電路板多功能孔的系統(tǒng)和方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
【背景技術(shù)】
[0001]消費(fèi)者日益推動(dòng)電子工業(yè)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)更小和更快的電子設(shè)備。印刷電路板(PCB)是大部分電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。PCB用于安裝電子設(shè)備的各種電子部件，且能使電子部件之間電互連和/或電絕緣。經(jīng)常通過(guò)將多個(gè)導(dǎo)電層與一個(gè)或多個(gè)非導(dǎo)電層層壓在一起而形成PCB，該非導(dǎo)電層通過(guò)覆鍍的過(guò)孔互連。PCB上的覆鍍的過(guò)孔結(jié)構(gòu)或者覆鍍的通孔允許在不同的層之間傳輸電信號(hào)。覆鍍的孔也用于部件插入。
[0002]由于電子設(shè)備在尺寸上繼續(xù)減小，PCB的制造商經(jīng)常被要求增加PCB的電互連的效率和設(shè)計(jì)復(fù)雜度。本發(fā)明涉及用于制造具有多功能孔的PCB的改進(jìn)的和更高效的工藝和系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)一方面，提供了一種用于選擇性地覆鍍多層基板的過(guò)孔的方法。所述方法包括形成貫穿多層基板的過(guò)孔(via)，所述過(guò)孔具有第一直徑和第一內(nèi)壁表面。所述方法還包括將第一導(dǎo)電材料沉積到所述過(guò)孔內(nèi)，從而在所述第一內(nèi)壁上形成第一覆鍍層(plating)。所述方法還包括修改所述過(guò)孔以包括中間部分、第一外部部分以及第二外部部分。所述中間部分包括所述第一直徑和所述第一內(nèi)表面。所述第一外部部分包括第二直徑和第二內(nèi)表面。所述第二外部部分包括所述第二直徑和第二表面，其中所述第二和第三直徑大于所述第一直徑。所述方法包括將第二導(dǎo)電材料沉積到被修改的過(guò)孔內(nèi)的至少所述第二內(nèi)表面和第三內(nèi)表面上。所述方法還包括通過(guò)對(duì)被修改的過(guò)孔施用蝕刻劑，將所述第一導(dǎo)電材料從所述中間部分移除。所述方法還包括將第三導(dǎo)電材料沉積到被修改的過(guò)孔中，從而在沉積在被修改的過(guò)孔的第二和第三內(nèi)表面上的第二導(dǎo)電材料上形成第二覆鍍層。
[0004]根據(jù)另一個(gè)方面，提供了一種用于選擇性地覆鍍印刷電路板的孔的工藝。所述工藝包括形成貫穿印刷電路板的孔。所述孔包括第一直徑和第一內(nèi)壁表面。所述工藝還包括將第一導(dǎo)電材料沉積到所述孔內(nèi)，從而在所述第一內(nèi)壁上形成第一覆鍍層。所述工藝還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徑和所述第一內(nèi)表面，所述第二部分包括第二直徑和第二內(nèi)表面。所述工藝還包括將第二導(dǎo)電材料沉積到被修改的孔內(nèi)的所述第二內(nèi)表面上。所述工藝還包括通過(guò)將蝕刻劑施用到被修改的孔，將所述第一導(dǎo)電材料從所述第一部分移除。所述工藝還包括將第三導(dǎo)電材料沉積到被修改的孔中，從而在沉積在被修改的孔的第二表面上的第二導(dǎo)電材料上形成第二覆鍍層。
[0005]根據(jù)另一方面，提供了一種用于選擇性地覆鍍印刷電路板的孔的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括用于形成貫穿印刷電路板的孔的鉆孔系統(tǒng)。所述孔具有第一直徑和第一內(nèi)壁表面。所述鉆孔系統(tǒng)還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徑和所述第一內(nèi)表面，所述第二部分包括第二直徑和第二內(nèi)表面。所述系統(tǒng)還包括沉積系統(tǒng)，以便將第一導(dǎo)電材料沉積到所述孔內(nèi)，從而在所述孔被修改之前在所述第一內(nèi)壁上形成第一覆鍍層。所述沉積系統(tǒng)還將第二導(dǎo)電材料沉積到被修改的孔內(nèi)的至少所述第二內(nèi)表面上。所述系統(tǒng)還包括蝕刻劑施用系統(tǒng)，以便對(duì)被修改的孔施用蝕刻劑，從而將所述第一導(dǎo)電材料從所述第一內(nèi)壁移除。所述沉積系統(tǒng)還被配置為將第三導(dǎo)電材料沉積到被修改的孔中，從而在沉積在被修改的孔的第二表面上的第二導(dǎo)電材料上形成第二覆鍍層。
【附圖說(shuō)明】
[0006]圖1A和IB是具有根據(jù)本發(fā)明的方面構(gòu)造的多功能孔的多層基板的橫截面圖。
[0007]圖2A-2H是在形成圖1所示的多層基板時(shí)的不同階段的多層基板的橫截面圖。
[0008]圖3闡述了根據(jù)本發(fā)明的方面選擇性地覆鍍多層基板的通孔的方法。
[0009]圖4是闡述用于構(gòu)建圖1所示的多層基板的處理系統(tǒng)的各部件的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]圖1A描述了具有根據(jù)本發(fā)明的方面構(gòu)造的多功能過(guò)孔或通孔(“孔”)102的多層印刷電路板(PCB) 100。根據(jù)一方面，PCB 100包括具有一個(gè)或多個(gè)孔102的基板104?？?02覆鍍有第一導(dǎo)體106和第二導(dǎo)體108。
[0011]在這個(gè)例子中，覆鍍的孔102具有中間部分110、上部部分112以及下部部分114。第一導(dǎo)體106布置在孔102內(nèi)位于上部部分112處,且被基板104支撐。第二導(dǎo)體108布置在孔102內(nèi)位于下部部分114處，且被基板104支撐。在孔的中間部分110的內(nèi)表面上沒(méi)有導(dǎo)電材料。因此，上部部分112內(nèi)的第一導(dǎo)體106與下部部分114處的第二導(dǎo)體108
絕緣或隔離。
[0012]基板104是例如能夠被用于支撐電子部件、導(dǎo)體或者類(lèi)似物的任何材料。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，基板100包括多層交錯(cuò)的導(dǎo)電路徑(例如，參見(jiàn)圖2A中的202和204)和絕緣體?；?04可包括被一個(gè)或多個(gè)非導(dǎo)電層118分開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電層116。覆鍍的孔102被覆鍍有晶種(seed)或者第一導(dǎo)電材料120、以及進(jìn)一步的鍍層或者第二導(dǎo)電材料(例如，導(dǎo)體106或者108)。如以下更詳細(xì)解釋的，晶種或者第一導(dǎo)電材料120是例如碳/石墨或者導(dǎo)電聚合物，在沉積工藝期間第二導(dǎo)電材料附著在其上。通過(guò)選擇性沉積覆鍍材料到表面上且將覆鍍材料從形成在基板中的雙直徑孔的表面上蝕刻掉，覆鍍的孔102被有效地分割為多個(gè)電絕緣部分(112和114)。
[0013]在其他方面，如圖1B所示，預(yù)期PCB 100可包括一個(gè)或多個(gè)多功能孔，這一個(gè)或多個(gè)多功能孔具有布置在基板104的一側(cè)122上的孔102內(nèi)的單個(gè)導(dǎo)體?？?02的剩余部分124的內(nèi)表面上沒(méi)有導(dǎo)電材料。
[0014]在此參照?qǐng)D2A-2H描述選擇性地覆鍍過(guò)孔或者孔(例如，覆鍍的孔102)的工藝。
[0015]圖2A描述了多層基板200的橫截面圖。多層基板200包括導(dǎo)電路徑202和204。圖2B描述了孔106已經(jīng)形成貫穿基板200以后多層基板200的另一個(gè)橫截面圖。通過(guò)例如鉆頭在基板200中形成孔206。鉆頭可以是計(jì)算機(jī)控制的鉆孔機(jī)器中的硬質(zhì)合金鉆頭。在其它方面，通過(guò)例如切削工藝、激光工藝或者化學(xué)工藝在基板200中形成孔106。為了說(shuō)明的目的，圖2B-2H描述了基板200中的單個(gè)孔206。但是，預(yù)期可以在基板200上鉆多個(gè)孔。
[0016]圖2C描述了第一覆鍍材料208施用到孔206的內(nèi)部表面210以后多層基板200的另一個(gè)橫截面圖。預(yù)期覆鍍材料208的厚度可根據(jù)打算的用途和/或產(chǎn)品設(shè)計(jì)而變化。根據(jù)一方面，通過(guò)無(wú)電鍍金屬沉積工藝(例如，無(wú)電鍍銅沉積)將覆鍍材料208施用在孔的內(nèi)部表面。作為一個(gè)例子，手動(dòng)的或者可編程的升降機(jī)(hoist)(例如由位于香港新界大埔工業(yè)村的 Process Automat1n Internat1nal Limited (PAL)制造的)被用于促進(jìn)沉積工藝。升降機(jī)根據(jù)預(yù)定的周期豎直地將機(jī)架(rack)放入各種化學(xué)工藝中以實(shí)現(xiàn)金屬沉積，其中機(jī)架包含多籃PCB、單籃PCB或者單個(gè)PCB。在另一個(gè)示例性的沉積工藝中，水平處理輸送器，例如由位于德國(guó)Freudenstadt的Schmid制造的水平處理輸送器,被用于促進(jìn)沉積工藝。輸送器水平地或者水平與豎直相結(jié)合地將PCB處理至各種化學(xué)工藝中，以實(shí)現(xiàn)金屬沉積的相同結(jié)果。
[0017]現(xiàn)在參照?qǐng)D2D，通過(guò)向基板200內(nèi)背鉆孔(back drill)或者加工沉孔到預(yù)定的距離，孔206的上部部分212 (例如，上部部分112)的直徑被修改。背鉆孔通常包括，例如使用直徑比用于鉆原始孔206的鉆頭的直徑稍大的鉆頭?？?06的上部部分212的深度取決于PCB所設(shè)計(jì)用于的產(chǎn)品和/或目的。鉆頭的直徑通常具有也將覆鍍材料208從上部部分212移除的大小。
[0018]通過(guò)例如在基板200內(nèi)背鉆孔特定的深度，孔206的下部部分214也被修改。在如以上討論的類(lèi)似方式中，背鉆孔將下部部分214中的覆鍍材料208移除，且可基于PCB所設(shè)計(jì)用于的產(chǎn)品和/或目的調(diào)節(jié)修改的孔206的深度。
[0019]如圖2D所示,在修改后,孔206具有沙漏或者啞鈴形狀。換句話(huà)說(shuō),孔206的中間部分218 (例如，部分110)的橫截面尺寸216小于孔206的上部和下部部分212、214的橫截面尺寸220。
[0020]根據(jù)一方面，如圖2E所示，在修改后，引晶(seeding)或者覆層材料222的層或者覆鍍層被沉積到孔206中的所有表面上。引晶層222可由包含碳和/或石墨集結(jié)物的導(dǎo)電材料構(gòu)成，該碳和/或石墨集結(jié)物能夠均勻地沉積到孔206的內(nèi)表面上。在其他方面，引晶材料222是由幾乎純碳構(gòu)成的碳基晶種。通過(guò)例如蒸汽沉積、陰極濺鍍、碳路徑、噴霧以及其它方法，引晶材料222能夠被施用到孔206的內(nèi)表面。替代地，水平處理輸送器，例如由位于德國(guó)Freudenstadt的Schmid制造的水平處理輸送器,可以被用于通過(guò)一系列的化學(xué)工藝來(lái)處理器PCB，從而“引晶”孔206以用于后續(xù)的電鍍。
[0021]在一種方法中，BlackHole?碳沉積工藝(由MacDermid Corporat1n開(kāi)發(fā))被用于施用引晶材料222。BlackHole?工藝通常被用在PCB行業(yè)中，以施用碳基材料到電路板上的通孔的內(nèi)表面上，從而在板上創(chuàng)建覆鍍通孔時(shí)改進(jìn)金屬覆鍍層在孔的內(nèi)表面的附著性。其它的沉積工藝，例如掩食(Eclipse)、黑影(Shadow),可用于將碳和/或石墨施用到孔206的內(nèi)表面。
[0022]根據(jù)另一方面，如圖2F所示，引晶材料222是例如導(dǎo)電聚合物。在一種方法中，Soleo沉積工藝被用于將引晶材料222施用到孔206的內(nèi)部表面。特別地，Soleo工藝將引晶材料222沉積在孔206的上部和下部部分212、214的表面，但是不將引晶材料222沉積在孔206的中間部分218的第一覆鍍材料208 (例如，無(wú)電鍍銅)上。
[0023]現(xiàn)在參照?qǐng)D2G，孔206的中間部分218上的覆鍍材料208已經(jīng)通過(guò)蝕刻工藝(例如，微蝕刻)被移除。例如，如果BlackHole?、掩食或黑影工藝被用于施用引晶材料