CN103495806A - 一种皮秒激光蚀刻微型电路工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及微型电路板技术领域，具体涉及一种皮秒激光蚀刻微型电路工艺，包括如下步骤：A、将表面依次印刷有陶瓷膜基底和金属导电膜层的PET膜正面朝上固定在激光刻蚀机的工作平台上，调整激光刻蚀机与工作平台的相对位置或激光刻蚀机的激光头的高度，使激光刻蚀机的激光焦点落在基底的正上方；B、将要刻蚀的导电膜图形和陶瓷膜图形分别导出并输入激光刻蚀机，并作为两个图层；分别对导电膜图形图层和陶瓷膜图形图层设置激光参数和运动参数；C、启动激光刻蚀机，对基底的导电膜图形图层和陶瓷膜图形图层分别进行刻蚀，制得微型电路板。本发明的工艺能够满足微型电路板表面高精度、高密度布线，可以一次完成陶瓷膜和导电膜的刻蚀，成本低。

Description

一种皮秒激光蚀刻微型电路工艺
技术领域
 本发明涉及微型电路板技术领域，具体涉及一种皮秒激光蚀刻微型电路工艺。
背景技术
随着微电子技术的飞速发展，印制微型电路板制造向多层化、小型化、功能化和集成化的方向迅速发展。在印制微型电路板中设计大量微孔、窄间距、细导线电路图形，对印制微型电路板制造技术要求更高，传统的印制微型电路板制作工艺方法包括光化学法和模板（或丝网）漏印法等在小批量、高精度的场合越来越不能满足要求。这些工艺的主要缺点有：制造工序多，对高密度、高精度印制微型电路板易带来较大误差；腐蚀去除的导电材料很多，造成贵金属的大量浪费；电镀、腐蚀等工序使用的溶液对环境造成很大的污染等。特别是当导线线宽及导线间距小到一定程度时，由于腐蚀过程中的侧向腐蚀行为，将无法保障导线的精度与均匀性，无法制作更高精度的印制微型电路板。例如，采用光绘制版的方法制作线路板导线时，对于低导线密度微型电路板（以下简称低密度板），仅可以保证导线宽度大于300μm的导线质量。对于高导线密度微型电路板，仅可以保障导线宽度大于100μm的导线质量。超过此极限时，在图形转移工艺过程中，由于“隔离层”的存在，光的折射、衍射将会使PCB成像产生侧蚀现象，严重影响PCB的制作质量，使得最小导线宽度和导线间距受到影响，无法保证所制造产品的质量。且现有印制微型电路板的基底上，既有陶瓷膜，同时又有导电膜，而陶瓷膜和导电膜都要进行刻蚀，而目前采用先在一种设备上加工导电膜或陶瓷膜，再在另一种设备上加工陶瓷膜或导电膜，这种方法不但费时费力，设备投资大，而且要两次定位加工，图形定位困难，成品率低。此外，现有光化学法工艺的柔性化程度很低，制作过程一般必须到专业厂家生产完成，周期为3-5天，长的甚至两个星期，制作周期长。而且，微型电路板一旦制作成功，无法对其进行修改，需要重新投入资金制作，对于单件或者小批量生产来说，制造成本较高。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种能够满足微型电路板表面高精度、高密度布线，且可以一次完成陶瓷膜和导电膜的刻蚀的皮秒激光蚀刻微型电路工艺，本发明的工艺具有步骤简单，耗材小，成本低，生产率高，良品率高，采用柔性化生产，电脑制图，不需要制版，图形变更容易，生产周期短，无环境污染等优点。
本发明的另一目的在于提供一种皮秒激光蚀刻微型电路工艺制得的微型电路板，该微型电路板刻蚀的最小圆直径为20μm，微型电路板的良品率为98%以上。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种皮秒激光蚀刻微型电路工艺，包括如下步骤：
A、将表面依次印刷有陶瓷膜基底和金属导电膜层的PET膜正面朝上固定在激光刻蚀机的工作平台上，调整激光刻蚀机与工作平台的相对位置或激光刻蚀机的激光头的高度，使激光刻蚀机的激光焦点落在基底的正上方；
B、将要刻蚀的导电膜图形和陶瓷膜图形分别导出并输入激光刻蚀机，并作为两个图层；分别对导电膜图形图层和陶瓷膜图形图层设置激光参数和运动参数；
C、启动激光刻蚀机，对基底的导电膜图形图层和陶瓷膜图形图层分别进行刻蚀，制得微型电路板；
其中，所述激光刻蚀机为皮秒激光刻蚀机；
所述导电膜图形图层的激光参数和运动参数设置为：激光功率为12~100W，激光脉冲频率为200~1000KHz，激光脉冲宽度为8~15ps，激光刻蚀线速度为2000~3000mm/s，刻蚀重复次数为2~3次；
所述陶瓷膜图形图层的激光参数和运动参数设置为：激光功率为12~100W，激光脉冲频率为200~1000KHz，激光脉冲宽度为8~15ps，激光刻蚀线速度为200~3000mm/s，刻蚀重复次数为1~2次。
优选的，所述皮秒激光刻蚀机的激光波长为355nm或532nm、F-θ透镜组的焦距50~150mm、激光器的额定输出频率为200~1000KHz。
优选的，所述步骤A中，陶瓷膜基底为LTCC陶瓷膜基底；金属导电膜层为铜薄膜、铝薄膜、镍薄膜、金薄膜、银薄膜、钯薄膜、铂薄膜、钨薄膜或钼薄膜。
优选的，所述导电膜图形图层的激光参数和运动参数设置为：激光功率为12~50W，激光脉冲频率为200~600KHz，激光脉冲宽度为8~12ps，激光刻蚀线速度为2000~2500mm/s，刻蚀重复次数为3次。
优选的，所述导电膜图形图层的激光参数和运动参数设置为：激光功率为50~100W，激光脉冲频率为600~1000KHz，激光脉冲宽度为12~15ps，激光刻蚀线速度为2500~3000mm/s，刻蚀重复次数为2次。
优选的，所述陶瓷膜图形图层的激光参数和运动参数设置为：激光功率为12~50W，激光脉冲频率为200~600KHz，激光脉冲宽度为8~12ps，激光刻蚀线速度为200~1500mm/s，刻蚀重复次数为2次。
优选的，所述陶瓷膜图形图层的激光参数和运动参数设置为：激光功率为50~100W，激光脉冲频率为600~1000KHz，激光脉冲宽度为12~15ps，激光刻蚀线速度为1500~3000mm/s，刻蚀重复次数为1次。
优选的，所述皮秒激光刻蚀机的激光波长为355nm、F-θ透镜组的焦距100mm、激光器的额定输出频率为200~600KHz。
优选的，所述皮秒激光刻蚀机的激光波长为532nm、F-θ透镜组的焦距100~150mm、激光器的额定输出频率为600~1000KHz。
本发明的另一目的通过下述技术方案实现：一种皮秒激光蚀刻微型电路工艺制得的微型电路板，所述微型电路板刻蚀的最小圆直径为20μm，微型电路板的良品率为98%以上。
激光蚀刻法采用激光加工原理，利用高能量密度激光束对工件表面进行局部照射，使表层材料迅速气化或发生颜色变化，从而露出深层物质，或者导致表层物质的化学物理变化而刻出痕迹，或者是通过光能烧掉部分物质，显出所需刻蚀的图案、文字或进行精密的钻孔、切割和刻线加工。激光蚀刻法可广泛应用于ITO电路光刻、PCB薄膜电路光刻等领域。
本发明采用皮秒激光刻蚀机进行刻蚀，采用多轴激光控制软件，支持CCD自动寻靶，XY平台精密运动，大尺寸一次性无缝拼接，激光及扫描振镜精密加工同步进行，一次性可加工650mm×650mm大小的工件，还可以实现大图形自动分切或手动分切的选择，拼接精度≤±3μm。
本发明采用的皮秒激光刻蚀机还可以进行多种视觉定位特征，如十字、实心圆、空心圆、十字加空心圆以及L型直角边等，影像特征点定位视觉，适合加工时无夹具的情况下定位。
本发明采用的皮秒激光刻蚀机可实现355nm、532nm和1064nm三种波段之间的选择，最大激光功率为50W，脉冲宽度仅10ps，超短的脉冲宽度使激光加工时没有热传导产生，所以加工对热影响比较敏感的材料无任何影响和应力产生，皮秒激光加工属于精密的冷加工方式，可以用于纸张、玻璃、金属和陶瓷等所有材料的加工。
本发明的有益效果在于：本发明的工艺能够满足微型电路板表面高精度、高密度布线，且可以一次完成陶瓷膜和导电膜的刻蚀，可以对易碎、超薄、易变形以及特殊材料进行刻蚀，且加工对热影响比较敏感的材料无任何影响和应力产生。
本发明的工艺具有步骤简单，耗材小，成本低，生产率高，良品率高，采用柔性化生产，电脑制图，不需要制版，图形变更容易，生产周期短，无环境污染等优点。
本发明制得的微型电路板蚀刻的图形完整，尺寸准确，边缘整齐，线条陡直，图形内无小岛、针孔、毛刺等，蚀刻干净；蚀刻后的基底表面清洁，图形定位准确。
本发明制得的微型电路板刻蚀的最小圆直径为20μm，微型电路板的良品率为98%以上。
具体实施方式：
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
一种皮秒激光蚀刻微型电路工艺，包括如下步骤：
A、将表面依次印刷有陶瓷膜基底和金属导电膜层的PET膜正面朝上固定在激光刻蚀机的工作平台上，调整激光刻蚀机与工作平台的相对位置或激光刻蚀机的激光头的高度，使激光刻蚀机的激光焦点落在基底的正上方；所述步骤A中，陶瓷膜基底为LTCC陶瓷膜基底；金属导电膜层为铜薄膜。
B、将要刻蚀的导电膜图形和陶瓷膜图形分别导出并输入激光刻蚀机，并作为两个图层；分别对导电膜图形图层和陶瓷膜图形图层设置激光参数和运动参数；
C、启动激光刻蚀机，对基底的导电膜图形图层和陶瓷膜图形图层分别进行刻蚀，制得微型电路板；
其中，所述激光刻蚀机为皮秒激光刻蚀机；
所述导电膜图形图层的激光参数和运动参数设置为：激光功率为12W，激光脉冲频率为200KHz，激光脉冲宽度为8ps，激光刻蚀线速度为2000mm/s，刻蚀重复次数为2次；
所述陶瓷膜图形图层的激光参数和运动参数设置为：激光功率为12W，激光脉冲频率为200KHz，激光脉冲宽度为8ps，激光刻蚀线速度为200mm/s，刻蚀重复次数为1次。
所述皮秒激光刻蚀机的激光波长为355nm、F-θ透镜组的焦距50mm、激光器的额定输出频率为200KHz。
一种皮秒激光蚀刻微型电路工艺制得的微型电路板，所述微型电路板刻蚀的最小圆直径为20μm，微型电路板的良品率为98%以上。
实施例2
一种皮秒激光蚀刻微型电路工艺，包括如下步骤：
A、将表面依次印刷有陶瓷膜基底和金属导电膜层的PET膜正面朝上固定在激光刻蚀机的工作平台上，调整激光刻蚀机与工作平台的相对位置或激光刻蚀机的激光头的高度，使激光刻蚀机的激光焦点落在基底的正上方；所述步骤A中，陶瓷膜基底为LTCC陶瓷膜基底；金属导电膜层为铝薄膜。
B、将要刻蚀的导电膜图形和陶瓷膜图形分别导出并输入激光刻蚀机，并作为两个图层；分别对导电膜图形图层和陶瓷膜图形图层设置激光参数和运动参数；
C、启动激光刻蚀机，对基底的导电膜图形图层和陶瓷膜图形图层分别进行刻蚀，制得微型电路板；
其中，所述激光刻蚀机为皮秒激光刻蚀机；
所述导电膜图形图层的激光参数和运动参数设置为：激光功率为30W，激光脉冲频率为400KHz，激光脉冲宽度为10ps，激光刻蚀线速度为2250mm/s，刻蚀重复次数为3次；
所述陶瓷膜图形图层的激光参数和运动参数设置为：激光功率为30W，激光脉冲频率为400KHz，激光脉冲宽度为10ps，激光刻蚀线速度为750mm/s，刻蚀重复次数为2次。
所述皮秒激光刻蚀机的激光波长为532nm、F-θ透镜组的焦距75mm、激光器的额定输出频率为400KHz。
一种皮秒激光蚀刻微型电路工艺制得的微型电路板，所述微型电路板刻蚀的最小圆直径为20μm，微型电路板的良品率为98%以上。
实施例3
一种皮秒激光蚀刻微型电路工艺，包括如下步骤：
A、将表面依次印刷有陶瓷膜基底和金属导电膜层的PET膜正面朝上固定在激光刻蚀机的工作平台上，调整激光刻蚀机与工作平台的相对位置或激光刻蚀机的激光头的高度，使激光刻蚀机的激光焦点落在基底的正上方；所述步骤A中，陶瓷膜基底为LTCC陶瓷膜基底；金属导电膜层为镍薄膜。
B、将要刻蚀的导电膜图形和陶瓷膜图形分别导出并输入激光刻蚀机，并作为两个图层；分别对导电膜图形图层和陶瓷膜图形图层设置激光参数和运动参数；
C、启动激光刻蚀机，对基底的导电膜图形图层和陶瓷膜图形图层分别进行刻蚀，制得微型电路板；
其中，所述激光刻蚀机为皮秒激光刻蚀机；
所述导电膜图形图层的激光参数和运动参数设置为：激光功率为50W，激光脉冲频率为600KHz，激光脉冲宽度为12ps，激光刻蚀线速度为2500mm/s，刻蚀重复次数为2次；
所述陶瓷膜图形图层的激光参数和运动参数设置为：激光功率为50W，激光脉冲频率为600KHz，激光脉冲宽度为12ps，激光刻蚀线速度为1500mm/s，刻蚀重复次数为1次。
所述皮秒激光刻蚀机的激光波长为355nm、F-θ透镜组的焦距100mm、激光器的额定输出频率为600KHz。
一种皮秒激光蚀刻微型电路工艺制得的微型电路板，所述微型电路板刻蚀的最小圆直径为20μm，微型电路板的良品率为98%以上。
实施例4
一种皮秒激光蚀刻微型电路工艺，包括如下步骤：
A、将表面依次印刷有陶瓷膜基底和金属导电膜层的PET膜正面朝上固定在激光刻蚀机的工作平台上，调整激光刻蚀机与工作平台的相对位置或激光刻蚀机的激光头的高度，使激光刻蚀机的激光焦点落在基底的正上方；所述步骤A中，陶瓷膜基底为LTCC陶瓷膜基底；金属导电膜层为金薄膜。
B、将要刻蚀的导电膜图形和陶瓷膜图形分别导出并输入激光刻蚀机，并作为两个图层；分别对导电膜图形图层和陶瓷膜图形图层设置激光参数和运动参数；
C、启动激光刻蚀机，对基底的导电膜图形图层和陶瓷膜图形图层分别进行刻蚀，制得微型电路板；
其中，所述激光刻蚀机为皮秒激光刻蚀机；
所述导电膜图形图层的激光参数和运动参数设置为：激光功率为75W，激光脉冲频率为800KHz，激光脉冲宽度为14ps，激光刻蚀线速度为2750mm/s，刻蚀重复次数为3次；
所述陶瓷膜图形图层的激光参数和运动参数设置为：激光功率为75W，激光脉冲频率为800KHz，激光脉冲宽度为14ps，激光刻蚀线速度为2250mm/s，刻蚀重复次数为2次。
所述皮秒激光刻蚀机的激光波长为532nm、F-θ透镜组的焦距125mm、激光器的额定输出频率为800KHz。
一种皮秒激光蚀刻微型电路工艺制得的微型电路板，所述微型电路板刻蚀的最小圆直径为20μm，微型电路板的良品率为98%以上。
实施例5
一种皮秒激光蚀刻微型电路工艺，包括如下步骤：
A、将表面依次印刷有陶瓷膜基底和金属导电膜层的PET膜正面朝上固定在激光刻蚀机的工作平台上，调整激光刻蚀机与工作平台的相对位置或激光刻蚀机的激光头的高度，使激光刻蚀机的激光焦点落在基底的正上方；所述步骤A中，陶瓷膜基底为LTCC陶瓷膜基底；金属导电膜层为银薄膜。
B、将要刻蚀的导电膜图形和陶瓷膜图形分别导出并输入激光刻蚀机，并作为两个图层；分别对导电膜图形图层和陶瓷膜图形图层设置激光参数和运动参数；
C、启动激光刻蚀机，对基底的导电膜图形图层和陶瓷膜图形图层分别进行刻蚀，制得微型电路板；
其中，所述激光刻蚀机为皮秒激光刻蚀机；
所述导电膜图形图层的激光参数和运动参数设置为：激光功率为100W，激光脉冲频率为1000KHz，激光脉冲宽度为15ps，激光刻蚀线速度为3000mm/s，刻蚀重复次数为3次；
所述陶瓷膜图形图层的激光参数和运动参数设置为：激光功率为100W，激光脉冲频率为1000KHz，激光脉冲宽度为15ps，激光刻蚀线速度为3000mm/s，刻蚀重复次数为2次。
所述皮秒激光刻蚀机的激光波长为532nm、F-θ透镜组的焦距150mm、激光器的额定输出频率为1000KHz。
一种皮秒激光蚀刻微型电路工艺制得的微型电路板，所述微型电路板刻蚀的最小圆直径为20μm，微型电路板的良品率为98%以上。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种皮秒激光蚀刻微型电路工艺，其特征在于：包括如下步骤：
A、将表面依次印刷有陶瓷膜基底和金属导电膜层的PET膜正面朝上固定在激光刻蚀机的工作平台上，调整激光刻蚀机与工作平台的相对位置或激光刻蚀机的激光头的高度，使激光刻蚀机的激光焦点落在基底的正上方；
B、将要刻蚀的导电膜图形和陶瓷膜图形分别导出并输入激光刻蚀机，并作为两个图层；分别对导电膜图形图层和陶瓷膜图形图层设置激光参数和运动参数；
C、启动激光刻蚀机，对基底的导电膜图形图层和陶瓷膜图形图层分别进行刻蚀，制得微型电路板；
其中，所述激光刻蚀机为皮秒激光刻蚀机；
所述导电膜图形图层的激光参数和运动参数设置为：激光功率为12~100W，激光脉冲频率为200~1000KHz，激光脉冲宽度为8~15ps，激光刻蚀线速度为2000~3000mm/s，刻蚀重复次数为2~3次；
所述陶瓷膜图形图层的激光参数和运动参数设置为：激光功率为12~100W，激光脉冲频率为200~1000KHz，激光脉冲宽度为8~15ps，激光刻蚀线速度为200~3000mm/s，刻蚀重复次数为1~2次。
2.根据权利要求1所述的一种皮秒激光蚀刻微型电路工艺，其特征在于：所述皮秒激光刻蚀机的激光波长为355nm或532nm、F-θ透镜组的焦距50~150mm、激光器的额定输出频率为200~1000KHz。
3.根据权利要求1所述的一种皮秒激光蚀刻微型电路工艺，其特征在于：所述步骤A中，陶瓷膜基底为LTCC陶瓷膜基底；金属导电膜层为铜薄膜、铝薄膜、镍薄膜、金薄膜、银薄膜、钯薄膜、铂薄膜、钨薄膜或钼薄膜。
4.根据权利要求1所述的一种皮秒激光蚀刻微型电路工艺，其特征在于：所述导电膜图形图层的激光参数和运动参数设置为：激光功率为12~50W，激光脉冲频率为200~600KHz，激光脉冲宽度为8~12ps，激光刻蚀线速度为2000~2500mm/s，刻蚀重复次数为3次。
5.根据权利要求1所述的一种皮秒激光蚀刻微型电路工艺，其特征在于：所述导电膜图形图层的激光参数和运动参数设置为：激光功率为50~100W，激光脉冲频率为600~1000KHz，激光脉冲宽度为12~15ps，激光刻蚀线速度为2500~3000mm/s，刻蚀重复次数为2次。
6.根据权利要求1所述的一种皮秒激光蚀刻微型电路工艺，其特征在于：所述陶瓷膜图形图层的激光参数和运动参数设置为：激光功率为12~50W，激光脉冲频率为200~600KHz，激光脉冲宽度为8~12ps，激光刻蚀线速度为200~1500mm/s，刻蚀重复次数为2次。
7.根据权利要求1所述的一种皮秒激光蚀刻微型电路工艺，其特征在于：所述陶瓷膜图形图层的激光参数和运动参数设置为：激光功率为50~100W，激光脉冲频率为600~1000KHz，激光脉冲宽度为12~15ps，激光刻蚀线速度为1500~3000mm/s，刻蚀重复次数为1次。
8.根据权利要求2所述的一种皮秒激光蚀刻微型电路工艺，其特征在于：所述皮秒激光刻蚀机的激光波长为355nm、F-θ透镜组的焦距100mm、激光器的额定输出频率为200~600KHz。
9.根据权利要求2所述的一种皮秒激光蚀刻微型电路工艺，其特征在于：所述皮秒激光刻蚀机的激光波长为532nm、F-θ透镜组的焦距100~150mm、激光器的额定输出频率为600~1000KHz。
10.如权利要求1~9任一项所述的一种皮秒激光蚀刻微型电路工艺制得的微型电路板，其特征在于：所述微型电路板刻蚀的最小圆直径为20μm，微型电路板的良品率为98%以上。
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