CN107787123B - 一种印制线路板图形转移加工的工艺方法 - Google Patents
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Abstract
一种印制线路板图形转移加工的工艺方法，包括以下步骤：将已经制备好导通孔的线路板作为待加工板，在该线路板的表面和导通孔内壁涂布一层有机涂膜；对有机涂膜进行固化；采用激光对线路板进行扫描刻蚀，把线路板上需要显影部分的有机涂膜直接激光刻蚀去掉，保留的有机涂膜部分作为抗蚀涂层；化学蚀刻，腐蚀掉线路板上裸露的铜层，保留被有机涂膜覆盖的部分铜层；使用氢氧化钠或氢氧化钾溶液除去线路板上的抗蚀涂层，完成加工。本发明流程简化，省去了无尘室和菲林片、减少了贴干膜、撕光学基膜、显影及水洗工序，效率提高；节省了大量空间、时间、设备、物料、能源、人力及水资源，降低生产成本。
Description
技术领域
本发明属于线路板加工技术领域，具体地说是一种印制线路板图形转移加工的工艺方法。
背景技术
随着印制线路板或IC载板的技术的发展，线路图形越来越精细，制作精密的线路图形需要更薄的抗蚀层(干膜或湿膜)，但是，传统的干膜掩孔工艺不允许干膜持续减薄，否则掩孔用干膜容易破裂，造成蚀刻液入孔，导通孔内无铜，电气连接失败；即传统的干膜掩孔工艺，为了保证掩孔效果，干膜厚度应大于30微米，干膜厚度越厚解析度越低，附着力越差，但30微米厚度的干膜制作线路图形的间距极限是50微米。
现在，也有使用涂布湿膜的方法，主要是滚轮涂布，虽然厚度可以低至5微米，但是，滚涂工艺方法既不能掩孔，也不能完全涂布孔内表面，只能应用于没有导通孔的内层板的图形转移，应用受到很大的限制，无法推广应用。
传统的干膜掩孔图形转移方法，首先把制备好的感光胶液，在无尘室内，通过挤压模头把定量的胶体均匀地涂布在光学PET基膜上，通过热风烘干后，再复合一层PE保护膜得到感光干膜；然后裁切成合适的尺寸，以冷冻条件储存并运输至印制线路板或IC载板厂家，印制线路板或IC载板厂家使用专门的压膜机，通过加温加压的方法把感光干膜复合到印制线路板或IC载板的两面，得到图形转移得以实现的抗蚀层。这一过程流程长、设备昂贵且多、技术难度大、环境要求高、人力物力消耗多、品质控制环节多且难以保证，导致成本高，品质波动大，劳动强度大等问题。
传统工艺制作线距低于50微米，特别是低于30微米的印刷线路板或 IC载板，图形转移工序通常需要1000级的无尘车间，1000级无尘车间的建造及维护费用高，管理难度大，占用了大量空间，不利于无人化作业。
目前的线路板图形转移加工，通常都需要显影作业，不仅流程长，影响效率，同时显影产生大量废液、废水，不利于环境保护，不利于降低成本；同时显影作业，对精密线路的生产，有不良影响，是开短路产生的主要原因；传统工艺流程长，不利于流程前后衔接，不利于自动化、无人化智能制造。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种印制线路板图形转移加工的工艺方法，流程简化，省去了无尘室和菲林片、减少了贴干膜、撕光学基膜、显影及水洗工序，效率提高；节省了大量空间、时间、设备、物料、能源、人力及水资源，降低生产成本。
为了解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：
一种印制线路板图形转移加工的工艺方法，包括以下步骤：
将已经制备好导通孔的线路板作为待加工板，在该线路板的表面和导通孔内壁涂布一层有机涂膜，该有机涂膜为溶剂体系或水性体系；
对有机涂膜进行固化；
采用激光对线路板进行扫描刻蚀，把线路板上需要显影部分的有机涂膜直接激光刻蚀去掉，保留的有机涂膜部分作为抗蚀涂层；
化学蚀刻，腐蚀掉线路板上裸露的铜层，保留被有机涂膜覆盖的部分铜层；
使用氢氧化钠或氢氧化钾溶液除去线路板上的抗蚀涂层，完成加工。
所述氢氧化钠或氢氧化钾溶液的浓度1-5％温度40-60度，时间 10-60秒。
所述有机涂膜由有机物构成，该有机涂膜包含甲基丙烯酸类树脂、聚氨酯、环氧树脂、酚醛树脂、聚酯、醇酸树脂、聚乙烯醇肉桂酸酯、硅树脂、醋酸乙烯酯、苯乙烯、马来酸酐和三聚氰胺中的一种或两种或两种以上组合；
或者该有机涂膜包含甲基丙烯酸类树脂、聚氨酯、环氧树脂、酚醛树脂、聚酯、醇酸树脂、聚乙烯醇肉桂酸酯、硅树脂、醋酸乙烯酯、苯乙烯、马来酸酐和三聚氰胺的衍生品或共聚物；
或者该有机涂膜包含羧基的(甲基)丙烯酸的共聚物，该羧基的(甲基)丙烯酸的共聚物包括(甲基)丙烯酸与甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、苯乙烯、丙烯酸羟乙酯或丙烯酸丁酯的共聚物。
所述有机涂膜由(甲基)丙烯酸的共聚物构成，且该共聚物的酸值为 50-200mgKOH/g，对该共聚物进行碱化处理，PH值调节到8.0-9.0。
所述有机涂膜由固含量为30％-70％的溶液或乳液涂布而成，粘度控制在50-600mPa.s，厚度在1-50微米。
所述有机涂膜中还添加有无机填料或有机填料，无机填料包括滑石粉、碳酸钙、二氧化硅粉、炭黑、钛白粉或氧化铝粉，该无机填料的添加比例小于有机涂膜总含量的30％，有机填料的添加比作小于有机涂膜总含量的70％。
所述有机涂膜还添加有水性光引发剂，添加比例在有机涂膜总含量的 0.5％-5.0％之间。
所述有机涂膜还添加有水性颜料，添加比例在有机涂膜总含量的0.1％-1.0％。
所述有机涂膜还可添加辅助制剂，该辅助制剂包括增塑剂、阻聚剂、抗氧剂、流平剂、消泡剂、香味剂、防霉剂、防划伤剂或抗粘连剂，添加比例小于有机涂膜总含量的1％。
所述采用的激光是气体激光、固体激光、半导体激光、光纤激光、染料激光和自由电子激光中的一种或多种混合使用，该激光的波长小于 360nm。
本发明具有以下有益效果：
1、满足环保和安全生产要求，完全摈弃溶剂型的干膜、湿膜等，使用水性材料制成的有机涂膜，同时减少健康风险等。
2、无干膜显影流程，无膜碎和残胶困扰，无显影引起的开短路不良。 3、无显影流程，无显影液和水洗用水，节约了资源，同时减少了废液和废水的处理费用，减少了压膜机、显影机等设备的投入，提高了环境效益和经济效益。
4、由于涂膜薄，节省了大量的原材料，且简化了流程，提高了效率，使制造成本大幅度下降，具有显著的经济效益。
5、可以省去1000级无尘室，不仅省去了大量费用，节省了空间，还可以实现无人化作业。
6、流程简化后，便于前后工序自动连线，实现无人化智能制造。电镀和图形转移两个部分都整合到一起，过程全部实现自动化，节省了大量空间、设备、物料、能源、人力及水资源，制造成本大大降低。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
本发明揭示了一种印制线路板图形转移加工的工艺方法，包括以下步骤：
将已经制备好导通孔的线路板作为待加工板，在该线路板的表面和导通孔内壁涂布一层有机涂膜，该有机涂膜为溶剂体系或水性体系。可根据实际需要采用各种方式在线路板上涂布有机涂膜，具体的涂布方式在此并无特定要求。比如采用电沉积法；或者是VCC工艺，即垂直连续涂布工艺， V为垂直vertical的缩写，中间的C为连续continuity的缩写，最右侧的C为涂布coating的缩写；或者是其他方式。优选采用垂直连续涂布VCC 工艺涂布有机涂膜。采用的溶剂体系是指包含有机溶剂，利用该有机溶剂溶解原材料。水性体系是指不含有机溶剂，完全依靠水来溶解原材料，水挥发后即形成有机涂膜。
对有机涂膜进行固化。固化方式并无特别限定，可以是热固化、光固化、氧化自结膜固化、辐射固化中的一种，也可以是几种固化方式的复合，如既可以是热固化，同时也可以是光固化。本实施例中采用UV固化，UV 光线的强度控制10至600毫焦每平方厘米范围内，固化时间控制在30至 120秒范围内，在该强度和时间内能够达到最佳的固化效果。UV光线强度低于10毫焦每平方厘米或固化时间低于30秒则小孔内壁的涂膜固化不充分，UV光线强度高于600毫焦每平方厘米或固化时间超过120秒则涂膜固化过度而脆性大，附着力下降。
采用激光对线路板进行扫描刻蚀，把线路板上需要显影部分的有机涂膜直接激光刻蚀去掉，保留的有机涂膜部分作为抗蚀涂层。选择波长低于 360nm的激光可以实现高能量高精度的刻蚀效果，优先选择波长低于300nm 的激光，可实现作业效率与精度的兼顾，如选择固态Nd:YAG紫外激光，选择波长266nm激光可以快速使有机物分子键破坏，使有机物分子离散逸去，且残留有机涂膜的边缘清晰光滑。激光头到板面的距离可以设定，控制在1-5mm范围内。激光扫描刻蚀的速度范围控制在涂膜刚好刻蚀见铜时的速度的0.5-1.0倍，最好控制在0.75倍为最佳，按照线路板设计的底稿文件程序扫描蚀刻，不使用底片，直接把线路板非导体部分的有机涂膜的聚合物分子分解挥发逸散，直至露出铜面。本发明省掉显影流程，把需要显影部分的有机涂膜直接激光刻蚀去掉，保留的有机涂膜部分作为抗蚀图形。本发明直接成像及显影设备的波长更短，能量更强而集中，波长一般低于300nm,可以提高生产效率，同时提高成像精度。
化学蚀刻，腐蚀掉线路板上裸露的铜层，保留被有机涂膜覆盖的部分铜层。该化学蚀刻为传统工艺，在此不再详细赘述。
使用氢氧化钠或氢氧化钾溶液除去线路板上的抗蚀涂层，完成加工。氢氧化钠或氢氧化钾溶液的浓度1-5％温度40-60度，时间10-60秒。
另外，如果线路板有非导通孔或非金属化孔，则线路板需要追加钻孔，补钻非导通孔或非金属化孔，完成图形转移。
所述有机涂膜由有机物构成，该有机涂膜包含甲基丙烯酸类树脂、聚氨酯、环氧树脂、酚醛树脂、聚酯、醇酸树脂、聚乙烯醇肉桂酸酯、硅树脂、醋酸乙烯酯、苯乙烯、马来酸酐和三聚氰胺中的一种或两种或三种以上组合；或者该有机涂膜包含甲基丙烯酸类树脂、聚氨酯、环氧树脂、酚醛树脂、聚酯、醇酸树脂、聚乙烯醇肉桂酸酯、硅树脂、醋酸乙烯酯、苯乙烯、马来酸酐和三聚氰胺的衍生品或共聚物。为了使用氢氧化钠或氢氧化钾溶液进行快速退膜，优先选择含有羧基的(甲基)丙烯酸的共聚物，包括(甲基)丙烯酸与甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、苯乙烯、丙烯酸羟乙酯或丙烯酸丁酯的共聚物等。其中，优先采用苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸共聚物，还能够进一步降低有机涂膜的固化收缩率和提高有机涂膜的附着力。
所述有机涂膜由含有羧基的(甲基)丙烯酸的共聚物构成，该共聚物的酸值为50-200mgKOH/g，在该范围内能够实现更好的水溶性和附着力。当酸值低于50mgKOH/g，树脂的水溶性不足，影响涂膜性能，当酸值高于 200mgKOH/g，则涂膜脆性大且耐水性不足，影响抗蚀性。对上述酸性树脂进行碱化处理，如添加氨水、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺等，把PH 值调节到8.0-9.0。
所述有机涂膜由固含量为30％-70％的溶液或乳液涂布而成，涂布厚度在1-50微米，厚度通常控制在2-10微米，较佳状态是控制在3-5微米。上述的固含量为最佳的区间。当固含量低于30％，增加了涂膜的干燥难度，影响作业效率，当固含量高于70％则溶液粘度过大，小孔内容易残留空气，导致抗蚀层浸涂不完全；粘度控制在50-600mPa.s，当粘度低于50mPa.s 时，涂布厚度难以满足要求，当粘度高于600mPa.s时，则小孔的内壁容易因残留空气，容易造成抗蚀层浸涂不完全。
所述有机涂膜中还添加有无机填料或有机填料，无机填料包括滑石粉、碳酸钙、二氧化硅粉、炭黑、钛白粉或氧化铝粉，该无机填料的添加比例小于有机涂膜总含量的30％，更佳的是小于有机涂膜总含量的5％；有机填料的添加比作小于有机涂膜总含量的70％，更佳的是小于有机涂膜总含量的10％，否则影响涂膜的附着力。
所述有机涂膜还添加有水性光引发剂，添加比例在有机涂膜总含量的 0.5％-5.0％间；低于0.5％，固化速度慢，影响作业效率，高于5.0％，涂膜固化后脆性大，且造成成本浪费。为了固化方便和后续退膜，本申请中优先选择水性光引发剂。水性光引发剂可以选择二苯甲酮(BP)类，如型号为WB4784、WB4785、WB4792等，杂蒽酮(TX)类，如QTX硫杂蒽酮季铵盐等。为了提高固化效率，可以选择吸收峰不同波长的几种引发剂混用。
该有机涂膜可以添加附着力促进剂，如甲基丙烯酸磷酸单酯或双酯，如PM-1或PM-2。添加比例控制在有机涂膜总含量的0.05％-5％，低于0.05％则达不到增加附着力效果，高于5％则退膜困难。
所述有机涂膜还添加有水性颜料，添加比例在有机涂膜总含量的 0.1％-1.0％。通过添加水性颜料，以便光热吸收，同时便于抗蚀膜的过程检查识别，如添加酞菁蓝BS,BASF公司生产的牌号为BASOFLEX 6900，添加比例占有机涂膜总含量的0.1％-1.0％，低于0.1％，达不到效果，超过1.0％，影响涂膜的附着力。
所述有机涂膜还可添加辅助制剂，该辅助制剂包括增塑剂、阻聚剂、抗氧剂、流平剂、消泡剂、香味剂、防霉剂、防划伤剂或抗粘连剂，该辅助制剂的添加量不超过有机涂膜总含量的1％。
按照上述方法，可以制作间距低于20微米的超高精密的印刷线路板和IC载板，且良品率得到大幅度提升；工艺优化后，线路板制造流程可以更好的衔接，有利于连线自动化，实现无人化的智能制造。流程简化，省去了无尘室和菲林片、减少了贴干膜、撕光学基膜、显影及水洗工序，效率提高；节省了大量空间、时间、设备、物料、能源、人力及水资源，制造成本大大降低。
另外，上述中，各组分所占含量按照质量比进行计算。
下面针对本发明中的有机涂膜的具体组成以实施例进行具体说明。
实施例1
有机涂膜包含甲基丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-丙烯酸丁酯共聚物，该共聚物树脂的酸值为50mgKOH/g，往该树脂中加入氨水使其PH值调整到8.1。有机涂膜由固含量为30％的溶液或乳液涂布而成，粘度控制在 50mPa.s，有机涂膜的厚度在3微米。往该有机涂膜中添加入水性光引发剂WB4785，添加比例为占有机涂膜总含量的3％。
实施例2
有机涂膜包含甲基丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯共聚物，该树脂的酸值为 50mgKOH/g，往该树脂中加入氨水使其的PH值调整到8.5。有机涂膜由固含量为40％的溶液或乳液涂布而成，粘度控制在100mPa.s，有机涂膜的厚度在3微米。往该有机涂膜中添加入水性光引发剂，添加比例为占有机涂膜总含量的2％，该水性光引发剂为QTX硫杂蒽酮季铵盐。有机涂膜可以添加附着力促进剂，如甲基丙烯酸磷酸单酯。
实施例3
有机涂膜包含苯乙烯-丙烯酸共聚物，该树脂的酸值为80mgKOH/g，往该树脂中加入氨水使其的PH值调整到8.5。有机涂膜由固含量为40％的溶液或乳液涂布而成，粘度控制在100mPa.s，有机涂膜的厚度在3微米。往该有机涂膜中添加入水性光引发剂WB4792，添加比例为占有机涂膜总含量的4％。有机涂膜可以添加附着力促进剂，如甲基丙烯酸磷酸单酯。在有机涂膜中还添加有无机填料碳酸钙，该无机填料的添加比例为有机涂膜总含量的10％。
实施例4
有机涂膜包含苯乙烯-甲基丙烯酸共聚物，该树脂的酸值为 80mgKOH/g，往该树脂中加入氨水使其的PH值调整到8.5。有机涂膜由固含量为50％的溶液或乳液涂布而成，粘度控制在200mPa.s，有机涂膜的厚度在5微米。往该有机涂膜中添加入水性光引发剂WB4785，添加比例为占有机涂膜总含量的5％。有机涂膜可以添加附着力促进剂，如甲基丙烯酸磷酸单酯。在有机涂膜中还添加有无机填料二氧化硅粉，该无机填料的添加比例为有机涂膜总含量的5％。有机涂膜还添加有水性颜料BASOFLEX 6900，添加比例在有机涂膜总含量的1.0％。有机涂膜还添加增塑剂，添加比例占有机涂膜总含量的0.5％。
需要说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种印制线路板图形转移加工的工艺方法，包括以下步骤：
将已经制备好导通孔的线路板作为待加工板，在该线路板的表面和导通孔内壁涂布一层有机涂膜，该有机涂膜为溶剂体系或水性体系；
对有机涂膜进行固化；
采用激光对线路板进行扫描刻蚀，把线路板上需要显影部分的有机涂膜直接激光刻蚀去掉，保留的有机涂膜部分作为抗蚀涂层；
化学蚀刻，腐蚀掉线路板上裸露的铜层，保留被有机涂膜覆盖的部分铜层；
使用氢氧化钠或氢氧化钾溶液除去线路板上的抗蚀涂层，完成加工
有机涂膜由含有羧基的(甲基)丙烯酸的共聚物构成，该共聚物的酸值为50-200mgKOH/g；
所述有机涂膜由固含量为30％-70％的溶液或乳液涂布而成，粘度控制在50-600mPa.s，厚度在3-5微米；
所述在该线路板的表面和导通孔内壁涂布一层有机涂膜，具体的涂布方式为垂直连续涂布工艺；
所述有机涂膜中还添加有无机填料或有机填料，无机填料包括滑石粉、碳酸钙、二氧化硅粉、炭黑或氧化铝粉，该无机填料的添加比例小于有机涂膜总含量的30％，有机填料的添加比例小于有机涂膜总含量的70％。
2.根据权利要求1所述的印制线路板图形转移加工的工艺方法，其特征在于，所述氢氧化钠或氢氧化钾溶液的浓度1-5％，温度40-60度，时间10-60秒。
3.根据权利要求1所述的印制线路板图形转移加工的工艺方法，其特征在于，所述有机涂膜还添加有水性光引发剂，添加比例在有机涂膜总含量的0.5％-5.0％之间。
4.根据权利要求3所述的印制线路板图形转移加工的工艺方法，其特征在于，所述有机涂膜还添加有水性颜料，添加比例在有机涂膜总含量的0.1％-1.0％。
5.根据权利要求4所述的印制线路板图形转移加工的工艺方法，其特征在于，所述有机涂膜还可添加辅助制剂，该辅助制剂包括增塑剂、阻聚剂、抗氧剂、流平剂、消泡剂、香味剂、防霉剂、防划伤剂或抗粘连剂，添加比例小于有机涂膜总含量的1％。
6.根据权利要求5所述的印制线路板图形转移加工的工艺方法，其特征在于，所述采用的激光是气体激光、固体激光、半导体激光、光纤激光、染料激光和自由电子激光中的一种或多种混合使用，该激光的波长小于360nm。
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