CN107278040B - 一种在可延展柔性基底上制造电路的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种在可延展柔性基底上制造电路的方法，步骤为将薄铜箔展平后固定于硬质薄板上，对薄铜箔不接触硬质薄板的上表面进行清洗；在薄铜箔清洗后的表面上固定柔性基底；将柔性基底和薄铜箔整体从硬质薄板上剥离翻转，将具有柔性基底的一面固定在硬质薄板上，并对薄铜箔不接触柔性基底的一面进行清洗；在薄铜箔表面制造出所需电路的阻剂膜图案；将具有阻剂膜图案的薄铜箔层置于铜腐蚀液中，去除多余的薄铜箔层；利用脱模剂去除残留阻剂膜，使用水和丙酮进行清洗；将薄铜箔和柔性基底一起从硬质薄板上剥离，完成制作过程。本发明有效避免了金属与柔性基底的不匹配问题，克服金属导线裂纹和断路问题，工艺可靠性强，材料和工艺成本低。

Description

一种在可延展柔性基底上制造电路的方法
技术领域
本发明属于柔性电子器件制造技术领域，尤其涉及一种在可延展柔性基底上制造电路的方法。
背景技术
可穿戴电子器件是信息产业发展最快的领域之一。目前制约可穿戴电子器件性能和体积的关键问题之一是其使用的刚性基板印刷电路板(PCB)无法满足该类器件在服装、皮肤、器官等非平面环境中的使用要求，迫切需要发展在可弯曲，可延展柔性基底上制造各种功能电子器件的技术。现有的在柔性衬底上进行电路图形制造主要是采用基于聚酰亚胺(PI)基底的印刷电路板(FPC)技术。但聚酰亚胺材料的弹性性能较低，可延展性不强，仅能够实现弯曲而不能实现拉伸，不适合在皮肤、弹性衣物等表面使用。另外由于其结构致密，透气性较差，不太适合在长期接触人体使用。使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚氨酯等柔性可延展材料基底制备的电子设备能够实现更好的贴合性、降低可穿戴设备长时间佩戴不适度，改善佩戴者的生活质量。特别是对于需要紧密接触人体的应用，基于柔性可延展材料基底的传感器能够显著提高测量的准确性。因此，在可延展柔性基底上制造电路成为技术发展的重点。
由于金属与可拉伸材料的热膨胀系数和应力参数差异较大，采用物理沉积、电镀等方法直接在柔性可拉伸材料材料表面(如PDMS)制作金属电路，容易出现结合力不强和裂纹、断路等问题，严重影响电路的可靠性和实用性。目前主要有两种方法解决该问题，一种技术方案在金属电路与柔性可延展材料之间增加一层聚酰亚胺层作为缓冲层。另外，可以采用金属牺牲层工艺或种子层的方法，例如公开号为CN201610674619.X的发明专利公开了一种基于金属牺牲层工艺的弹性电路制备方法；包括如下步骤：在基底上粘贴金属薄膜；在金属薄膜的表面旋涂光刻胶并光刻电路及焊盘版图；在电路及焊盘版图区域制作金属电路和焊盘，接着旋涂光敏型有机可溶聚合物并光刻阻焊层版图；在焊盘上焊接电子元器件；去除光刻胶及光敏型有机可溶聚合物，浇铸上层弹性聚合物并固化；将金属薄膜及其上层结构从基底上剥离；刻蚀金属薄膜；旋涂下层弹性聚合物并固化。
公开号为CN201510973775.1的发明专利提供的一种基于弹性衬底的可拉伸电路板的制备方法及可拉伸电路板，包括如下步骤：步骤1，在模具中制备衬底；步骤2，在所述衬底的表面溅射金属种子层；步骤3，在所述金属种子层的表面旋涂光刻胶，在所述光刻胶上光刻电路版图；步骤4，在所述光刻胶上经光刻的部分制作金属电路和焊盘；步骤5，去除所述光刻胶，蚀刻所1述金属种子层；步骤6，在所述金属电路和焊盘上焊接电子元器件；步骤7，旋涂保护层，并固化；步骤8，将制备好的电路板从所述模具中剥离，完成制备。
上述技术方案的主要缺点在于，(1)在柔性可拉伸材料表面与金属之间引入聚酰亚胺过渡层，一方面聚酰亚胺的图形化工艺复杂，增加了电路制造的工艺流程和生产成本。另一方面，拉伸性较差的聚酰亚胺层会降低电路整体的可延展性能，也带来透气性等问题。(2)采用金属牺牲层工艺或种子层的方法需要使用物理沉积工艺、光刻胶或光敏性聚合物，所需的加工成本和材料成本较高。
发明内容
针对现有技术存在的上述缺点，本发明的提供一种工艺简单、拉伸性能良好的在可延展柔性基底上制造电路的方法。
本发明采用以下的技术方案：
一种在可延展柔性基底上制造电路的方法，包括以下步骤：
步骤1：选用薄铜箔，展平后固定于硬质薄板上，对薄铜箔不接触硬质薄板的上表面进行清洗；
步骤2：在薄铜箔清洗后的表面上固定柔性基底；
步骤3：将柔性基底和薄铜箔整体从硬质薄板上剥离翻转，将具有柔性基底的一面固定在硬质薄板上，并对薄铜箔不接触柔性基底的一面进行清洗；
步骤4：在薄铜箔表面制造出所需电路的阻剂膜图案；
步骤5：将具有阻剂膜图案的薄铜箔层置于铜腐蚀液中，去除多余的薄铜箔层；
步骤6：利用脱模剂去除残留阻剂膜，使用水和丙酮进行清洗；
步骤7：将薄铜箔和柔性基底一起从硬质薄板上剥离，完成制作过程。
优选地，所述薄铜箔的厚度为0.05毫米至1毫米。
优选地，所述硬质薄板为玻璃板、陶瓷板和不易被腐蚀的塑料板。
优选地，所述柔性基底的材料为无毒的可延展的高分子有机物，具体为聚二甲基硅氧烷膜、聚氨酯、丙烯酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、丙烯酸、聚乙烯醇、果胶或聚萘二甲酸乙二醇等，柔性基底的厚度为0.05毫米至0.5毫米。
优选地，所述柔性基底的材料也可以为无纺布、布料、丝绸织物、橡胶或医用胶布等。
优选地，所述柔性基底的材料为无毒的可延展的高分子有机物时，薄铜箔固定的方法为：通过旋涂、喷涂、刷涂等方法在薄铜箔表面涂覆相应的高分子有机物，并进行烘烤固化。
优选地，所述柔性基底的材料为无纺布、布料、丝绸织物、橡胶或医用胶布时，薄铜箔固定的方法为：首先在薄铜箔表面涂覆无毒粘合胶层，然后薄铜箔与柔性基底紧密贴合并进行烘烤固化。
优选地，所述铜腐蚀液为氯化铁溶液、过氧化氢加盐酸溶液或过硫酸钠溶液等。
本发明具有的有益效果是：
(1)采用薄铜箔作为导电层基础材料，有效避免了金属与柔性基底的不匹配问题，克服金属导线裂纹和断路问题，极大的减小了互连电路的阻抗，并且该方法可以适用于各种延展性柔性衬底。
(2)采用成熟的刚性基板印刷电路板(PCB)的工艺进行薄铜箔的图形化，无需物理沉积、光刻等微加工工艺，设备依赖性小，工艺可靠性强，材料和工艺成本低。
附图说明
图1为本发明实施例1中进行制作的电路的平面图。
图2为本发明实施例1中步骤1的示意图。
图3为本发明实施例1中步骤2的示意图。
图4为本发明实施例1中步骤3的示意图。
图5为本发明实施例1中步骤4的示意图。
图6为本发明实施例1中步骤5的示意图。
图7为本发明实施例1中步骤6的示意图。
图8为本发明实施例1中步骤7的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明：
实施例1
结合图1至图8，本发明可应用于制造各种结构的柔性电子器件，对电路的材料、结构、形状均没有要求。本实施例以在聚二甲基硅氧烷膜(PDMS)上的制造图1所示的电路图形为例阐述本发明的实施方法。其中101为电路互联线，102为电路功能模块，103为聚二甲基硅氧烷的可延展柔性基底。为适应可延展柔性基底103的拉伸，电路互联线101为弯曲连接的形状，其宽度为0.5毫米。
步骤1：如图2所示，选用洁净无尘玻璃板作为硬质薄板104，在玻璃板表面贴上少量普通双面胶，将成卷薄铜箔105(厚0.8毫米)展平后，使用滚筒将铜箔紧密贴于表面，注意排除气泡。使用丙酮和铜化学抛光剂对薄铜箔105不接触玻璃板的表面进行清洗，去除表面油脂和氧化层。
步骤2：如图3所示，在清洗后的薄铜箔105表面旋涂调配好的聚二甲基硅氧烷膜胶剂，根据所需基底厚度不同，旋涂速度可调整为2000-5000转/分钟，旋涂时间为30秒。本实施例中，柔性基底103的厚度为0.1毫米，旋涂转速2500转/分钟。旋涂完成后在80摄氏度环境中处理30分钟进行固化。
步骤3：如图4所示，将柔性基底和薄铜箔整体从玻璃板上进行剥离。根据基底厚度不同采用不同的剥离方法。本实施例中，由于柔性基底和薄铜箔整体厚度较小，使用丙酮等有机溶剂对双面胶进行溶解后，借助滚筒进行剥离。对于较厚的基底，可以直接剥离。
剥离完成后，将具有柔性基底膜的一面贴合在硬质薄板104上。本实施例中，由于聚二甲基硅氧烷和玻璃具有良好的自吸附性，无需涂胶特殊处理。如果使用其他柔性材料和硬质薄板，可以根据情况使用容易去除的胶水进行粘贴。
使用丙酮和铜化学抛光剂对薄铜箔不接触柔性基底的一面进行清洗，去除表面油脂和氧化层。
步骤4：如图5所示，在薄铜箔表面制造出所需电路的阻剂膜图案106。可采用一般PCB制造中的丝网印刷、光敏、热敏阻剂膜等工艺。本实施例中，采用简单的丝网印刷方法，将阻剂膜蓝油图形制作在薄铜箔表面。
步骤5：如图6所示，将具有阻剂膜图案106的铜箔层置于铜腐蚀液中，去除多余的薄铜箔层。可以选用的铜腐蚀液不对柔性基底、硬质薄板和阻剂膜产生腐蚀作用，包括氯化铁溶液、过氧化氢加盐酸溶液、过硫酸钠溶液等。本实施例中选用过硫酸钠溶液。刻蚀过程中通过肉眼和测量电阻控制腐蚀时间。
步骤6：如图7所示，采用脱膜剂去除残留阻剂膜，使用水和丙酮进行清洗。
步骤7：如图8所示，将薄铜箔与其接触的柔性基底一起从硬质薄板上剥离，完成制作过程。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种在可延展柔性基底上制造电路的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：选用薄铜箔，展平后固定于硬质薄板上，对薄铜箔不接触硬质薄板的上表面进行清洗；
步骤2：在薄铜箔清洗后的表面上固定柔性基底；
步骤3：将柔性基底和薄铜箔整体从硬质薄板上剥离翻转，将具有柔性基底的一面固定在硬质薄板上，并对薄铜箔不接触柔性基底的一面进行清洗；
步骤4：在薄铜箔表面制造出所需电路的阻剂膜图案；
步骤5：将具有阻剂膜图案的薄铜箔层置于铜腐蚀液中，去除多余的薄铜箔层；
步骤6：利用脱模剂去除残留阻剂膜，使用水和丙酮进行清洗；
步骤7：将薄铜箔和柔性基底一起从硬质薄板上剥离，完成制作过程。
2.根据权利要求1所述的一种在可延展柔性基底上制造电路的方法，其特征在于，所述薄铜箔的厚度为0.05毫米至1毫米。
3.根据权利要求1所述的一种在可延展柔性基底上制造电路的方法，其特征在于，所述硬质薄板为玻璃板、陶瓷板和不易被腐蚀的塑料板。
4.根据权利要求1所述的一种在可延展柔性基底上制造电路的方法，其特征在于，所述柔性基底的材料为无毒的可延展的高分子有机物，具体为聚二甲基硅氧烷膜、聚氨酯、丙烯酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、丙烯酸、聚乙烯醇、果胶或聚萘二甲酸乙二醇，柔性基底的厚度为0.05毫米至0.5毫米。
5.根据权利要求1所述的一种在可延展柔性基底上制造电路的方法，其特征在于，所述柔性基底的材料为无纺布、丝绸织物、橡胶或医用胶布。
6.根据权利要求4所述的一种在可延展柔性基底上制造电路的方法，其特征在于，所述柔性基底的材料为无毒的可延展的高分子有机物时，薄铜箔固定的方法为：通过旋涂、喷涂、刷涂方法在薄铜箔表面涂覆相应的高分子有机物，并进行烘烤固化。
7.根据权利要求5所述的一种在可延展柔性基底上制造电路的方法，其特征在于，所述柔性基底的材料为无纺布、丝绸织物、橡胶或医用胶布时，薄铜箔固定的方法为：首先在薄铜箔表面涂覆无毒粘合胶层，然后薄铜箔与柔性基底紧密贴合并进行烘烤固化。
8.根据权利要求1所述的一种在可延展柔性基底上制造电路的方法，其特征在于，所述铜腐蚀液为氯化铁溶液、过氧化氢加盐酸溶液或过硫酸钠溶液。
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