CN112118687A

CN112118687A - 一种高精密超薄pcb制备方法

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Publication number: CN112118687A
Application number: CN202010799668.2A
Authority: CN
Inventors: 郝家胜
Original assignee: Guangzhen Precision Manufacturing Suzhou Co Ltd
Current assignee: Guangzhen Precision Manufacturing Suzhou Co Ltd
Priority date: 2020-08-11
Filing date: 2020-08-11
Publication date: 2020-12-22
Anticipated expiration: 2040-08-11
Also published as: CN112118687B

Abstract

本发明属于电路板制造技术领域，具体涉及一种高精密超薄PCB制备方法，其步骤包括：在基材表面形成掩膜；按照预先设计的印制电路走向对掩膜刻蚀，形成具有凹陷区域和凸起区域的图案；向凹陷区域内注入镍基金属离子‑聚甲基丙烯酸乙二醇酯树脂混合物形成打底层；在打底层表面和凸起区域均沉积Cu层；将位于凸起区域的Cu层以及残留的掩膜清除；形成平整绝缘层，得到高精密超薄PCB。通过加入聚甲基丙烯酸乙二醇酯树脂以与镍基金属离子形成混合物，提高了打底层与基材结合强度，在打底层上沉积Cu层，加强了Cu层与打底层结合强度，最终实现铜质线路与基材结合强度，不存在铜质线路翘起而出现短路或断路问题，保证PCB信号高质量传输。

Description

一种高精密超薄PCB制备方法

技术领域

本发明属于电路板制造技术领域，具体涉及一种高精密超薄PCB制备方法。

背景技术

近年来，随着电子信息技术产业的迅猛发展，电子产品结构越来越复杂，功能越来越全面，这将促使构成电子产品的印制电路板(PCB)朝以下两个方向发展：(1)电子产品上集成的功能元件越来越多，整体尺寸却越来越小，这将促使PCB不断向高精度、高集成方向发展，需要PCB从常规的单层设计逐步转为多层设计甚至高密度互连结构设计；(2)电子产品要求PCB提供高速度、低损耗的信号传输功能，并适应大功率器件的高功耗环境，这就需要PCB拥有足以承载高质量信号传输和散热能力的高频、高散热设计。

现有技术中，印制电路板一般都是在绝缘基板上直接镀铜的方法来实现的，但是这种方式制得的印制电路板由于铜质线路与绝缘基板之间的结合性能较差，很容易导致铜质线路翘起而出现短路或断路问题，继而影响信号传输。而且，高端电子产品因产品空间设计因素制约更多地需要多层电路板，多层电路板是将两层或更多的电路直接堆叠在一起而成，此工艺所带来问题是整体厚度增加以及散热性能变差。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有印制电路板工艺中直接镀铜易引起铜质线路翘起以及直接堆叠形成多层电路板易使整体厚度增加、散热性能变差的缺陷，从而提供一种高精密超薄PCB制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明提供一种高精密超薄PCB制备方法，包括以下步骤：

(1)提供基材；

(2)在所述基材的至少一侧表面形成掩膜；

(3)按照预先设计的印制电路走向对所述掩膜刻蚀，形成具有凹陷区域和凸起区域的图案；

(4)向所述凹陷区域内注入镍基金属离子-聚甲基丙烯酸乙二醇酯树脂混合物形成打底层，厚度为50～100nm；

(5)在所述打底层表面和所述凸起区域均沉积Cu层，厚度为0.2～5μm；

(6)将位于所述凸起区域的Cu层以及残留的所述掩膜清除，得到所述印制电路；

(7)在所述印制电路及裸露的所述基材表面形成平整绝缘层，得到所述高精密超薄PCB；

其中，所述镍基金属离子-聚甲基丙烯酸乙二醇酯树脂混合物中，聚甲基丙烯酸乙二醇酯树脂具有如式(Ⅰ)所示的单体结构：

其中，x和y是100～200之间的整数，n是50000～60000之间的整数。

优选地，该高精密超薄PCB制备方法，所述镍基金属离子-聚甲基丙烯酸乙二醇酯树脂混合物中，镍基金属离子和聚甲基丙烯酸乙二醇酯树脂的质量比为(85～95):(5～15)。

优选地，该高精密超薄PCB制备方法，步骤(1)中，所述基材依次经粗糙化、清洗、干燥和打孔处理；

所述基材采用FR-4、PTFE、PI、陶瓷中至少一种为介质的无铜芯板；

其中，所述基材粗糙化处理过程为：在65～70℃碱液浸泡40～50分钟；

所述碱液包括以下重量份原料：8～10份甲醇钠、4～5份叔丁醇钾。

进一步优选地，该高精密超薄PCB制备方法，步骤(2)中，所述掩膜选自菲林膜、PC膜、PET膜中的任一种。

进一步优选地，该高精密超薄PCB制备方法，步骤(3)中，采用电子束或激光对所述掩膜进行刻蚀；

其中，所述激光的功率为50～150W。

进一步优选地，该高精密超薄PCB制备方法，步骤(4)中，采用金属真空蒸汽离子源注入所述金属离子，注入电压为10～30kV，束流强度为2～8mA；

所述镍基金属离子-聚甲基丙烯酸乙二醇酯树脂混合物中，镍基金属离子选自Ni-Mg、Ni-Zn、Ni-Fe中的至少一种。

进一步优选地，该高精密超薄PCB制备方法，步骤(5)中，通过磁控溅或化学气相沉积法沉积所述Cu层。

进一步优选地，该高精密超薄PCB制备方法，步骤(7)中，所述绝缘层包括以下重量份的原料：

聚醛树脂 8～10份；

聚酮树脂 16～20份；

无机填料 55～65份。

进一步优选地，该高精密超薄PCB制备方法，所述无机填料选自SiO₂、Al₂O₃、AlN中的至少一种。

优选地，该高精密超薄PCB制备方法，按照步骤(2)～(7)制备层叠设置的多层PCB结构。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的高精密超薄PCB制备方法，其步骤包括：提供基材；在基材的至少一侧表面形成掩膜；按照预先设计的印制电路走向对掩膜刻蚀，形成具有凹陷区域和凸起区域的图案；向凹陷区域内注入镍基金属离子-聚甲基丙烯酸乙二醇酯树脂混合物形成打底层，厚度为50～100nm；在打底层表面和凸起区域均沉积Cu层，厚度为0.2～5μm；将位于凸起区域的Cu层以及残留的掩膜清除，得到印制电路；在印制电路及裸露的基材表面形成平整绝缘层，得到高精密超薄PCB。

该高精密超薄制备方法，通过在打底层中加入聚甲基丙烯酸乙二醇酯树脂以与镍基金属离子形成混合物，提高了该打底层与基材的结合强度，然后在打底层上沉积Cu层，相比压合工艺，加强了Cu层与打底层的结合强度，最终实现了铜质线路与基材的结合强度，不会存在铜质线路翘起而出现短路或断路问题，保证了PCB信号高质量传输。

2.本发明提供的高精密超薄PCB制备方法，相比大面积沉积方法，通过注入方法在掩膜经刻蚀形成的凹陷区域形成打底层更容易使得打底层线路深度、宽度更容易控制，线路的精密度提高。

3.本发明提供的高精密超薄PCB制备方法，打底层厚度为50～100nm，Cu层厚度为0.2～5μm，减小了PCB厚度，满足轻薄化要求。

4.本发明提供的高精密超薄PCB制备方法，镍基金属离子中，镍抗击穿电压能力强，Mg、Zn、Fe比Cu层活性更强，有助于防止Cu层氧化，保证了铜质线路的传输性能和安全性能。

5.本发明提供的高精密超薄PCB制备方法，绝缘层包括聚醛树脂、聚酮树脂和无机填料，聚醛树脂、聚酮树脂形成超支化网状结构，机械强度高，无机填料有助于形成导热通路，及时将铜质线路的热量散发出去。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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他的附图。

图1为本发明实施例1提供的高精密超薄PCB制备方法流程图；

图2为本发明实施例1提供的聚甲基丙烯酸乙二醇酯树脂红外图谱；

图3为本发明实施例1提供的聚甲基丙烯酸乙二醇酯树脂热失重分析；

附图标记说明：

1-基材；2-掩膜；21-凹陷区域；22-凸起区域；3-打底层；4-Cu层；5-印制电路；6-绝缘层。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供一种高精密超薄PCB制备方法，如图1所示，包括以下步骤：

(1)提供基材

将基材1按照预设尺寸进行裁剪，其目的是为了尽可能的减少浪费；基材1材质采用FR-4、PTFE、PI、陶瓷中至少一种为介质的无铜芯板。本实施例中，基材1采用PTFE为介质的无铜芯板，厚度控制在20～25μm范围内。

为了便于后续加工处理，需要对基材1进行预处理，如粗糙化、清洗、干燥、打孔等。

其中，粗糙化处理过程为：在65～70℃碱液浸泡40～50分钟，碱液包括以下重量份原料：8～10份甲醇钠、4～5份叔丁醇钾。其目的是为了去除基材1表面的大颗粒油性杂质，尤其是含-COOH残基等，防止后续与金属离子反应。本实施例中，以9份甲醇钠、4.5份叔丁醇钾在乙醇中混合，配制为总摩尔浓度为10mol/L的醇碱溶液，在70℃下浸泡50分钟。

清洗过程为：采用去离子水超声30～50分钟。其目的是为了洗去残留碱液。本实施例中，将经碱液浸泡的基材1超声40分钟。

干燥处理过程为：在60～70℃下风干。本实施例中，将超声清洗的基材1在65℃下风干1小时。

打孔处理过程为：通过钻孔机在基材1上钻定位孔和热过孔，方便后续定位和散热。

(2)制备掩膜

采用自动贴膜机将菲林膜、PC膜、PET膜中的任一种有机薄膜贴在基材1的至少一面形成掩膜2，并点胶定位转移至真空设备中准确定位，保证掩膜2在真空设备中不会脱落或形变。

掩膜2的厚度为50～100nm，优选75nm。

(3)刻蚀掩膜，形成印制电路图案

根据客户需求用电脑绘制印制电路图，然后采用电子束或激光按照印制电路图案对掩膜2进行刻蚀，其刻蚀部分形成凹陷区域21，未经刻蚀部分形成凸起区域22。

其中，激光的功率为50～150W。

(4)制备打底层

采用金属真空蒸汽离子源向凹陷区域22内注入镍基金属离子-聚甲基丙烯酸乙二醇酯树脂混合物形成打底层3，厚度为50～100nm，注入电压为10～30kV，束流强度为2～8mA。

本实施例中，打底层3厚度为75nm，注入电压为20kV，束流强度为5mA。

上述镍基金属离子-聚甲基丙烯酸乙二醇酯树脂混合物为镍基金属离子和聚甲基丙烯酸乙二醇酯树脂按照质量比(85～95):(5～15)混合而成。

其中，镍基金属离子选自Ni-Mg、Ni-Zn、Ni-Fe中的至少一种；

聚甲基丙烯酸乙二醇酯树脂具有如式(Ⅰ)所示的单体结构：

其中，x和y是100～200之间的整数，n是50000～60000之间的整数。

其制备过程为：

将丙烯、2-甲基-3-丁烯酸乙酯、双甲基丙烯酸乙二醇酯、引发剂AIBN按照摩尔比(100～200):(100～200):0.02:0.01在氮气保护下进行悬浮聚合，75℃反应4小时，85℃反应3小时，得到球状物，过滤，并用去离子水洗涤，异丙醇抽提，干燥，得到具有如式(Ⅰ)所示单体结构的聚甲基丙烯酸乙二醇酯树脂。

本实施例制备得到的聚甲基丙烯酸乙二醇酯树脂的红外图谱如图2所示，图中3400cm^-1附近为羟乙基上的O-H伸缩振动吸收峰，2600～3050cm^-1范围内吸收峰属于饱和C-H伸缩振动峰，1750cm^-1附近为酯键上的C＝O伸缩振动峰。

本实施例制备得到的聚甲基丙烯酸乙二醇酯树脂热失重分析如图3所示，热分解温度在300℃以上，有着较好的热稳定性。

本实施例中，镍基金属离子-聚甲基丙烯酸乙二醇酯树脂混合物中，镍基金属离子选用Ni-Zn，与聚甲基丙烯酸乙二醇酯树脂质量比为90:10。

(5)沉积Cu层

通过磁控溅或化学气相沉积法沉积在打底层3表面和凸起区域22均沉积Cu层4，厚度为0.2～5μm。本实施例中，Cu层4厚度为2μm。

(6)清除掩膜

将位于凸起区域22的Cu层4以及残留的掩膜2清除，得到印制电路5。

(7)制备平整的绝缘层

在印制电路5及裸露的基材1表面形成平整的绝缘层6，得到高精密超薄PCB。

绝缘层6包括以下重量份的原料：

聚醛树脂 8～10份；

聚酮树脂 16～20份；

无机填料 55～65份；

无机填料选自SiO₂、Al₂O₃、AlN中的至少一种。

本实施例中，绝缘层6中，聚醛树脂含9份、聚酮树脂18份、无机填料60份，无机填料优选AlN。

(8)制备多层PCB结构

按照步骤(2)～(7)制备层叠设置的多层PCB结构，本实施例中，制备5～7层。

测试例1

将实施例1提供的聚甲基丙烯酸乙二醇酯树脂和常规的PCB封装胶进行粘接强度性能测试，平行测试三次，其测试结果如下表所示：

(1)初粘力

采用GB/T2790胶黏剂180度剥离强度试验方法：

将挠性被粘试片的未胶接的一端弯曲180°，将刚性被粘试片夹紧在固定的夹头上，而将挠性试片夹紧在另一夹头上(注意使夹头间试样准确定位，以保证所施加的拉力均匀地分布在试样的宽度上)。

开动机器，使上下夹头以恒定的速率分离，夹头的分离速率为100±10mm/min。记下夹头的分离速率和当夹头分离运行时所受到的力，直到至少有125mm的胶接长度被剥离，初粘力越大越好。

常规的PCB封装胶初粘力约为100N/2.5mm。

注：在剥离过程中，剥开的挠性部分有时会在胶接部分上蹭过去，为了减少摩擦，可使用适当的润滑剂，如甘油或肥皂水，只要它不影响被粘物。

(2)粘结强度

参照GB7124胶黏剂拉伸剪切强度测定方法对制得的聚甲基丙烯酸乙二醇酯树脂进行测试。

用量具测量试样搭接面的长度和宽度，精确到0.05mm；把试样对称地夹在上、下夹持器中，夹持处至搭接端的距离为50±1mm；开动试验机，在5±1mm/min内，以稳定速度加载；记录试样剪切破坏的最大负荷；记录胶按破坏的类型(内聚破坏、粘附破坏、金属破坏)，粘结强度越大越好。

常规的PCB封装胶粘结强度约为210N/2.5mm。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims

1.一种高精密超薄PCB制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)提供基材；

(2)在所述基材的至少一侧表面形成掩膜；

其中，x和y是100～200之间的整数，n是50000～60000之间的整数。

2.根据权利要求1所述的高精密超薄PCB制备方法，其特征在于，所述镍基金属离子-聚甲基丙烯酸乙二醇酯树脂混合物中，镍基金属离子和聚甲基丙烯酸乙二醇酯树脂的质量比为(85～95):(5～15)。

3.根据权利要求1或2所述的高精密超薄PCB制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述基材依次经粗糙化、清洗、干燥和打孔处理；

4.根据权利要求3所述的高精密超薄PCB制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述掩膜选自菲林膜、PC膜、PET膜中的任一种。

5.根据权利要求4所述的高精密超薄PCB制备方法，其特征在于，步骤(3)中，采用电子束或激光对所述掩膜进行刻蚀；

其中，所述激光的功率为50～150W。

6.根据权利要求5所述的高精密超薄PCB制备方法，其特征在于，步骤(4)中，采用金属真空蒸汽离子源注入所述金属离子，注入电压为10～30kV，束流强度为2～8mA；

7.根据权利要求6所述高精密超薄PCB制备方法，其特征在于，步骤(5)中，通过磁控溅或化学气相沉积法沉积所述Cu层。

8.根据权利要求7所述的高精密超薄PCB制备方法，其特征在于，步骤(7)中，所述绝缘层包括以下重量份的原料：

聚醛树脂 8～10份；

聚酮树脂 16～20份；

无机填料 55～65份。

9.根据权利要求8所述的高精密超薄PCB制备方法，其特征在于，所述无机填料选自SiO₂、Al₂O₃、AlN中的至少一种。

10.根据权利要求9所述的高精密超薄PCB制备方法，其特征在于，按照步骤(2)～(7)制备层叠设置的多层PCB结构。