CN112533389B - 一种结合模具压印与固化工艺加工印刷电路板的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种结合模具压印与固化工艺加工印刷电路板的方法,包括S1:加工具有微米阵列槽的模具,用电热板对模具预热,模具预热后热压薄铜箔,形成具有微槽阵列的薄铜箔;S2:在印制电路板上布设液态介质层,将未固化的液态介质层放在真空腔中,消除内部残余气体;S3:使用转印工艺将具有微槽阵列的所述薄铜箔转移到所述液态介质层的表面;S4:将印制电路板表面的液态介质层进行光或热固化处理;S5:定点刻蚀去除所述固态介质层表面凸出的薄铜箔和固态介质层,保留的所述薄铜箔的剩余部分形成铜线路;S6:在所述印制线路板表面加工阻焊层。本发明通过压印工艺与介质层固化工艺相结合,实现微米级阵列电路板高效、低成本的加工,更有利于工业化生产。

Description

一种结合模具压印与固化工艺加工印刷电路板的方法
技术领域
本发明涉及印制电路板集成电路封装基板的技术领域,具体涉及一种结合模具压印与固化工艺加工印刷电路板的方法。
背景技术
随着电子产品不断朝着微型化和智能化方向发展,对相应的集成电路提出更高的要求。印制电路板作为集成电路中电子元器件电气连接的提供者,其精细线路的高效、低成本制造难题变得日益突出。现有技术CN201810567355.7公开一种使用压印工艺与电镀工艺相结合加工印制电路板的方法,该方法先用压印工艺在未固化液态介质层内制造凹槽,然后固化,再经表面等离子体刻蚀、铜电镀工艺、湿法刻蚀等工艺加工出印制电路板。该方法采用的铜电镀工艺不仅对环境污染较大,而且成本较高、效率较低,不利于其工业化批量生产。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的不足之处,提供一种可以批量化生产的结合模具压印与固化工艺加工印刷电路板的方法。
为达此目的,本发明采用以下技术方案:
一种结合模具压印与固化工艺加工印刷电路板的方法,包括如下步骤:
S1:加工具有微米阵列槽的模具,用电热板对模具预热,模具预热后热压薄铜箔,形成具有微槽阵列的薄铜箔;
S2:在印制电路板上布设液态介质层,将未固化的液态介质层放在真空腔中,消除内部残余气体;
S3:使用转印工艺将具有微槽阵列的所述薄铜箔转移到所述液态介质层的表面,令所述液态介质层迅速与所述薄铜箔紧密接触;
S4:将印制电路板表面的液态介质层进行光或热固化处理为固态介质层,使所述薄铜箔与所述固态介质层连成一体;
S5:定点刻蚀去除所述固态介质层表面凸出的薄铜箔和固态介质层,保留的所述薄铜箔的剩余部分形成铜线路;
S6:在所述印制线路板表面加工阻焊层,得到成品印刷电路板。
更进一步的说明,所述步骤S5中使用机械铣削工艺或激光、电子束定点刻蚀工艺以去除所述固态介质层表面凸出的薄铜箔和固态介质层。
更进一步的说明,所述步骤S5中使用湿法工艺去除介质层表面凸出的铜箔层和固态介质层,所述湿法工艺包括如下步骤:
S51:通过旋涂工艺在所述固态介质层和薄铜箔的结合体上方涂覆光致抗蚀剂层;
S52:通过光刻工艺在所述光致抗蚀剂层上形成固化的光刻图案层;
S53:通过显影工艺,去除光刻图案层以外的光致抗蚀剂层,留下光刻图案层作为掩膜;
S54:刻蚀薄铜箔上的铜微槽的壁面;
S55:刻蚀薄铜箔上的介质层柱,去除剩余的光致抗蚀剂层,得到图案化的铜线路。
更进一步的说明,所述步骤S1中,加工具有微米阵列槽的模具的工艺包括飞秒激光冷加工工艺或电子束/离子束加工工艺;使用激光束或电子束/离子束对模具的表面进行刻蚀。
更进一步的说明,步骤S1中薄铜箔与液态介质层结合时采用外力预紧或退火工艺的方法,以使得液态介质层完全充盈薄铜箔下方的凹槽;退火温度为200~400℃,退火持续时间为1h~2h。
更进一步的说明,所述步骤S1中,将所述模具置于马弗炉中加热,预热温度为200℃~800℃,预热时间为30min~1h。
更进一步的说明,所述步骤S2中,所述液态介质层包括固化后为硬质的聚合物或固化后为柔性的聚合物。
更进一步的说明,所述步骤S2中,真空处理的气压为0.5托~0.8托,处理时间为30min~1h。
更进一步的说明,所述步骤S4中,所述液态介质层的固化方式包括紫外光固化或者高温热固化,其中高温热固化温度介于80~450℃,高温持续时间30min~1h。
更进一步的说明,所述步骤S6中加工阻焊层包括如下步骤:压合绝缘层,表面处理,通过丝网印刷工艺设置阻焊剂,除去阻焊剂气泡。
本发明的有益效果:
1、本发明通过压印工艺与介质层固化工艺相结合,实现不同规格的微米级阵列电路板高效、低成本的加工,更有利于工业化生产;
2、现有工艺多采用化学镀铜工艺与压印工艺结合加工电路板,本发明工艺不仅简化、高效,而且不涉及到化学试剂的使用、成本更低。
3、本发明对于硬质基板和柔性基板均适用,大大拓宽了应用范围,具有广泛的应用前景。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的一个实施例的流程图;
图2是本发明的一个实施例的结构示意图;
图3是本发明的一个实施例的结构示意图;
图4是本发明的一个实施例的结构示意图;
图5是本发明的一个实施例的结构示意图;
图6是本发明的一个实施例的流程图;
图7是本发明的一个实施例的结构示意图。
其中:模具1、薄铜箔2、液态介质层3、固态介质层4、铜线路5、光致抗蚀剂层6、光刻图案层7、铜微槽底部21、铜微槽顶部22、铜微槽壁面23和介质层柱31。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1-6所示,一种结合模具压印与固化工艺加工印刷电路板的方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1:加工具有微米阵列槽的模具,用电热板对模具预热,模具预热后热压薄铜箔,形成具有微槽阵列的薄铜箔;
S2:在印制电路板上布设液态介质层,将未固化的液态介质层放在真空腔中,消除内部残余气体;
S3:使用转印工艺将具有微槽阵列的所述薄铜箔转移到所述液态介质层的表面,令所述液态介质层迅速与所述薄铜箔紧密接触;
S4:将印制电路板表面的液态介质层进行光或热固化处理为固态介质层,使所述薄铜箔与所述固态介质层连成一体;
S5:定点刻蚀去除所述固态介质层表面凸出的薄铜箔和固态介质层,保留的所述薄铜箔的剩余部分形成铜线路;
S6:在所述印制线路板表面加工阻焊层,得到成品印刷电路板。
传统的方法需要现在介质层上沉积生长出金属层,然后进行刻蚀,本申请首先使用精密加工的工艺加工出不同规格的具有微米阵列槽的模具1,通过模具1将薄铜箔2以机械的方式压制出所需纹路,然后对液态介质层进行真空去气泡处理,未固化的液态介质层在调配过程中会有空气,如不消除,会残留在固化后的介质层中,产生气泡,影响质量;之后利用毛细作用将薄铜箔2与液态介质层3紧密接触并固化结合,然后将凸出的薄铜箔2和固态介质层4刻蚀掉,保留下来的铜线路5即为所需线路。以模具1压印薄铜箔2的方式相比金属层的沉积过程极大的节省了生产时间,而且该过程不涉及化学试剂的使用,成本更低。步骤S1中薄铜箔2的厚度为10~100微米。薄铜箔2的厚度小于10微米会因为产生剪切力而导致薄铜箔2破裂,大于100微米会使得薄铜箔2太厚,进而会导致最后成形的铜导线不够细。
更进一步的说明,所述步骤S5中使用机械铣削工艺或激光、电子束定点刻蚀工艺以去除所述固态介质层表面凸出的薄铜箔和固态介质层。
整个过程不使用其他试剂,节省成本,加工的效率更高。针对所述的机械铣削工艺,所用加工刀头的尺寸不设限制,其进给精度应小于薄铜箔2的微槽深度。
更进一步的说明,所述步骤S5中使用湿法工艺去除介质层表面凸出的铜箔层和固态介质层,所述湿法工艺包括如下步骤:
S51:通过旋涂工艺在所述固态介质层和薄铜箔的结合体上方涂覆光致抗蚀剂层;
S52:通过光刻工艺在所述光致抗蚀剂层上形成固化的光刻图案层;
S53:通过显影工艺,去除光刻图案层以外的光致抗蚀剂层,留下光刻图案层作为掩膜;
S54:刻蚀薄铜箔上的铜微槽的壁面;
S55:刻蚀薄铜箔上的介质层柱,去除剩余的光致抗蚀剂层,得到图案化的铜线路。
如图7所示,步骤S51中,可以使用正性或负性的光致抗蚀剂层6;步骤S52中,如果使用负性的光致抗试剂层6,曝光区域为与薄铜箔2上的铜微槽底部21对应的位置;如果使用正性的光致抗试剂层6,曝光区域为薄铜箔2上的铜微槽顶部22对应的位置。步骤S53中,显影液优选为四甲基氢氧化铵。步骤S54中,刻蚀薄铜箔2上的铜微槽壁面23的过程中使用铜刻蚀液,优选为氯化铜系刻蚀液、氯化铁系刻蚀液、硫酸/过氧化氢系刻蚀液。步骤S55中,刻蚀薄铜箔2上的介质层柱31的过程可以采用干法刻蚀或湿法刻蚀,其中湿法刻蚀中所使用的刻蚀液为脂肪族氨基醇和羟化四烷基铵水溶液;干法刻蚀中使用的混合的反应气体优选为CF4、C4H6、H2其中的两种或两种以上的组合,并配合氧气和惰性气体,惰性气体优选为Ar和N2。
通过化学工艺刻蚀出的线路,由于铜线路在整个过程中受到光致抗蚀剂层的保护,加工出的铜线路的品质更高,而且先形成光刻图案层,再进行后续的步骤,加工精度更高。
更进一步的说明,所述步骤S1中,加工具有微米阵列槽的模具的工艺包括飞秒激光冷加工工艺或电子束/离子束加工工艺;使用激光束或电子束/离子束对模具的表面进行刻蚀。
飞秒激光冷加工工艺或电子束/离子束加工工艺的加工精度高,对模具1的表面进行激光刻蚀时,微槽宽度优选为20微米~1毫米,其直接决定最后目标的铜线路的宽度尺寸,微槽深度优选为50微米~2毫米。宽度越小越好,但是激光加工的精度没能允许宽度过小。过大的话,铜线路的宽度也过大,达不到精细的目的和优势。
更进一步的说明,步骤S1中薄铜箔与液态介质层结合时采用外力预紧或退火工艺的方法,以使得液态介质层完全充盈薄铜箔下方的凹槽;退火温度为200~400℃,退火持续时间为1h~2h。
退火温度过低(<200℃),液态介质层的粘性太大,流动性不够,不能充分填充铜微槽的顶部;退火温度过高(>400℃),液态介质层的组分开始分解。退火持续时间的端点取值的原因同理。
更进一步的说明,所述步骤S1中,将所述模具置于马弗炉中加热,预热温度为200℃~800℃,预热时间为30min~1h。
加热模具是为了使薄铜箔软化,容易成形,温度小于200℃达不到软化效果,高于800℃时容易使铜箔过度软化甚至融化。预热时间的端点取值的原因同理。
更进一步的说明,所述步骤S2中,所述液态介质层包括固化后为硬质的聚合物或固化后为柔性的聚合物。
液态介质层3包括固化后为硬质的聚合物,例如环氧树脂、玻纤布;也包括固化后为柔性的聚合物,例如聚酰胺酸(聚酰亚胺前驱体)、氰酸酯、聚乙烯对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯等。硬质基板是现在手机等电子产品上常用的基板,其制作技术较为成熟,原料成本低;然而,如今柔性电子技术的产生和发展,如折叠手机屏、人体表皮传感器等,使得柔性基板也大有用处,这项发明也适用于柔性基板的制作,以促进柔性电子技术的发展。
更进一步的说明,所述步骤S2中,真空处理的气压为0.5托~0.8托,处理时间为30min~1h。
真空时气压>0.8托,达不到气泡完全去除的目的。过低(<0.5托)会导致不必要的浪费,0.5托气泡已经能完全去除。真空时间的端点取值的原因同理。
更进一步的说明,所述步骤S4中,所述液态介质层的固化方式包括紫外光固化或者高温热固化,其中高温热固化温度介于80~450℃,高温持续时间30min~1h。
高温热固化的温度过低(<80℃)达不到液态介质层3的固化阈值,温度过高(>450℃)则会造成液态介质层3的组分开始分解。高温热固化的持续时间的端点取值的原因同理。
更进一步的说明,所述步骤S6中加工阻焊层包括如下步骤:压合绝缘层,表面处理,通过丝网印刷工艺设置阻焊剂,除去阻焊剂气泡。
绝缘层优先采用半固化片(PP片)。
以上内容仅为本发明的较佳实施例,对于本领域的普通技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种结合模具压印与固化工艺加工印刷电路板的方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1:加工具有微米阵列槽的模具,用电热板对模具预热,模具预热后热压薄铜箔,形成10~100微米厚具有微槽阵列的薄铜箔;
S2:在印制电路板上布设液态介质层,将未固化的液态介质层放在真空腔中,消除内部残余气体;
S3:使用转印工艺将具有微槽阵列的所述薄铜箔转移到所述液态介质层的表面,令所述液态介质层迅速与所述薄铜箔紧密接触;
S4:将印制电路板表面的液态介质层进行光或热固化处理为固态介质层,使所述薄铜箔与所述固态介质层连成一体;
S5:定点刻蚀去除填充于所述微槽阵列的所述固态介质层形成的介质层柱上表面和侧表面的薄铜箔以及该介质层柱,保留的所述薄铜箔的剩余部分形成铜线路;
S6:在所述印制电路板表面加工阻焊层,得到成品印刷电路板。
2.根据权利要求1所述的一种结合模具压印与固化工艺加工印刷电路板的方法,其特征在于:所述步骤S5中使用机械铣削工艺或激光、电子束定点刻蚀工艺以去除填充于所述微槽阵列的所述固态介质层形成的介质层柱上表面和侧表面的薄铜箔以及该介质层柱。
3.根据权利要求1所述的一种结合模具压印与固化工艺加工印刷电路板的方法,其特征在于,所述步骤S5中使用湿法工艺去除介质层表面凸出的铜箔层和固态介质层,所述湿法工艺包括如下步骤:
S51:通过旋涂工艺在所述固态介质层和薄铜箔的结合体上方涂覆光致抗蚀剂层;
S52:通过光刻工艺在所述光致抗蚀剂层上形成固化的光刻图案层;
S53:通过显影工艺,去除光刻图案层以外的光致抗蚀剂层,留下光刻图案层作为掩膜;
S54:刻蚀薄铜箔上的铜微槽的壁面;
S55:刻蚀所述介质层柱,去除剩余的光致抗蚀剂层,得到图案化的铜线路。
4.根据权利要求1所述的一种结合模具压印与固化工艺加工印刷电路板的方法,其特征在于:所述步骤S1中,加工具有微米阵列槽的模具的工艺包括飞秒激光冷加工工艺或电子束/离子束加工工艺;使用激光束或电子束/离子束对模具的表面进行刻蚀。
5.根据权利要求1所述的一种结合模具压印与固化工艺加工印刷电路板的方法,其特征在于:步骤S3中薄铜箔与液态介质层结合时采用外力预紧或退火工艺的方法,以使得液态介质层完全充盈薄铜箔下方的凹槽;退火温度为200~400℃,退火持续时间为1h~2h。
6.根据权利要求1所述的一种结合模具压印与固化工艺加工印刷电路板的方法,其特征在于:所述步骤S1中,将所述模具置于马弗炉中加热,预热温度为200℃~800℃,预热时间为30min~1h。
7.根据权利要求1所述的一种结合模具压印与固化工艺加工印刷电路板的方法,其特征在于:所述步骤S2中,所述液态介质层包括固化后为硬质的聚合物或固化后为柔性的聚合物。
8.根据权利要求1所述的一种结合模具压印与固化工艺加工印刷电路板的方法,其特征在于:所述步骤S2中,真空处理的气压为0.5托~0.8托,处理时间为30min~1h。
9.根据权利要求1所述的一种结合模具压印与固化工艺加工印刷电路板的方法,其特征在于:所述步骤S4中,所述液态介质层的固化方式包括紫外光固化或者高温热固化,其中高温热固化温度介于80~450℃,高温持续时间30min~1h。
10.根据权利要求1所述的一种结合模具压印与固化工艺加工印刷电路板的方法,其特征在于,所述步骤S6中加工阻焊层包括如下步骤:压合绝缘层,表面处理,通过丝网印刷工艺设置阻焊剂,除去阻焊剂气泡。
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