CN113207237A - 一种纳米金属辅助定向电镀及电解的线路成型与修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纳米金属辅助定向电镀及电解的线路成型与修复方法，包括：确定待修复的金属线路板上的待修复区域/确定待成型的金属线路板上的待成型区域，对金属线路板接电，其中修复时接负电，成型时接正电；将接电后的金属线路板浸没在金属盐溶液中，利用金属探针移动到待修复/成型区域上方，修复时给金属探针通正电，成型时给金属探针通负电，利用电势差使金属盐还原成金属微粒进行修复，或电解腐蚀金属线路板以进行成型。本发明通过细探针的使用，使电场局域化，从而实现区域化高精度电镀、电解；本方法有助于提高工业中精细线路板的成型效率和精细线路板的利用率。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，具体涉及一种纳米金属辅助定向电镀及电解的线路成型与修复方法。
背景技术
精细线路板是电子元器件的支撑体和电气连接的载体，随着电子产品朝着小型化、数字化发展，印制电路板也朝着高密度，高精度，细孔径，细导线，细间距，高可靠，多层化，高速传输，轻量，薄型方向发展，对精细线路的成型及修复提出了更高的要求。
对精细线路成型常用的方法是采用图形电镀进行线路制作，首先需要制作出预设线路图形凹槽，完成线路电镀后，还需要退膜及蚀刻等步骤，线路制作的工艺较为复杂，且该方法难以用于对存在缺陷的线路进行修复。
对精细线路的缺陷修复可以采用基于键合机原理与装备的方法，传送键合丝于线路缺陷位置并通过激光照射键合丝，完成线路缺陷修复。然而键合丝质地较为柔软在激光照射下或键合丝传送过程中容易产生变形，对线路缺陷修复的操作造成一定困难；还可以采用激光熔覆玻璃板上沉积的薄铜层的方法。将玻璃板有薄铜层一面覆盖在线路缺陷位置，通过激光透过玻璃，照射线路缺陷位置使铜层熔覆，移除玻璃板后即可完成缺陷线路的修复。然而过高的能量将导致薄铜层熔覆的线路过宽，易与其他线路连接引起短路，能量较小则不起效果，且需要调节激光聚焦于玻璃板下，工艺较为复杂。
发明内容
本发明针对精细线路板的成型与修复，提供一种精准度及效率高的纳米金属辅助定向电镀及电解的线路成型与修复方法，以有效克服现有线路成型及修复方法中存在的工艺复杂及局限性问题。
为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：
一种纳米金属辅助定向电镀的线路修复方法，该方法对于需要采用局部电镀工艺进行修复的铜线路板，进行以下步骤：
a)检测金属线路板缺陷所在位置，并确定待修复区域；
b)使用通电导线直接接触方式对金属线路板接电，使金属线路板整体带负电；
c)将通电的金属线路板置于金属盐溶液中，使金属盐溶液完全浸没线路板；
d)使用一根金属探针移动到距离金属线路板上待修复区域正上方，给金属探针通上正电，使金属线路板与金属探针之间产生电势差，在金属线路板缺陷区域形成局部电流，促使金属盐还原成金属微粒附着在金属线路板缺陷处；随着金属探针按照预设的轨迹移动，完成对金属线路板上所有缺陷部位的修复。
进一步地，所述金属盐溶液的质量分数为1％-15％，金属探针的直径为5μm-1000μm，金属探针移动到距离金属线路板上待修复区域正上方1μm-500μm处，金属线路板与金属探针之间产生的电势差为0.1V-10V。
进一步地，当金属线路板采用铜线路板时，对于需要电镀修复的缺陷区域，在将其浸入铜盐溶液前在其上先喷涂一层纳米铜粉或者将纳米铜颗粒加入溶剂中配制成液体或膏体通过喷嘴或滴嘴送至铜线路板上的缺陷位置；所述纳米铜颗粒的粒径尺寸为5nm-5μm；所述纳米铜颗粒的颗粒形状为球形、线型或不规则形状中的一种，或者所述纳米铜颗粒由多种形状不同的颗粒混合而成。
进一步地，在金属线路板下方0.1-5mm处放置一块通正电的且与金属线路板尺寸相同或相近的平板，使溶液中金属离子区域浓度改变，增大电镀区域金属离子的浓度，提高电镀效率。
一种纳米金属辅助定向电解的线路成型方法，对于需要采用局部电解工艺进行成型的金属线路板，进行以下步骤：
a)根据工艺要求确定金属线路板上的待成型区域；
b)使用通电导线直接接触方式对金属线路板接电，使金属线路板整体带正电；
c)将通电的金属线路板置于金属盐溶液中，使溶液完全浸没线路板；
d)使用一根金属探针，或与待成型区域形状相适配的电极移动到距离线路板上待成型区域正上方，给金属探针通上负电，使金属线路板与金属探针之间产生电势差，在金属线路板待成型区域形成局部电流，促使金属线路板局部电解腐蚀，金属探针按照预设的轨迹移动在金属线路板上不断局部电解腐蚀形成纹路，达到线路成型的目的。
进一步地，所述金属盐溶液的质量分数为1％-15％，金属探针的直径为5μm-1000μm，金属探针移动到距离金属线路板上待成型区域正上方1μm-500μm处，金属线路板与金属探针之间产生的电势差为0.1V-10V。
进一步地，所述的金属线路板为待修复/待成型的铜线路板或其他金属线路板；对应地，所述金属盐溶液为铜盐溶液或与金属线路板中的金属相同的金属盐溶液。
进一步地，对金属线路板的接电为恒定电压或振动式电压；施加的交流电的正压、负压可以相等或不等。
进一步地，采用超声波发射装置辅助电镀或电解，超声波发射装置跟随金属探针移动；其中，在电镀修复时在金属探针处加正电压，在电解成型时在金属探针处加负电压。
进一步地，所述金属盐溶液可为中性，弱酸性(pH:2-7)或弱碱性(pH:7-13)。
进一步地，所述金属探针应具有高导电性，金属探针为银针、铜针、铝针或合金针。
进一步地，金属探针仅在针头部分导电，其他部分做密封绝缘处理；当金属针头附着较多金属微粒时，使用有机溶液对探针的表面进行清洗，然后根据残余金属微粒的去除程度对金属探针进行加热处理。
进一步地，在完成修复/成型工作后，进行下面的后续处理步骤：
e)进行湿法清洗，使用有机溶液对金属线路板的表面进行清洗，然后根据残余纳米金属颗粒的去除程度对线路板进行加热；
f)进对清洗完后的线路板进行钝化，印涂炭油墨及其他后续工艺。
与现有技术相比，本发明具有以下技术特点：
1.传统电镀手段存在电场不均，厚度不一致等问题，无法实现逐点、高精度选择性电镀；本方法通过细探针的使用，使电场局域化，从而实现区域化高精度电镀、电解；本方法有助于提高工业中精细线路板的成型效率和精细线路板的利用率。
2.本发明中对线路板或探针通振动式电压，代替原有的恒定电压，这使得溶液中的电场处于动态变化过程，这一方法可以促进溶液中离子的扩散，保持离子浓度均匀，维持电镀、电解过程中的稳定性。
3.本发明通过超声处理，可进一步促进了溶液中离子的扩散疏运，维持离子浓度稳定，且可以促进电解过程的进行。
附图说明
图1为本发明一个实施例中对于待成型的铜线路板进行成型的示意图；
图2为本发明的一个实施例中对于待修复的铜线路板进行修复的示意图；
图3为在实施例2基础上添加喷涂纳米铜粉步骤的示意图；
图4为图1的俯视示意图；
图5为图2的俯视示意图。
具体实施方式
参见图1，本发明的方案一公开了一种纳米金属辅助定向电镀的线路修复方法，该方法对于需要采用局部电镀工艺进行修复的铜线路板，包含以下步骤：
a)用自动光学检测技术(AOI)检测金属线路板缺陷所在位置，并确定待修复区域。
b)使用通电导线直接接触方式对金属线路板接电，使金属线路板整体带负电。
c)将通电的金属线路板置于质量分数为1％-15％的金属盐溶液中，使金属盐溶液完全浸没线路板。
d)使用一根直径为5μm-1000μm的金属探针移动到距离金属线路板上待修复区域正上方1μm-500μm处，给金属探针通上正电，使金属线路板与金属探针之间产生0.1V-10V的电势差，在金属线路板缺陷区域形成局部电流，促使金属盐还原成金属微粒附着在金属线路板缺陷处，起到将断开的线路重新连接的作用；随着金属探针按照预设的轨迹移动，完成对金属线路板上所有缺陷部位的修复。
完成上述修复工作后，还可以进行下面的后续处理步骤：
e)进行湿法清洗，使用有机溶液对金属线路板的表面进行清洗，然后根据残余纳米金属颗粒的去除程度对线路板进行适当加热。
f)对清洗完后的线路板进行钝化，印涂炭油墨等后续工艺。
本发明的方案二还公开了一种纳米金属辅助定向电解的线路成型方法，对于需要采用局部电解工艺进行成型的金属线路板，包含以下步骤：
a)根据工艺要求确定金属线路板上的待成型区域；
b)使用通电导线直接接触方式对金属线路板接电，使金属线路板整体带正电。
c)将通电的金属线路板置于质量分数为1％-15％的金属盐溶液中，使溶液完全浸没线路板。
d)使用一根直径为5μm-1000μm的金属探针移动到距离线路板上待成型区域正上方1μm-500μm处，给金属探针通上负电，使金属线路板与金属探针之间产生0.1V-10V的电势差，在金属线路板待成型区域形成局部电流，促使金属线路板局部电解腐蚀，金属探针按照预设的轨迹移动在金属线路板上不断局部电解腐蚀形成纹路，达到线路成型的目的。
完成上述成型工作后，还可以进行下面的后续处理步骤：
e)进行湿法清洗，使用有机溶液对金属线路板的表面进行清洗，然后根据残余纳米金属颗粒的去除程度对线路板进行适当加热。
f)进对清洗完后的线路板进行钝化，印涂炭油墨等后续工艺。
在上述本发明的方案一、方案二中，所述的金属线路板可以为待修复/待成型的铜线路板或其他金属线路板；对应地，在方案一的c)以及方案二的c)中，所述金属盐溶液为铜盐溶液或与金属线路板中的金属相同的金属盐溶液；例如，在一个实施例中当金属线路板为铜线路板时，所述金属盐溶液可采用铜盐溶液，铜盐溶液可以为硫酸铜、氯化铜等溶液。
方案一中，当采用铜线路板时，对于需要电镀修复的缺陷区域，在将其浸入高浓度铜盐溶液前可在其上先喷涂一层纳米铜粉或者将纳米铜颗粒加入溶剂中配制成液体或膏体通过喷嘴或滴嘴送至铜线路板上的缺陷位置；所述纳米铜颗粒的粒径尺寸为5nm-5μm；所述纳米铜颗粒的颗粒形状为球形、线型或不规则形状中的一种，或者所述纳米铜颗粒由多种形状不同的颗粒混合而成。
方案一的b)以及方案二的b)中，对金属线路板的接电可以为恒定电压或振动式电压；当采用振动式电压时，可调控金属离子的运输稳定性，便于电镀过程的稳定控制或线路中金属原子电解后的输运过程；另外，施加的交流电的正压、负压可以不等，便于电镀的稳固或电解后的分离。
进一步地，所述金属盐溶液可为中性，弱酸性(pH:2-7)或弱碱性(pH:7-13)，在弱碱性或弱酸性的环境下可以减缓电解或电镀速度，从而提升加工精度。
在一个实施例中，方案一和方案二分别对铜线路板进行修复、成型，则方案一的c)以及方案二的c)中均可以采用例如0.568mol/L的硫酸铜溶液。
在一个实施例中，方案一的d)以及方案二的d)中所述金属探针应具有高导电性，例如可以是银针、铜针、铝针或合金针等。
作为上述技术方案的进一步优化，在方案一的d)以及方案二的d)中，根据缺陷大小或待成型区域大小适配进行修复/成型的金属探针的直径，在修复或腐蚀成型时，在电解液环境下，对金属探针和金属线路板通电，会在针头与线路板间形成局部电流，探针按照预设轨迹进行三轴运动，修复线路断裂等缺陷或在线路板上腐蚀出纹路，同时金属探针仅在针头部分导电，其他部分做密封绝缘处理，避免金属探针上因发生还原反应而附着金属微粒。当金属针头附着较多金属微粒时，使用有机溶液对探针的表面进行清洗，然后根据残余金属微粒的去除程度对金属探针进行适当加热。
为了提升方案的效率，在方案一的d)以及方案二的d)中，可用超声波发射装置辅助电镀或电解，超声波发射装置跟随金属探针移动；其中，在电镀修复时在金属探针处加正电压，在电解成型时在金属探针处加负电压；超声进一步促进了金属盐溶液中离子的扩散疏运，维持离子浓度稳定，且可以促进电解过程的进行。
对于方案一，在方案1的d)中，可在金属线路板下方0.1-5mm处放置一块通正电的与线路板尺寸相近的平板，使溶液中金属离子区域浓度改变，增大电镀区域金属离子的浓度，提高电镀效率。
对于方案二，如需要形成特殊形状的线路板，可用不同形状的金属电极替换金属探针配合形成所需的特殊形状，如使用矩形金属电极，可在金属线路板上快速刻出较宽的纹路。
实施例1
参见图1，对于待成型的10×10mm铜线路板1，采用以下步骤进行成型：
1)根据工艺要求确定铜线路板上的待成型区域3。
2)使用通电导线直接接触方式，在铜线路板1上通电，使铜线路板1整体带正电。
3)将通电的铜线路板1置于质量分数为10％的硫酸铜溶液4中，使硫酸铜溶液4完全浸没铜线路板1。
4)使用一根直径为50μm的高导电性金属探针2移动到距离线路板1上待修复区域正上方100μm处，给金属探针2通上负电，使线路板1与探针2之间产生3V的电势差，在线路板1待成型区域形成局部电流，促使铜线路板1局部电解腐蚀，探针2按照预设的轨迹移动在线路板1上不断局部电解腐蚀形成纹路，达到线路成型的目的。
实施例2
参见图2，对于待修复的9x9mm的再布线层铜线路板5，采用以下步骤进行修复：
1)用自动光学检测技术确定铜线路板5缺陷所在位置，确定修复区域7。
2)使用通电导线直接接触方式，在铜线路板5通电，使铜线路板5整体带负电。
3)将通电的铜线路板5置于质量分数为7％的氯化铜溶液中，使溶液完全浸没铜线路板5。
4)使用一根直径为30μm的高导电性金属探针6移动到距离线路板上5待修复区域正上方100μm处，给金属探针6通上正电，使线路板5与探针6之间产生5V的电势差，在线路板5缺陷区域形成局部电流，促使铜盐还原成金属铜微粒附着在线路板缺陷处，起到将断开的线路重新连接的作用，从而修复电路板5。
实施例3
实施例3与实施例2基本相同，不同之处在于实施例3在步骤1)与2)之间还包括以下步骤：
将聚乙烯吡咯烷酮包覆的粒径为50nm的纳米铜颗粒8加入乙二醇配置成固体含量为80％的铜膏通过滴嘴送至铜线路板7缺陷位置。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种纳米金属辅助定向电镀的线路修复方法，其特征在于，该方法对于需要采用局部电镀工艺进行修复的铜线路板，进行以下步骤：
a)检测金属线路板缺陷所在位置，并确定待修复区域；
b)使用通电导线直接接触方式对金属线路板接电，使金属线路板整体带负电；
c)将通电的金属线路板置于金属盐溶液中，使金属盐溶液完全浸没线路板；
d)使用一根金属探针移动到距离金属线路板上待修复区域正上方，给金属探针通上正电，使金属线路板与金属探针之间产生电势差，在金属线路板缺陷区域形成局部电流，促使金属盐还原成金属微粒附着在金属线路板缺陷处；随着金属探针按照预设的轨迹移动，完成对金属线路板上所有缺陷部位的修复。
2.根据权利要求1所述的纳米金属辅助定向电镀的线路修复方法，其特征在于，所述金属盐溶液的质量分数为1％-15％，金属探针的直径为5μm-1000μm，金属探针移动到距离金属线路板上待修复区域正上方1μm-500μm处，金属线路板与金属探针之间产生的电势差为0.1V-10V。
3.根据权利要求1所述的纳米金属辅助定向电镀的线路修复方法，其特征在于，当金属线路板采用铜线路板时，对于需要电镀修复的缺陷区域，在将其浸入铜盐溶液前在其上先喷涂一层纳米铜粉或者将纳米铜颗粒加入溶剂中配制成液体或膏体通过喷嘴或滴嘴送至铜线路板上的缺陷位置；所述纳米铜颗粒的粒径尺寸为5nm-5μm；所述纳米铜颗粒的颗粒形状为球形、线型或不规则形状中的一种，或者所述纳米铜颗粒由多种形状不同的颗粒混合而成。
4.根据权利要求1所述的纳米金属辅助定向电镀的线路修复方法，其特征在于，在金属线路板下方0.1-5mm处放置一块通正电的且与金属线路板尺寸相同或相近的平板，使溶液中金属离子区域浓度改变，增大电镀区域金属离子的浓度，提高电镀效率。
5.一种纳米金属辅助定向电解的线路成型方法，其特征在于，对于需要采用局部电解工艺进行成型的金属线路板，进行以下步骤：
a)根据工艺要求确定金属线路板上的待成型区域；
b)使用通电导线直接接触方式对金属线路板接电，使金属线路板整体带正电；
c)将通电的金属线路板置于金属盐溶液中，使溶液完全浸没线路板；
d)使用一根金属探针，或与待成型区域形状相适配的电极移动到距离线路板上待成型区域正上方，给金属探针通上负电，使金属线路板与金属探针之间产生电势差，在金属线路板待成型区域形成局部电流，促使金属线路板局部电解腐蚀，金属探针按照预设的轨迹移动在金属线路板上不断局部电解腐蚀形成纹路，达到线路成型的目的。
6.根据权利要求5所述的纳米金属辅助定向电解的线路成型方法，其特征在于，所述金属盐溶液的质量分数为1％-15％，金属探针的直径为5μm-1000μm，金属探针移动到距离金属线路板上待成型区域正上方1μm-500μm处，金属线路板与金属探针之间产生的电势差为0.1V-10V。
7.根据权利要求5所述的纳米金属辅助定向电解的线路成型方法，其特征在于，所述的金属线路板为待修复/待成型的铜线路板或其他金属线路板；对应地，所述金属盐溶液为铜盐溶液或与金属线路板中的金属相同的金属盐溶液。
8.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，对金属线路板的接电为恒定电压或振动式电压；施加的交流电的正压、负压可以相等或不等。
9.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，采用超声波发射装置辅助电镀或电解，超声波发射装置跟随金属探针移动；其中，在电镀修复时在金属探针处加正电压，在电解成型时在金属探针处加负电压。
10.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，金属探针仅在针头部分导电，其他部分做密封绝缘处理；当金属针头附着金属微粒时，使用有机溶液对探针的表面进行清洗，然后根据残余金属微粒的去除程度对金属探针进行加热处理。
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|---|---|---|---|
| CN202110276041.3A CN113207237B (zh) | 2021-03-15 | 2021-03-15 | 一种纳米金属辅助定向电镀及电解的线路成型与修复方法 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20240263334A1 (en) * | 2023-02-03 | 2024-08-08 | Luxshare Precision Industry(Chuzhou), Ltd. | Process method for controlling glossiness of electroplated nickel-layer |
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| JPH03226589A (ja) * | 1990-01-30 | 1991-10-07 | Mitsubishi Electric Corp | 部分電気メッキ方法及びその装置 |
| CN1206754A (zh) * | 1997-07-01 | 1999-02-03 | 德国汤姆逊-布朗特公司 | 除去和/或施加导电材料的方法和装置 |
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-
2021
- 2021-03-15 CN CN202110276041.3A patent/CN113207237B/zh active Active
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