CN115474343A - 用激光在掩膜上开口经化学镀制造导电图案的方法、软件及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用激光在掩膜上开口经化学镀制造导电图案的方法、软件及设备，其方法的特征在于：把掩蔽膜覆合在工件表面上，用激光去除掩蔽膜材料得到开口，化学镀处理工件至解胶，去除掩蔽膜，进行后续的化学镀流程。软件的特征在于：是一种用于数据处理的CAM软件，可以设计或选择膜的品种和厚度；可以设计或选择激光对材料的加工路径。设备的特征在于：采用动态偏转、反射激光束的光路设计；采用边加工边吸气集尘的负压加工设计。本发明在工件上覆合掩蔽膜，直接用激光制造开口，形成化学镀掩蔽膜图案，实现图形化的化学镀覆金属生产；开口精度、质量高；制造的流程简单；适用于高精密电路、各种需要功能图案的零部件生产。

Description

用激光在掩膜上开口经化学镀制造导电图案的方法、软件及 设备

技术领域

本发明及激光加工技术领域，具体为用激光在掩膜上开口经化学镀制造导电图案的方法、软件及设备。

背景技术

当今世界，电子产品无所不在。电子产品最重要的部件之一就是电路板，它是各个元器件的间的电气连接通道，在很大程度上，决定着电子产品的电气参数和电气逻辑关系。

目前，生产电路板的过程围绕制导电图案、制金属化孔、制阻焊图案及对焊接区进行表面处理，大都采用间接的湿法完成。即先往孔壁上沉积初始导电层，再电镀用铜金属加厚孔壁导电层至需要的厚度，从而，使覆合在绝缘材料两面的铜箔，通过加在孔壁上的铜金属，即金属化孔实现电气连通。孔金属化后的在制电路板，进入图形转移工序，经过贴光敏膜、曝光、显影完成图形转移，将线路区需要保留的铜箔区域和孔用掩蔽膜遮挡，将非线路区域需要去除的铜箔裸露出来。在蚀刻工序，喷射到在制板表面上的蚀刻液与裸露的铜箔发生反应，使金属铜溶解在蚀刻液中被从在制板表面去除，而线路区和孔壁上的铜由于被掩蔽，留在了绝缘板表面，制得双面电路板。

上述过程的一个特点是要使用化学镀、电镀、显影、蚀刻、去膜等专用的化学药液，环境负担大；另外一个特点是要先在绝缘材料上覆合铜箔，经过图形转移、蚀刻等等复杂的制造过程将不需要的铜箔去除，是个减材的过程，也是个间接制造过程，流程长、精度差、材料和制造成本高。

电路板技术的一个分支，是在三维绝缘工件上制作导电图形。其中，3D-MID，即三维模塑互连器件(Three Dimensional Molded Interconnect Device)，是在注塑成型的工件的绝缘表面上，制造导电图案，形成集塑料壳体的支撑、防护等功能以及由机械实体与导电图形结合而产生的屏蔽、天线等功能于一体的电子器件。因为3D-MID既有机械功能，又有电气功能，也被称为三维机电集成器件(Three Dimensional Mechatronic IntegratedDevice)。

最近几年，增材制造技术的广泛应用，为已有的3D-MID技术开辟了新的应用机会，在增材法技术制造(Additive Manufacturing)得到机械结构件的绝缘表面上，进行3D-MID加工，就可以得到具有机械功能的各种三维机电集成器件，能将智能、通信和感知、控制功能集成在机械系统中，起到增加性能、改善装配空间和降低成本的作用。

3D-MID的制造，有减成法、加成法和半加成法等多种技术。技术的本质，是按照布局、布线图案，在绝缘材料上选择性制造导电材料层，用不同形状和性能的绝缘基材与不同图案结构的导电层相配合，去实现设计要求的电气、机械等功能。不论哪种方法，对产品的基本要求都包括：导电层电气性能良好，并且与绝缘基材有足够的附着力；导电图案的几何形状准确，与绝缘基材的相对位置准确。

塑料化学镀技术，与上游的塑料材料、药液、设备，以及塑料化学镀技术在不同领域的分支，包括在电子行业的应用，已经形成制造产业链，是现代工业中不可或缺的一种基础技术。塑料化学镀技术与电镀技术结合，可以满足3D-MID对导电层的附着力、电气性能要求。激光，一种高能量光子流，在数字化系统控制下，定位准，尺寸精细，一致性好，选择性好，可以满足3D-MID对导电图案尺寸、位置精度要求。目前，用激光加工在绝缘基材上选择被添加导电图案区域，用塑料化学镀，或塑料化学镀后再电镀在被选择的区域上沉积导电金属的“塑料化学镀+激光方法”得到了广泛应用。

德国发明人Gerhard Naundorf和Horst Wissbrock，在专利DE 197 23 734和DE197 31 346 及各自对应的专利US6,319,564和US6,696,173中，介绍了当时用激光产生化学镀所需种子的方法，并公开了将不导电的，含重金属钯/Pd/palladium的有机金属螯合物，涂覆于多孔绝缘材料表面，再用波长为248nm的准分子激光破坏有机物质与金属物质间的配合作用，露出金属钯，作为后续化学镀时沉积金属物质的种子，实现在绝缘材料上选择性制造导电图案的技术方案。这两位发明人，在专利DE 101 32 092和US7,060,421B2中还公开了在热固性塑料中掺入不导电的，含铜元素和另一种阳离子的尖晶石类金属氧化物，再用激光光蚀塑料释放出金属核并形成粗糙的表面，作为后续化学镀时成核种子和金属物质附着的起始区的制电路结构方案，以便消除之前技术存在的成核物质比例大，不耐无铅焊接高温，不容易进行注塑等问题。针对这两位德国发明人专利的局限，中国发明人林云等，在申请公布号为 CN103589065A的《含二茂金属酰腙型配合物的复合材料及制备方法》专利中，以及中国专利持有人深圳市微航磁电技术有限公司，在申请公布号CN 101859613A的《立体电路制造工艺及激光塑胶原料的复合组份、制造方法》的专利中，都提出了新方案，采用了替代性物质或改进性物质作为添加剂，掺入塑料中，以在激光加工后，释放出后续化学镀沉积金属用的种子。与向绝缘塑料本体均匀掺加活性物质不同，专利申请人深圳市泛友科技有限公司，在申请公布号CN102242354 A的《选择性化学镀工艺和相应的激光涂料及其制备方法》专利中，公布了一种制造3D-MID方法。该方法中，将含有活性金属氧化物添加剂的涂料，涂覆在塑料物体表面，用以在激光加工后，释放出能在化学镀沉积金属起种子作用的物质。

基于金属氧化物可以释放出金属的思路，在专利DE102006017630.8中，发明人Gerhard Naundorf还公开了用激光加工含氮化铝材料，释放出铝物质，作为后续化学镀时的起始活性物质的技术方案。为了解决掺入的含铜、铬金属氧化物导致塑料热降解问题，专利 US9,676,927B2公布了用无机硅酸盐作为金属氧化物的包覆壳，形成核-壳结构，掺入塑料中，然后再用激光加工的方案。申请公布号CN 103088321 A的专利《塑料基材上选择性形成金属的结构及制造方法》申请中，持有人深圳市微航磁电技术有限公司提出了另外一种核壳添加剂方案。方案中，用偶联剂包覆含镍和锌的无机盐、氧化锡铟材料后，形成核壳结构的添加剂，掺入塑料中，在激光加工后，可以释放出活性基团，作为化学镀沉积金属的种子。

在塑料内预先掺入某种活性物质技术不断发展的同时，也出现了塑料内部不掺加活性物质制电路结构的技术。专利CN106211611A《在非导电性基板表面建立连续导电线路的方法及导电线路》、CN105744749A《于基材绝缘表面形成导电线路的方法》、CN103477725A《在非导电性基板表面建立连续导电线路的无害技术》公开了在绝缘材料上加成法制导电结构的技术方案，这些方法基于通用的塑料化学镀和电镀技术，在对工件全局性进行活化，及进行化学镀加工之后，用激光沿需要的导电图案的外包络线去除添加在绝缘材料表面上活性金属基团，或者用激光沿需要的导电图案的外包络线去除绝缘材料表面上的化学镀沉积金属层及其下面的活性金属基团，使需要的导电图案与非图案区电气绝缘，成为电气分离的两个区域；然后，进行区域选择性电镀，只往需要的电路图案区域上电镀导电金属，使导电图案区域的导电层厚度大于非导电图案区域的导电层厚度；最后，用差分蚀刻等方法去除原来活化和化学镀沉积在非导电图案区域上的未经电镀加厚薄导电层，制成产品。专利CN1039995559A《导电迹线结构的制备方法及具有导电迹线结构的基材》、CN104221135A《双面电路板及其制备方法》、CN103547055A《具有电路图案的电路基板及其制造方法》、CN104451794A《镀层厚度均匀之电镀方法及其产品》、CN104902710A《具有二维线路结构的壳体及其制造方法》，对上述专利方法进行了改进，在进行活化及化学镀之前，增加了用激光在绝缘材料表面上预制导电图案步骤，即用激光进行区域选择性加工，仅粗化需要的导电图案区域的表面，以增加导电层与绝缘材料的附着力；再后，进行全局性活化和化学镀，即在工件全部区域上添加活性金属基团，在工件全部区域上用化学镀方法在材料上添加第一金属层；随后，用激光沿选定的路径去除绝缘材料表面上的化学镀沉积金属层及其下面的活性金属基团，形成绝缘沟道，把活化金属基团层及其上的第一金属层分离成为相互电气绝缘的两个区域；随后，进行区域选择性电镀，仅在含导电图案的区域上电镀沉积第二金属层；最后，利用差分腐蚀或利用表面附着力的差异去除非导电图案区域的导电材料，获得产品。在申请公布号CN102612271A《结构件上的立体电路及其制作方法》的专利中，发明人王咏等，公布了先涂覆导电涂料，再用激光移除导电图案以外多余的导电材料的不用塑料化学镀的技术方案。

申请人深圳市泛友科技有限公司，在申请公布号CN104975276A《在塑料表面形成选择性金属线路的方法及塑料部件》的专利中，提出了双粗化技术方案，即先对塑料工件的图案区域进性激光粗化，然后再进行化学粗化，以形成对活性基团更强的附着力，随后再进行化学镀导电层制出导电结构。为了改善塑料的表面性能，在US9,924,601B2中，专利申请人LPKF Laser&Electronics AG公开了一种增加塑料件表面粗糙度的方法。该方法使用激光，在注塑模具上制造微结构，工件成型时，这些微结构就嵌入到塑料工件需要制造导电图案区域的表面，因此增加了导电图案区域的表面积，使得该区域与经过化学镀添加的导电层的结合力增加，因此，可以实现选择性地在塑料上制造导电图案的目的。在专利申请CN108476588A中，申请人等离子创新有限公司/Plasma Innovations和LPKF激光和电子股份公司，公开了根据绝缘材料表面性能不同，制造导电结构的方法。通过处理绝缘材料表面，把工件表面分成表面性能不同的两类区域，其中一个区域与导电材料的附着力明显小于另外一个区域，用激光、等离子、化学等方法往工件上涂覆导电材料，然后，控制移除的强度，用干冰清洗等移除方法仅移去与导电材料附着力较小区域上的导电材料，形成导电结构。

这些涉及到在塑料上制造导电结构的专利可以归纳成三类：在塑料中掺活性材料，激光选择性加工，仅释放导电图案区域的活性基团，再区域性化学镀类；全局性活化、化学镀，用激光去除导电材料，对工件表面进行电气分区，局域性电镀类；用激光直接或间接用于在导电图案区域制作粗化表面，以及激光选择性涂覆导电材料类。

第一类专利的技术方案围绕向塑料中掺入可被激光激活的物质进行，被添加的活性物质，一方面在激光加工后裸露在导电图案区域起种子的作用，利于后续的化学镀过程中有更多的活性基团和金属沉积；另一方面，激光加工裸露这些活性物质的过程，也在某处程度上增加了导电图案区域的塑料表面的粗糙度。这类专利的特点在于，在活性基团和增大的表面粗糙度两种作用下，再经过化学镀，最终，在塑料工件上获得导电结构。但是，不得不注意到，掺入活性物质可能定会推高塑料的成本，增加加工过程的复杂性，而且，这些活性物质还可能对塑料固有的性能产生负面影响。

第二类专利的技术方案围绕着化学镀活化后，或化学镀之后，用激光去除活性基团，或者去除化学镀层及其下的活性基团，制出绝缘沟道，以将需要的导电图案区域与非导电图案区域电气隔离，这样，就能仅在图案区域上电镀导电金属，使图案区域导电层厚度远远大于非图案区域导电层厚度，然后，就可以用差分腐蚀等技术去除非图案区域的导电层，从而在绝缘材料上获得需要的导电线路。可是，这类专利中，并没有解决普通的化学镀镀前的粗化流程环境负担过大的问题，而且，对于激光加工参数的技术描述过于笼统，参照实施并不容易。

第三类专利的技术方案关注了塑料化学镀前的粗化步骤，在直接地在图案区制造粗糙表面，或者间接地在图案区域制造粗糙表面后，进行塑料化学镀、电镀沉积导电层，最后，控制移除强度，只移除沉积在导电图案区域以外的多余的导电材料，制出产品。其中，在US9,924,601B2专利中，给出了判断粗糙度的尺度；在CN108476588A专利中，给出了与粗糙度相关的附着力的大小的判断数值，以及去除非图案区域导电层的方法和装置。这类方法虽然意识到粗化对附着力的作用，但在技术上仍有细节问题需要解决，特别是涉及激光参数的选择方面，还需要更多的、可量化的、可实施的信息。

近年来，一方面激光器技术又有很大进步，功率大、脉冲重复率高、脉冲持续时间短，从而大幅度提升了激光光束产生的性能价格比；另一方面，电子产品的进一步精细化、多功能化和应用的广泛化，对3D-MID的质量、成本产生了更高要求。

除此之外，对普通电路板导电图案几何尺寸的精确度，对其导线的精细度的要求更是与日俱增。不仅如此，对普通电路板还要求成本更低，制程更可靠。

综合上述技术信息和专利方案，可以看出，激光加工与塑料化学镀结合的方法是当前 3D-MID制造行业的主流技术。如果，有一种技术，既能解决目前3D-MID制造中难于实现对所有材料都能有效的实现足够的选择性、难于产生足够的附着力问题；又能用于普通的电路板制造，解决普通电路板制造中导电图案几何精度低、中间步骤多的问题；并且，还能充分利用当今激光器功率大、脉冲重复率高和脉冲持续时间短的先进性，物尽其用，达到三全其美效果，这样，通过数字化应用激光直接制造，就必定能在质量、效率和实用性以及经济、环保方面，大幅度的将3D-MID技术、普通电路板技术提升到一个新技术水平。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种用激光在掩膜上开口经化学镀制造导电图案的方法、软件及设备，可直接用设计数据操作激光束，在掩蔽膜上开口，化学镀流程化镀前，去除掩蔽膜，再化镀制造导电图案。开口精度、质量高；制造的流程简单、快捷、柔性大，环境友好，操作容易，材料、设备易得，成本低。既适合适合在绝缘材料上制造各种高性能导电图案、功能图案的3D-MID生产；还可用于高精密电路、各种需要功能图案的零部件生产。

用激光在掩膜上开口经化学镀制造导电图案的方法，将掩蔽膜覆合在工件表面上，用激光去除掩蔽膜材料得到开口，化学镀处理工件至解胶，去除掩蔽膜，进行后续的化学镀流程；其具体步骤为：

(A1)覆合掩蔽膜，即将膜材料压合或将液体掩蔽材料涂覆在工件表面上；

(A2)钻孔，用机械方法或激光加工钻覆有掩蔽膜的工件，形成通透的孔或盲孔；

(A3)直接激光开口，即用在CAM软件中生成的开口加工路径驱动设备，通过激光切割、去除的手段，制造开口；

(A4)活化，按化学镀流程处理工件至完成解胶；

(A5)去掩蔽膜，揭掉或溶掉工件表面的掩蔽膜；

(A6)化学镀，进行后续的化学镀流程。

优选的，步骤(A1)中，掩蔽膜包括金属箔、高分子薄膜等已经成膜的材料，以及液态、膏状的可成膜材料；工件为无机绝缘材料、有机绝缘材料、有机和无机复合绝缘材料膜、板，以及三维形状体，包括热塑成型和3D打印成型的形状体。

优选的，步骤(A1)中，已经成膜的箔、膜材料分工作面和粘接面，工作面表面光滑，粘接面涂覆有可剥离胶粘剂，包括压敏胶粘剂；箔、膜材料贴合在另一种离型膜材料表面；在进行步骤(A1)前，先将作为掩蔽膜的箔、膜材料与离型材料分离开；在进行步骤(A1) 中，用箔、膜材料的粘接面与工件贴合，完成覆合。

优选的，步骤(A1)中，液态、膏状可成膜材料包括墨、漆等涂料，采用疏水性的涂料；包括直接用喷涂、刷涂方法在工件表面涂覆涂料，包括涂覆后进行光、热等干燥和固化过程。

优选的，步骤(A2)中，包括不进行步骤(A2)，完成步骤(A1)后，直接进行步骤(A3)；

优选的，步骤(A3)中，包括用激光束只沿开口的轮廓线切割透箔、膜材料直至工件表面，再成块剥离去掉开口内的孤立的箔、膜材料，形成以工件材料表面为底面的开口；包括用激光束沿开口的轮廓线、开口内分小块用的切割线切割透箔、膜材料直至工件表面，再成小块剥离去掉开口内的孤立的箔、膜材料块，形成以工件材料表面为底面的开口；包括用激光束逐线，逐层汽化去除开口区域内所有的箔、膜材料，直至工件表面，形成以工件材料表面为底面的开口；包括用激光束逐线，逐层汽化去除开口区域内所有的箔、膜材料，并在开口区域用激光束逐线，逐层汽化去除工件材料，形成包括嵌入工件材料一定深度的凹槽的开口。

优选的，步骤(A3)中，包括用粘接辊滚压，将孤立的小块粘到辊上，揭除掉开口内被切割成孤立块、孤立小块的箔、膜材料。

优选的，步骤(A3)、(A4)及(A5)中，包括完成步骤(3)后，进行步骤(4)，但步骤(4)的操作改为，按化学镀流程处理工件至完成胶体钯活化处理，然后从解胶工序开始进行步骤(5)。

优选的，去除掩蔽膜，包括用激光先把掩蔽膜分割成小块后，在揭掉或用粘接辊粘掉工件表面的掩蔽膜；包括将掩蔽膜保留再工件上，直接进行步骤(A6)；步骤(A6)包括化学镀铜、镀镍、镀金的金属镀层。

一种用激光在掩膜上开口经化学镀制造导电图案的方法中采用的软件，软件为一种用于数据处理的CAM软件，其根据需要选择膜的品种和厚度，该软件设计或选择沿开口的轮廓线对箔、膜材料加工的路径；软件设计或选择在开口内将膜材料分隔成孤立小块的加工路径；软件设计或选择在开口区域内逐线，逐层汽化去除膜材料的加工路径；且软件设计或选择在开口区域内逐线，逐层汽化去除工件材料的加工路径；该软件操作步骤为：

(B1)导入设备参数，导入设计要求和图案数据，根据设计要求或需要的图案，选择膜的材质和厚度；

(B2)根据设备参数中的光束直径、加工头加工范围及其接续的参数，根据设计要求或需要成型图案的厚度，设计和生成加工路径。

优选的，步骤(A3)中，包括用CAM软件对导入的数据，生成的数据、加工路径进行设计规则、制造规则检查；包括生成对制造的开口和对转移的物料进行视觉检查数据。

一种用激光在掩膜上开口经化学镀制造导电图案的方法中采用的设备，采用从激光器中发射出的激光光束经动态偏转的反射镜分配和定位，再进入聚焦镜，再投射向被加工材料的光路设计；采用边投照激光边在被加工区域吸气形成抽风集尘负压环境的加工头设计。

优选的，用激光在掩膜上开口经化学镀制造导电图案的方法、软件及设备，包括导出处理后的数据、生成的加工路径，发送至设备操作软件，离线加工；包括用本发明CAM软件，根据生成的加工路径，直接操作设备，在线加工；包括用本发明CAM软件和设备在线对开口进行视觉检查；包括在设备上集成粘辊，揭除开口内被切割成孤立块、孤立小块的箔、膜材料。

本发明的优点和技术效果是：

1、在工件上覆合掩蔽膜，直接用激光制造开口，形成化学镀掩蔽膜图案，实现图形化的化学镀覆金属生产，解决现在3D-MID和加成法制导电图案化学镀时的溢镀问题；

2、既能解决目前3D-MID制造中难于实现对所有材料都能有效的实现足够的选择性、难于产生足够的附着力问题；又能用于普通的电路板制造，解决普通电路板制造中导电图案几何精度低、中间步骤多的问题；并且，还能充分利用当今激光器功率大、脉冲重复率高和脉冲持续时间短的先进性，物尽其用，达到三全其美效果；

3、开口精度、质量高，满足3D-MID和普通电路板导电图形几何尺寸准确度、以及线路精细度需求；

4、制造的流程简单、快捷、柔性大，环境友好，操作容易，材料、设备易得，成本低，生产方便易行，解决普通电路板既要高精细度，又要成本低，制程更可靠问题。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。需要说明的是，本实施例是描述性的，不是限定性的，不能由此限定本发明的保护范围。

本发明，用激光制造开口经化学镀制造导电图案的方法，把掩蔽膜覆合在工件表面上，用激光去除掩蔽膜材料制造开口，化学镀处理工件至解胶后，再去除掩蔽膜，基于已经沉积在导电图形区域上的有沉积金属种子功能的钯粒子，进行后续的化学镀流程，同时解决化学镀选择性和附着力问题。

本发明使用一种用于数据处理的CAM软件，可以根据需要选择膜的品种和厚度；可以设计或选择沿开口的轮廓线对箔、膜材料加工的路径；可以设计或选择在开口内将膜材料分隔成孤立小块的加工路径；可以设计或选择在开口区域内逐线，逐层汽化去除膜材料的加工路径；可以设计或选择在开口区域内逐线，逐层汽化去除工件材料的加工路径。

本发明的设备采用从激光器中发射出的激光光束经动态偏转的反射镜分配和定位，再进入聚焦镜，再投射向被加工材料的光路设计；采用边投照激光边在被加工区域吸气形成抽风集尘负压环境的加工头设计。

本发明具体步骤为：覆合掩蔽膜→钻孔→直接激光开口→活化→去掩蔽膜→化学镀。

(1)，覆合掩蔽膜，即将箔、膜材料压合在工件表面上。

掩蔽膜包括金属箔、高分子薄膜等已经成膜的材料，以及液态、膏状的可成膜材料；工件可为无机绝缘材料、有机绝缘材料、有机和无机复合绝缘材料膜、板，以及三维形状体，包括热塑成型和3D打印成型的形状体。

已经成膜的箔、膜材料分工作面和粘接面，工作面表面光滑，粘接面涂覆有可剥离胶粘剂，包括压敏胶粘剂；箔、膜材料贴合在另一种离型膜材料表面；覆合时，先将作为掩蔽膜的箔、膜材料与离型材料分离开，然后将箔、膜材料的粘接面与工件贴合，完成覆合。

液态、膏状的可成膜的材料，可以分别使用浸渍、喷涂、涂布等方式，覆合到工件表面。涂覆后进行光、热等方法固化，或者自然晾干。

膜、板等工件，两面全部覆盖上掩蔽膜；三维工件所有面全部覆盖上掩蔽膜。

(2)，钻孔，用机械方法或激光加工钻覆有掩蔽膜的工件，形成通透的孔或盲孔。

工件不同层、面之间需要导通连接，那么在活化之前，进行钻孔实现空间上的联通。钻孔可以使用机械的方法，也可以使用激光加工，形成通孔或者盲孔。如果工件不同层、面之间不需要导通连接，可以不进行钻孔。

(3)，直接激光开口，即用在CAM软件中生成的开口加工路径驱动设备，通过激光切割、去除的手段，制造开口。

覆膜后的工件，使用激光将图形部分的膜去除掉，露出基材。根据不同加工步骤，激光可以实现不同的功能，比如，可以沿开口轮廓对膜材料加工，形成区域分割；可以在开口区域内将膜材料分割成独立的小块；可以在开口区域内逐线、逐层去除剩余的膜材料；可以在开口区域内逐线、逐层地去除部分工件基材。

要实现不同的加工功能，需设置不同的激光加工路径、激光能量等参数。可以根据膜的种类、厚度，工件材料的种类，使用用于数据处理的CAM软件，生成不同的加工图层、加工路径，导入激光加工设备后，匹配相应的激光能量等参数，进行激光加工。

将膜材料分割成独立的小块后，可以使用粘接辊滚压，将孤立的小块粘到辊上，揭除掉开口内被切割成孤立块、孤立小块的箔、膜材料。

(4)，活化，按化学镀流程处理工件至完成解胶。

将工件浸入活化剂中活化，图形部分，即开口区域，活化剂正常吸附；非图形部分，即膜覆盖部分正常吸附或少吸附或不吸附。活化优选活化钯体系。

将工件浸入解胶剂中解胶，露出催化活化中心。解胶优选有机酸体系。

(5)，去掩蔽膜，揭掉或溶掉工件表面的掩蔽膜。

去掩蔽膜时，可以根据掩蔽膜材料的特性，揭掉或者溶掉掩蔽膜。也可以用激光先把掩蔽膜分割成小块后，再揭掉或用粘接辊粘掉工件表面的掩蔽膜。

如果掩蔽膜对后续工艺没有影响，可以保留掩蔽膜在工件上。

(6)，化学镀，进行后续的化学镀流程。

将工件浸入化学镀液中，利用还原剂，使镀液中的金属离子在具有催化活性的基体表面还原出金属原子，形成金属层。形成的金属层也有催化活性，所以继续在化学镀液中，金属层会不断加厚。化学镀包括化学镀铜、化学镀镍、化学镀金等。

为了更清楚地描述本发明的具体实施方式，下面提供几种实施例：

实施例1：

本实施例所选材料为环氧树脂类绝缘材料，板材，厚度0.5mm。在本实施例中优选使用德中(天津)技术发展股份有限公司生产的DirectLaser 550U紫外纳秒激光机来进行激光加工测试。其步骤为：

(1)，覆合掩蔽膜，即将箔、膜材料压合在工件表面上。

本实施例中，工件基材是板材，所以优选已经成膜的薄膜类材料做掩蔽膜，膜厚度50μ m，使用德中生产的小型贴膜机贴膜。

(2)，钻孔，用机械方法或激光加工钻覆有掩蔽膜的工件，形成通透的孔或盲孔。

本案例的导电图形最大孔径为0.5mm，最小孔径0.1mm，所以选用激光钻孔。使用CAM 软件生成钻孔路径，每个孔设计为三个同心圆作为加工路径，三个同心圆间距10μm。将生成的加工路径导入激光加工设备中，钻孔参数设置为，功率百分比70％，频率50kHz，扫描速度500mm/s，加工次数18次。

(3)，直接激光开口，即用在CAM软件中生成的开口加工路径驱动设备，通过激光切割、去除的手段，制造开口。

经测试后发现，当激光功率大于17％的时候，加工到工件基材会出现边缘发黑。所以选定功率为17％。此功率下单脉冲激光束与掩蔽膜和工件基材反应后的圆的直径相近，约为25 μm。图形的最小线宽为50μm.

使用CAM软件，生成两层加工路径。第一层加工路径，将线宽大于等于100μm的图形部分生成轮廓线。第二层加工路径，线宽大于等于100μm的，在轮廓内生成间距为25μm 平行线；线宽为50μm的，生成2条距离为20μm的平行线.

激光加工设备上导入生成的加工路径，参数设置为，功率百分比17％，频率50kHz，扫描镀速1250mm/s，加工次数7次。

(4)，活化，按化学镀流程处理工件至完成解胶。

本实施例活化过程优选预浸-胶体钯-解胶的活化工艺。其中：

预浸优选溶液组成为：盐酸200ml/L，室温，时间1～3min。

胶体钯优选的溶液组成为：氯化钯0.05g/L、氯化哑锡10g/L、盐酸200ml/L、氯化钠50g/L，温度25～35℃，时间1～5min。

解胶优选的溶液组成为：ethone UDIQUE 8812 ACCELERATOR 250ml/L，温度40～55℃，时间2～10min。

(5)，去掩蔽膜，揭掉或溶掉工件表面的掩蔽膜。

揭掉图形轮廓外的连续的掩蔽膜。然后用粘接辊粘掉轮廓内小块的掩蔽膜。

(6)，化学镀，进行后续的化学镀流程。

本实施例优选使用碱性化学镀铜液，溶液组成为：氯化铜13～17g/L、乙二胺四乙酸二钠30～40g/L、氢氧化钠10～15g/L、37％甲醛10～14ml/L、α、α′—联吡啶0.05g/L、亚铁氰化钾 0.01g/L，pH值12～13，温度30～45℃，时间10～150min。

镀完后的金属导电图案无漏镀无溢镀，使用3M胶带粘不掉。

实施例2：

本实施例所选用的材料为PET薄膜绝缘材料，膜厚50μm。样品为卷材，使用卷对卷设备，在本实施例中优选使用德中(天津)技术发展股份有限公司生产的绿光飞秒卷对卷激光机来进行激光加工测试。其步骤为：

(1)，覆合掩蔽膜，即将箔、膜材料压合在工件表面上。

本实施例中，工件基材是膜材，成卷，适合液体类的掩蔽膜，通过涂布的方式覆合。掩蔽膜种类优选有机硅树脂，溶液固含量2％～6％。使用涂布机双面涂覆，经过烘干通道烘干，烘干温度55摄氏度。

(2)，钻孔，用机械方法或激光加工钻覆有掩蔽膜的工件，形成通透的孔或盲孔。

本案例在PET上制作导电图形不需要使用孔连接，所以不需要进行激光钻孔。

(3)，直接激光开口，即用在CAM软件中生成的开口加工路径驱动设备，通过激光切割、去除的手段，制造开口。

经测试后发现，激光加工一次即可将掩蔽膜气化，同时在工件表面气化部分基材材料。图形最小线宽20μm，经测试，功率百分比5％的时候，单脉冲与覆膜工件表面反应后，产生的圆的直径为19.7μm。

使用CAM软件，生成两层加工路径。第一层加工路径，将线宽大于等于60μm的图形部分生成轮廓线。第二层加工路径，线宽大于等于60μm的，在轮廓内生成间距为20μm平行线；线宽为40μm的，生成2条距离为20μm的平行线；线宽为20μm的，生成1条线即可。

激光加工设备上导入生成的加工路径，参数设置为，功率百分比5％，频率100kHz，扫描镀速2000mm/s。

(4)，活化，按化学镀流程处理工件至完成解胶。

本实施例活化过程优选预浸-胶体钯-解胶的活化工艺。其中：

预浸优选溶液组成为：盐酸200ml/L，室温，时间1～3min。

胶体钯优选的溶液组成为：氯化钯0.05g/L、氯化哑锡10g/L、盐酸200ml/L、氯化钠50g/L，温度25～35℃，时间1～5min。

解胶优选的溶液组成为：ethone UDIQUE 8812 ACCELERATOR 250ml/L，温度40～55℃，时间2～10min。

(5)，去掩蔽膜，揭掉或溶掉工件表面的掩蔽膜。

掩蔽膜耐酸不耐碱，弱碱和强碱都能破坏掩蔽膜的分子结构。去膜液优选碳酸钠，浓度 20～40g/L，常温30～60秒。

(6)，化学镀，进行后续的化学镀流程。

本实施例优选使用碱性化学镀铜液，溶液组成为：氯化铜13～17g/L、乙二胺四乙酸二钠 30～40g/L、氢氧化钠10～15g/L、37％甲醛10～14ml/L、α、α′—联吡啶0.05g/L、亚铁氰化钾 0.01g/L，pH值12～13，温度30～45℃，时间10～150min。

镀完后的金属导电图案无漏镀无溢镀，使用3M胶带粘不掉。

最后，本发明的未述之处均采用现有技术中的成熟产品及成熟技术手段。

本发明公开和提出的方法，本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当改变条件路线等环节实现，尽管本发明的方法和制备技术已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文的方法和技术路线进行改动或重新组合，来实现最终的制备技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。并且应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (13)

1.用激光在掩膜上开口经化学镀制造导电图案的方法，其特征在于：将掩蔽膜覆合在工件表面上，用激光去除掩蔽膜材料得到开口，化学镀处理工件至解胶，去除掩蔽膜，进行后续的化学镀流程；其具体步骤为：

(A1)覆合掩蔽膜，即将膜材料压合或将液体掩蔽材料涂覆在工件表面上；

(A2)钻孔，用机械方法或激光加工钻覆有掩蔽膜的工件，形成通透的孔或盲孔；

(A3)直接激光开口，即用在CAM软件中生成的开口加工路径驱动设备，通过激光切割、去除的手段，制造开口；

(A4)活化，按化学镀流程处理工件至完成解胶；

(A5)去掩蔽膜，揭掉或溶掉工件表面的掩蔽膜；

(A6)化学镀，进行后续的化学镀流程。

2.根据权利要求1所述的用激光在掩膜上开口经化学镀制造导电图案的方法，其特征在于：所述步骤(A1)中，掩蔽膜包括金属箔、高分子薄膜等已经成膜的材料，以及液态、膏状的可成膜材料；工件为无机绝缘材料、有机绝缘材料、有机和无机复合绝缘材料膜、板，以及三维形状体，包括热塑成型和3D打印成型的形状体。

3.根据权利要求1所述的用激光在掩膜上开口经化学镀制造导电图案的方法，其特征在于：所述步骤(A1)中，已经成膜的箔、膜材料分工作面和粘接面，工作面表面光滑，粘接面涂覆有可剥离胶粘剂，包括压敏胶粘剂；箔、膜材料贴合在另一种离型膜材料表面；在进行步骤(A1)前，先将作为掩蔽膜的箔、膜材料与离型材料分离开；在进行步骤(A1)中，用箔、膜材料的粘接面与工件贴合，完成覆合。

4.根据权利要求1所述的用激光在掩膜上开口经化学镀制造导电图案的方法，其特征在于：所述步骤(A1)中，液态、膏状可成膜材料包括墨、漆等涂料，采用疏水性的涂料；包括直接用喷涂、刷涂方法在工件表面涂覆涂料，包括涂覆后进行光、热等干燥和固化过程。

5.根据权利要求1所述的用激光在掩膜上开口经化学镀制造导电图案的方法，其特征在于：所述步骤(A2)中，包括不进行步骤(A2)，完成步骤(A1)后，直接进行步骤(A3)。

6.根据权利要求1所述的用激光在掩膜上开口经化学镀制造导电图案的方法，其特征在于：所述步骤(A3)中，包括用激光束只沿开口的轮廓线切割透箔、膜材料直至工件表面，再成块剥离去掉开口内的孤立的箔、膜材料，形成以工件材料表面为底面的开口；包括用激光束沿开口的轮廓线、开口内分小块用的切割线切割透箔、膜材料直至工件表面，再成小块剥离去掉开口内的孤立的箔、膜材料块，形成以工件材料表面为底面的开口；包括用激光束逐线，逐层汽化去除开口区域内所有的箔、膜材料，直至工件表面，形成以工件材料表面为底面的开口；包括用激光束逐线，逐层汽化去除开口区域内所有的箔、膜材料，并在开口区域用激光束逐线，逐层汽化去除工件材料，形成包括嵌入工件材料一定深度的凹槽的开口。

7.根据权利要求1所述的用激光在掩膜上开口经化学镀制造导电图案的方法，其特征在于：所述步骤(A3)中，包括用粘接辊滚压，将孤立的小块粘到辊上，揭除掉开口内被切割成孤立块、孤立小块的箔、膜材料。

8.根据权利要求1所述的用激光在掩膜上开口经化学镀制造导电图案的方法，其特征在于：所述步骤(A3)、(A4)及(A5)中，包括完成步骤(3)后，进行步骤(4)，但步骤(4)的操作改为，按化学镀流程处理工件至完成胶体钯活化处理，然后从解胶工序开始进行步骤(5)。

9.根据权利要求3及4所述的用激光在掩膜上开口经化学镀制造导电图案的方法，其特征在于：去除掩蔽膜，包括用激光先把掩蔽膜分割成小块后，在揭掉或用粘接辊粘掉工件表面的掩蔽膜；包括将掩蔽膜保留再工件上，直接进行步骤(A6)；步骤(A6)包括化学镀铜、镀镍、镀金的金属镀层。

10.一种如权利要求1所述的用激光在掩膜上开口经化学镀制造导电图案的方法中采用的软件，其特征在于：所述软件为一种用于数据处理的CAM软件，其根据需要选择膜的品种和厚度，该软件设计或选择沿开口的轮廓线对箔、膜材料加工的路径；软件设计或选择在开口内将膜材料分隔成孤立小块的加工路径；软件设计或选择在开口区域内逐线，逐层汽化去除膜材料的加工路径；且软件设计或选择在开口区域内逐线，逐层汽化去除工件材料的加工路径；该软件操作步骤为：

(B1)导入设备参数，导入设计要求和图案数据，根据设计要求或需要的图案，选择膜的材质和厚度；

(B2)根据设备参数中的光束直径、加工头加工范围及其接续的参数，根据设计要求或需要成型图案的厚度，设计和生成加工路径。

11.根据权利要求1所述的用激光在掩膜上开口经化学镀制造导电图案的方法中采用的软件，其特征在于：所述步骤(A3)中，包括用CAM软件对导入的数据，生成的数据、加工路径进行设计规则、制造规则检查；包括生成对制造的开口和对转移的物料进行视觉检查数据。

12.一种如权利要求1所述的用激光在掩膜上开口经化学镀制造导电图案的方法中采用的设备，其特征在于：采用从激光器中发射出的激光光束经动态偏转的反射镜分配和定位，再进入聚焦镜，再投射向被加工材料的光路设计；采用边投照激光边在被加工区域吸气形成抽风集尘负压环境的加工头设计。

13.根据权利要求1、10、11所述的用激光在掩膜上开口经化学镀制造导电图案的方法、软件及设备，其特征在于：包括导出处理后的数据、生成的加工路径，发送至设备操作软件，离线加工；包括用本发明CAM软件，根据生成的加工路径，直接操作设备，在线加工；包括用本发明CAM软件和设备在线对开口进行视觉检查；包括在设备上集成粘辊，揭除开口内被切割成孤立块、孤立小块的箔、膜材料。