电路板多功能孔的系统和方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]消费者日益推动电子工业设计和生产更小和更快的电子设备。印刷电路板(PCB)是大部分电子设备的结构基础。PCB用于安装电子设备的各种电子部件，且能使电子部件之间电互连和/或电绝缘。经常通过将多个导电层与一个或多个非导电层层压在一起而形成PCB，该非导电层通过覆镀的过孔互连。PCB上的覆镀的过孔结构或者覆镀的通孔允许在不同的层之间传输电信号。覆镀的孔也用于部件插入。
[0002]由于电子设备在尺寸上继续减小，PCB的制造商经常被要求增加PCB的电互连的效率和设计复杂度。本发明涉及用于制造具有多功能孔的PCB的改进的和更高效的工艺和系统。
【发明内容】
[0003]根据一方面，提供了一种用于选择性地覆镀多层基板的过孔的方法。所述方法包括形成贯穿多层基板的过孔(via)，所述过孔具有第一直径和第一内壁表面。所述方法还包括将第一导电材料沉积到所述过孔内，从而在所述第一内壁上形成第一覆镀层(plating)。所述方法还包括修改所述过孔以包括中间部分、第一外部部分以及第二外部部分。所述中间部分包括所述第一直径和所述第一内表面。所述第一外部部分包括第二直径和第二内表面。所述第二外部部分包括所述第二直径和第二表面，其中所述第二和第三直径大于所述第一直径。所述方法包括将第二导电材料沉积到被修改的过孔内的至少所述第二内表面和第三内表面上。所述方法还包括通过对被修改的过孔施用蚀刻剂，将所述第一导电材料从所述中间部分移除。所述方法还包括将第三导电材料沉积到被修改的过孔中，从而在沉积在被修改的过孔的第二和第三内表面上的第二导电材料上形成第二覆镀层。
[0004]根据另一个方面，提供了一种用于选择性地覆镀印刷电路板的孔的工艺。所述工艺包括形成贯穿印刷电路板的孔。所述孔包括第一直径和第一内壁表面。所述工艺还包括将第一导电材料沉积到所述孔内，从而在所述第一内壁上形成第一覆镀层。所述工艺还包括修改所述孔以包括第一部分和第二部分。所述第一部分包括所述第一直径和所述第一内表面，所述第二部分包括第二直径和第二内表面。所述工艺还包括将第二导电材料沉积到被修改的孔内的所述第二内表面上。所述工艺还包括通过将蚀刻剂施用到被修改的孔，将所述第一导电材料从所述第一部分移除。所述工艺还包括将第三导电材料沉积到被修改的孔中，从而在沉积在被修改的孔的第二表面上的第二导电材料上形成第二覆镀层。
[0005]根据另一方面，提供了一种用于选择性地覆镀印刷电路板的孔的系统。所述系统包括用于形成贯穿印刷电路板的孔的钻孔系统。所述孔具有第一直径和第一内壁表面。所述钻孔系统还修改所述孔以包括至少第一部分和第二部分。所述第一部分包括所述第一直径和所述第一内表面，所述第二部分包括第二直径和第二内表面。所述系统还包括沉积系统，以便将第一导电材料沉积到所述孔内，从而在所述孔被修改之前在所述第一内壁上形成第一覆镀层。所述沉积系统还将第二导电材料沉积到被修改的孔内的至少所述第二内表面上。所述系统还包括蚀刻剂施用系统，以便对被修改的孔施用蚀刻剂，从而将所述第一导电材料从所述第一内壁移除。所述沉积系统还被配置为将第三导电材料沉积到被修改的孔中，从而在沉积在被修改的孔的第二表面上的第二导电材料上形成第二覆镀层。
【附图说明】
[0006]图1A和IB是具有根据本发明的方面构造的多功能孔的多层基板的横截面图。
[0007]图2A-2H是在形成图1所示的多层基板时的不同阶段的多层基板的横截面图。
[0008]图3阐述了根据本发明的方面选择性地覆镀多层基板的通孔的方法。
[0009]图4是阐述用于构建图1所示的多层基板的处理系统的各部件的框图。
【具体实施方式】
[0010]图1A描述了具有根据本发明的方面构造的多功能过孔或通孔(“孔”)102的多层印刷电路板(PCB) 100。根据一方面，PCB 100包括具有一个或多个孔102的基板104。孔102覆镀有第一导体106和第二导体108。
[0011]在这个例子中，覆镀的孔102具有中间部分110、上部部分112以及下部部分114。第一导体106布置在孔102内位于上部部分112处,且被基板104支撑。第二导体108布置在孔102内位于下部部分114处，且被基板104支撑。在孔的中间部分110的内表面上没有导电材料。因此，上部部分112内的第一导体106与下部部分114处的第二导体108
绝缘或隔离。
[0012]基板104是例如能够被用于支撑电子部件、导体或者类似物的任何材料。在一个优选的实施例中，基板100包括多层交错的导电路径(例如，参见图2A中的202和204)和绝缘体。基板104可包括被一个或多个非导电层118分开的一个或多个导电层116。覆镀的孔102被覆镀有晶种(seed)或者第一导电材料120、以及进一步的镀层或者第二导电材料(例如，导体106或者108)。如以下更详细解释的，晶种或者第一导电材料120是例如碳/石墨或者导电聚合物，在沉积工艺期间第二导电材料附着在其上。通过选择性沉积覆镀材料到表面上且将覆镀材料从形成在基板中的双直径孔的表面上蚀刻掉，覆镀的孔102被有效地分割为多个电绝缘部分(112和114)。
[0013]在其他方面，如图1B所示，预期PCB 100可包括一个或多个多功能孔，这一个或多个多功能孔具有布置在基板104的一侧122上的孔102内的单个导体。孔102的剩余部分124的内表面上没有导电材料。
[0014]在此参照图2A-2H描述选择性地覆镀过孔或者孔(例如，覆镀的孔102)的工艺。
[0015]图2A描述了多层基板200的横截面图。多层基板200包括导电路径202和204。图2B描述了孔106已经形成贯穿基板200以后多层基板200的另一个横截面图。通过例如钻头在基板200中形成孔206。钻头可以是计算机控制的钻孔机器中的硬质合金钻头。在其它方面，通过例如切削工艺、激光工艺或者化学工艺在基板200中形成孔106。为了说明的目的，图2B-2H描述了基板200中的单个孔206。但是，预期可以在基板200上钻多个孔。
[0016]图2C描述了第一覆镀材料208施用到孔206的内部表面210以后多层基板200的另一个横截面图。预期覆镀材料208的厚度可根据打算的用途和/或产品设计而变化。根据一方面，通过无电镀金属沉积工艺(例如，无电镀铜沉积)将覆镀材料208施用在孔的内部表面。作为一个例子，手动的或者可编程的升降机(hoist)(例如由位于香港新界大埔工业村的 Process Automat1n Internat1nal Limited (PAL)制造的)被用于促进沉积工艺。升降机根据预定的周期竖直地将机架(rack)放入各种化学工艺中以实现金属沉积，其中机架包含多篮PCB、单篮PCB或者单个PCB。在另一个示例性的沉积工艺中，水平处理输送器，例如由位于德国Freudenstadt的Schmid制造的水平处理输送器,被用于促进沉积工艺。输送器水平地或者水平与竖直相结合地将PCB处理至各种化学工艺中，以实现金属沉积的相同结果。
[0017]现在参照图2D，通过向基板200内背钻孔(back drill)或者加工沉孔到预定的距离，孔206的上部部分212 (例如，上部部分112)的直径被修改。背钻孔通常包括，例如使用直径比用于钻原始孔206的钻头的直径稍大的钻头。孔206的上部部分212的深度取决于PCB所设计用于的产品和/或目的。钻头的直径通常具有也将覆镀材料208从上部部分212移除的大小。
[0018]通过例如在基板200内背钻孔特定的深度，孔206的下部部分214也被修改。在如以上讨论的类似方式中，背钻孔将下部部分214中的覆镀材料208移除，且可基于PCB所设计用于的产品和/或目的调节修改的孔206的深度。
[0019]如图2D所示,在修改后,孔206具有沙漏或者哑铃形状。换句话说,孔206的中间部分218 (例如，部分110)的横截面尺寸216小于孔206的上部和下部部分212、214的横截面尺寸220。
[0020]根据一方面，如图2E所示，在修改后，引晶(seeding)或者覆层材料222的层或者覆镀层被沉积到孔206中的所有表面上。引晶层222可由包含碳和/或石墨集结物的导电材料构成，该碳和/或石墨集结物能够均匀地沉积到孔206的内表面上。在其他方面，引晶材料222是由几乎纯碳构成的碳基晶种。通过例如蒸汽沉积、阴极溅镀、碳路径、喷雾以及其它方法，引晶材料222能够被施用到孔206的内表面。替代地，水平处理输送器，例如由位于德国Freudenstadt的Schmid制造的水平处理输送器,可以被用于通过一系列的化学工艺来处理器PCB，从而“引晶”孔206以用于后续的电镀。
[0021]在一种方法中，BlackHole?碳沉积工艺(由MacDermid Corporat1n开发)被用于施用引晶材料222。BlackHole?工艺通常被用在PCB行业中，以施用碳基材料到电路板上的通孔的内表面上，从而在板上创建覆镀通孔时改进金属覆镀层在孔的内表面的附着性。其它的沉积工艺，例如掩食(Eclipse)、黑影(Shadow),可用于将碳和/或石墨施用到孔206的内表面。
[0022]根据另一方面，如图2F所示，引晶材料222是例如导电聚合物。在一种方法中，Soleo沉积工艺被用于将引晶材料222施用到孔206的内部表面。特别地，Soleo工艺将引晶材料222沉积在孔206的上部和下部部分212、214的表面，但是不将引晶材料222沉积在孔206的中间部分218的第一覆镀材料208 (例如，无电镀铜)上。
[0023]现在参照图2G，孔206的中间部分218上的覆镀材料208已经通过蚀刻工艺(例如，微蚀刻)被移除。例如，如果BlackHole?、掩食或黑影工艺被用于施用引晶材料