专利名称：印刷电路板及其制造方法
技术领域：
本发明总体涉及一种印刷电路板及其制造方法，更具体地说，涉及一种具有用于在由插入其间的绝缘层相互分离的导体层之间电连接的过孔的多层印刷电路板，及其制造方法。
背景技术：
根据如组合技术的技术制造的多层印刷电路板，在由插入其间的绝缘层相互分离的导体层之间具有用于电连接的过孔。图1示出了常规过孔的截面。在图1中，将通常称为“岸面(岸面)”的构图的导体层2置于由树脂等形成的绝缘层1上，并作为衬层。除了在过孔的开口3处，用由树脂等形成的绝缘层4覆盖导体层2。通过利用湿蚀刻或激光束在绝缘层4中钻到达导体层2的孔，形成过孔的开口3。通过电镀等，用导体层5覆盖过孔的开口3的内部。将导体层5与导体层2相连接，并也与绝缘层4上的导体层(未示出)相连接。因此，通过导体层5实现绝缘层4的上和下导体层之间的电连接。
在印刷电路板中，由于在绝缘层和导体层之间依赖于温度的热膨胀系数的差异，在其内部产生的热应力。在图1的过孔中，该热应力按箭头6所指的方向施加。具体地说，该力作用在分离图1中岸面的导体层2和过孔的导体层5之间连接的方向上。结果，导体层2和导体层5在其之间的连接表面7处被分离，从而引起导体层2和导体层5之间电断开的发生。该现象随着过孔直径的减小变得更加明显。这是因为，由于在过孔底部的开口的尺寸减小，岸面导体层2暴露于开口的面积也减小，因此，导体层2和导体层5之间的连接表面7的面积也变小。此外，该现象在这样的环境中更加显著，其中温度变化很大，从而极大地降低了印刷电路板的可靠性。
在例如JP-A-2001-24329中，公开了涉及印刷电路板的常规技术，用于增加导体连接抗过孔处的分离力的可靠性。然而，该公布没有说明任何关于防止在导体层2和导体层5之间由它们在图1中连接表面7处相互分离引起的电断开发生的技术。
JP-A-H05-67882公开了用于防止导体层2和导体层5之间电断开发生的技术。该公开的技术通过使用激光束增加过孔底部的直径或过孔的深度，来增加导体层2和导体层5之间的连接面积。因此，该公布的技术不能解决过孔直径或深度不能按照设计增加的问题。换句话说，该公布的技术对于现在和将来印刷电路板所需的精细过孔(例如直径几十微米或更小)的规格是无效的。
本发明的一个目的是防止在印刷电路板的过孔中，由绝缘层和导体层之间热膨胀的差异引起的导体层之间的电连接故障(断开)。
本发明的另一个目的是提高印刷电路板抗温度变化的可靠性。
发明内容
根据本发明，提供了一种具有过孔的印刷电路板，包括第一导体，在第一绝缘层上形成；第二绝缘层，在第一绝缘层和第一导体上形成；孔，在第一导体上的第二绝缘层中形成并到达第一导体；以及第二导体，覆盖至少所述孔的内边缘表面和所述孔的开口周围的第二绝缘层的表面，并与第一导体相连接，其中在所述孔的底部在位于第一导体和第二绝缘层之间的接触表面之下的连接表面处，第一导体和第二导体连接在一起，并且连接表面的直径大于在所述孔底部的第二绝缘层的开口直径。
在本发明的印刷电路板中，在过孔底部在第一导体和第二导体之间的连接面积较大，此外，在过孔底部在第二绝缘层的开口周围的外边缘部分处，第二导体具有连接第二绝缘层的表面的边缘区。因此，印刷电路板是稳定的，以抵抗由于绝缘层和导体层之间热膨胀的差异产生的张力，并因此没有发生在过孔中的导体层之间的电连接故障。
根据本发明，提供了一种印刷电路板的制造方法，包括以下步骤(a)制备第一绝缘层；(b)在第一绝缘层上提供第一导体层；(c)在第一绝缘层和第一导体层上提供第二绝缘层；(d)在位于第一导体层上的第二绝缘层中提供孔，所述孔到达第一导体层；(e)在第一导体层上提供面对所述孔的开口部分，所述开口部分的直径大于所述孔在其底部的开口直径；以及(f)提供第二导体层，所述第二导体层填充开口部分并覆盖至少所述孔的内边缘表面和所述孔的开口周围的第二绝缘层的表面。在通过本发明的制造方法形成的印刷电路板中，在过孔底部在第一导体和第二导体之间的连接面积较大，此外，在过孔底部在第二绝缘层的开口周围的外边缘部分处，第二导体具有连接第二绝缘层的表面的边缘区。因此，印刷电路板是稳定的，以抵抗由于绝缘层和导体层之间热膨胀的差异产生的张力，并因此没有发生在导体层之间的电连接故障。
图1是截面图，示出了常规过孔的截面；图2是截面图，示出了根据本发明一个优选实施例的印刷电路板的过孔部分的截面；图3是截面图，示出了根据本发明另一个优选实施例的印刷电路板的过孔部分的截面；图4是流程图，示出了根据本发明的印刷电路板的制造方法；以及图5是放大截面图，示出了通过本发明的制造方法形成的过孔部分的截面。
具体实施例方式
在下文将给出关于本发明的详细描述。接下来的描述专门涉及形成本发明特点的印刷电路板的过孔。由于印刷电路板的其它部分可以根据通常所知的常规制造方法制造，所以其描述在这里被省略了。容易理解本发明的过孔结构可以应用于包括多层组合板的所有印刷电路板。
图2是一个截面图，示出了根据本发明一个优选实施例的印刷电路板的过孔部分的截面。在绝缘层11上形成作为岸面的导体层12。在包括导体层12的绝缘层11上形成绝缘层14。在导体层12上形成的绝缘层14具有孔13。导体层15覆盖了孔13的内边缘表面16和绝缘层14在孔13顶部在其开口周围的表面17，并在连接表面18处与导体层12相连接。连接表面18位于在孔13底部包括导体层12和绝缘层14的接触表面的平面19之下。设置连接表面18的直径L大于在孔13底部的绝缘层14的开口的直径L1。
在孔13底部在绝缘层14的开口周围的外边缘部分处，导体层15具有连接绝缘层14的表面20的边缘(凸缘)区21。导体层15位于平面19之下的部分22具有类似钉子或螺丝头部的形状。该导体部分22的存在使得与导体层12的连接表面18的面积大于图1中常规连接表面7的面积。此外，由于该导体部分22具有类似螺丝头部的形状(具有边缘区21)，过孔结构通过它们抗张力的结合效应得到加强，该张力由于绝缘层和导体层之间热膨胀系数的差异在箭头23的方向上产生。
导体部分22能扩大到图2中虚线24所示的最大尺寸。具体地说，导体部分22的直径L(也就是连接表面18的直径)最大能增加到导体层12的宽度L2。此外，导体部分22的厚度H最大能增加到导体层12的厚度H1。随着导体部分22尺寸的增加，连接表面18的面积增加，同时，接触绝缘层14表面20的边缘区21的尺寸也增加。因此，进一步加强了过孔结构抗在箭头23方向上产生的张力的能力。在此情况下，过孔结构抗张力的能力趋向进一步得到加强，该张力与导体层12和导体部分22之间的连接表面18的面积成比例。
图3是截面图，示出了根据本发明另一个优选实施例的印刷电路板的过孔部分的截面。图3示出了一种结构，其中图2的孔13用导体层15填充。其它结构与图2的相同。由于位于虚线19之下的导体部分22的存在，也加强了图3的类似图2的过孔结构抗在箭头23方向上产生的张力的能力。
图4是一个流程图，示出了根据本发明的印刷电路板的制造方法。
在步骤(a)中，制备第一绝缘层11。可以在衬底或衬底上的绝缘层上提供第一绝缘层11。可以使用例如树脂作为绝缘层。在步骤(b)中，在第一绝缘层11上提供第一导体层12。通过利用光刻技术构图(蚀刻)在全部第一绝缘层11上提供的导体层，获得导体层12。作为选择，通过使用所谓的图形板(pattern plate)技术，获得构图的导体层12。在步骤(c)中，在包括第一导体层12的第一绝缘层11上提供第二绝缘层14。通过例如在压力下粘附树脂膜，然后固化它，获得第二绝缘层14。
在步骤(d)中，在位于第一导体层12上的第二绝缘层14中形成到达第一导体层12的孔13。通过光刻(蚀刻)技术或激光照射(去除)，获得孔13。在步骤(e)中，在第一导体层12中形成面对孔13的开口部分30，其直径L大于孔13在其底部的开口直径L1。通过使用例如酸的溶液湿蚀刻第一导体层12，形成开口部分30。通过蚀刻液体的浓度、蚀刻时间等控制开口部分30的尺寸(宽度L和厚度H)。这里重要的是，不仅在类似所谓的各向异性蚀刻的垂直方向上，而且在水平方向上蚀刻第一导体层12。即进行所谓的各向同性蚀刻。在该步骤(e)中，将第二绝缘层14的表面20暴露于在孔13底部在其开口周围的外边缘部分。当通过后续步骤中的电镀形成导体层时，在步骤(e)之前进行粗糙化步骤，用于在孔13中的第二绝缘层14的表面上形成精细粗糙度。这用于提高电镀金属和第二绝缘层14之间的粘附力。
在步骤(f)中，形成第二导体层15以填充开口部分30，并至少覆盖孔13的内边缘表面16和在孔13顶部在其开口周围的第二绝缘层14的表面17。第二导体层15通过例如电镀形成。通过光刻(蚀刻)技术，将第二绝缘层14上的第二导体层15形成为预定的图形。将第二导体层15与第二绝缘层14上的另一个导体层相连接。结果，通过第二导体层15建立了第二绝缘层14的上侧和下侧之间的电连接。在孔13底部在开口周围的第二绝缘层14的外边缘部分处，第二导体层15具有连接第二绝缘层14的表面20的边缘区21。在步骤(f)中，获得了类似图2的过孔结构。顺便提及，图3的过孔结构可以通过用第二导体层15填充孔10上至虚线32获得。
图5是放大的截面图，示出了由本发明的制造方法形成的过孔部分的截面。图5基于实际过孔截面的显微照片制备。图5中的标号与图2和图3中的标号相应。在图5中，过孔顶部的绝缘层14的开口的直径L3是约48μm，而过孔底部的绝缘层14的开口的直径L1是约38μm。导体层12的宽度(直径)L2是约95μm，而其厚度H1是约13μm。绝缘层14的厚度H2是约35μm。此外，导体层15的导体部分22的深度H5是约5μm，而其直径L是约57μm。导体层12和15是铜电镀层，而绝缘层14是树脂层。
使用图形板技术的图5中过孔的制造方法将在下文示出。
(a)通过蚀刻岸面导体或根据图形板技术形成包括导体层12的电路图形。
(b)通过在压力下粘附绝缘层膜并固化它，形成绝缘层14。
(c)通过激光束形成孔。在此过程中，包括凸缘区的开口还未形成。
(d)为了增加在随后步骤中电镀铜的粘附强度，用高锰酸粗糙化绝缘层树脂的表面。
(e)使用包含如硫酸的酸的混合溶液，蚀刻过孔底部的导体层12，以形成开口部分。
(f)在整个绝缘层表面上施加无电镀铜电镀。在此过程中，也在导体层12的开口部分上施加无电镀铜电镀。
(g)将图形抗蚀剂粘附到面板上并经历曝光和显影。
(h)使用在上述步骤(f)中形成的无电镀铜作为籽晶层，进行电解铜电镀，从而形成图形。根据图形板技术或半添加技术进行图形的形成。在此过程中，在上述步骤(e)中形成的开口部分上施加铜电镀，以便用铜充分地填充开口部分。在该方式中，凸缘区(导体部分22)在过孔底部形成。
下面给出了在包括图5所示的本发明的过孔的印刷电路板上进行温度循环测试的结果。作为对比，在包括图1所示的常规过孔的印刷电路板上同时进行测试。
(a)测试条件执行下面的温度循环(1000次循环)测试1和2。
1.测试1的条件在-55到125℃下以2次循环/小时的1000次循环2.测试2的条件在-55到125℃下以10次循环/小时的1000次循环(b)样品1.包括图1所示常规过孔的板A39个板用于测试1(总共包括103040个过孔)56个板用于测试2(总共包括173360个过孔)2.包括图2(图5)所示本发明的过孔的板B20个板用于测试1(总共包括70000个过孔)41个板用于测试2(总共包括69216个过孔)(c)测试结果1.常规板A在包括用于温度循环测试1的39个板和用于温度循环测试2的56个板的总共95个板中，在11个板中发生了过孔的传导故障(断开)(故障发生率约12％)。
2.本发明的板B在包括用于温度循环测试1的20个板和用于温度循环测试2的41个板的总共61个板中，没有发生过孔的传导故障(断开)。具体地说，这意味着在总共139216个过孔中没有发生过孔的传导故障(断开)(故障发生率0％)。
在通过本发明的制造方法生产的印刷电路板中，在过孔底部的第一导体和第二导体之间的接触面积被增加，此外，在过孔底部在第二绝缘层的开口周围的外边缘部分处，第二导体具有连接第二绝缘层表面的边缘(凸缘)区。因此，印刷电路板是稳定的，以抵抗由于绝缘层和导体层之间热膨胀的差异产生的张力，并因此，没有发生过孔的导体层之间电连接的故障。本发明的印刷电路板具有抗热应力的高稳定性和可靠性。本发明显著提高了目前和将来特别是具有精细过孔的印刷电路板的可靠性。
权利要求
1.一种具有过孔的印刷电路板，包括第一导体，在第一绝缘层上形成；第二绝缘层，在所述第一绝缘层和所述第一导体上形成；孔，在所述第一导体上的所述第二绝缘层中形成并到达所述第一导体；以及第二导体，覆盖至少所述孔的内表面和所述孔的开口周围的所述第二绝缘层的表面，并与所述第一导体相连接，其中在所述孔的底部在位于所述第一导体和所述第二绝缘层之间的接触表面之下的连接表面处，所述第一导体和所述第二导体连接在一起，并且所述连接表面的直径大于在所述孔底部的所述第二绝缘层的开口直径。
2.一种具有过孔的印刷电路板，包括第一导体，在第一绝缘层上形成；第二绝缘层，在所述第一绝缘层和所述第一导体上形成；孔，在所述第一导体上的所述第二绝缘层中形成并到达所述第一导体；以及第二导体，覆盖至少所述孔的内表面和所述孔的开口周围的所述第二绝缘层的表面，并与所述第一导体相连接，其中在所述孔的底部在所述第二绝缘层的开口周围的外边缘部分处，所述第二导体具有连接所述第二绝缘层表面的边缘区。
3.根据权利要求1的印刷电路板，其中所述第一和第二导体之间的所述连接表面的直径小于所述第一导体的宽度。
4.一种具有过孔的印刷电路板，包括第一导体，在第一绝缘层上形成；第二绝缘层，在所述第一绝缘层和所述第一导体上形成；孔，在所述第一导体上的所述第二绝缘层中形成并到达所述第一导体；以及第二导体，填充所述孔，覆盖至少所述孔的开口周围的所述第二绝缘层的表面，并与所述第一导体相连接，其中在所述孔的底部在位于所述第一导体和所述第二绝缘层之间的接触表面之下的连接表面处，所述第一导体和所述第二导体连接在一起，并且所述连接表面的直径大于在所述孔底部的所述第二绝缘层的开口直径。
5.一种形成印刷电路板的方法，包括以下步骤(a)制备第一绝缘层；(b)在所述第一绝缘层上形成第一导体层；(c)在所述第一绝缘层和所述第一导体层上形成第二绝缘层；(d)在位于所述第一导体层上的所述第二绝缘层中形成孔，所述孔到达所述第一导体层；(e)在所述第一导体层上形成面对所述孔的开口部分，所述开口部分的直径大于所述孔在其底部的开口直径；以及(f)形成第二导体层，所述第二导体层填充所述开口部分并覆盖至少所述孔的内表面和所述孔的开口周围的所述第二绝缘层的表面。
6.根据权利要求5的方法，其中在所述孔底部在所述第二绝缘层的开口的外边缘部分处，填充所述开口部分的所述第二导体层具有连接所述第二绝缘层表面的边缘区。
7.根据权利要求5的方法，其中形成所述开口部分的所述步骤(e)包括在所述孔底部在所述第二绝缘层的开口的外边缘部分处暴露所述第二绝缘层表面的步骤。
8.根据权利要求5的方法，其中形成所述开口部分的所述步骤(e)包括湿蚀刻所述第一导体层的步骤。
全文摘要
为了防止在印刷电路板的过孔中由绝缘层和和导体层之间热膨胀的差异引起的导体层之间的电连接故障的发生。在本发明的印刷电路板中，增加了在过孔底部在第一导体12和第二导体15之间的连接表面18的面积，此外，在过孔底部在第二绝缘层14的开口周围的外边缘部分处，第二导体15具有连接第二绝缘层14的表面20的边缘(凸缘)区21。因此，印刷电路板是稳定的，以抵抗由于绝缘层和导体层之间热膨胀的差异产生的张力，并因此没有发生在过孔中的导体层之间的电连接故障。
文档编号H05K3/46GK1706230SQ20038010169
公开日2005年12月7日 申请日期2003年11月5日 优先权日2002年11月7日
发明者森裕幸, 塚田裕 申请人:国际商业机器公司