專利名稱：制造印刷電路板用的焊接掩膜的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及制造在諸多電子用途中使用的印刷電路板。更準(zhǔn)確地說，本發(fā)明是涉及用于這些電路板的采用具備優(yōu)越的物理和電性能的環(huán)氧樹脂或其他材料制造的一種改進(jìn)的焊接掩膜。該焊接掩膜是通過使用覆層銅箔的獨(dú)特方法施加的。
焊接掩膜(亦稱阻焊劑)被定義為是在電路板上進(jìn)行焊接連接的過程中用來對(duì)印刷電路板的某些區(qū)位起保護(hù)(掩蔽)作用的覆層。阻焊劑的功能在Clyde F．Coombs Jr．著、McGraw-Hill 1988年出版的印刷電路板手冊(cè)第三版中有扼要敘述。由于焊接掩膜覆蓋電路板上的大部分其他表面，所以起到保護(hù)整機(jī)電路和提供電絕緣的作用。因?yàn)橛∷㈦娐钒宓拇蟛糠侄急桓采w，所以只有一小部分電路暴露，以供焊接。從而使所用的焊料較少，也減少了焊料跨接在電路和其他部件上的可能性。同時(shí)也將污染物從電路板向焊料容器中的轉(zhuǎn)移降低到最小限度。再者，焊接掩膜能夠降低銅元素在電路板上的枝狀生長。
本發(fā)明致力于在使用過程中保留在電路板上的改進(jìn)的永久性焊接掩膜。暫時(shí)性掩膜則與此不同，是在制造過程中施加、但在此后又除去的。公認(rèn)的通用永久性焊接掩膜有液膜和干膜兩種類型。干膜是施加在電路板上的，雖然其工作特性在多方面都大大優(yōu)于以液態(tài)施加的掩膜，然而成本很貴，而且由于是固態(tài)膜，所以和銅電路部件以及處于其下方的絕緣基板(即玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂)均不能達(dá)到完全接觸。施加液態(tài)阻焊劑，例如采用絲網(wǎng)印刷法和類似的方法施加時(shí)，能夠使其與電路部件和板材完全接觸，但是也可能僅只是填滿孔洞而不是將其覆蓋，于是也就不能準(zhǔn)確區(qū)別有待接觸焊料的電路部件。液膜一般不提供均勻的厚度；于是，也就達(dá)不到要求的均一電阻。
兩種類型的通用焊接掩膜共有的問題是它們的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)都低，所以也就不能像電路板所用的典型環(huán)氧樹脂那樣耐用。另外，它們也不耐火，所以在電路板中要用大量的阻燃劑方才能夠滿足保險(xiǎn)商試驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)(Underwriter’Laboratories stundards)的要求。理想地，通用的焊接掩膜材料應(yīng)該用具有更高的Tg、更好的耐化學(xué)性和耐熱性、和改進(jìn)的耐火性的其他材料替代，而且又要易于加工。本發(fā)明人已經(jīng)想出并且找到一種如以下說明的施加焊接掩膜的改進(jìn)方法。
發(fā)明概述一方面，本發(fā)明是一種在印刷電路板的表面上形成焊接掩膜的方法。將一片至少具有一層部分固化(即B-級(jí))的熱固性樹脂優(yōu)選環(huán)氧樹脂的銅箔施加在印刷電路板表面的電路上。該樹脂層填滿電路部件之間的空間，并在電路部件之上留下一層樹脂，將作為焊接掩膜。然后在該銅箔的表面上施加抗蝕劑(etch resist)，再進(jìn)行暴光成像(photoimaged)。將抗蝕劑的未固化部分用溶劑除掉，從而使有待以后進(jìn)行焊接連接的部位上方的某些銅區(qū)暴露。暴露的銅經(jīng)過腐蝕被蝕掉，使樹脂層暴露。這層樹脂層再通過切除工藝(ablation techniques)例如等離子或激光除掉，以暴露有待焊接連接的銅電路部件。將余下的抗蝕劑用腐蝕劑除掉，使余下的銅箔層暴露，然后再將其蝕掉，留下該樹脂層作為焊接掩膜。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，該銅箔在緊接銅表面上用完全固化的(即C級(jí))環(huán)氧樹脂層涂布，并且該第一層用部分固化的(即B級(jí))環(huán)氧樹脂第二層涂布。在另一個(gè)實(shí)施方案中，該銅箔只有一層能具備上述兩層環(huán)氧樹脂層功能的樹脂層。
另一方面，本發(fā)明是用于印刷電路板的焊接掩膜，該掩膜已使用上述方法覆在這樣的印刷電路板上。
附圖簡述

圖1-3表示按照本發(fā)明的焊接掩膜的制造方法。
圖1A和1B表示在一個(gè)印刷電路板上施加一種覆層金屬箔。
圖2A和2B表示從選定的區(qū)域中除掉銅箔和樹脂，以暴露電路元件。
圖3A和3B表示除掉余下的銅箔，留下焊接掩膜。
發(fā)明詳述焊接掩膜是施加在一個(gè)印刷電路板上材料層，但其使有待進(jìn)行焊接連接的某些電路部件暴露。正如以上所作的討論，它們用來在進(jìn)行焊接操作的過程中保護(hù)電路，并且還可長期保留，以在電路的使用過程中保護(hù)電路。然而，現(xiàn)有的材料不足以長期使用，所以需要改進(jìn)的材料。環(huán)氧樹脂雖然將會(huì)提供所需的物理和電性能，但是它們的應(yīng)用不能實(shí)行。本發(fā)明提供一種應(yīng)用環(huán)氧樹脂或其他熱固性樹脂作為焊接掩膜的方法?，F(xiàn)參照?qǐng)D1-3對(duì)此作最佳的說明。
圖1A和1B表示在一種典型的四層印刷電路板10(PCB)表面施加一種覆有熱固性樹脂(以下稱優(yōu)選環(huán)氧樹脂)的銅箔24。PCB的制造首先從在與銅箔的外層層合的玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂14的兩側(cè)均蝕刻電路12開始。圖示的內(nèi)部電路是通過盲通路(blind vias)16與第二套電路18連接的。
第二套電路18是由在其一個(gè)表面具有銅箔層的玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂層20刻蝕成。該玻璃纖維增強(qiáng)的環(huán)氧樹脂層用來對(duì)兩層電路層加以絕緣和隔離，同時(shí)作為它們之間的粘結(jié)層。圖中還繪有穿過四層PCB、在兩層外層之間的電連接件22。圖中所示的銅箔24覆有兩層環(huán)氧樹脂26和28，這是本發(fā)明的一種優(yōu)選結(jié)構(gòu)，以下將對(duì)其作詳細(xì)說明。內(nèi)層26優(yōu)選基本上完全固化的(C級(jí))，以便在除掉銅之后作為電路板上的均勻保護(hù)層。外層28是部分固化的(B級(jí))，以便能夠在升高的電路部件周圍仍然能夠自由流動(dòng)，和作為粘結(jié)層。另外，如果改用一層樹脂，該樹脂則必須起到兩種功能的作用。不論是在哪種情況，都要將圖1A中覆層的銅箔和四層的電路板通過熱和壓力層合，制成圖1B中所示的層合板。典型地，環(huán)氧樹脂需要用約150°至180℃的溫度和100至400psig(689至2758kPa表壓)的壓力。
覆層26將是掩膜。然而，必須使有待于進(jìn)行焊接連接的需要的電路部件暴露，并且將剩余的銅箔除掉。在圖2A和2B中所示通過在需要的部位刻蝕將銅除掉就能夠接近電路部件。在銅箔(24)的表面覆一層抗蝕劑30。典型的材料是光可成像的粘結(jié)膜，其通過壓料輥層壓工序施加。采用掩模光固化抗蝕劑30，僅使圖2A中所示將要接近的區(qū)域保持未暴露。于是，當(dāng)未暴露(未固化)的抗蝕劑與合適的溶劑例如碳酸鈉溶液接觸時(shí)，下面的環(huán)氧樹脂層26暴露，而余下的銅層24受到抗蝕劑30中已固化部分的保護(hù)。
現(xiàn)在就可以如圖3A所示，采用等離子切除法將處于下方的環(huán)氧樹脂26除掉，當(dāng)然也可以采用其它方法例如UV激光法或者IR激光法。當(dāng)在加工過程中進(jìn)行到此步時(shí)，有待于焊接的電路部件32A和32B即已暴露。余下的還需要除掉已經(jīng)固化的抗蝕劑30(圖3A中未示出)和殘留的銅箔24。首先，如圖3A所示，用適用的溶劑例如氫氧化鉀溶液將抗蝕劑除掉。然后，可以采用蝕刻法將暴露的銅24除掉，留下完全固化的環(huán)氧樹脂層作為PCB表面的永久性焊接掩膜，如圖3B所示。在此蝕刻步驟中，可以將暴露的電路部件用一層暫時(shí)涂層加以保護(hù)，免受刻蝕液侵蝕，然后再將其除掉。
覆層銅箔制造PCB所用銅箔的典型厚度約為35μm，但是也可以使用較厚的或較薄的箔。這類的箔片一般是采用電鍍法從一種銅溶液中沉積在一個(gè)金屬轉(zhuǎn)鼓上的。從轉(zhuǎn)鼓上剝下箔片，再對(duì)其表面進(jìn)行加工處理以保護(hù)其表面，并改進(jìn)其對(duì)基板的粘結(jié)性能。
施加在銅箔上的一層或多層覆層可以是各種類型的，但是，優(yōu)選是熱固性樹脂例如環(huán)氧樹脂，因?yàn)榇朔N樹脂具有良好的電性能和耐熱性能。總的來說，覆層應(yīng)當(dāng)如以上所討論的那樣，提供合適的防焊接保護(hù)，并且能在其正常的使用狀態(tài)下對(duì)成品PCB起到保護(hù)作用。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，第一層覆層將是完全固化(C級(jí))的環(huán)氧樹脂，第二層覆層將是在加熱和加壓狀態(tài)下能夠流動(dòng)、且能夠包封暴露的電路部件的部分固化(B級(jí))的環(huán)氧樹脂。也可以只用一層覆層，但要能提供與兩層系統(tǒng)相同的功能。
環(huán)氧樹脂的配方可選自從PCB行業(yè)中所用的那些，因?yàn)樗鼈円话愣寄芎筒ＡЮw維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基板相容，在該基板上形成電路部件。常用的環(huán)氧樹脂與增鏈劑、固化劑、催化劑、添加劑和溶劑共用，以制成環(huán)氧樹脂清漆，可以用來涂布銅箔。根據(jù)所需的固化度，要將涂有涂層的銅箔加熱到約130°至160℃，使溶劑蒸發(fā)，并且引起環(huán)氧基聚合或固化。當(dāng)要在箔上覆兩層時(shí)，這樣的工序要做兩次；或者將第二層在單獨(dú)的載體片上部分固化，然后再層合到業(yè)已覆有第一層樹脂層的銅箔上。
或者，也可以使用其他的樹脂。優(yōu)選將形成熱固性膜，例如聚酰亞胺或氰酸酯樹脂。另一種變通辦法是在第一層中使用熱固性樹脂，而用熱塑性組合物作為第二層，因?yàn)樗仨毮軌蛟陔娐凡考車鲃?dòng)，并且作為粘結(jié)層。
權(quán)利要求
1．在印刷電路板表面上形成焊接掩膜的方法，該方法包括(a)在該表面上施加一片銅箔，該箔片具有在其一個(gè)表面上覆蓋的一層部分固化的熱固性樹脂層，以便該樹脂層位于該銅箔和該電路板表面之間，和使該銅箔的反面暴露；(b)在該銅箔的暴露表面上施加抗蝕劑；(c)對(duì)抗蝕劑區(qū)作暴光成像處理，并將抗蝕劑的未固化區(qū)除掉，使銅區(qū)暴露；(d)將(c)中暴露的銅區(qū)刻蝕掉，使(a)中的樹脂層暴露；(e)將(d)中暴露的樹脂層除掉，以使有待焊接的電路部件暴露；(f)用合適的溶劑將已固化的抗蝕劑除掉；和(g)將殘留的銅箔刻蝕除掉，并使未固化的樹脂暴露，作為焊接掩膜。
2．權(quán)利要求1的方法，其中上述的熱固性樹脂是環(huán)氧樹脂。
3．權(quán)利要求1的方法，其中上述的銅箔片具有覆在銅箔的一個(gè)表面上的完全固化的熱固性樹脂第一層，覆在上述第一層上的上述部分固化的熱固性樹脂層。
4．權(quán)利要求1的方法，其中上述的銅箔片具有覆在銅箔的一個(gè)表面上的完全固化的熱固性樹脂第一層，和覆在所述第一層上面的熱塑塑料層。
5．權(quán)利要求1的方法，其中所述銅箔片具有覆在該銅箔的一個(gè)表面上的部分固化的熱固性樹脂單一層。
6．印刷電路板用的焊接掩膜，該掩膜是通過權(quán)利要求1的方法覆蓋在上述電路板上。
全文摘要
利用銅箔作載體,在印刷電路板的表面上施加的永久性焊接掩膜。該焊接掩膜優(yōu)選是一層或兩層熱固性樹脂,例如環(huán)氧樹脂(26)。通過蝕刻,腐蝕除掉一部分銅箔(24),再除掉下方的熱固性樹脂,使選定的電路部件暴露。然后,將殘余的銅箔(24)除掉,使焊接掩膜留在印刷電路板的表面上。
文檔編號(hào)H05K3/34GK1204450SQ96198937
公開日1999年1月6日 申請(qǐng)日期1996年12月11日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月11日
發(fā)明者J·R·保羅斯 申請(qǐng)人:聯(lián)合訊號(hào)公司