CN108243575A - 聚合物印刷电路板的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种聚合物印刷电路板的制造方法，包括：在聚合物材料的表面直接形成一种由雷射诱导石墨烯构成的电路图案，再通过一加压步骤对电路图案施压以增加电路图案的导电性和附着力，最后通过金属化步骤在电路图案形成金属表面；本发明提出了一种有效的制造聚合物电路板的方法，可以解决已知印刷电路板的制造方法中存在的问题。

Description

聚合物印刷电路板的制造方法
技术领域
本发明涉及一种印刷电路板的制造方法，特别是一种聚合物印刷电路板的制造方法。
背景技术
已知有许多用于制造印刷电路板(Printed circuit board，PCB)的方法，其中减成法(subtractive method)和半加成法(semi-additive method)则是较为普遍的制造方法。
传统用于制造印刷电路板的减成法，除了在环境问题方面造成了严重的污染也大幅地增加了制造成本。另外，已知用于制造印刷电路板的加成法又可分为全加成、半加成及部份加成等不同方式，通常，在半加成法中的沉积制程(deposition process)可以减少蚀刻铜的量。
减成法是目前印刷电路板产业中最常见和稳定成熟的技术。传统的减成法主要是以铜箔基板(copper clad laminate，CCL)作为制造印刷电路板的主要材料，铜箔基板的主要原料包括：基板(通常由聚合物制成)，玻璃纤维和铜箔。其中铜箔布满整个基板的表面，采用减成法制作完成的印刷电路板，其中在基板表面的大部分铜箔将被蚀刻或移除，只留下被遮蔽的部分作为印刷电路的导体。
众所周知，传统的减成法会浪费大量的铜，并且在蚀刻、微影(photolithography)和水洗(rinsing)的过程消耗大量的水，并且会产生许多的化学废料和重金属，处理不当时会对环境造成严重污染。
随着环保观念在全球越来越受到重视，废料的管理和处理的费用也使得印刷电路板的制造成本随之增加，更加突显出传统用于制造印刷电路板的减成法已经不合时宜。
因此，半加成法被应用于制造印刷电路板用以减缓减成法所造成的环境问题。通过化学沉积(chemical deposition)，此法又称无电镀沉积(electrolessdeposition)，在基板的表面先镀上相对较薄的铜层，然后放置光阻(photoresist，PR)以暴露预定的电路图案，接着在电路图案上进一步镀铜以增加厚度，最后，移除光阻，并且在电路图案的顶部形成有保护层的条件下进行快速蚀刻，用以移除基板表面非属电路图案的较薄的铜层。
化学沉积的目的是通过沉积的方式在绝缘基板的表面形成具有导电性而且相对较薄的铜层，以便通过后续的电镀制程在较薄的铜层的表面形成预定的电路图案。虽然半加成法减少了铜的浪费，但是化学沉积仍然存在其它问题。
为了在半加成法中进一步减少铜的浪费，在过去几年中，业界开发了一种在基板的表面直接印刷银浆以形成导电图案的技术，但是银浆的成本非常昂贵。
在已公开的美国专利提出了金属(US 20150147486A1)或金属氧化物(US20080286488A1)颗粒的光烧结方法(photosintering)，所述的专利技术可以通过油墨印刷和室温下的光烧结技术制备具有导电性的金属图案，克服了金属颗粒在塑料基材上的高温烧结问题。
在已公开的美国专利US 20140120453A1提出了一种还原氧化石墨烯的雷射(laser)直接形成技术，并且应用于制造微超级电容器。另外，在已公开的专利文件WO2015175060A3还提出了一种通过雷射直接使聚合物石墨化以形成导电石墨烯微电极的技术，以这种技术制备而成的石墨烯材料称为雷射诱导石墨烯(laser induced graphene，LIG)。然而，这种直接利用雷射使聚合物石墨化而形成的雷射诱导石墨烯的导电性不够高，因为雷射诱导石墨烯通常是一种多孔的薄膜结构，并不适合作为导电电路。
因此，本发明的有益效果包括：本发明提出了一种更有效的制造聚合物电路板的方法，进一步地减少了铜金属在印刷电路板制程中的浪费；本发明通过对雷射诱导石墨烯构成的电路图案或是表面形成有金属层的电路图案施加压力的步骤，使得电路图案的黏着性和导电性在施压后明显地获得提升，进一步解决了多孔性雷射诱导石墨烯的导电性不足的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种聚合物印刷电路板的制造方法，可以解决已知用于制造印刷电路板的减成法和半加成法浪费铜金属问题，以及解决前述已知专利技术导电性不够的问题。
为解决上述的技术问题，本发明提出的聚合物印刷电路板的制造方法的一种实施例，包括：
A.准备一种具有由聚合物构成的表面的材料；
B.在聚合物构成的表面直接形成一种由雷射诱导石墨烯(LIG)构成的电路图案；
C.在雷射诱导石墨烯构成的电路图案沉积金属的纳米微粒作为金属晶种(seed)；
D.通过一加压制程对电路图案施压；以及
E.在雷射诱导石墨烯构成的电路图案的表面形成一金属层。
本发明提出的聚合物印刷电路板的制造方法的另一种实施例，包括：
A.准备一种具有由聚合物构成的表面的材料；
B.在聚合物构成的表面直接形成一种由雷射诱导石墨烯(LIG)构成的电路图案；
C.在雷射诱导石墨烯构成的电路图案沉积金属的纳米微粒作为金属晶种(seed)；
D.在雷射诱导石墨烯构成的电路图案的表面形成一金属层；以及
E.通过一加压制程对表面形成有金属层的电路图案施压。
其中具有由聚合物构成的表面的材料包含：聚合物薄膜(Polymer Film)和表面具有聚合物涂层的基板其中的任一种。
其中聚合物是聚酰亚胺(Polyimide，PI)。
其中包括通过计算机控制的雷射诱导反应制程在聚合物构成的表面直接形成由雷射诱导石墨烯构成的电路图案。
其中雷射诱导反应制程(laser-induced reaction process)包括以激光束照射聚合物构成的表面，在聚合物构成的表面被激光束照射的区域产生摄氏1500度(1500℃)以上的转变温度，令聚合物的表面在摄氏1500度以上的转变温度之下直接形成多孔的石墨烯结构。
其中雷射诱导石墨烯是一种多孔结构。
其中加压制程包含：滚压制程和层压制程其中的任一种。
其中加压制程包含加热的步骤，加热的温度介于室温和摄氏400度(400℃)之间。
其中形成金属层的方式包含：电镀(electroplating)、化学镀(electrolessplating)和溅镀(sputting)其中的任一种。
有关本发明的其它功效及实施例的详细内容，配合图式说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1，是本发明聚合物印刷电路板的制造方法的第一种实施例的步骤流程图；
图2，是本发明聚合物印刷电路板的制造方法的一实施例步骤的印刷电路板的构造示意图；
图3，是本发明聚合物印刷电路板的制造方法的另一实施例步骤的印刷电路板的构造示意图；
图4，是本发明聚合物印刷电路板的制造方法的另一种实施例的步骤流程图。
符号说明
10 聚合物构成的表面
20 雷射诱导石墨烯(LIG)
30 金属层
具体实施方式
首先请参阅图1，是本发明聚合物印刷电路板的制造方法的第一种实施例的步骤流程图。本发明聚合物印刷电路板的制造方法的第一种实施例的步骤，包括：
A.准备一种具有由聚合物构成的表面10的材料；
B.在聚合物构成的表面10直接形成一种由雷射诱导石墨烯(LIG)20构成的电路图案(见图2)；
C.在雷射诱导石墨烯20构成的电路图案沉积金属的纳米微粒作为金属晶种(seed)；
D.通过一加压制程对电路图案施压；以及
E.在雷射诱导石墨烯20构成的电路图案的表面形成一金属层30(见图3)。
其中具有由聚合物构成的表面10的材料的一种实施方式是聚合物薄膜(PolymerFilm)，另一种实施方式也可以是表面具有聚合物涂层的基板；较佳地，其中聚合物是聚酰亚胺(Polyimide，PI)。
其中雷射诱导石墨烯(LIG)20是利用计算机控制的雷射诱导反应制程在聚合物构成的表面10直接形成雷射诱导石墨烯20，较佳地，聚合物构成的表面10是一种光滑的表面；计算机控制的雷射诱导反应制程，就是利用计算机(computer)控制激光束在聚合物构成的表面10预定形成电路图案的位置加热，利用激光束燃烧聚合物使得聚合物碳化或是石墨化，直接形成具有导电性的碳及/或多孔性的石墨烯，利用形成的碳及/或石墨烯形成电路图案10(见图2)，其中聚合物构成的表面10被激光束照射的区域需要产生摄氏1500度(1500℃)以上的转变温度，令聚合物在转变温度之下碳化或是石墨化，直接形成具有导电性的碳及/或多孔性的石墨烯。
较佳地，其中所述的金属晶种是铜，这种被加入电路图案中的铜金属纳米微粒(nanoparticles)，可以于后续在电路图案的表面形成金属层30的步骤中作为金属晶种，使得形成于电路图案的表面的金属层能够很好地和构成电路图案的雷射诱导石墨烯20结合在一起(见图3)，并且具有较佳的导电性。其中形成金属层的方式包含：电镀(electroplating)、化学镀(electroless plating)和溅镀(sputting)其中的任一种，在由雷射诱导石墨烯(LIG)20构成的电路图案的表面形成金属层之后，就制造完成了一种聚合物印刷电路板。
其中加压制程包含：滚压制程和层压制程其中的任一种，通过机械加压的方式可以使得电路图案在聚合物构成的表面10的黏着性以及电路图案的导电性在施压后明显地获得提升；较佳地，其中加压制程包含加热的步骤，换言之，所述的加压制程较佳地是一种热压制程，其中加热的温度介于室温和摄氏400度(400℃)之间。
请参阅图4，是本发明聚合物印刷电路板的制造方法另一种实施例的步骤流程图。和前述图1的方法实施例的差别在于，图4的另一种方法实施例步骤，是在由雷射诱导石墨烯20构成的电路图案的表面形成金属层30之后，再对电路图案施加压力，同样可以使得电路图案的黏着性和导电性在施压后明显地获得提升。
图4公开的本发明聚合物印刷电路板的制造方法的另一种实施例，包括：
A.准备一种具有由聚合物构成的表面10的材料；
B.在聚合物构成的表面10直接形成一种由雷射诱导石墨烯(LIG)20构成的电路图案；
C.在雷射诱导石墨烯20构成的电路图案沉积金属的纳米微粒作为金属晶种(seed)；
D.在雷射诱导石墨烯20构成的电路图案的表面形成一金属层30；以及
E.通过一加压制程对表面形成有金属层30的电路图案施压。
以上所述的实施例及/或实施方式，仅是用以说明实现本发明技术的较佳实施例及/或实施方式，并非对本发明技术的实施方式作任何形式上的限制，任何本领域技术人员，在不脱离本发明内容所公开的技术手段的范围，当可作些许的更动或修饰为其它等效的实施例，但仍应视为与本发明实质相同的技术或实施例。

Claims (18)

1.一种聚合物印刷电路板的制造方法，其特征在于，包括：
准备一种具有由聚合物构成的表面的材料；
在聚合物构成的表面直接形成一种由雷射诱导石墨烯构成的电路图案，该雷射诱导石墨烯是一种多孔结构；
在雷射诱导石墨烯构成的该电路图案沉积金属的纳米微粒作为金属晶种；
通过一加压制程对该电路图案施压；以及
在雷射诱导石墨烯构成的该电路图案的表面形成一金属层。
2.如权利要求1所述聚合物印刷电路板的制造方法，其特征在于，该具有由聚合物构成的表面的材料包含：聚合物薄膜和表面具有聚合物涂层的基板其中的任一种。
3.如权利要求1所述聚合物印刷电路板的制造方法，其特征在于，该聚合物是聚酰亚胺。
4.如权利要求1所述聚合物印刷电路板的制造方法，其特征在于，该雷射诱导石墨烯是利用计算机控制的雷射诱导反应制程在该聚合物构成的表面直接形成该雷射诱导石墨烯。
5.如权利要求4所述聚合物印刷电路板的制造方法，其特征在于，该雷射诱导反应制程包括以激光束照射该聚合物构成的表面，在该聚合物构成的表面被激光束照射的区域产生1500℃以上的转变温度。
6.如权利要求1所述聚合物印刷电路板的制造方法，其特征在于，该金属晶种是铜。
7.如权利要求1所述聚合物印刷电路板的制造方法，其特征在于，该加压制程包含：滚压制程和层压制程其中的任一种。
8.如权利要求7所述聚合物印刷电路板的制造方法，其特征在于，该加压制程包含加热的步骤，该加热的温度介于室温和400℃之间。
9.如权利要求1所述聚合物印刷电路板的制造方法，其特征在于，形成该金属层的方式包含：电镀、化学镀和溅镀其中的任一种。
10.一种聚合物印刷电路板的制造方法，其特征在于，包括：
准备一种具有由聚合物构成的表面的材料；
在聚合物构成的表面直接形成一种由雷射诱导石墨烯构成的电路图案，该雷射诱导石墨烯是一种多孔结构；
在雷射诱导石墨烯构成的该电路图案沉积金属的纳米微粒作为金属晶种；
在雷射诱导石墨烯构成的该电路图案的表面形成一金属层；以及
通过一加压制程对表面形成有该金属层的该电路图案施压。
11.如权利要求10所述聚合物印刷电路板的制造方法，其特征在于，该具有由聚合物构成的表面的材料包含：聚合物薄膜和表面具有聚合物涂层的基板其中的任一种。
12.如权利要求10所述聚合物印刷电路板的制造方法，其特征在于，该聚合物是聚酰亚胺。
13.如权利要求10所述聚合物印刷电路板的制造方法，其特征在于，该雷射诱导石墨烯是利用计算机控制的雷射诱导反应制程在该聚合物构成的表面直接形成该雷射诱导石墨烯。
14.如权利要求13所述聚合物印刷电路板的制造方法，其特征在于，该雷射诱导反应制程包括以激光束照射该聚合物构成的表面，在该聚合物构成的表面被激光束照射的区域产生1500℃以上的转变温度。
15.如权利要求10所述聚合物印刷电路板的制造方法，其特征在于，该金属晶种是铜。
16.如权利要求10所述聚合物印刷电路板的制造方法，其特征在于，该加压制程包含：滚压制程和层压制程其中的任一种。
17.如权利要求16所述聚合物印刷电路板的制造方法，其特征在于，该加压制程包含加热的步骤，该加热的温度介于室温和400℃之间。
18.如权利要求10所述聚合物印刷电路板的制造方法，其特征在于，形成该金属层的方式包含：电镀、化学镀和溅镀其中的任一种。
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