CN102595798A - 柔性印制电路板0.05mm以下细线线路成型工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柔性印制电路板0.05mm以下细线线路成型工艺，要解决的技术问题是制作厚度40um以下覆铜基材、线宽0.05mm的IC封装柔性基板。本发明的柔性印制电路板0.05mm以下细线线路成型工艺，包括以下步骤：选材、激光盲孔、黑孔、湿贴干膜、曝光显影、电镀盲孔、脱膜清洗、再次湿贴干膜、再次曝光显影、蚀刻线路。本发明与现有技术相比，采用激光盲孔、黑孔、湿贴干膜、曝光显影、电镀盲孔、脱膜清洗、再次湿贴干膜、再次曝光显影、蚀刻线路的工艺步骤，制得40um以下覆铜基材、线宽0.05mm的IC封装柔性基板，全满足IC封装柔性基板的布线要求，工艺简单，成本低，合格率高，适合工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种印刷电路板的制备工艺，特别是一种柔性印制电路板的成型工艺。
背景技术
现在柔性印制电路板FPC(Flexible Printed Circuit board)普通线路在0.075mm左右，制程能力难以满足IC封装柔性基板的布线要求，集成电路IC封装柔性基板的线宽/线距制程要求为0.03mm/0.03mm，属于高密度线路布线格局。为配合40um以内超薄、线宽/线距制程为0.03mm/0.03mm的高密度的IC封装工艺，IC封装柔性基板的铜基材厚度需要控制在40um以内。IC封装柔性基板的电子元器件焊盘越来越小，现今主流IC封装柔性基板通常采用Φ0.1mm的盲孔对应Φ0.25mm焊盘工艺制作。因通讯电子、计算机、人工智能系统、航天科技、军工及医疗器械等高端电子领域的迅猛发展，要求应用于其中的IC封装柔性基板制作朝着超薄高密度细线路及微孔工艺发展。
发明内容
本发明的目的是提供一种柔性印制电路板0.05mm以下细线线路成型工艺，要解决的技术问题是制作厚度40um以下覆铜基材、线宽0.05mm的IC封装柔性基板。
本发明采用以下技术方案：一种柔性印制电路板0.05mm以下细线线路成型工艺，包括以下步骤：一、采用两面铜厚9um，中间为聚酰亚胺厚度为20um的覆铜基材，按现有技术在覆铜基材上用激光钻盲孔；二、在盲孔孔壁上形成厚度1um的导电碳层；三、湿贴干膜，将覆铜基材浸泡在工业纯净水中，再热压合干膜，热压压力3-5Kg/cm2，速度0.8-1.5m/min，辊轮温度110±10℃；所述干膜由保护膜聚乙烯、光致抗蚀剂膜和载体聚酯薄膜三层膜组合而成；四、对干膜进行曝光显影，曝光能量40-70j/cm2，显影液为NaCO3溶液，体积浓度0.8-1.2％，显影速度2.0-2.8m/min；五、电镀盲孔，电镀液成份为：CuSO4·5H2O60-80g/L，H2SO4180-200ml/L，HCl 50-70ml/L，XP7光亮剂3-5ml/L，720辅助剂5-10ml/L，电镀电流密度1.5-2.5A/dm2，pH值2.5-4.5，电镀时间15-25min；六、脱膜清洗，NaOH溶液体积浓度为3-7％，温度50±5℃，速度1.5-2.5m/min；七、再次湿贴干膜，先将覆铜基材浸泡在工业纯净水中，热压压力3-5Kg/cm2，速度0.8-1.5m/min，辊轮温度110±10℃；八、再次对干膜进行曝光显影，曝光能量40-70j/cm2，显影液为NaCO3溶液，体积浓度0.8-1.2％，显影速度2.0-2.8m/min；九、蚀刻线路，蚀刻液中含有28-35％的HCl，15-25％的NaClO3，其余为水，蚀刻溶液的Cu2+含量120-190g/L，酸度1.0-3.0N，温度50±5℃，速度在1.5-2.5m/min。
本发明的覆铜基材外形尺寸为长250×宽250-100mm。
本发明的盲孔孔深为钻透上部的铜和中间的聚酰亚胺，孔径为Φ0.1mm。
本发明的激光钻盲孔后，对盲孔采用O2气体+CF4气体的混合离子体去除胶渣、污渍，真空度20-60Pa，O2流量为180-400ml/min，CF4流量为90ml/min，工作电压400-450V，处理时间为5-10min。
本发明的盲孔孔壁上形成厚度1um的导电碳层，采用117535黑孔液，pH值为9.8-10.6，喷入盲孔里，用功率为200-300W，频率为4Hz的超声波振动，温度33-35℃，速度1.0-1.8m/min。
本发明的湿贴干膜和再次湿贴干膜的干膜采用H-Y920干膜。
本发明的对干膜进行曝光显影和再次对干膜进行曝光显影，曝光前先静止15-25min，曝光后再静止15-25min；将曝光中未发生交联聚合反应的干膜在显影溶液中去除并按现有技术清洗干净板面。
本发明的电镀盲孔，在电镀缸中靠近阳极(1)距离5cm处设置电流释放托板(2)，在距电流释放托板(2)距离5cm处设置侧喷装置(3)；电镀后按现有技术清洗。
本发明的蚀刻溶液的Cu2+含量130g/L，酸度2.0N，温度50℃。
本发明的蚀刻线路后脱膜，NaOH溶液体积浓度为3-7％，温度50±5℃，速度1.5-2.5m/min。
本发明与现有技术相比，采用激光盲孔、黑孔、湿贴干膜、曝光显影、电镀盲孔、脱膜清洗、再次湿贴干膜、再次曝光显影、线路蚀刻的工艺步骤，制得40um以下覆铜基材、线宽0.05mm的IC封装柔性基板，全满足IC封装柔性基板的布线要求，工艺简单，成本低，合格率高，适合工业化生产。
附图说明
图1是线路图。
图2是电镀缸示意图。
图3是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。本发明的柔性印制电路板成型工艺，工艺流程为：选材、激光盲孔、黑孔、湿贴干膜、曝光显影、电镀盲孔、脱膜清洗、再次湿贴干膜、再次曝光显影、蚀刻线路。如图3所示，具体步骤为：
一、选材，采用两面铜厚9um，中间为聚酰亚胺PI厚度为20um的覆铜基材，外形尺寸为长250×宽250-100mm，1片，本实施例为长250×宽250mm。
二、激光钻盲孔，按现有技术在覆铜基材上用激光钻盲孔，孔深为钻透上部的铜和中间的PI，孔径为Φ0.1mm。由于激光钻盲孔造成盲孔的孔内残存有碳黑、胶渣等污染物，对盲孔采用O2气体+CF4气体的混合离子体去除胶渣、污渍，使孔壁凹蚀与粗化，孔内壁保持清洁。真空度20-60Pa，O2流量为180-400ml/min，CF4流量为90ml/min，工作电压400-450V，处理时间为5-10min。用带直射白光的20倍放大镜观察盲孔底部与孔壁无残留胶渣与污染物则判为合格。
三、黑孔，采用美国麦德美公司生产的117535黑孔液，pH值为9.8-10.6，喷入盲孔里，用功率为200-300W，频率为4Hz的超声波振动，使黑孔液的碳粒子在Φ0.1mm的盲孔内均匀被吸附，在孔壁上形成厚度1um的致密导电碳层，温度33-35℃，速度1.0-1.8m/min。吸附后按现有技术清洗表面。用安培表检测覆铜基材上分布有8000个通孔的测试板线路，查看是否有开路，无开路则判为合格，工艺参数、黑孔液适合生产制作。
四、湿贴干膜，干膜由保护膜聚乙烯、光致抗蚀剂膜和载体聚酯薄膜三层膜组合而成。常温下，先将覆铜基材浸泡在EW-III级工业纯净水中，使表面处于均匀的湿润状态，再热压合干膜，在110℃的热辊轮、有水雾状的压合条件下，能使干膜更好地与铜面吸附，解决干膜与铜面之间产生气泡的问题。采用日立公司生产的H-Y920干膜，厚度为20um，热压压力3-5Kg/cm2，速度0.8-1.5m/min，辊轮温度110±10℃。贴膜后目视检查干膜表面无气泡、杂物则判为合格。
五、对干膜进行曝光显影，曝光前先静止15-25min，让干膜中的光致抗蚀剂膜与铜面充分附着，使光影成像效果更精确，曝光后再静止15-25min，使在曝光中发生交联聚合反应的干膜盲孔图形更清晰地呈现出来。再将曝光中未发生交联聚合反应的干膜在显影溶液中去除并按现有技术清洗干净板面。目的是得到裸露的盲孔及盲孔孔盘。曝光能量40-70j/cm2，显影液为NaCO3溶液，体积浓度0.8-1.2％，显影速度2.0-2.8m/min。以曝光尺(21级)曝光度6-7级为合格；显影后目视或用5倍放大镜检查线路无开短路、无破盘判为合格。步骤四和步骤五用于制作盲孔的图形转移。
六、电镀盲孔，如图2所示，在电镀缸中靠近阳极1距离5cm处设置电流释放托板2，降低电镀电位差，提高电镀盲孔铜的均匀性；在距电流释放托板2距离5cm处设置侧喷装置3，用于搅拌镀液，在阳极附件设有聚丙烯P.P隔膜布4，以防止电镀液中的杂志游向阳极。电镀时将覆铜基材6放入导向槽5内推入电镀位，关闭镀铜缸底部的有孔管道(通过有孔管道从电镀缸底部输出压缩空气对电镀液进行搅拌)，以减少覆铜基材褶皱，提高平整度。电镀液中采用美国安美特(M&T)化学公司的XP7光亮剂，该光亮剂能降低电镀液在盲孔内的张力，使Cu2+快速吸附在盲孔的孔壁上。电镀液成份为：CuSO4·5H2O 60-80g/L，H2SO4180-200ml/L，HCl 50-70ml/L，XP7光亮剂3-5ml/L，深圳市祥盛兴科技有限公司的720辅助剂5-10ml/L。常温下制作，电镀电流密度1.5-2.5A/dm2，pH值2.5-4.5，电镀时间15-25min。按现有技术清洗。检验：用打磨抛光机制作盲孔的铜金相切片，并用40倍数字显微镜测量盲孔镀铜厚度在10～20um判为合格。
七、脱膜、清洗，在NaOH溶液中将发生聚合交联反应的干膜从覆铜基材表面去除并清洗干净。NaOH溶液体积浓度为3-7％，温度50±5℃，速度1.5-2.5m/min。按现有技术清洗。检验：目视检查表面干净无干膜屑、杂物则判为合格。
八、再次湿贴干膜，常温下，先将覆铜基材浸泡在工业纯净水中，使表面处于均匀的湿润状态，再热压合干膜，在110℃的热辊轮、有水雾状的压合条件下，能使干膜更好地与铜面吸附，解决干膜与铜面之间产生气泡的问题。采用日立公司生产的H-Y920干膜，厚度为20um，热压压力3-5Kg/cm2，速度0.8-1.5m/min，辊轮温度110±10℃。贴膜后目视检查干膜表面无气泡、杂物则判为合格。
九、再次对干膜进行曝光显影，曝光前先静止15-25min，让干膜中的光致抗蚀剂膜与铜面充分附着，使光影成像效果更精确，曝光后再静止15-25min，使在曝光中发生交联聚合反应的干膜线路图形更清晰地呈现出来。再将曝光中未发生交联聚合反应的干膜在显影溶液中去除并按现有技术清洗干净板面。目的是得到光致抗蚀剂膜保护的线路图形。曝光能量40-70j/cm2，显影液为NaCO3溶液，体积浓度0.8-1.2％，显影速度2.0-2.8m/min。以曝光尺(21级)曝光度6-7级为合格；显影后目视或用5倍放大镜检查线路无开短路、无破盘判为合格。如图1所示，设计的线路图形由菲林(感光片或胶卷)被转移到干膜的光致抗蚀剂膜上。
十、蚀刻线路、脱膜，将覆铜基材裸露在外的铜在蚀刻溶液中发生化学反应而溶解于蚀刻溶液中，有干膜保护的线路部分被保留下来，形成所需线路图形。蚀刻液中含有28-35％的HCl，15-25％的NaClO3，其余为水。蚀刻过程中侧蚀量的控制：控制蚀刻溶液的Cu2+含量120-190g/L，最佳值130g/L，酸度1.0-3.0N，最佳值2.0N，温度50±5℃，最佳值50℃，速度在1.52.5m/min。蚀刻过程中，用深圳市宝安区中图奥斯微光学仪器公司的DTX-10百倍线路测试仪测试线路的侧蚀量在0.01mm以内。然后，再次脱膜，在NaOH溶液中将发生聚合交联反应的干膜从覆铜基材表面去除并清洗干净。NaOH溶液体积浓度为3-7％，温度50±5℃，速度1.5-2.5m/min。按现有技术清洗。检验：目视检查表面干净无干膜屑、杂物则判为合格。
本发明工艺方法制作的IC封装柔性基板线路经导通测试平均良率达到85％，比现有技术提高6～8％。图形中线路的宽度为0.05mm以下。
本发明采用水平线黑孔碳化处理工艺，使用80nm以下级别的碳粒子，加载4Hz超声波处理，加强碳粒子灌孔能力，在孔壁内附着一层1um厚度的导电碳膜，便于后工序的电镀忙孔铜制作。由于覆铜基材在40um以下，水平线黑孔工艺解决其垂直式化学沉铜工艺制作导致的产品表面折皱、使高密度线路曝光成型是产生不良问题。
用湿贴压膜法复合干膜，增加干膜与覆铜基材的结合力，减少压膜后真空不良，改善了干式压膜造成干膜与覆铜基材之间产生的真空不良，影响高密度线路的曝光良率。
根据FPC行业材料规格与本申请人的蚀刻制程能力试验表明，本申请人覆铜基材在制作程中的侧蚀量如表1所示。
表1：铜厚与侧蚀量的控制关系表：
| 铜厚 | 9um | 12um | 18um |
| 侧蚀量 | 0.01mm | 0.02mm | 0.03mm |
根据上述侧蚀量要求，我司制程能力可满足铜厚9um的超薄高密度细线路0.01mm侧蚀量的制作要求，所以基材面铜不能二次镀铜加厚，复合干膜经曝光显影后使Φ0.1mm的盲孔裸露，其他区域覆铜基材表面形成紧密的干膜抗镀层，电镀时仅盲孔孔铜增加10～20um，并且加强了覆铜基材的硬度，使其在电镀过程中不易褶皱。用本发明的工艺方法镀盲孔所得到的覆铜基材面铜厚仍为9um，在设计中增加0.01mm的菲林线路补偿，可完成线路蚀刻制作。
本发明的工艺在电镀铜缸中设置电流释放托板，降低电镀电位差，提高电镀孔铜的均匀性；加设侧喷装置、关闭打气，减少覆铜基材褶皱，提高平整度；采用含有润湿剂的专用电镀药水，可以降低药水的张力，使Cu2+快速吸附在孔壁上。
实施例1-10的工艺参数请见表2-1、表2-2，测试结果请见表3。本发明方法制作的柔性印制电路板0.05mm以下细线线路，完全满足IC封装柔性基板的布线要求，有效解决了IC封装柔性基板线宽/线距在0.05mm以下的技术问题，工艺简单，成本低。
表2-1实施例1-10步骤二至步骤六的工艺参数
表2-2实施例1-10步骤七至步骤十的工艺参数
Claims (10)
1.一种柔性印制电路板0.05mm以下细线线路成型工艺，包括以下步骤：一、采用两面铜厚9um，中间为聚酰亚胺厚度为20um的覆铜基材，按现有技术在覆铜基材上用激光钻盲孔；二、在盲孔孔壁上形成厚度1um的导电碳层；三、湿贴干膜，将覆铜基材浸泡在工业纯净水中，再热压合干膜，热压压力3-5Kg/cm2，速度0.8-1.5m/min，辊轮温度110±10℃；所述干膜由保护膜聚乙烯、光致抗蚀剂膜和载体聚酯薄膜三层膜组合而成；四、对干膜进行曝光显影，曝光能量40-70j/cm2，显影液为NaCO3溶液，体积浓度0.8-1.2％，显影速度2.0-2.8m/min；五、电镀盲孔，电镀液成份为：CuSO4·5H2O 60-80g/L，H2SO4180-200ml/L，HCl 50-70ml/L，XP7光亮剂3-5ml/L，720辅助剂5-10ml/L，电镀电流密度1.5-2.5A/dm2，pH值2.5-4.5，电镀时间15-25min；六、脱膜清洗，NaOH溶液体积浓度为3-7％，温度50±5℃，速度1.5-2.5m/min；七、再次湿贴干膜，先将覆铜基材浸泡在工业纯净水中，热压压力3-5Kg/cm2，速度0.8-1.5m/min，辊轮温度110±10℃；八、再次对干膜进行曝光显影，曝光能量40-70j/cm2，显影液为NaCO3溶液，体积浓度0.8-1.2％，显影速度2.0-2.8m/min；九、蚀刻线路，蚀刻液中含有28-35％的HCl，15-25％的NaClO3，其余为水，蚀刻溶液的Cu2+含量120-190g/L，酸度1.0-3.0N，温度50±5℃，速度在1.5-2.5m/min。
2.根据权利要求1所述的柔性印制电路板0.05mm以下细线线路成型工艺，其特征在于：所述覆铜基材外形尺寸为长250×宽250-100mm。
3.根据权利要求1所述的柔性印制电路板0.05mm以下细线线路成型工艺，其特征在于：所述盲孔孔深为钻透上部的铜和中间的聚酰亚胺，孔径为Φ0.1mm。
4.根据权利要求1所述的柔性印制电路板0.05mm以下细线线路成型工艺，其特征在于：所述激光钻盲孔后，对盲孔采用O2气体+CF4气体的混合离子体去除胶渣、污渍，真空度20-60Pa，O2流量为180-400ml/min，CF4流量为90ml/min，工作电压400-450V，处理时间为5-10min。
5.根据权利要求1所述的柔性印制电路板0.05mm以下细线线路成型工艺，其特征在于：所述在盲孔孔壁上形成厚度1um的导电碳层，采用117535黑孔液，pH值为9.8-10.6，喷入盲孔里，用功率为200-300W，频率为4Hz的超声波振动，温度33-35℃，速度1.0-1.8m/min。
6.根据权利要求1所述的柔性印制电路板0.05mm以下细线线路成型工艺，其特征在于：所述湿贴干膜和再次湿贴干膜的干膜采用H-Y920干膜。
7.根据权利要求1所述的柔性印制电路板0.05mm以下细线线路成型工艺，其特征在于：所述对干膜进行曝光显影和再次对干膜进行曝光显影，曝光前先静止15-25min，曝光后再静止15-25min；将曝光中未发生交联聚合反应的干膜在显影溶液中去除并按现有技术清洗干净板面。
8.根据权利要求1所述的柔性印制电路板0.05mm以下细线线路成型工艺，其特征在于：所述电镀盲孔，在电镀缸中靠近阳极(1)距离5cm处设置电流释放托板(2)，在距电流释放托板(2)距离5cm处设置侧喷装置(3)；电镀后按现有技术清洗。
9.根据权利要求1所述的柔性印制电路板0.05mm以下细线线路成型工艺，其特征在于：所述蚀刻溶液的Cu2+含量130g/L，酸度2.0N，温度50℃。
10.根据权利要求1所述的柔性印制电路板0.05mm以下细线线路成型工艺，其特征在于：所述蚀刻线路后脱膜，NaOH溶液体积浓度为3-7％，温度50±5℃，速度1.5-2.5m/min。
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