程序，以在微型孔107与非粘结薄膜105的表面上形成自组装薄膜103。
现在请参考图1B，将基板100沉浸在触媒溶液中，然后于步骤5中沉浸在催化剂溶液中以在基板100的侧面与微型孔107的表面中至少一个表面上形成触媒粒子109。举例来说，该触媒可为含金属盐的触媒。在一例子中，该含金属盐的触媒中的盐可为钯盐触媒或铂盐触媒。该钯盐触媒可为水性Pd(NH3)4Cl2溶液或水性Na2PdCl4溶液。该催化剂溶液包含二甲基胺硼烷(dimethylamine borane，DMAB)及甲醛。
在步骤6中，将该非粘结薄膜105由基板100的侧表面上剥除，而仅留触媒粒子109在微型孔107的表面上。于步骤7中，透过微分配喷洒触媒在基板100上，然后将基板100沉浸在催化剂溶液中以形成黑灰触媒电路图案110。如果基板100的两个表面需要不同的触媒电路图案，可覆盖静电吸收膜112到触媒电路图案110上做为保护。
在步骤8中，利用相同的步骤在基板100的其它侧面上形成触媒电路图案120。微型孔107可在结构的上方呈现圆形轮廓。然后，在步骤9中剥除静电吸收膜112。同时，基板100的两个侧面具有两个不同的触媒电路图案110及120，及微型孔107的表面具有触媒粒子109。
在步骤10中，将基板100沉浸在电解质中以形成在基板100上的金属电路1101及1201，及微型孔107中的金属薄膜1091。由此即形成了双面印刷电路板。金属电路1101与1201的材料可由铜、镍、银、金或其任何组合所组成的群组中选出。在一范例中，金属电路1101与1201的材料为铜，所使用的电解质可为化学铜电镀溶液，且其化学式为所属技术领域：
的技术人员所熟知。关于化学铜电镀的形成的进一步信息可参考F.A.Lowenheim所著的″Modern Electroplating″，第三版，Wiley，New York，1974；N.V.Mandich，G.A.Krulik所著的″Plating and Surface Finishing″80(1993)68；C.A.Deckert所著的″Plating and Surface Finishing″82(2)(1995)48；以及″Plating and Surface Finishing″82(3)(1995)58。
在去离子水中溶解所有的试剂，然后搅拌数分钟。紧接着，为了增进溶液的稳定性，可以在该电镀槽中安装泡沫产生器，用来使用空气中的氧来避免在该电镀溶液中产生铜粒子，因而可以防止电镀溶液的去活化。
在化学镀膜试验中，该电镀溶液的电镀时间与温度为控制导线厚度的重要因素。为了得到高均匀性的微型孔，搅拌可协助增加电镀溶液浓度的均匀性，并可提供空气搅拌来促进该电镀溶液的稳定性。
图2A及图2B为根据本发明另一具体实施例中通过喷墨印刷制造多层印刷电路板的方法的横截面图。请参照图2A，在步骤21中，先提供双面印刷电路板200。如果稍后制造的多层印刷电路板需要埋入孔，即提供已经钻有微型孔207的双面印刷电路板200。在步骤22中，粘结绝缘层240到双面印刷电路板200的至少一侧面。在一具体实施例中，同时在双面印刷电路板200的主要表面上提供该绝缘层240。该绝缘层可为塑胶基板、陶瓷基板、金属板、纸板、玻璃基板、PET基板、FR-4基板、弹性FR-4基板、聚酰胺基板、环氧树脂或其任何组合。
形成该双面印刷电路板的步骤需重复至少一次，其中包括步骤23，其先进行表面处理程序来在每个绝缘层240上形成自组装薄膜203。覆盖非粘结薄膜205到自组装薄膜203上。在步骤24中，在双面印刷电路板200以及绝缘层240上钻孔以形成微型孔206与208。
请再次参照图2B，在步骤25中，对于双面印刷电路板200以及绝缘层240进行表面处理程序，以在微型孔206与208的表面上形成自组装薄膜203。将双面印刷电路板200以及绝缘层240沉浸在触媒溶液中，接着沉浸在催化剂溶液中，以产生触媒粒子209。在步骤26中，剥离该非粘结薄膜205，且仅留触媒粒子209在微型孔206与208的表面上。通过微分配喷洒触媒到绝缘层240上，再将双面印刷电路板200以及绝缘层240沉浸在催化剂溶液中以形成黑灰触媒电路图案210。如果在双面印刷电路板200的两个侧面上的绝缘层240需要不同的触媒电路图案，可将静电吸收膜212覆盖在触媒电路图案210上以做为保护。
在步骤27中，通过相同的步骤以在双面印刷电路板200的其它侧面上的绝缘层240上形成触媒电路图案220，然后再剥除该静电吸收膜212。在双面印刷电路板200的两侧上的绝缘层240具有不同的触媒电路图案210与220，而微型孔206与208的表面具有触媒粒子209。
在步骤28中，将双面印刷电路板200与绝缘层240沉浸在电解质中，以在双面印刷电路板200的两侧上的绝缘层240与微型孔206与208中的金属薄膜2091上形成金属电路2101与2201。因此，形成了具有盲孔2061、埋入孔2071及通孔2081的多层印刷电路板。该微型孔为多层印刷电路板的埋入孔、盲孔或通孔，由钻孔方式来决定。
本发明中通过喷墨印刷制造双面或多层印刷电路板的方法并不需要公知的曝光、显影光阻、蚀刻或镀膜的步骤，也不需要公知制造程序所需要的昂贵设备与装置。因此，印刷电路板制造程序的装置成本与制造时间可以显著地降低。此外，本发明的钻孔步骤可以视需要而决定该微型孔要成为该多层印刷电路板的埋入孔、盲孔或通孔。通过本发明可以减少使用昂贵的触媒、遮罩制造过程、以及光阻蚀刻废料的产生，除了成本效益之外，也可满足环境保护需求。
有关本发明的较佳具体实施例的前揭内容，为举例及说明的目的。并非毫无遗漏或欲限制本发明为所披露的精确形式。基于以上的披露内容，本文所述具体实施例的许多变化及修饰对于所属技术领域：
的技术人员而言是显然可知的。
权利要求
1.一种制造印刷电路板的方法，其特征是包含提供基板；在该基板的至少一侧面上形成第一自组装薄膜；在该第一自组装薄膜上形成非粘结薄膜；在该基板中形成至少一微型孔；在该微型孔的表面上形成第二自组装薄膜；在该基板的至少一侧面及该微型孔的表面上提供触媒粒子；以及在该基板上形成触媒电路图案。
2.根据权利要求
1所述的方法，其特征是还包含将该基板沉浸在触媒中，以在该基板及该微型孔中金属薄膜上形成金属电路。
3.根据权利要求
1所述的方法，其特征是还包含将该基板沉浸在催化剂溶液中。
4.根据权利要求
1所述的方法，其特征是形成该自组装薄膜的步骤包含将该基板沉浸在第一聚电解质溶液中；将该基板沉浸到第二聚电解质溶液中，该第二聚电解质溶液具有与该第一聚电解质溶液相反的电荷；以及将该基板沉浸到第三聚电解质溶液中，该第三聚电解质溶液具有与该第一聚电解质溶液相同的电荷。
5.根据权利要求
1所述的方法，其特征是形成该微型孔的步骤包含在该基板上钻孔以形成该微型孔。
6.一种制造多层印刷电路板的方法，其特征是包含提供基板；在该基板的每一侧面上形成第一自组装薄膜；在该自组装薄膜上形成非粘结薄膜；在该基板中形成至少一微型孔；在该微型孔的表面上形成该自组装薄膜；在该基板的至少一侧面及该微型孔的表面上施加触媒粒子；通过触媒微分配与沉浸在催化剂溶液中，在该基板上形成触媒电路图案；以及将该基板沉浸在电解质中以在该基板与该微型孔中金属薄膜上形成金属电路。
7.根据权利要求
6所述的方法，其特征是还包含粘结绝缘层在该双面印刷电路板的至少一侧面上；以及重复上述步骤以形成多层印刷电路板。
8.根据权利要求
6所述的制造多层印刷电路板的方法，其特征是该形成微型孔的步骤包含在该基板钻孔以形成该微型孔。
9.根据权利要求
8所述的制造多层印刷电路板的方法，其特征是该钻孔步骤形成该多层印刷电路板的埋入孔、盲孔或通孔。
10.根据权利要求
6所述的制造多层印刷电路板的方法，其特征是形成该自组装薄膜的步骤包含导电表面处理程序，其包括将该基板沉浸在第一聚电解质溶液中；将该基板沉浸到第二聚电解质溶液中，该第二聚电解质溶液具有与该第一聚电解质溶液相反的电荷；以及将该基板沉浸到第三聚电解质溶液中，该第三聚电解质溶液具有与该第一聚电解质溶液相同的电荷。
11.根据权利要求
6所述的制造多层印刷电路板的方法，其特征是该触媒包含钯盐触媒或铂盐触媒。
12.一种双层印刷电路板，其特征是包含基板，其具有至少一微型孔；自组装薄膜，其形成在该基板的至少一侧面上；触媒层，其形成在该基板上该微型孔的表面上；金属薄膜，其形成在具有该触媒层的微型孔的表面上；以及第一电路，其形成在该自组装薄膜上。
13.根据权利要求
12所述的双面印刷电路板，其特征是该自组装薄膜还包含由阴离子与阳离子聚电解质溶液所形成的迭层。
14.根据权利要求
13所述的双面印刷电路板，其特征是该阴离子聚电解质溶液由聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚苯乙烯磺酸、聚(3-噻吩基乙酸)或其任何组合所构成的群组中选出。
15.根据权利要求
13所述的双面印刷电路板，其特征是该阳极聚电解质溶液可由聚酰丙基胺盐酸盐、聚乙烯醇、聚乙烯基咪唑、聚乙烯基吡咯烷酮、聚苯胺或其任何组合构成的群组中选出。
16.根据权利要求
12所述的双面印刷电路板，其特征是该触媒包含含金属盐触媒。
17.根据权利要求
12所述的双面印刷电路板，其特征是还包含在该第一电路上的静电吸收膜。
18.根据权利要求
12所述的双面印刷电路板，其特征是该第一电路包含触媒电路。
19.一种多层印刷电路板，其特征是包含第一基板，其具有至少一微型孔；第一自组装薄膜，其形成在该第一基板的每一侧面上；第一触媒层，其形成在该第一基板上该微型孔的表面上；第一金属薄膜，其在其间形成具有该第一触媒层的微型孔的表面上；第一电路，其在其间形成具有该第一自组装薄膜的第一基板的至少一侧面上；以及第二电路，其形成在该第一基板的另一侧面上。
20.根据权利要求
19所述的多层印刷电路板，其特征是还包含第二基板，其粘结在该第一基板的侧面上，该第二基板具有至少一微型孔；第二自组装薄膜，其形成在该第二基板的侧面上；第二触媒层，其形成在该第二基板上该微型孔的表面上；第二金属薄膜，其形成在该第二基板上的该微型孔的表面上。
21.根据权利要求
20所述的多层印刷电路板，其特征是还包含第三电路，其形成在该第二基板的该侧面，其中该第二自组装薄膜位于该第三电路与第二基板之间。
22.根据权利要求
20所述的多层印刷电路板，其特征是该第一与第二自组装薄膜各自皆还包含由阴离子与阳离子聚电解质溶液所形成的迭层。
23.根据权利要求
19所述的多层印刷电路板，其特征是该微型孔为埋入孔。
24.根据权利要求
19所述的多层印刷电路板，其特征是该微型孔为盲孔。
25.根据权利要求
19所述的多层印刷电路板，其特征是该微型孔为通孔。
专利摘要
本发明提供一种通过喷墨印刷制造双面或多层印刷电路板(printed circuit board，PCB)的方法，其中包括提供基板，在该基板的至少一侧面上形成第一自组装薄膜(self－assembly membrane，SAM)，在该第一自组装薄膜上形成非粘结性薄膜，在该基板中形成至少一微型孔，在该微型孔的表面上形成第二自组装薄膜，在该基板的至少一侧面上及该微型孔的表面上提供触媒粒子，并在该基板上形成触媒电路图案。
文档编号H05K1/02GK1993025SQ200610168058
公开日2007年7月4日 申请日期2006年12月22日
发明者杨明桓, 王仲伟, 吴嘉琪, 郑兆凯, 曾子章, 李长明, 余丞博, 余丞宏 申请人:财团法人工业技术研究院, 欣兴电子股份有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan