CN100586255C - 利用压印来生产印刷电路板的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于生产印刷电路板的方法。更具体地，涉及一种用于生产印刷电路板的方法，其中利用压印将能够聚合导电聚合物的氧化剂选择性地标记在所述板上，然后将导电聚合物的单体填充在所选图样中并进行聚合，以提供一种导电聚合物布线图样。利用根据前文所述的本发明某些方面用于生产印刷电路板的方法，印刷电路板可获得更精细的布线宽度，从而可以高度集成、高度有效的印刷电路板。因此，可以通过利用压印形成导电聚合物布线的新技术生产可用于工业文化办公、家用电子电气产品的印刷电路板(PCB)或柔性印刷电路板(FPCB)。
Description
相关申请的交叉参考
本申请要求于2006年7月10日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2006-0064575号的权益，其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明涉及一种用于生产印电路板的方法。更具体地，涉及一种用于生产印刷电路板的方法，其中利用压印将可聚合导电聚合物的氧化剂选择性地标记在电路板上，然后将导电聚合物的单体填入所选择的图样中并进行聚合，从而提供导电聚合物布线图样。
背景技术
过去，印刷电路板(PCB)是通过将铜箔压制在环氧树脂或酚醛树脂(都是热固性/绝缘树脂)上，利用加热板压制而形成PCB基板，或者通过将铜膜直接镀到树脂板上进行生产的。
然而，随着最近的朝向更薄和更多功能的电子产品的趋势，印刷电路板也变得更小和集成化更高，具有更精细的图样，其中一种最广泛用于生产微细结构的方法是光蚀刻法，其是将图样形成在涂覆有光刻胶薄膜的电路板上的方法。这里，形成的图样的尺寸受光光学衍射的限制。因此，光蚀刻法存在的问题是，随着各个部件的集成程度增高，在光刻胶图样本身或者在图样之间的空间中由于光的干涉可能会出现物理差异，以及在光刻胶和加工过程中产生的杂质之间的反应也可能侵蚀光刻胶，使得形成的图样不同于所期望的图样。此外，由于必须除去抗蚀剂(光刻胶)，所以加工过程复杂。
与此同时，一种用于形成纳米级尺寸的精细布线的方法是采用压印方法。这种方法首先在相对较坚固的材料表面上制成需要的形状，然后将它像印章一样压印在另一种材料上而形成精细图样。在传统的压印方法中，首先制成一个具有与所需形状的精细图形相对应的图样的模板，然后通过在树脂绝缘层上进行压印而形成图样，再将导电金属电镀到该图样的内部以形成精细图形。
与光刻胶图样形成方法相比，这种方法的优点在于可以易于实现批量生产同时具有较低成本。然而，也存在着缺点，那就是很难将利用传统印刷方法制造的印刷电路板应用于大面积的柔性部件。
发明内容
本发明的一方面提供一种用于通过压印来生产具有导电聚合物布线的印刷电路板的方法。
本发明的一个方面提供一种用于生产印刷电路板的方法，该方法包括：制备一个模板，其具有与待形成的布线图样一致的浮雕式图形；将聚合性氧化剂涂覆在其上形成了布线图样的模板上；将该模板压制在树脂层上；将模板与树脂层分开，以在树脂层中形成图样，使得聚合性氧化剂被吸收在该图样之中；以及选择性地将导电聚合物的单体填充到在树脂层中形成的图样内并进行聚合，从而形成导电聚合物布线。
在一个实施方式中，模板可以用选择由半导体、陶瓷、金属、聚合物、SiO2、石英、玻璃和它们的组合组成的组中的材料形成。
聚合性氧化剂可以是选自由中性质子供体(如H2O、HCl、HBr、HNO3、H2SO4、羧酸、酚和醇)、阳离子(如Li+、Mg2+和Br+)和金属化合物(如AlCl3、BF3、TiCl4、FeCl3和ZnCl2)组成的组中的一种或几种。
这里，聚合性氧化剂的涂覆可以通过将模板浸入氧化剂溶液中来实施。
树脂层可用树脂形成，其中该树脂是选自由热固性树脂(如环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基酯树脂、不饱和聚酯树脂、马来酰亚胺树脂和乙烯基苯化合物)以及热塑性树脂(如聚醚酰亚胺、聚醚砜、聚缩醛树脂和二环戊二烯基树脂)组成的组中的至少一种树脂。
根据本发明的一方面，用于制造印刷电路板的方法可以进一步包括在填充导电聚合物的单体之前，对除了树脂层内形成的图样内部之外的树脂层上表面的各部分进行表面处理。在一个实施方式中，表面处理可以包括用极性溶剂清洗树脂层的上表面以除去聚合性氧化剂，或者可以包括抛光树脂层的上表面以除去聚合性氧化剂。
导电聚合物可以是选自由聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩、聚(3-烷基噻吩)、聚苯硫醚、聚对苯乙烯撑、聚噻吩乙烯撑、聚苯撑(polyphenylene)、聚异硫杂萘(polyisothianaphthalene)、聚薁、聚呋喃和聚苯胺组成的组中的至少一种。
在聚合过程中，选自由I2、Br2、Li、Na、K、AsF5、BF4-、ClO4-、FeCl4-、甲苯磺酸盐、HCl、蒽醌-2-磺酸钠盐、2-萘磺酸钠盐、2，6-萘二磺酸二钠盐、对甲苯磺酸钠、萘酚黄S和硝基苯磺酸钠盐组成的组中的至少一种化合物可以用作掺杂剂。
导电聚合物布线的形成可以利用溶液聚合或气相聚合来实施。
根据以下描述(包括附图和权利要求)，本发明的其他方面及优点将变得明显和更易于理解，或者可以通过本发明的实施来领会。
附图说明
图1是示意性示出了根据本发明一个实施方式的用于生产印刷电路板的方法的截面工艺示图。
具体实施方式
下面将参照附图详细描述根据本发明某些实施方式的用于生产印刷电路板的方法。
本发明的一方面在于，通过采用压印在一个板上选择性地标记能聚合导电聚合物的氧化剂，然后在所选图样中填充并聚合导电聚合物的单体来制造已提供了导电聚合物布线图样的印刷电路板。
图1是示意性示出了根据本发明一个实施方式的用于生产印刷电路板的方法的截面工艺示图。利用压印制造印刷电路板的工艺参照图1描述如下。
首先，制备模板10，其中形成有与待形成(操作a)的布线图样一致的浮雕图形。
在本发明的一些实施例中所用的模板10不局限于特定的材料。然而，可以将模板10的特定实例分为透明模板和不透明模板，其中透明模板可以使用允许UV射线透过的材料，如SiO2、石英、玻璃、聚合物等，而不透明模板可以由诸如半导体、陶瓷、金属、或聚合物、或其组合的材料形成。
相关技术领域中任何公知的方法都可以用作制造模板10的方法，如通过成形加工步骤将一个图样印刷到板形材料的表面上或分开制造单个结构并将它们附着在板形材料上。特定实例可以使用激光束平版印刷术、光刻、切割、激光、RIE(反应性离子蚀刻)工艺或蚀刻工艺等。
模板10的浮雕图样的尺寸可以为0.1μm到50μm之间，以可应用于印刷电路板的通孔和精细图样，但是并不局限于特定范围。
接下来，将聚合性氧化剂20涂覆到其上形成了图样(操作b)的模板10的表面上。
通常，用于在液相中聚合导电聚合物的方法可以分为电化学法和化学氧化法。电化学法是在电解质中施加特定的电压，并获得已在电极表面上附着和聚合的聚合物，而化学氧化法是使用氧化剂来获得聚合物。例如，当利用化学氧化法来聚合聚吡咯时，吡咯单体、蒽醌-2-磺酸钠盐和FeCl3氧化剂在蒸馏水中进行反应，然后过滤、漂洗、并干燥，从而获得聚吡咯。
然而，在本发明的某些实施方式中，氧化剂20(如FeCl3)被涂覆在用于形成导电聚合物布线的模板10的图样表面上，由此氧化剂20可以选择性地通过压印工艺转移到树脂层30上的图样所吸收，如图1所示。因此，在接下来的工艺中，导电聚合物40可选择性地在树脂层30的图样上被吸收和聚合。
在本发明实施方式中所用的氧化剂20并不局限于特定的化合物，只要其为聚合性氧化剂。可以使用的聚合性氧化剂的具体实例包括，首先是中性质子供体，如H2O、HCl、HBr、HNO3、H2SO4、羧酸、酚和醇等；其次是阳离子，如Li+、Mg2+、和Br+等；最后是金属化合物，如AlCl3、BF3、TiCl4、FeCl3和ZnCl2等。
涂覆氧化剂20的方法包括旋涂、液滴分散或喷涂等。但是为了方便，可以通过将模板10浸入氧化剂溶液中来涂覆氧化剂20。这里，其上形成了图样的模板10的表面可以部分地浸入氧化剂溶液中。
接下来，将涂覆了氧化剂20的模板10压在树脂层30上(操作c和操作d)。
树脂层30不局限于特定的材料，只要其是可用作基板的材料，并且可以是例如热固性树脂，如环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基酯树脂、不饱和聚酯树脂、马来酰亚胺树脂和乙烯基苯化合物等；或热塑性树脂，如聚醚酰亚胺、聚醚砜、聚缩醛和二环戊二烯基树脂等。
树脂层30可以通过将液体树脂涂覆到基板上、然后如果必要进行干燥或半固化该液体树脂来制备。可以利用，如手工铸造(handcasting)、液滴分散、旋涂、喷涂或喷墨打印等工艺将液体树脂涂覆到基板上。液体树脂的半固化工艺可以根据树脂类型进行改变，并可以包括热固化或UV固化。这里，树脂层30可以为一合适厚度，使得在通过压引工艺形成的图样上不会留下残留物。
将模板10的图样挤压和印刷在这样制备的树脂层30上。
然后，将模板10与树脂层30分开，从而在树脂层30中形成图样，同时聚合性氧化剂20被吸附在图样上(操作e)。
当树脂层30与模板10分离并移走后，通孔和与模板10的图样对应的电路图形被压印和形成在树脂层30中。这里，由于氧化剂20与树脂层30之间的相互作用比与模板10之间的相互作用更大，所以在分离和移走模板10的过程中，氧化剂被吸附到树脂层30上，以选择性地保留在已形成图样的部分上。
这里，尽管氧化剂20被吸附到在树脂层30中形成的图样内，但是它也可被吸附并保留在树脂层30的上表面上。在接下来的在该图样中选择性地聚合导电聚合物的操作中，有必要采取措施以防止在树脂层30上表面上发生聚合。
因此，在本发明的一些实施方式中，在填充导电聚合物的单体之前，可以另外地包括对树脂层30(不包括在树脂层30中形成的图样的内部)的上表面进行表面处理的操作，以使在树脂层30的上表面上不发生聚合。
在一个实施方式中，表面处理可以包括利用极性溶剂来清洗树脂层的上表面以除去聚合性氧化剂，或者机械地抛光树脂层的上表面以除去聚合性氧化剂。
接下来，将导电聚合物的单体选择性地进行填充并在树脂层30中形成的图样内部进行聚合，以形成导电聚合物布线40(操作f)。
导电聚合物可以是选自由聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩、聚(3-烷基噻吩)、聚苯硫醚、聚对苯乙烯撑、聚噻吩乙烯撑、聚苯撑、聚异硫杂萘、聚薁、聚呋喃和聚苯胺组成的组中的至少一种，但是并不局限于此。
在聚合过程中，选自由卤素气体如I2、Br2；碱金属如Li、Na、K；AsF5、BF4 -、ClO4 -、FeCl4 -、甲苯磺酸盐、HCl、蒽醌-2-磺酸钠盐、2-萘磺酸钠盐、2，6-萘二磺酸二钠盐、对甲苯磺酸钠、萘酚黄S和硝基苯磺酸钠盐组成的组中的至少一种化合物可以用作掺杂剂。例如，只由氧化剂聚合的聚吡咯在高温下的电导率会大幅度降低，但是如果使用蒽醌基磺酸或者苯磺酸盐作为掺杂剂，则生产的聚吡咯具有出色的热稳定性。众所周知，当使用的氧化剂越多且反应温度越低时，电导率增加越多。
这里，导电聚合物布线的形成可通过溶液聚合或气相聚合来进行，但是并不局限于此，并且本领域中已知的任何方法都可以用来形成聚合物。
下面将参照下面的实施例来描述说明本发明的实施方式，但是应当理解，本发明的范围并不局限于以下实施例。
<实施例1>
将1kg的氧化剂FeCl3溶解在水0.9L/甲醇0.1L的混合溶液中以形成氧化剂混合溶液。由镍(Ni)材料制成的浮雕式模板(relievomodl)浸入由此制得的氧化剂水溶液中，以使该溶液充分涂覆到该模板的表面上。将半固化的环氧树脂板利用涂覆的模板在100℃以1Mpa的压力压制30分钟，然后在170℃压制2小时。在降低温度后，将模板分开，并将涂覆有氧化剂的板在氮气氛中浸入含有0.04M的吡咯和0.015M的蒽醌-2-磺酸盐的水溶液中达2小时，以在图样中聚合聚吡咯并形成布线。
<实施例2>
将1kg的氧化剂FeCl3溶解在水0.9L/甲醇0.1L的混合溶液中以形成氧化剂混合溶液。将由镍(Ni)材料制成的浮雕式模板浸入由此制得的氧化剂水溶液中，以使该溶液充分涂覆到该模板的表面上。将半固化的环氧树脂板利用涂覆的模板先在100℃以1Mpa的压力压制30分钟，然后在170℃压制2小时。在降低温度后，将模板分开，并将涂覆有氧化剂的所述板与含有0.04M的吡咯和0.015M的蒽醌-2-磺酸盐的水溶液一起置于真空炉中。施加真空，由此挥发的吡咯单体在涂覆有氧化剂的图样中被选择性地聚合，从而形成布线。
利用根据上述本发明的一些方面提供的用于生产印刷电路板的方法，相比于传统平版印刷术，不仅大大减少了生产工艺和成本，而且印刷电路板可获得更精细的布线宽度以允许高度集成和高效的印刷电路板。因此，通过利用压印来形成导电聚合物布线的新技术，可生产应用于工业、文化办公和家用电子电气产品的印刷电路板(PCB)或柔性印刷电路板(FPCB)。
尽管本发明已参照具体实施方式进行了描述，但是应当理解，在不背离由所附权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，本领域的技术人员可以进行各种变化和更改。
Claims (11)
1.一种用于生产印刷电路板的方法，所述方法包括：
制备模板，所述模板具有与待形成布线图样一致的浮雕图样；
将聚合性氧化剂涂覆到具有在其上形成的所述图样的所述模板的表面上；
将模板按压在树脂层上；
将所述模板与所述树脂层分离以在所述树脂层中形成图样，形成在所述树脂层中的所述图样具有吸附在其上的所述聚合性氧化剂；以及
选择性地将导电聚合物的单体填充到在所述树脂层中形成的所述图样内并进行聚合，以形成导电聚合物布线。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述模板是用选自由半导体、陶瓷、金属、聚合物、SiO2、石英、玻璃及其组合组成的组的材料形成的。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述聚合性氧化剂是选自由中性质子供体、阳离子以及金属化合物组成的组中的一种或多种，中性质子供体选自由H2O、HCl、HBr、HNO3、H2SO4、羧酸、酚和醇组成的组；阳离子选自由Li+、Mg2+和Br+组成的组；以及金属化合物选自由A1Cl3、BF3、TiCl4、FeCl3和ZnCl2组成的组。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述聚合性氧化剂的涂覆是通过将所述模板浸入氧化剂溶液中来进行的。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述树脂层是由选自由热固性树脂和热塑性树脂组成的组中的至少一种树脂形成的，热固性树脂选自由环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基酯树脂、不饱和聚酯树脂、马来酰亚胺树脂和乙烯基苯化合物组成的组；以及热塑性树脂选自由聚醚酰亚胺、聚醚砜、聚缩醛和二环戊二烯基树脂组成的组。
6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在填充所述导电聚合物的单体之前，在不包括在所述树脂层中形成的所述图样内部的所述树脂层的上表面的多个部分上进行表面处理。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述表面处理包括用极性溶剂清洗所述树脂层的上表面以除去所述聚合性氧化剂。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述表面处理包括抛光所述树脂层的上表面以除去所述聚合性氧化剂。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述导电聚合物是选自由聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩、聚(3-烷基噻吩)、聚苯硫醚、聚对苯乙烯撑、聚噻吩乙烯撑、聚苯撑、聚异硫杂萘、聚薁、聚呋喃和聚苯胺组成的组中的至少一种。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，将选自由I2、Br2、Li、Na、K、AsF5、BF4 -、ClO4 -、FeCl4 -、甲苯磺酸盐、HCl、蒽醌-2-磺酸钠盐、2-萘磺酸钠盐、2，6-萘二磺酸二钠盐、对甲苯磺酸钠、萘酚黄S和硝基苯磺酸钠盐组成的组中的至少一种化合物在聚合过程中用作掺杂剂。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述导电聚合物布线的形成是通过液相聚合或气相聚合来进行的。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20100127 Termination date: 20120709 |