CN102202466B

CN102202466B - 一种基于覆铜板的激光辅助选区微去除铜膜方法

Info

Publication number: CN102202466B
Application number: CN 201110090343
Authority: CN
Inventors: 陈继民; 袁建文
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2011-04-12
Filing date: 2011-04-12
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2031-04-12
Also published as: CN102202466A

Abstract

本发明公开了一种基于覆铜板的激光辅助选区微去除铜膜方法，属于微加工领域。包括以下步骤：在覆铜板的铜箔表面上涂一层涂料；用作图软件制作需要的去除图案；将激光器分别与激光运动控制系统和计算机连接，激光参数与激光运动路径通过激光控制软件控制；将有涂层的覆铜板置于加工平台上夹紧，保持覆铜板有涂层的面与激光束焦点同一平面；在激光控制软件中导入要去除的图案，用指示光需去除的位置，调整激光参数，激光束作用在覆铜板上有选择的去除涂层；将扫描后的覆铜板放入刻蚀剂中进行刻蚀；将刻蚀好的样品放入清水中漂洗，将涂料去除。本发明精度高，效率高、可控性好，选区形状可控制，可实现FPC布线、掩膜以及精美工艺品的制造。

Description

一种基于覆铜板的激光辅助选区微去除铜膜方法

技术领域

本发明涉及一种基于覆铜板的激光辅助选区去除铜膜方法，可以在覆铜板材料上去除可控图案的铜箔，属于微加工领域。

背景技术

激光具有单色性好，相干性好，方向性好的特点，并且易于与计算机连接实现自动化控制。因此，激光加工得到了广泛的应用。经过透镜聚焦后的激光在焦平面具有非常高的能量密度，可以对材料进行打孔、切割、焊接、划片、热处理、打标、清洗等各种加工。高能量光子还能引发或控制光化学反应，实现激光刻蚀、光化学沉积、立体光刻等光化学反应加工。激光加工与工件不接触、表面变形小、不需要工具、加工速度快、效率高、精度高、可控性好，可加工各种材料。激光加工是未来最主要的加工手段之一。

随着科学技术的发展，人类文明进入了信息时代。它要求电子产品向轻便化、薄型化、短小化和多功能化发展。为了满足电子产品的发展要求，印刷线路板也从单面发展到双面、多层、挠性以及刚挠结合，并不断向高精度、高密度、高频和高可靠性方向发展，不断缩小体积、降低成本、提高性能。覆铜板(CCL)是制造印刷线路板的主要基板材料，起着导电、绝缘和支撑的功能。它主要由导体材料(如铜箔)和绝缘基膜(如聚酯)等材料组成。目前用得最多的覆铜板是挠性覆铜板(FCCL)，主要品种有聚酰亚胺薄膜和聚酯薄膜为基材两种，前者价格高、耐热性好；而后者综合性能好、成本低，产品形态可分为卷状和片材。

在FCCL上制作的电路称为挠性印制电路板(FPC)，简称软板或柔性线路板。由于它使用的材料柔韧性比较好，在电子产品装配密集化和制作多功能化方面有很大的优势，FPC成为印制电路板行业中增长最快的一个品种。此外，这种电路板散热性好，可弯曲、折叠、卷挠，还可在三维空间随意移动和伸缩。它已经由最初在军工、国防领域的应用转向电子、汽车等民用领域。折叠手机、数码相机、笔记本电脑、喷墨打印机带状引线、硬盘驱动磁头引线、汽车传感器、仪表盘、导航器和GPS定位系统等现代消费类电子产品，几乎都离不开FPC。

在覆铜板上制作电路板就是将不需要的铜箔去掉，留下需要的电路部分。传统的印刷电路工艺技术包括照相制板、图像转移、蚀刻、钻孔、孔金属化、表面金属涂敷以及有机材料涂敷等工序，制作工艺复杂、设备精度要求高、精度低、成本高，且容易产生导线凹陷，制作周期较长、柔性化程度差，不适合中小批量生产。另外还有光化学法制作电路板，它包括表面处理、贴压感光干膜、曝光、显影、图形电镀、退膜、差分蚀刻等工序，比印刷制作电路成功率高、精度高，但是感光工艺复杂，需要制作菲林片，不适于大规模生产。

近几年出现了几种新的电路板制作技术。Atotech德国公司开发了一种制作超细线路的深沟填充新技术，称为“沟填技术(TrenchFilling)”，适用于新一代的集成电路(IC)封装载板生产。“沟填技术”是在绝缘基板表面由激光开沟形成凹槽，再化学镀与电镀铜填充凹槽，然后磨板除去表面铜层在凹槽内留有铜导体形成线路。有报道称它可以实现量产的最小线宽/线距为17μm/17μm，然而存在线路结合力差等弱点。美国DKNResearch和日本NYIndustry公司合作，开发了全印刷工艺技术生产高密度挠性电路，导线宽度与间距可以小至30μm。

以上的方法都存在共同的缺点：操作复杂，成本高，周期长且污染环境，不能制备随意的图形且精度都受到模板的限制。随着激光的出现，制作FPC出现了新的方法。激光直接刻蚀技术可以大大简化图像转移、蚀刻、钻孔等工艺，摆脱传统掩模的束缚，通过将激光束作用于基板上的铜层表面，直接去除不同厚度的铜层，从而制作出所需的电路图形。激光直写布线适合大、小批量生产，周期短，精度高，设备简单，无需制备模板。华中科技大学在2003年以前就开始了激光刻蚀直接布线技术的研究并申请了专利，但是还处于试验阶段。他们用355nm紫外激光刻蚀铜缝宽达到30μm。

由于FCCL基底与铜箔熔点相差较大，用激光直接刻蚀难以实现无损伤基底完全去除铜箔，特别是要想刻蚀较大尺寸的图案更是不可能。

发明内容

本发明旨在解决目前在覆铜板上制作任意图案、无损伤基底及速度慢的难题，提出一种基于覆铜板的激光辅助选区去除铜膜方法，该方法将传统印刷技术与激光技术相结合，制图工艺简单，方便快捷，效率高，能在覆铜板表面选任意区域，且具有可控选区的形状，能无损伤基底绝缘膜去除选区铜膜。

本发明采用的选区去除装置包括控制输出信号频率的计算机、激光器、计算机与激光器连接的数据线、激光运动控制系统、工作台、夹具等，材料包括覆铜板、刻蚀剂、涂料等。

本发明使用上述基于覆铜板的激光辅助选区去除铜膜方法进行选区去除，包括如下步骤：

1)在覆铜板的铜箔表面上涂一层涂料，并等涂料变干；

2)打开计算机，在计算机中用作图软件制作需要去除的图案；

3)将激光器2分别与激光运动控制系统3和计算机1通过数据线相连接，激光参数与激光运动路径通过计算机中的激光控制软件进行控制；

4)将步骤1)有涂层的覆铜板5置于工作台6的加工平台上，用夹具4夹紧，保持覆铜板有涂层的面与激光束焦点所在平面处于同一平面；

5)打开激光器与激光控制软件，在激光控制软件中导入要去除的图案，用指示光将图案定位到需去除的位置，调整激光功率、重复频率、扫描速度、扫描间隔和开光/关光时间，激光控制软件将根据计算机输出的图案信号控制激光进行扫描，激光束作为高能束通过激光运动控制系统3作用在覆铜板上进行有选择的去除涂层；

6)将激光扫描后的覆铜板放入刻蚀剂中进行刻蚀；

7)将刻蚀好的样品放入清水中漂洗，将涂料去除。

所述的涂料，可以是漆、耐蚀油墨、硅胶、有机颜料。

所述的覆铜板，可以是挠性覆铜板或刚性覆铜板。

所述的作图软件，可以是PHOTOSHOP、CORLDRAW、AUTOCAD。

所述的图案，可以是各种尺寸的点、线、环、圆、矩形、电路图形(FPC)。

所述的激光器，可以是光纤激光器、Nd:YAG固体激光器、二氧化碳激光器，所使用的激光为连续激光或脉冲激光。

所述的激光运动控制系统，依具体的图案和材料的不同，可以是扫描振镜或数控激光加工头与可以实现二维或三维加工的数控机床。如果工作台6是数控机床则与计算机相连。一般情况下扫描振镜与普通的工作平台组合工作，数控激光加工头与数控机床组合工作。

所述的刻蚀剂为带有氧化性的溶液，依具体的材料不同，可以是带有双氧水的盐酸或硫酸，硝酸，氯化铁溶液。

所述的涂料去除，可以是用超声波清洗或激光扫描去除，也可有机溶剂或脱膜剂去除。

所述的工作台、夹具、覆铜板可置于流动的空气或氩气、氮气中或真空中。

本发明的工作原理是：将覆铜板的铜面全部涂上耐腐蚀涂料，激光控制系统根据需求图案扫描涂层，通过激光热作用将激光扫过的涂料气化掉(相当于曝光显影或印刷图案)，需要去除区域的铜箔显露出来，再通过溶液刻蚀掉露出的铜膜，而激光没有扫过的地方由于涂层保护而没有收到腐蚀。刻蚀好的覆铜板放入清水清洗去除残留的腐蚀溶液，最后将涂层去除，就可以得到想要的样品。

激光束照射在涂层上，通过调节激光器输出功率或重复频率或离焦量或扫描间隔或扫描方式来控制涂层去除速度及图案精度。由于激光携带的大量能量使得涂料剧烈气化，由此发生伴随光化学反应的热化学反应或气化物影响光束传播，可通过控制反映环境气氛来解决。

使用本发明可在覆铜板上制备复杂的FPC以及任意位置大小的各种图案，精度高，效率高、可控性好，选区形状可通过计算机输出控制。本发明可实现FPC布线、掩膜以及精美工艺品的制造。

附图说明

图1本发明中的基于覆铜板的激光选区去涂层的结构示意图

图中：1，计算机，2，激光器，3，激光运动控制系统，4，夹具，5，覆铜板，6，工作台。

图2实施例1所做的基于覆铜板的激光选区去涂层的效果图。

具体实施方式

首先有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制。

实例1

本发明实例选用体积小、光束质量好、加工方便的光纤激光器，激光运动控制系统采用扫描振镜；覆铜板选用基膜70μm的聚酯薄膜镀18μm铜箔的挠性覆铜板；选用5％双氧水和15％盐酸的混合溶液作为刻蚀剂；选择快干热塑性丙烯酸气雾漆为涂料；选用PHOTOSHOP软件作为作图软件；选择外径10mm、内径6mm的圆环、10mm大小的正五角星作为去除图案；选用超声波去除最后的涂料。

本实例按以下方法进行：将快干热塑性丙烯酸气雾漆均匀的喷在铜箔上，等喷漆干了后将覆铜板置于工作台上激光器振镜的焦平面上，并用夹具固定；在PS软件中画出外径10mm、内径6mm的圆环、10mm大小的正五角星的黑白图案；在激光控制软件导入做好的图案，设定加工参数为功率10W，频率80HZ，扫描间隔0.025mm，扫描速度1500mm/s，开光/关光时间1μs/30μs。打开激光器，使激光器按照设定的加工参数和进行扫描。扫描完毕后将覆铜板用自来水冲洗，再放入装有5％双氧水和15％盐酸的混合溶液的玻璃皿中刻蚀。刻蚀完后的覆铜板用自来水冲洗后放入超声波中去除其他部位的喷漆，即可在聚酯覆铜板上得到无损伤聚酯、图案清晰的去铜箔圆环与五角星。实物图见图2。

实例2

本发明实例选用最大功率30W的小型CO₂激光器，激光运动控制系统采用三维数控机床；覆铜板选用基膜70μm的聚酯薄膜镀18μm铜箔的挠性覆铜板；选用50％三氯化铁溶液作为刻蚀剂；选择硅胶为涂料；选用PHOTOSHOP软件作为作图软件；选择外径10mm、内径6mm的圆环、10mm大小的正五角星作为去除图案；选用超声波去除最后的涂料。

本实例按以下方法进行：将硅胶均匀的涂在铜箔上，等硅胶干了后将覆铜板置于工作台上激光器透镜的焦平面上，并用夹具固定；在PS软件中画出外径10mm、内径6mm的圆环、10mm大小的正五角星的黑白图案；在激光控制软件中导入做好的图案，设定加工参数为功率24W，扫描速度100mm/s。打开激光器，使激光器按照设定的加工参数进行扫描。扫描完毕后将覆铜板用自来水冲洗，再放入装有50％三氯化铁溶液的玻璃皿中刻蚀，保持温度在40℃。刻蚀完后的覆铜板用自来水冲洗后放入超声波中去除其他部位的硅胶，即可在聚酯覆铜板上得到无损伤聚酯、图案清晰的去铜箔圆环与五角星。

Claims

1.基于覆铜板的激光辅助选区去除铜膜方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）在覆铜板的铜箔表面上涂一层涂料，并等涂料变干；

2）打开计算机，在计算机中用作图软件制作需要的去除图案；

3）将激光器分别与激光运动控制系统和计算机通过数据线相连接，激光参数与激光运动路径通过计算机中的激光控制软件进行控制；

4）将步骤1）有涂层的覆铜板置于工作台的加工平台上，用夹具夹紧，保持覆铜板有涂层的面与激光束焦点所在平面处于同一平面；

5）打开激光器与激光控制软件，在激光控制软件中导入要去除的图案，用指示光将图案定位到需去除的位置，调整激光功率、重复频率、扫描速度、扫描间隔和开光/关光时间，激光控制软件将根据计算机输出的图案信号控制激光进行扫描，激光束作为高能束通过激光运动控制系统作用在覆铜板上进行有选择的去除涂层；

6）将激光扫描后的覆铜板放入刻蚀剂中进行刻蚀；

7）将刻蚀好的样品放入清水中漂洗，将涂料去除；

所述的涂料是漆、耐蚀油墨、硅胶、有机颜料。

2.按照权利要求1的方法，其特征在于，所述的覆铜板是挠性覆铜板或刚性覆铜板。

3.按照权利要求1的方法，其特征在于，所述的激光器是光纤激光器、Nd:YAG固体激光器或二氧化碳激光器，所使用的激光为连续激光或脉冲激光。

4.按照权利要求1的方法，其特征在于，所述的激光运动控制系统是扫描振镜、数控激光加工头与可以实现二维或三维加工的数控机床。

5.按照权利要求1的方法，其特征在于，所述的刻蚀剂为带有氧化性的溶液。

6.按照权利要求5的方法，其特征在于，带有氧化性的溶液为带有双氧水的盐酸或硫酸、硝酸或氯化铁溶液。

7.按照权利要求1的方法，其特征在于，涂料去除是用超声波清洗、激光扫描、有机溶剂或脱膜剂去除。

8.按照权利要求1的方法，其特征在于，工作台、夹具、覆铜板置于流动的空气、氩气、氮气或真空中。