电路板及其制造方法

技术领域

本发明是关于一种电路板及其制造方法，特别是关于一种具有连接柱的电路板及其制造方法。

背景技术

近年来，电子设备的发展方向主要为模组化及微小化，因此印刷电路板(printedcircuit board，PCB)的研究方向着重于高线路密度。目前不仅高线路密度需要微小化线路宽度及间距，而且现行导通孔的设计也需要改变以满足目前高线路密度的发展趋势。

发明内容

本发明的一态样是提供一种电路板的制造方法，其包含形成第一连接柱在第一线路层上，且第一连接柱包含直径不同的第一金属柱及第二金属柱。

本发明的另一态样是提供一种电路板的制造方法，其包含分别形成第一连接柱在第一电路基板的顶部及底部的第一线路层及第二线路层上。

本发明的再一态样是提供一种电路板，其包含连接第一线路层及第二线路层的第一连接柱。

根据本发明的一态样，提供一种电路板的制造方法，其包含提供第一电路基板，其中第一电路基板包含在第一电路基板的顶部的第一线路层；以及形成多个第一连接柱在第一电路基板的第一线路层上。形成第一连接柱的步骤包含形成第一光阻图案层在第一线路层上；以第一光阻图案层为遮罩，形成多个第一金属柱在第一光阻图案层中，其中第一金属柱连接第一线路层；形成第二光阻图案层在第一光阻图案层上；以第二光阻图案层为遮罩，形成多个第二金属柱在第二光阻图案层中，其中第二金属柱叠构在第一金属柱上，且第一金属柱的直径大于第二金属柱的直径；形成第三光阻图案层在第二光阻图案层上；以第三光阻图案层为遮罩，形成多个第三金属柱在第三光阻图案层中，第三金属柱叠构在第二金属柱上，且第二金属柱的直径大于第三金属柱的直径；以及移除第一光阻图案层、第二光阻图案层以及第三光阻图案层，以暴露出第一线路层与第一连接柱。

根据本发明的一实施例，上述方法还包含接合第一电路基板及第二电路基板，其中第二电路基板包含在第二电路基板的底部的第二线路层，且第一连接柱连接第二电路基板的第二线路层。

根据本发明的一实施例，所述第二电路基板包含至少一第二连接柱，且第二连接柱与第一连接柱交错设置。形成第二连接柱的步骤包含形成第四光阻图案层在第二线路层上；以第四光阻图案层为遮罩，形成多个第四金属柱在第四光阻图案层中，其中第四金属柱连接第二线路层；形成第五光阻图案层在第四光阻图案层上；以第五光阻图案层为遮罩，形成多个第五金属柱在第五光阻图案层中，其中第五金属柱叠构在第四金属柱上，且第四金属柱的直径大于第五金属柱的直径；形成第六光阻图案层在第五光阻图案层上；以及以第六光阻图案层为遮罩，形成多个第六金属柱在第六光阻图案层中，其中第六金属柱叠构在第五金属柱上，且第五金属柱的直径大于第六金属柱的直径。

根据本发明的一实施例，在接合第一电路基板及第二电路基板之前，上述方法还包含使热塑性绝缘层形成多个开口；以及热压热塑性绝缘层在第一电路基板及第二电路基板之间，其中所述开口对应到所述第一连接柱。

根据本发明的另一态样，提供一种电路板的制造方法，其包含提供第一电路基板，其中第一电路基板包含在第一电路基板的顶部的第一线路层及在第一电路基板的底部的第二线路层；以及分别形成多个第一连接柱在第一线路层及第二线路层上。形成第一连接柱的步骤包含形成两层第一光阻图案层分别在第一线路层及第二线路层上；以第一光阻图案层为遮罩，分别形成多个第一金属柱在第一光阻图案层中，且第一金属柱分别连接第一线路层及第二线路层；形成两层第二光阻图案层分别在第一光阻图案层上，其中第一光阻图案层位于两层第二光阻图案层之间；以第二光阻图案层为遮罩，形成多个第二金属柱在第二光阻图案层中，第二金属柱叠构在第一金属柱上，且第一金属柱的直径大于第二金属柱的直径；形成两层第三光阻图案层分别在第二光阻图案层上，其中第二光阻图案层位于两层第三光阻图案层之间；图案化第三光阻图案层，以形成多个第三金属柱在第三光阻图案层中，第三金属柱叠构在第二金属柱上，且第二金属柱的直径大于第三金属柱的直径；以及移除第一光阻图案层、第二光阻图案层及第三光阻图案层，以暴露出第一线路层及第二线路层。

根据本发明的一实施例，上述方法还包含提供两个第二电路基板，其中两个第二电路基板的顶部分别包含第三线路层；以及接合第一电路基板及两个第二电路基板。

根据本发明的一实施例，在接合第一电路基板及两个第二电路基板之前，上述方法还包含分别形成至少一第二连接柱在第二电路基板的第三线路层上，其中第二电路基板的第二连接柱分别连接第一电路基板的第一线路层及第二线路层。

根据本发明的一实施例，在接合第一电路基板及两个第二电路基板之前，上述方法还包含使两个热塑性绝缘层分别形成多个开口；以及热压所述两个热塑性绝缘层分别在所述第一电路基板及所述两个第二电路基板之间，其中所述开口对应到第一连接柱及第二连接柱。

根据本发明的再一态样，提供一种电路板，其包含第一线路层、连接第一线路层的至少一第一连接柱、连接第一连接柱的第二线路层以及设置在第一线路层及第二线路层之间的绝缘层。所述第一连接柱的每一者包含第一金属柱、叠构于第一金属柱上的第二金属柱及叠构于第二金属柱上的第三金属柱。第二金属柱的直径小于第一金属柱的直径，且第三金属柱的直径小于第二金属柱的直径。

根据本发明的一实施例，所述第一金属柱的所述直径、所述第二金属柱的所述直径及所述第三金属柱的所述直径为10μm至500μm。

根据本发明的一实施例，上述电路板连接第二线路层的至少一第二连接柱，且第二连接柱与第一连接柱交错设置。第二连接柱的每一者包含第四金属柱、叠构于第四金属柱下的第五金属柱及叠构于第五金属柱下的第六金属柱。第五金属柱的直径小于第四金属柱的直径，且第六金属柱的直径小于第五金属柱的直径。

应用本发明的电路板及其制造方法，形成不同直径的金属柱叠构而成的连接柱，可缓冲热压过程中产生的压力，以避免偏位的风险，并利用金属柱的叠构方向，以提升空间利用率。

附图说明

根据以下详细说明并配合附图阅读，使本发明的态样获致较佳的理解。需注意的是，如同业界的标准作法，许多特征并不是按照比例绘示。事实上，为了进行清楚讨论，许多特征的尺寸可以经过任意缩放。

图1A至图1E绘示根据本发明一些实施例的电路板的制造过程中间阶段的剖面视图。

图1F绘示根据本发明一些实施例的电路板的剖面视图。

图2A及图2B绘示根据本发明另一些实施例的电路板的制造过程中间阶段的剖面视图。

图2C绘示根据本发明另一些实施例的电路板的剖面视图。

具体实施方式

本发明提供许多不同实施例或例示，以实施发明的不同特征。以下叙述的元件和配置方式的特定例示是为了简化本发明。这些当然仅是做为例示，其目的不在构成限制。举例而言，第一特征形成在第二特征之上或上方的描述包含第一特征和第二特征有直接接触的实施例，也包含有其他特征形成在第一特征和第二特征之间，以致第一特征和第二特征没有直接接触的实施例。除此之外，本发明在各种具体例中重复元件符号及/或字母。此重复的目的是为了使说明简化且清晰，并不表示各种讨论的实施例及/或配置之间有关系。

再者，空间相对性用语，例如“下方(beneath)”、“在…之下(below)”、“低于(lower)”、“在…之上(above)”、“高于(upper)”等，是为了易于描述图式中所绘示的零件或特征和其他零件或特征的关系。空间相对性用语除了图式中所描绘的方向外，还包含元件在使用或操作时的不同方向。装置可以其他方式定向(旋转90度或在其他方向)，而本发明所用的空间相对性描述也可以如此解读。

如本发明所使用的“大约(around)”、“约(about)”、“近乎(approximately)”或“实质上(substantially)”一般代表在所述的数值或范围的百分之20以内、或百分之10以内、或百分之5以内。

现有常见的导通孔制作方式包含机械钻孔及激光钻孔。机械钻孔主要用于制造较大孔径(例如大于100μm)的导通孔，其优点是工艺快速，缺点是精度不高。激光钻孔主要用于制造较小孔径(例如小于100μm)的导通孔，其优点是精度较高，而缺点是速度较慢。一般而言，激光钻孔机的激光的最小直径为25μm，故会限制导通孔的微小化。再者，激光打出的小孔的孔径/孔深比值具有不大于1的限制，故只能限制电路基板的厚度。另一种常见的导通孔制作方式是使用预先做好的铜柱来制作，但当铜柱高度较高时，在压合过程中会有偏位发生的风险。举例而言，铜柱可能在热压过程中被溢流的树脂挤压而断裂。

因此，本发明提供一种电路板及其制造方法，以通过形成不同直径的金属柱叠构而成连接柱，其有助于缓冲热压过程造成连接柱偏移的风险，且可通过交错连接柱，并缩短连接柱之间的距离，以提升连接柱的空间利用率。

图1A至图1E绘示根据本发明一些实施例的电路板100的制造过程中间阶段的剖面视图。首先，请参阅图1A，提供第一电路基板101。在一些实施例中，第一电路基板101包含介电层110及在介电层110的顶部110T上的线路层112。在一些实施例中，第一电路基板101包含至少三层线路层，例如线路层112、线路层114及线路层116。

请参阅图1B，形成第一金属柱132连接线路层112。在一些实施例中，形成第一金属柱132的方法可包含以下步骤。首先，形成光阻层覆盖在线路层112上。然后，进行曝光显影而形成第一光阻图案层122之后，利用第一光阻图案层122作为遮罩，以填充金属。如此，可形成一或多个第一金属柱132。在一些具体例中，前述填充金属的步骤包含利用电镀或其他合适的方法。在一些实施例中，第一金属柱132为铜柱。在一些实施例中，第一金属柱132的直径为约10μm至约500μm。

请参阅图1C，形成第二金属柱134叠构于第一金属柱132上。在一些实施例中，形成第二金属柱134的方法可包含以下步骤。首先，形成光阻层覆盖在第一光阻图案层122上。然后，进行曝光显影而形成第二光阻图案层124之后，利用第二光阻图案层124作为遮罩，以填充金属(例如电镀)。如此，可形成一或多个第二金属柱134。在一些实施例中，第二金属柱134为铜柱。在一些实施例中，第二金属柱134的直径为约10μm至约500μm。

在一些实施例中，第二金属柱134的直径与第一金属柱132的直径不同。在一些具体例中，第二金属柱134的直径小于第一金属柱132的直径，且两者的直径差至少大于20μm，其中第一金属柱132完全凸出于第二金属柱134的侧壁，且第一金属柱132与第二金属柱134两者可以实质上同轴(coaxial)。第一金属柱132及第二金属柱134可合称为第一连接柱130，即第一连接柱130可包括第一金属柱132与第二金属柱134。

请参阅图1D，形成第三金属柱136叠构于第二金属柱134上。相似地，在一些实施例中，形成第三金属柱136的方法可包含以下步骤。首先，形成光阻层覆盖在第二光阻图案层124上。然后，进行曝光显影而形成第三光阻图案层126之后，利用第三光阻图案层126作为遮罩，以填充金属(例如电镀)。如此，可形成一或多个第三金属柱136。在一些实施例中，第三金属柱136为铜柱。在一些实例中，可选择性地对第三光阻图案层126及第三金属柱136(或第一连接柱130的最顶部)的上表面进行平坦化操作(例如利用化学机械研磨)，以磨平第三金属柱136的上表面，进而提升后续与对接衬垫连接的可靠性。

在一些实施例中，第三金属柱136的直径为约10μm至约500μm。在一些实施例中，第三金属柱136的直径与第二金属柱134的直径不同，且第三金属柱136的直径与第一金属柱132的直径不同。在一些具体例中，第三金属柱136的直径小于第二金属柱134的直径，且第三金属柱136的直径小于第一金属柱132的直径，其中任意两者间的直径差至少大于20μm。举例而言，第二金属柱134的直径比第三金属柱136的直径大20μm。此外，第二金属柱134完全凸出于第三金属柱136的侧壁，且第二金属柱134与第三金属柱136两者可以实质上同轴，以使第一连接柱130的形状可以是阶梯状的柱体。

第一金属柱132、第二金属柱134及第三金属柱136可合称为第一连接柱130，即第一连接柱130可包括第一金属柱132、第二金属柱134与第三金属柱136。须理解的是，第一连接柱130的金属柱叠构数目不限于三，也可由较少或较多的金属柱所叠构而成。例如，第一连接柱130包括两根金属柱，即第一金属柱132与第二金属柱134，但不包括第三金属柱136。

请参阅图1E，接合第一电路基板101及第二电路基板105。将上述图1D所示的结构中的光阻图案层120(例如包含第一光阻图案层122、第二光阻图案层124及第三光阻图案层126)(参阅图1D)去除后，以暴露出线路层112及第一连接柱130，并制得包含第一连接柱130的第一电路基板101。在一些实施例中，去除光阻图案层120可利用剥膜工艺来进行。

另外，可选择性地利用相似于上述图1A至图1D的流程制作包含第二连接柱170的第二电路基板105。在一些实施例中，第二电路基板105相似于第一电路基板101，即包含三层线路层(即图1E所示的线路层152、线路层154及线路层156)，而第二连接柱170可相似于第一连接柱130，其中线路层152位于介电层150的底部150B上。如图1E所示，第二连接柱170设置在线路层152上。在一些实施例中，第二电路基板105可不包含第二连接柱170。

在一些实施例中，第二连接柱170包含依序叠构在线路层152上的第四金属柱172、第五金属柱174及第六金属柱176。在一些具体例中，第六金属柱176的直径小于第五金属柱174的直径，且第六金属柱176的直径小于第四金属柱172的直径。须理解的是，图1E所绘示的第一连接柱130及第二连接柱170分别包含三个金属柱，但本发明不限于此，即第一连接柱130及第二连接柱170可分别由较少或较多的金属柱所叠构而成。例如在图1E中，第二连接柱170可以不包含第六金属柱176。

如图1E所示，设置绝缘层180在第一电路基板101及第二电路基板105之间，且对绝缘层180预先进行开孔，以形成多个开口O1在第一连接柱130及第二连接柱170的对应位置上。换言之，这些开口O1能分别对准这些第一连接柱130与第二连接柱170。在一些实施例中，绝缘层180包含热塑性绝缘材料。在一些实施例中，绝缘层180包含液晶高分子(liquidcrystal polymer，LCP)。

请参阅图1F，其绘示根据本发明一些实施例的电路板100的剖面视图。电路板100可利用压合图1E所示的结构，即压合第一电路基板101、绝缘层180及第二电路基板105而制得，例如利用热压操作进行压合。在绝缘层180为液晶高分子的一些实施例中，在压合后，绝缘层180会具有流动性，故可沿着第一连接柱130及第二连接柱170的周围填充。在一些实施例中，前述压合可为多段热压操作，即第一电路基板101、绝缘层180及第二电路基板105可以经过多道热压步骤而形成电路板100。在一些实施例中，第一连接柱130及第二连接柱170较佳为圆柱状，以减少热压操作时的阻力。

在一些具体例中，热压操作的条件为将图1E中的结构放置在真空环境(例如真空度小于10torr)下，保持约30分钟至约60分钟，接着开始第一段热压步骤：自室温下以每分钟约5℃至约10℃的升温速率加热至约140℃至约160℃，并保持在压力为约3MPa至约5MPa下约10分钟；第二段热压步骤：以每分钟约5℃至约10℃的升温速率加热至约275℃至约295℃，并保持在压力为约0.5MPa至约2.5MPa下约20分钟；然后第三段热压步骤：以每分钟约5℃至约10℃的降温速率降温至约30℃至约50℃，并保持在压力为约0.5MPa至约2.5MPa下约25分钟。较佳地，第一段热压步骤为自室温下以每分钟约7℃的升温速率加热至约150℃，并保持在压力为约4MPa下约10分钟；第二段热压步骤为以每分钟约7℃的升温速率加热至约285℃，并保持在压力为约1.5MPa下约20分钟；然后第三段热压步骤为以每分钟约5℃至约10℃的降温速率降温至约40℃，并保持在压力为约1.5MPa下约25分钟。

在一些实施例中，第一连接柱130及第二连接柱170的总高度小于绝缘层180的厚度。在一具体例中，绝缘层180的厚度为约100μm。如图1F所示，第一电路基板101的第一连接柱130连接第二电路基板105的线路层152，且第二电路基板105的第二连接柱170连接第一电路基板101的线路层112。在一些实施例中，线路层152及线路层112可选择性地包含衬垫(图未标示)，以分别与第一连接柱130及第二连接柱170的最顶部金属柱连接，且其连接处可利用锡膏或导电胶粘接。在一些实施例中，衬垫的宽度须大于所接触的金属柱(例如图1E中的第三金属柱136及第六金属柱176)的直径，例如比金属柱直径大至少100μm。

图1F的电路板100利用不同直径大小的金属柱所叠构而成的第一连接柱130及第二连接柱170，可有效避免上述压合操作时造成第一连接柱130及第二连接柱170的偏移。再者，第一连接柱130及第二连接柱170具有彼此相对的叠构方向(例如若第一连接柱130的金属柱的直径为由下而上渐减，则第二连接柱170的金属柱的直径为由下而上渐增)，故可缩短第一连接柱130与第二连接柱170彼此之间的距离，进而提升空间使用率。

图2A及图2B绘示根据本发明另一些实施例的电路板200的制造过程中间阶段的剖面视图。首先，请参阅图2A，第一电路基板201包含在介电层210的顶部210T上的线路层212及在介电层210的底部210B上的线路层214。在一些实施例中，第一电路基板101包含至少三层线路层，例如线路层212、线路层214及线路层216。

如图2A所示，形成金属柱232在线路层212上，且形成金属柱262在线路层214上。相似于图1B，形成金属柱232及金属柱262的方法可包含以下步骤。首先，形成光阻层覆盖在线路层212及线路层214上。然后，进行曝光显影而形成光阻图案层222及光阻图案层223之后，分别利用光阻图案层222及光阻图案层223作为遮罩，再填充金属。如此，可形成一或多个金属柱232及金属柱262。

请参阅图2B，相似于图1C及图1D，利用光阻图案层(图未绘示)形成多个金属柱234及金属柱236依序叠构于金属柱232上，以形成连接线路层212的连接柱230，以及形成金属柱264及金属柱266依序叠构于金属柱262上，以形成连接线路层214的连接柱260。连接柱230可包括金属柱232、金属柱234及金属柱236，而连接柱260可包括金属柱262、金属柱264及金属柱266。

然后，移除光阻图案层(图未绘示)，以暴露出线路层212、线路层214、连接柱230及连接柱260。在一些实施例中，去除光阻图案层可利用剥膜工艺来进行。在一些实施例中，在移除光阻图案层之前，可选择性地平坦化金属柱236及金属柱266的上表面，以提升后续与对接衬垫连接的可靠性。

在一些实施例中，金属柱232、金属柱234及金属柱236的直径皆不相同，且金属柱262、金属柱264及金属柱266的直径皆不相同。在一些实施例中，金属柱232、金属柱234及金属柱236、金属柱262、金属柱264及金属柱266的直径为约10μm至约500μm。在一些实施例中，金属柱232的直径大于金属柱234，且金属柱234的直径大于金属柱236。再者，金属柱232可完全凸出于金属柱234的侧壁，且金属柱234完全凸出于金属柱236的侧壁，且金属柱232、金属柱234及金属柱236三者可实质上同轴，以使连接柱230为阶梯状的柱体。相似地，金属柱262的直径大于金属柱264，且金属柱264的直径大于金属柱266。再者，金属柱262可完全凸出于金属柱264的侧壁，且金属柱264完全凸出于金属柱266的侧壁，且金属柱262、金属柱264及金属柱266三者可实质上同轴，以使连接柱260为阶梯状的柱体。在一些实施例中，金属柱232与金属柱234的直径差、金属柱234与金属柱236的直径差、金属柱262与金属柱264的直径差及金属柱264与金属柱266的直径差都至少大于20μm。

请参阅图2C，其绘示根据本发明另一些实施例的电路板200的剖面视图。可利用相似于上述图1A至图1D的流程制作包含连接柱270的第二电路基板205及包含连接柱275的第三电路基板207。在一些实施例中，第二电路基板205包含三层线路层(即线路层252、线路层254及线路层256)，且第三电路基板207包含三层线路层(即线路层292、线路层294及线路层296)，其中线路层252在介电层250的底部250B，而线路层292在介电层290的顶部290T。在一些实施例中，连接柱270形成为连接线路层252，而连接柱275形成为连接线路层292。在一些实施例中，第二电路基板205可不包含连接柱270，且/或第三电路基板207可不包含连接柱275。

如图2C所示，设置绝缘层280在第一电路基板201及第二电路基板205之间，并设置绝缘层282在第一电路基板201及第三电路基板207之间。在一些实施例中，绝缘层280及绝缘层282包含热塑性绝缘材料，例如液晶高分子。接着，压合(例如热压)第一电路基板201、绝缘层280、第二电路基板205、绝缘层282及第三电路基板207，以制得图2C所示的电路板200。在一些实施例中，在进行压合之前，可分别先对绝缘层280及绝缘层282进行开孔，以形成多个开口在连接柱230、连接柱260、连接柱270及连接柱275的对应位置上，从而让这些开口分别对准连接柱230、连接柱260、连接柱270及连接柱275。在一些实施例中，压合可为多段热压操作。在一些实施例中，连接柱230、连接柱260、连接柱270及连接柱275较佳为圆柱状，以减少热压操作时的阻力。

具体而言，上述多段热压操作包含将第一电路基板201、绝缘层280、第二电路基板205、绝缘层282及第三电路基板207放置在真空环境(例如真空度小于10torr)下，保持约30分钟至约60分钟，接着开始第一段热压步骤：自室温下以每分钟约5℃至约10℃的升温速率加热至约140℃至约160℃，并保持在压力为约3MPa至约5MPa下约10分钟；第二段热压步骤：以每分钟约5℃至约10℃的升温速率加热至约275℃至约295℃，并保持在压力为约0.5MPa至约2.5MPa下约20分钟；然后第三段热压步骤：以每分钟约5℃至约10℃的降温速率降温至约30℃至约50℃，并保持在压力为约0.5MPa至约2.5MPa下约25分钟。

如图2C所示，第一电路基板201的连接柱230连接第二电路基板205的线路层252，且第二电路基板205的连接柱270连接第一电路基板201的线路层212；第一电路基板201的连接柱260连接第三电路基板207的线路层292，且第三电路基板207的连接柱275连接第一电路基板201的线路层214。在一些实施例中，连接柱230及连接柱270具有彼此相对的叠构方向，且连接柱260及连接柱275也具有彼此相对的叠构方向，故可缩短彼此之间的距离，进而提升空间使用率。

如上所述，本发明提供一种电路板及其制造方法，形成由具有不同直径的金属柱叠构而成的连接柱在线路层上，可缓冲热压过程中产生的压力，以避免连接柱偏移的风险。再者，利用相邻连接柱之间的金属柱的叠构方向，缩短连接柱之间的距离，进而提升连接柱的空间利用率。

虽然本发明已以数个实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，在本发明所属技术领域中任何技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

【符号说明】

100:电路板

101:第一电路基板

105:第二电路基板

110:介电层

110T:顶部

112,114,116:线路层

120:光阻图案层

122:第一光阻图案层

124:第二光阻图案层

126:第三光阻图案层

130:第一连接柱

132:第一金属柱

134:第二金属柱

136:第三金属柱

150:介电层

150B:底部

152,154,156:线路层

170:第二连接柱

172:第四金属柱

174:第五金属柱

176:第六金属柱

180:绝缘层

200:电路板

201:第一电路基板

205:第二电路基板

207:第三电路基板

210:介电层

210B:底部

210T:顶部

212,214,216:线路层

222,223:光阻图案层

230,260,270,275:连接柱

232,234,236,262,264,266:金属柱

250:介电层

250B:底部

252,254,256:线路层

280,282:绝缘层

290:介电层

290T:顶部

292,294,296:线路层

O1:开口。