CN111511121A - 立体导电线路及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种立体导电线路及其制备方法，采用有机材料层形成的设计线路凹槽，凹槽的深度是导电线路高度的1‑1.25倍，导电浆料填充于由所述的有机材料层形成的设计线路凹槽内，固化所述的导电浆料，然后去除所述的有机材料层，热处理导电浆料形成所述的导电线路。本发明的立体导电线路，通过有机材料层作为凹槽模口，凹槽的深度是导电线路高度的1‑1.25倍，凹槽精度高，形状和线路精度控制接近理想设计值，可制备高精度的导电线路。
Description
技术领域
本发明属于导电线路技术领域，具体涉及一种立体导电线路及其制备方法。
背景技术
电子产品的微型化发展趋势促使电路板向着更精密化的方向发展。在电路板中电信号的传输主要是通过线路来实现的，因此线路的精细化程度在很大程度上决定了电路板的微型化程度。线路制作的方法主要有减成法、半加成法、全加成法。减成法制作线路的过程中会造成严重的侧蚀、蚀刻不净等问题，无法制作较细的线路。半加成法在很大程度上减小了侧蚀，可以用于精细线路的制作。但是，半加成法无法完全避免侧蚀，因此，对于要求较高的精细线路也是无法通过半加成法来实现的。然而，传统的全加成法也存在自身的不足，该技术不仅需要制作导电种子层，增加了工序流程，而且还存在基材和导电层间结合力不好的问题，难以满足对精细线路要求较高的HDI印制电路板制作。
目前通过在压合的基材上贴第一干膜、曝光、显影，形成精细线路凹槽，然后沉铜处理形成铜种子层，再贴第二干膜、曝光、显影，然后进行电镀将精细线路凹槽填满，最后退第二干膜、闪蚀、退第一干膜，制得精细线路。尽管该方法在很大程度上解决了侧蚀问题，但是该方法需要经过两次贴膜、曝光、显影，工序复杂、生产周期长。
发明内容
基于此，本发明提出一种立体导电线路及其制备方法，旨在提供用于立体导电线路，通过含有酯基可碱退的有机材料层作为凹槽模口，导电浆料在模口中一直保持形状至固化失去流动性，可制备高精度的导电线路，工艺简单可控，并且导线线路具有耐碱腐蚀性。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种立体导电线路，采用有机材料层形成的设计线路凹槽，导电浆料填充于由所述的有机材料层形成的设计线路凹槽内，固化所述的导电浆料，然后去除所述的有机材料层，热处理导电浆料形成所述的导电线路，所述的凹槽的深度是导电线路高度的1-1.25倍。采用这样的设计填入的导电浆料热处理后的尺寸能够精确达到设计要求。
进一步方案，所述的有机材料层为含有酯基可碱退的有机材料层，当酯基与碱反应时，首先是酯基水解为酸和醇，然后再与碱中和。
进一步方案，所述的有机材料层的热分解温度低于所述的导电浆料的热处理温度。这样有利于导电浆料中自带的有机材料有足够的空间排出，否则会增加导电浆料中的孔洞或者出现塌陷，影响电性能或者形貌。
进一步方案，所述的导电线路为高宽比>1；和/或形状为方形、倒T字形、梯形；和/或分辨率<35μm/35μm的导电线路。
进一步方案，所述导电浆料包括：导电铜浆、导电银浆、导电镍浆、导电铝浆等任意金属颗粒、玻璃料和有机树脂、有机溶剂组成的导电浆料，其中玻璃料用于在高温热处理过程中粘合金属和基材，有机树脂和溶剂在高温热处理过程中分解或挥发。
进一步方案，填充导电浆料后，在导电浆料的图形面贴覆耐高温基材，固化所述的导电浆料，去除所述的有机材料，热处理导电浆料形成所述的导电线路，所述的导电线路形成于耐高温基材表面，所述的耐高温基材的软化点或分解温度高于导电浆料的热处理温度。
进一步方案，还包括基层，所述的基层表面涂覆有机材料层形成的设计线路凹槽，导电浆料沉积于基层表面并填充于由所述的有机材料层形成的设计线路凹槽内，固化所述的导电浆料，然后去除所述的有机材料层，热处理导电浆料形成所述的导电线路。
进一步方案，所述的基层为耐高温基材，所述的耐高温基材的软化点或分解温度高于导电浆料的热处理温度，所述的导电线路形成于耐高温基材表面。
进一步方案，所述的基层为普通基材表面涂覆热滑移胶，所述的热滑移胶表面涂覆有机材料层形成的设计线路凹槽，填充导电浆料后，在导电浆料的图形面贴覆耐高温基材，所述的耐高温基材的软化点或分解温度高于导电浆料的热处理温度，固化所述的导电浆料，去除所述的基层和有机材料层，热处理导电浆料形成所述的导电线路，所述的导电线路形成于耐高温基材表面。
进一步方案，所述的耐高温基材可选自陶瓷、玻璃、树脂、半导体；所述的陶瓷可选自氧化铝、氧化锆、氮化硅、碳化硅；所述的玻璃可选自高铝玻璃、石英玻璃；所述的树脂可选自有机硅树脂、氟树脂；所述的半导体可选自单晶硅、多晶硅。
进一步方案，所述的普通基材可选自耐热温度在80摄氏度以上的任意表面平整的材料，具体可选自PC、ABS、PP、PE、环氧树脂、环氧玻纤复合材料、聚酰亚胺、金属板、陶瓷板、硅片。
本发明采用的方法技术方案是：一种立体导电线路的制备方法：包含以下步骤：
S1：在有机材料层制作符合设计电路图形的凹槽，凹槽的深度是导电线路高度的1-1.25倍；
S2：在立体凹槽中填充导电浆料，固化所述的导电浆料；
S3：去除所述的有机材料层，热处理导电浆料形成导电线路。
进一步方案，所述的步骤S1在有机材料层制作符合设计电路图形的凹槽可通过直接印刷或喷涂的方法制作凹槽；或通过曝光显影的方法制作凹槽；或通过激光雕刻的方法制作凹槽；或通过机械雕刻的方法制作凹槽。
进一步方案，所述的步骤S2在立体凹槽中填充导电浆料，固化所述的导电浆料，所述的固化，包括但不限于热固化、光固化、潮气固化等任何使有机分子之间反应，流动相变为非流动相的方式。
进一步方案，所述的步骤S3去除所述的有机材料层，热处理导电浆料形成导电线路，可通过NaOH水溶液清洗去除有机材料层，而后进一步加热处理导电浆料，使导电浆料中的金属颗粒烧结形成导电线路；或将所述的有机材料层直接加热至250℃以上，通过热分解去除有机材料层并热处理导电浆料中的金属颗粒烧结形成导电线路。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1、本发明的立体导电线路，通过有机材料层作为凹槽模口，凹槽精度高，可制备高精度的导电线路。
2、本发明的立体导电线路的制备方法，工艺简单，采用导电浆料填充于凹槽中，导电浆料材料使用率接近100％，成本低效率高。固化导电浆料，导电浆料在模口中一直保持形状至固化失去流动性，形状和线路精度控制接近理想设计值。导电线路为高宽比>1、分辨率<35μm/35μm的导电线路，可用于设计任意厚度和分辨率的导电线路，厚度和分辨率之间没有制约性。
3、本发明的立体导电线路，在填充导电浆料后贴覆耐高温基材，与在耐高温基材表面直接形成导电线路相比可制作任意形状因子的倒T字形、梯形等非方形电路。
4、本发明中的有机材料可在导电浆料烧结前段随热处理分解和挥发，可流水线生产，工艺过程相对其他物理沉积立体电路方法更为便宜和高效，图形精度却不输复杂昂贵的物理沉积方法。
5本发明的立体导电线路的制备方法，导电线路的电阻率为<4μΩ·cm，完全符合电子器件的导电需求。
附图说明
图1为本发明实施例1一种立体导电线路制备示意图。
图2为本发明实施例2一种立体导电线路制备示意图。
图3为本发明实施例3一种立体导电线路的制备示意图。
其中，附图标记说明如下：
101-有机材料层，102-凹槽，103-导电浆料，104-耐高温基材，105-导电线路；
201-耐高温基材，202-有机材料层，203-凹槽，204-导电浆料，205-导电线路；
301-普通基材，302-热滑移胶层，303-有机材料层、304-凹槽，305-导电浆料，306-耐高温基材，307-导电线路。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题，技术方案及有益效果更加清楚明白，一下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种立体导电线路的制备方法：如图1所示：
S1：在有机材料层101制作符合设计电路图形的凹槽102，凹槽的深度是导电线路高度的1-1.25倍；
凹槽102可通过直接印刷或喷涂的方法制作凹槽102，有机材料层101为含有酯基可碱退的有机材料层，有机材料层的热分解温度低于所述的导电浆料的热处理温度；
S2：在立体凹槽102中填充导电浆料103，导电浆料103为导电铝浆，在填有导电浆料103的图形面贴覆耐高温基材104，耐高温基材104为氧化铝陶瓷，并进一步加热加强贴覆耐高温基材104和固化浆料103，所述的固化可为热固化；
S3：通过NaOH水溶液清洗去除有机材料层101，NaOH水溶液的溶度为>3％；而后进一步加热处理导电浆料103，使导电浆料103中的金属颗粒烧结形成导电线路105。
本实施例1的立体导电线路的电阻率为3μΩ〃cm。立体导电线路的高宽比为2、形状为方形、分辨率为25μm/25μm的铝线路。
实施例2
一种立体导电线路的制备方法：如图2所示：
S1：在耐高温基材201表面涂覆有机材料层并固化有机材料层202，在有机材料层202制作符合设计电路图形的凹槽203，凹槽的深度是导电线路高度的1-1.25倍；
凹槽203可通过曝光显影的方法制作凹槽203，有机材料层202为光致抗蚀膜，有机材料层的热分解温度低于导电浆料的热处理温度，耐高温基材201为单晶硅；
S2：在立体凹槽203中填充导电浆料204，导电浆料204为导电银浆，固化导电浆料使其失去流动性；光固化所述的导电浆料；
S3：将有机材料层202直接加热至260℃，通过热分解去除有机材料层202并进一步热处理导电浆料204中的金属颗粒烧结形成导电线路205。
本实施例2的立体导电线路的电阻率为2.5μΩ〃cm。立体导电线路的高宽比为1、形状为方形、分辨率为35μm/35μm的银线路。
实施例3
一种立体导电线路的制备方法：如图3所示：
S1：在普通基材301表面涂覆热滑移胶层302，在热滑移胶层302表面涂覆具有一定厚度的有机材料层并固化有机材料层303；有机材料层303为光致抗蚀膜，有机材料层的热分解温度低于所述的导电浆料的热处理温度；普通基材301可选自环氧树脂；
S2：在有机材料层301制作符合设计电路图形的凹槽304，凹槽304可通过激光或机械雕刻的方法制作凹槽304，凹槽的深度是导电线路高度的1-1.25倍；
S3：在立体凹槽中填充导电浆料305，导电浆料305为导电铜浆，在填有导电浆料305的图形面贴覆耐高温基材306，耐高温基材306可选自高铝玻璃，并进一步加热加强贴覆和固化浆料305；潮气固化导电浆料305；
S4：加热并滑移去除普通基材301，将有机材料层303直接加热至280℃，通过热分解去除有机材料层303并热处理导电浆料中的金属颗粒烧结形成导电线路307。
本实施例3的立体导电线路的电阻率为3μΩ〃cm。立体导电线路的高宽比为3、形状为倒T字形的铜线路。
本实施例3的的立体导电线路制备方法，在普通基材表面涂覆热滑移胶，所述的热滑移胶表面涂覆有机材料层形成的设计线路凹槽，填充导电浆料后，在导电浆料的图形面贴覆耐高温基材，去除所述的有机材料层和基层，该立体导电线路可以为任意形状因子的倒T字形或梯形。
综上所述，本发明的立体导电线路，通过有机材料层作为凹槽模口，凹槽精度高，可制备高精度的导电线路。本发明的立体导电线路的制备方法，工艺简单，一次成凹槽，并采用导电浆料填充于凹槽中，固化导电浆料，导电浆料在模口中一直保持形状至固化失去流动性，形状和线路精度控制，立体导电线路为高宽比>1、形状为方形或任意形状因子的倒T字形或梯形、分辨率<35μm/35μm的导电线路线路。本发明的立体导电线路的制备方法，有机材料层在导电浆料烧结成型前去除干净无残留，工艺简单可控，再加热该导电浆料，可以使导电浆料中的金属颗粒烧结形成导电线路，导电线路的电阻率为<4μΩ〃cm。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种立体导电线路，其特征在于：采用有机材料层形成的设计线路凹槽，导电浆料填充于由所述的有机材料层形成的设计线路凹槽内，固化所述的导电浆料，然后去除所述的有机材料层，热处理导电浆料形成所述的导电线路，所述的凹槽的深度是导电线路高度的1-1.25倍。
2.根据权利要求1所述的一种立体导电线路，其特征在于：所述的导电线路为高宽比>1；和/或形状为方形、倒T字形、梯形；和/或分辨率<35μm/35μm的导电线路。
3.根据权利要求1所述的一种立体导电线路，其特征在于：填充导电浆料后，在导电浆料的图形面贴覆耐高温基材，固化所述的导电浆料，去除所述的有机材料层，热处理导电浆料形成所述的导电线路，所述的导电线路形成于耐高温基材表面，所述的耐高温基材的软化点或分解温度高于导电浆料的热处理温度。
4.根据权利要求1所述的一种立体导电线路，其特征在于：还包括基层，所述的基层表面涂覆有机材料层形成的设计线路凹槽，导电浆料沉积于基层表面并填充于由所述的有机材料层形成的设计线路凹槽内，固化所述的导电浆料，然后去除所述的有机材料层，热处理导电浆料形成所述的导电线路。
5.根据权利要求4所述的一种立体导电线路，其特征在于：所述的基层为耐高温基材，所述的耐高温基材的软化点或分解温度高于导电浆料的热处理温度，所述的导电线路形成于耐高温基材表面。
6.根据权利要求4所述的一种立体导电线路，其特征在于：所述的基层为普通基材表面涂覆热滑移胶，所述的热滑移胶表面涂覆有机材料层形成的设计线路凹槽，填充导电浆料后，在导电浆料的图形面贴覆耐高温基材，所述的耐高温基材的软化点或分解温度高于导电浆料的热处理温度，固化所述的导电浆料，去除所述的基层和有机材料层，热处理导电浆料形成所述的导电线路，所述的导电线路形成于耐高温基材表面。
7.一种用于权利要求1所述的一种立体导电线路的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
S1：在有机材料层制作符合设计电路图形的凹槽，凹槽的深度是导电线路高度的1-1.25倍；
S2：在立体凹槽中填充导电浆料，固化所述的导电浆料；
S3：去除所述的有机材料层，热处理导电浆料形成导电线路。
8.根据权利要求7所述的一种立体导电线路的制备方法，其特征在于：所述的步骤S1在有机材料层制作符合设计电路图形的凹槽可通过直接印刷或喷涂的方法制作凹槽；或通过曝光显影的方法制作凹槽；或通过激光雕刻的方法制作凹槽；或通过机械雕刻的方法制作凹槽。
9.根据权利要求7所述的一种立体导电线路的制备方法，其特征在于：所述的步骤S2在立体凹槽中填充导电浆料，固化所述的导电浆料，所述的固化可为热固化、光固化、潮气固化。
10.根据权利要求7所述的一种立体导电线路的制备方法，其特征在于：所述的步骤S3去除所述的有机材料层，热处理导电浆料形成导电线路，可通过NaOH水溶液清洗去除有机材料层，而后进一步加热处理导电浆料，使导电浆料中的金属颗粒烧结形成导电线路；或将所述的有机材料层直接加热至250℃以上，通过热分解去除有机材料层并热处理导电浆料中的金属颗粒烧结形成导电线路。
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