CN104519666A - 一种用于柔性线路板制作的柔性模具及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于柔性线路板制作的柔性模具及其制备方法，包括以下步骤：提供一表面覆盖有金属层的柔性基底；在所述金属层表面贴上一层干膜并图形化，并以图形化之后的干膜为掩模对所述金属层进行刻蚀，形成金属线路图形；去除所述干膜，得到自下而上依次为柔性基底及金属线路图形的柔性模具。本发明工艺简单，模具成本极低，在用于微纳米压印制备柔性线路板时，能够满足柔性线路板行业对其导电性能的要求。本发明的柔性模具为柔性基底-金属线路图形二元材料，其中，柔性基底可以满足在大面积基底上进行微纳米压印的均匀性要求，而金属材质的线路图形又具有较高的硬度，可以减少压印过程中的图形变形，提高微纳米压印制作柔性线路板的质量。
Description
技术领域
本发明属于柔性电路板领域，涉及一种用于柔性线路板制作的柔性模具及其制备方法。
背景技术
近些年，日新月异的电子产品朝着体积小，重量轻，功能复杂的方向不断发展。印刷电路板(PCB)作为电子产品不可缺少的主要基础零件，提供了电气信号的互联以及电子元件的支撑。尤其是柔性线路板(Flexible Printed Circuit，FPC)，是发展势头最旺盛的行业之一。
传统软板材料主要是以聚酰亚胺(PI)膜/接着剂/铜箔之三层结构为主，接着剂是以Epoxy/Acrylic为主，但接着剂的耐热性与尺寸安定性不佳，长期使用温度限制在100～200℃，而一般在软板上做SMT焊接时，温度大多超过300℃，另外软硬结合板(Rigid-Flex)生产中的压合过程温度也高达200摄氏度，从而使得三层有胶软板基材(3-Layer Flexible Copper CladLaminate，3-Layer FCCL)的应用领域受限。新发展的二层无胶软板基材结构——无胶软板基材(2-Layer FCCL)仅由PI膜/铜箔所组成，因为不需使用耐热差的粘着剂，所以耐热性相当优异，且长期使用温度可达300℃以上，从而增加了产品长期使用的依赖性及应用范围。
回顾过去两年的软板市场，发现拉动软板的主要是来自于智能手机，电子书，LED板和笔记本电脑。随着可穿戴电子设备向人们生活中的渗透，电子设备小型化，复杂化的特点相结合，使得其对内置电路板提出了更高的要求，尤其是在布线密度方面，越来越多的高密度版成为产品追寻的方向，因为传统的印刷制版的方法中100μm左右的线宽已经成为制约电路板小型化的一个主要障碍。此外，电子元件构裝的小型化以及阵列化也对电路板的密度提出了更高的要求。业内可以生产出用于手机，手环使用的FPC板，但是对于更小的智能戒指或者植入式器件，当前的集成度就显得捉襟现肘了。因此，柔性和高集成度，就成为了下一代线路板必不可少的特点。
制作柔性线路板的传统工艺采用蚀刻铜的方式，除了无法产出高密度板之外，还会造成大量的铜刻蚀废液，经济型也不高。因此，我们提出了利用微纳米压印的工艺制备线路板的工艺，可以用于制备线宽在2-40微米的细线条线路板。
目前制作压印模具的方法大概分为以下三种：整体式的微细精密机械加工、LIGA技术以及准LIGA技术。微细精密机械加工技术要求昂贵的精密机械加设备，而LIGA技术需要昂贵的同步辐射X光光源和X光掩模版且光源稀少，大大限制了LIGA技术的应用。准LIGA技术同样需要昂贵的设备。并且，对于大面积基底，使用硬质石英模板很难在大面积基底上实现均匀的接触。
因此，提供一种用于柔性线路板制作的低成本细线条柔性模具及其制备方法实属必要。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于柔性线路板制作的柔性模具及其制备方法，用于解决现有技术中柔性模具的制备工艺复杂，成本高，使得柔性线路板的制作成本相应升高的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种用于柔性线路板制作的柔性模具的制备方法，至少包括以下步骤：
提供一表面覆盖有金属层的柔性基底；
在所述金属层表面贴上一层干膜；
图形化所述干膜，并以图形化之后的干膜为掩模对所述金属层进行刻蚀，形成金属线路图形；
去除所述干膜，得到自下而上依次为柔性基底及金属线路图形的柔性模具。
可选地，所述金属层与柔性基底之间还具有接着剂层。
可选地，所述柔性基底为PI基底、PDMS基底或PET基底。
可选地，所述金属层的材料包括Au、Ag、Cu、Al中的一种或多种。
可选地，所述柔性基底为PI基底，所述金属层为Cu层。
可选地，所述金属线路图形的线宽范围是20～800μm。
可选地，通过湿法腐蚀或干法蚀刻对所述金属层进行刻蚀。
可选地，对所述金属层进行刻蚀时，刻蚀深度小于所述金属层的厚度。
本发明还提供一种用于柔性线路板制作的柔性模具，所述柔性模具自下而上依次包括柔性基底及金属线路图形。
可选地，所述柔性基底为PI基底、PDMS基底或PET基底，所述金属线路图形的材料包括Au、Ag、Cu、Al中的一种或多种。
可选地，所述柔性基底为PI基底，所述金属线路图形的材料为Cu。
可选地，所述金属线路图形的线宽范围是20～800μm。
可选地，所述金属线路图形的间隙底部未到达所述柔性基底。
可选地，所述柔性基底与所述金属线路图形之间还具有一接着剂层。
如上所述，本发明的用于柔性线路板制作的柔性模具及其制备方法，具有以下有益效果：(1)本发明的用于柔性线路板制作的柔性模具的制备方法通过在表面覆盖有金属层的柔性基底上贴干膜，并对干膜进行曝光显影，蚀刻金属层得到金属线路图形，继而去除干膜，制备得到细线条柔性模板；该制备过程工艺简单，得到的细线条柔性模板能用于微纳米压印制备柔性线路板，满足柔性线路板行业对其导电性能的要求，可广泛应用于电路板行业；(2)由于覆铜PI技术已经非常成熟，无论是PI基底/接着剂/铜层之三层结构覆铜PI基材，还是二层无胶覆铜PI基材，Cu层与PI基底之间的结合力均很强，本发明可以采用商业化的覆铜PI板作为原始材料来制作细线条柔性模板，可以极大降低柔性模具制作成本，并使得工艺更加简化；(3)本发明的柔性模具为柔性基底-金属线路图形二元材料，其中，柔性基底可以满足在大面积基底上进行微纳米压印的均匀性要求，而金属材质的线路图形又具有较高的硬度，可以减少压印过程中的图形变形，提高微纳米压印制作柔性线路板的质量。
附图说明
图1显示为本发明的用于柔性线路板制作的柔性模具的制备方法中表面覆盖有金属层的柔性基底的剖面结构示意图。
图2显示为本发明的用于柔性线路板制作的柔性模具的制备方法中在金属层表面贴上一层干膜的示意图。
图3显示为本发明的用于柔性线路板制作的柔性模具的制备方法中图形化干膜，并刻蚀金属层的示意图。
图4显示为本发明制备得到的柔性模具的剖面结构示意图。
图5显示为本发明另一实施例中的柔性模具的剖面结构示意图。
图6显示为制作柔性线路板时提供的PET膜的示意图。
图7显示为制作柔性线路板时在PET膜表面涂上UV胶的示意图。
图8显示为制作柔性线路板时将本发明的柔性模具置入UV胶中并紫外固化的示意图。
图9显示为制作柔性线路板时脱模后得到的结构示意图。
图10显示为进一步去除凹槽中残余的UV胶后得到的结构示意图。
元件标号说明
1 柔性基底
2 金属层
3 干膜
4 金属线路图形
5 PET膜
6 UV胶
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图10。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例一
本发明提供一种用于柔性线路板制作的柔性模具的制备方法，至少包括以下步骤：
首先请参阅图1，提供一表面覆盖有金属层2的柔性基底1。
具体的，所述柔性基底1包括但不限于PI基底、PTFE基底或PET基底。其中，PI(Polyimid，聚酰亚胺)基底在柔性线路板领域大量应用，是传统的软板材料；PTFE(polytetrafluoroethylene，聚四氟乙烯薄膜)具有耐化学腐蚀的优良性能，同时具有极佳的柔韧性；PET(Polyethylene terephthalate，聚对苯二甲酸乙二醇酯)基底为一种高透明绝缘材料，是一种常见的柔性衬底。
所述金属层2的材料包括但不限于Au、Ag、Cu、Al中的一种或多种，即所述金属层2既可以为单金属，也可以为合金。此外，所述金属层2与柔性基底1之间还可以具有接着剂层(未图示)。
本实施例中，优选采用覆铜的PI基底，即所述柔性基底1优选为PI基底，所述金属层2优选为铜层。由于覆铜PI技术已经非常成熟，无论是PI基底/接着剂/铜层之三层结构覆铜PI基材，还是二层无胶覆铜PI基材，Cu层与PI基底之间的结合力均很强，本发明采用商业化的覆铜PI板作为原始材料来制作细线条柔性模板，可以极大降低柔性模具制作成本，并使得工艺更加简化。
接着请参阅图2，在所述金属层2表面贴上一层干膜3。
具体的，干膜(Dry film)在涂装中是相对湿膜(Wet film)而言的，干膜是一种高分子的化合物，它通过紫外线的照射后能够产生一种聚合反应形成一种稳定的物质附着于表面，从而达到阻挡电镀和蚀刻的功能。
然后请参阅图3，进行光刻显影，图形化所述干膜3，并以图形化之后的干膜为掩模对所述金属层2进行刻蚀，形成金属线路图形4。
具体的，可通过湿法腐蚀或干法蚀刻对所述金属层2进行刻蚀。
再请参阅图4，去除所述干膜3，得到自下而上依次为柔性基底1及金属线路图形4的柔性模具。
具体的，所述金属线路图形4的线宽范围是20～800μm，能够满足制作高集成度的柔性线路板的要求。
在另一实施例中，对所述金属层2进行刻蚀时，可以控制刻蚀时间等参数使得刻蚀深度小于所述金属层2的厚度，得到的柔性模具如图5所示。这种结构的柔性模具中，由于金属线路图形仍然通过未刻蚀完毕的金属相连，可以增强金属线路图形4与所述柔性基底1之间的结合力，减少在通过微纳米压印金属制作柔性线路板的脱模过程中金属线路图形4脱离所述柔性基底1的概率。同时由于未刻蚀完毕的金属层较薄，不会对柔性模具的柔性产生不良影响。
本发明的用于柔性线路板制作的柔性模具的制备方法通过在表面覆盖有金属层的柔性基底上贴干膜，并对干膜进行曝光显影，蚀刻金属层得到金属线路图形，继而去除干膜，制备得到细线条柔性模板；该制备过程工艺简单，相对于现有技术中采取光刻胶复制的模具，本发明得到的柔性模具虽然金属线条图形侧壁略为粗糙，但模具成本极低，在用于微纳米压印制备柔性线路板时，能够满足柔性线路板行业对其导电性能的要求，可广泛应用于电路板行业。
实施例二
本发明还提供一种用于柔性线路板制作的柔性模具，请参阅图4，所述柔性模具自下而上依次包括柔性基底1及金属线路图形4。
具体的，所述柔性基底包括但不限于PI基底、PTFE基底或PET基底，所述金属线路图形的材料包括但不限于Au、Ag、Cu、Al中的一种或多种。
本实施例中，所述柔性基底1优选采用PI基底，所述金属线路图形4的材料优选为Cu。所述金属线路图形4的线宽范围是20～800μm，能够满足制作高集成度的柔性线路板的要求。
在另一实施例中，所述金属线路图形4的间隙底部未到达所述柔性基底1，如图5所示。由于金属线路的底部仍然通过金属相连，可以有效降低金属线路图形在脱模过程中脱离所述柔性基底1的概率，从而延长柔性模具的使用寿命，并且由于金属线路底部相连的金属层厚度较薄(1～10微米)，不会对柔性模具的柔性产生不良影响，仍然能够保证大面积压印过程中的均匀性。
在另一实施例中，所述柔性基底1与所述金属线路图形4之间还可具有一接着剂层(未图示)。
本发明的柔性模具为柔性基底-金属线路图形二元材料，其中，柔性基底可以满足在大面积基底上进行微纳米压印的均匀性要求，而金属材质的线路图形又具有较高的硬度，可以减少压印过程中的图形变形，提高微纳米压印制作柔性线路板的质量。
实施例三
采用本发明的柔性模具制作柔性线路板的方法如下：
首先请参阅图6，提供一柔性衬底。需要指出的是，所述柔性模具中使用的柔性基底1与所述柔性衬底中，至少要保证其中一个具有高透明度，以利后续紫外固化过程中紫外光能够穿透。本实施例中，优选采用柔性基底1为PI基底、金属线路图形4为Cu的柔性模具。由于PI基底透明度不高，所述柔性衬底以高透的PET膜5为例。
接着请参阅图7，在所述PET膜5表面涂覆一层UV胶6。
然后请参阅图8，将所述柔性模具与表面涂覆有UV胶6的PET膜5对准，并接触，然后通过紫外曝光时的压印区域的UV胶固化成型。
再请参阅图9，进行脱模，此时，所述PET膜5表面的UV胶6被图形化并固化。所述UV胶6被压得凹下去的那些部分变成了极薄的残留层，该残留层可保留，后续可在其上直接填充金属，形成柔性线路板。当然，该残留层也可进一步去除，以露出其下的PET膜。
请参阅图10，显示为进一步去除凹槽中残余的UV胶后得到的结构示意图，去除方法可采用各向异性反应离子刻蚀等技术。
最后在UV胶的凹槽中填充金属材料，即可得到柔性线路板。
填充金属的方法可采用以下两种：一种是在凹槽表面形成一种子层，并电镀铜，再去除凹槽外多余的铜及种子层；另一种是采用刮印方式在凹槽内直接填充导电金属。
需要指出的是，以上仅为一个示例，还可以采用本发明的柔性模板以其他方式制作柔性线路板，此处不应过分限制本发明的保护范围。
综上所述，本发明的用于柔性线路板制作的柔性模具及其制备方法，具有以下有益效果：(1)本发明的用于柔性线路板制作的柔性模具的制备方法通过在表面覆盖有金属层的柔性基底上贴干膜，并对干膜进行曝光显影，蚀刻金属层得到金属线路图形，继而去除干膜，制备得到细线条柔性模板；该制备过程工艺简单，得到的细线条柔性模板能用于微纳米压印制备柔性线路板，满足柔性线路板行业对其导电性能的要求，可广泛应用于电路板行业；(2)由于覆铜PI技术已经非常成熟，无论是PI基底/接着剂/铜层之三层结构覆铜PI基材，还是二层无胶覆铜PI基材，Cu层与PI基底之间的结合力均很强，本发明可以采用商业化的覆铜PI板作为原始材料来制作细线条柔性模板，可以极大降低柔性模具制作成本，并使得工艺更加简化；(3)本发明的柔性模具为柔性基底-金属线路图形二元材料，其中，柔性基底可以满足在大面积基底上进行微纳米压印的均匀性要求，而金属材质的线路图形又具有较高的硬度，可以减少压印过程中的图形变形，提高微纳米压印制作柔性线路板的质量。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (14)
1.一种用于柔性线路板制作的柔性模具的制备方法，其特征在于，至少包括以下步骤：
提供一表面覆盖有金属层的柔性基底；
在所述金属层表面贴上一层干膜；
图形化所述干膜，并以图形化之后的干膜为掩模对所述金属层进行刻蚀，形成金属线路图形；
去除所述干膜，得到自下而上依次为柔性基底及金属线路图形的柔性模具。
2.根据权利要求1所述的用于柔性线路板制作的柔性模具的制备方法，其特征在于：所述金属层与柔性基底之间还具有接着剂层。
3.根据权利要求1或2所述的用于柔性线路板制作的柔性模具的制备方法，其特征在于：所述柔性基底为PI基底、PDMS基底或PET基底。
4.根据权利要求1或2所述的用于柔性线路板制作的柔性模具的制备方法，其特征在于：所述金属层的材料包括Au、Ag、Cu、Al中的一种或多种。
5.根据权利要求1或2所述的用于柔性线路板制作的柔性模具的制备方法，其特征在于：所述柔性基底为PI基底，所述金属层为Cu层。
6.根据权利要求1或2所述的用于柔性线路板制作的柔性模具的制备方法，其特征在于：所述金属线路图形的线宽范围是20～800μm。
7.根据权利要求1或2所述的用于柔性线路板制作的柔性模具的制备方法，其特征在于：通过湿法腐蚀或干法蚀刻对所述金属层进行刻蚀。
8.根据权利要求1或2所述的用于柔性线路板制作的柔性模具的制备方法，其特征在于：对所述金属层进行刻蚀时，刻蚀深度小于所述金属层的厚度。
9.一种用于柔性线路板制作的柔性模具，其特征在于，所述柔性模具自下而上依次包括柔性基底及金属线路图形。
10.根据权利要求9所述的用于柔性线路板制作的柔性模具，其特征在于：所述柔性基底为PI基底、PDMS基底或PET基底，所述金属线路图形的材料包括Au、Ag、Cu、Al中的一种或多种。
11.根据权利要求9所述的用于柔性线路板制作的柔性模具，其特征在于：所述柔性基底为PI基底，所述金属线路图形的材料为Cu。
12.根据权利要求9所述的用于柔性线路板制作的柔性模具，其特征在于：所述金属线路图形的线宽范围是20～800μm。
13.根据权利要求9所述的用于柔性线路板制作的柔性模具，其特征在于：所述金属线路图形的间隙底部未到达所述柔性基底。
14.根据权利要求9所述的用于柔性线路板制作的柔性模具，其特征在于：所述柔性基底与所述金属线路图形之间还具有一接着剂层。
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