CN1377220A

CN1377220A - 激光诱导液相沉积制作印制板导电线路的工艺方法

Info

Publication number: CN1377220A
Application number: CN 02115626
Authority: CN
Inventors: 郑家燊; 陈存华; 刘建国; 徐智谋; 冯香亭
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2002-03-25
Filing date: 2002-03-25
Publication date: 2002-10-30
Anticipated expiration: 2022-03-25
Also published as: CN1142710C

Abstract

用CO₂激光作为诱导光源,通过液相沉积法制作印制板导电线路。本发明可克服背面沉积的缺点,而且可以缩短工艺流程,大大降低激光诱导沉积技术的成本。该方法利用CO₂激光作为诱导光源,在非导电基体的正面,从金属盐的水溶液中先诱导沉积出进一步化学镀的催化活性中心,这些催化活性中心在非导电基体表面呈规则的图案分布。经这样处理的非导电基体再放入化学镀液中,即可在其表面镀上符合要求的规则的线路镀层,这样所得的镀层均匀、致密,且其导电性和与基体的附着力好。

Description

激光诱导液相沉积制作印制板导电线路的工艺方法

技术领域

本发明涉及到利用CO₂激光作为诱导光源，通过液相沉积法制作印制板导电线路，是一种激光表面处理的工艺方法。

背景技术

目前，印制电路板(PCB)导电线路制造工艺主要采用化学镀和电镀相结合的方式在基材上沉积各种铜、铅锡合金镀层。国内大部分印制电路板生产厂家均采用如下生产工艺进行线路“布线”：

双面覆铜箔板—→钻孔—→孔金属化—→全板预镀铜—→光敏干膜图象转移—→图形电镀铜—→图形电镀锡铅合金—→去膜—→蚀刻—→退锡铅合金—→铜表面活化—→化学镀镍—→化学镀金—→成品

上述工艺过程存在以下缺陷：

1.工艺复杂仅仅铜层施镀需要化学镀和电镀两道工序。因单纯的化学镀铜金属层颗粒松散、表面粗糙、孔隙多，故须配以电镀层才能保证铜基正常要求。在镀镍之前，又需要在铜基表面进行活化处理才能施镀。铅锡合金层主要保护图形电路，蚀刻后退除，生产工艺十分复杂。而且电路“布线”采用图形转移的方法，不利于线路向微细化、密集化的方向发展。

2.原材料损耗和能耗大铅锡合金层和蚀刻等工序浪费大量的贵金属，在高温下电镀和化学镀，能耗大，不利于降低成本。

鉴于此，开发新技术、新工艺，改进目前的印制板导电线路生产技术，具有十分重要的现实意义。

由于激光具有高能量密度、高单色性以及良好的相干性、方向性等许多无可比拟的优点，使其在表面处理技术中的应用越来越广泛。在金属、半导体和高聚物上，进行激光诱导的化学沉积引起了人们的极大注意，这种工艺在微电子电路的制作及修复中有广泛的应用前景。与传统的化学镀相比，激光诱导沉积技术具有明显的优越性，如：由于激光的作用，可获得较高的化学沉积速度，激光诱导反应只发生在光照区，能实现金属在非金属上勿需掩膜、微米量级的直接局域镀覆，可简化工艺，并节约大量贵重金属。若引入AutoCAD技术，可以制作图案形状极其复杂、导线宽度可调的印刷电路板。

1978年IBM公司首次研究了Ar+激光增强Ni、Au、Cu的电沉积的方法，此后美、德、日等国相继开展了类似技术的研究。经过二十多年的发展，激光诱导沉积技术已经取得了巨大的进展。人们已经利用不同波长的CO₂激光、Nd：YAG固体激光、Ar+激光、准分子激光等各种激光在多种材料(如聚酰亚胺、有机玻璃、陶瓷、p型硅等)上沉积出了Cu、Ni、Au、Pd等多种金属。依据介质的不同，激光诱导沉积技术分为气相沉积、固相沉积和液相沉积。

从现有的文献来看，使用液相法在非导电基体上沉积金属层的研究颇多。由于激光诱导液相化学沉积工艺简单、条件易于实现，且在常温下可以一步沉积出金属，因而得到了较快的发展。国外有人利用染料激光、连续或脉冲氩离子激光，在InP、Si、GaAs、Si₃N₄、聚酰亚胺等陶瓷基、非金属材料基体上，液相沉积出Au、Cu、Ni、Pt、Zn、Pd、Cd等金属。如在[Pd(NH₃)₄]²⁺溶液中，以甲醛为还原剂，以钨盘Ar+激光作为诱导光源，控制激光功率为20mW，激光扫描速度为200μm/s，在PI(聚酰亚胺)上诱导沉积出均匀的Pd金属薄膜(ThinSolid Films，Vol.185-188，2001)。

国内有人在传统的化学镀铜溶液中，用5W的钨盘Ar+激光器在环氧树脂基上沉积出Cu金属层(复旦学报，Vol.33，No.1M，1994)。也有人利用波长为514.5nm的Ar+激光和1079.5nm Nd：YAG激光作为诱导光源，以有机玻璃、环氧树脂作为基体，研究了激光功率、辐照时间、镀液组分、浓度对金属Cu、Ni沉积的影响。研究表明：在激光照射的局部范围内，金属的沉积速度快，镀层表面平滑，颗粒大小均匀、排列规则。

目前，在非导电基表面进行激光诱导化学沉积的研究中，不管应用哪种沉积方式，主要采用的是Nd：YAG、Ar+离子、准分子等激光器，这些激光器输出激光的波长处于短波段，光子能量高，激光能量密度大，因而在激光诱导沉积技术领域的研究中得到了普遍使用。

CO₂激光器，其输出激光波长为10.6μm，该波长在红外波段范围内，光子能量小，因而国内外的研究者运用CO₂激光作为诱导光源进行金属沉积的研究，早期人们主要集中在CO₂激光诱导化学气相沉积(LCVD)上，例如运用CO₂激光由Mn₂(CO)₁₀热分解沉积Mn(复旦学报(自然科学版)，Vol.32，No.3，1993)，用二(乙酰丙酮)合铜在石英上沉积出Cu(量子电子学，Vol.12，No.2，1995)等。运用CO₂激光进行固相沉积的研究也有报道(中国激光，Vol.17，No.2，1990)(激光杂志，Vol.15，No.3，1994)，运用CO₂激光进行诱导液相沉积的研究，由于CO₂激光的波长为10.6μm，在此波段内，水对其有强烈的吸收，人们早期把注意力主要集中在背面沉积法的研究上(表面技术，Vol.23，No.3，1994；中国激光，Vol.17，No.10，1990)。该法是将对CO₂激光透明的材料放在液面上，将CO₂激光照射在材料背面，由此在材料背面沉积出金属。但该法存在要求基体材料对CO₂激光透明等明显缺点，使其应用受到了很大限制。应用CO₂激光进行液相正面沉积的研究，见诸报道的甚少，国内曾报道了应用CO₂激光在石英衬底上从醋酸铜的乙醇溶液中沉积出金属铜线(应用激光，Vol.16，No.6，1996)，而应用CO₂激光从水溶液中进行正面诱导沉积的研究至今未见报道。

发明内容

本发明旨在运用CO₂激光从水溶液中进行正面诱导沉积制作印制板导电线路并提供了一种可行的工艺方法。

结合现有的印制板布线工艺，并在其基础上经试验研究提出下述工艺技术路线：

非导电基体(如环氧树脂板等)—→表面处理—→CO₂激光液相诱导活化—→化学沉积导电金属

本发明重点在于解决了以下问题：

1.成功地运用CO₂激光作为诱导光源，在非导电基体的正面，从金属盐的水溶液中先诱导沉积出进一步化学镀的催化活性中心，这些催化活性中心在非导电基体表面呈规则的图案分布。经这样处理的非导电基体再放入化学镀液中，即可在其表面镀上符合要求的规则的线路镀层，这样所得的镀层均匀、致密，且其导电性和与基体的附着力好。

2.目前CO₂激光器技术成熟，价格低廉，且其功率在一定范围内连续可调，如果能够利用CO₂激光实现正面液相沉积，不但可以拓宽CO₂激光的应用领域，克服背面沉积的缺点，而且可以大大降低激光诱导沉积技术的成本，有利于该技术的推广与应用。

3.改进和简化了传统的印制板布线工艺，使生产成本大大降低，生产周期大大缩短。

本发明的实施方法为：运用CO₂激光器，输出功率为0.5～100W，常温常压条件下，将环氧树脂、聚酰亚胺、有机玻璃、陶瓷、p型硅等非导电基体放入盛有可溶性金属盐：铜盐(如醋酸铜、硫酸铜、硝酸铜、二-乙酰丙酮-合铜)，镍盐(如硝酸镍、氯化镍、硫酸镍、二-乙酰丙酮-合镍)，银盐(如硝酸银)，钯盐(如醋酸钯、氯化钯)，铂盐(如六氯合铂酸钾、二氯二氨合铂)、金盐(硝酸金、氯化金)等的水溶液里(浓度为0.005mol/l～5mol/l)的液槽中(维持液面厚度为1μm～5mm)，再使这些溶液在环氧树脂、聚酰亚胺等的表面平铺均匀，将液槽放于用计算机驱动的三维工作台上，用CO₂激光从其正面进行照射扫描，同时工作台在计算机控制下移动，即可在环氧树脂板或聚酰亚胺等非导电基体的表面沉积出具有催化活性的结晶中心。之后将环氧树脂或聚酰亚胺等非导电基体从工作台上取下，在强水流下洗去其表面残留的化合物水溶液，再用蒸馏水洗涤，将其放入事先配好的碱性化学镀铜液中进行化学镀，10～20分钟后取出，得到表面已镀上一层均匀、致密，且导电性和与基体的附着力好的铜导电线路图案。

附图说明CO₂激光诱导沉积装置图 1.监视器 2.CCD摄像头 3.分光棱镜 4.目视镜 5.成像镜 6.声光调制器 7.扩束镜 8.反射镜 9.CO₂激光器 10.声光电源 11.会聚物镜 12.计算机13.工作台驱动电源 14.溶液 15.基体 16.X-Y-Z工作台

具体实施方式例1：运用15W的连续波CO₂激光器，输出功率为3.5W时，常温常压条件下，将市售环氧树脂板(40×25×1mm)放入盛有0.5mol/L硝酸铜(A.R.)蒸馏水溶液的液槽中(液面厚度维持在1mm)，再使这些溶液在其表面平铺均匀，将其放于用计算机驱动的三维工作台上，用CO₂激光进行照射扫描，同时工作台在计算机控制下移动，即可在环氧树脂板表面上沉积出具有催化活性的结晶中心。之后将环氧树脂板从工作台上取下，在强水流下洗去其表面残留的硝酸铜溶液，再用蒸馏水洗涤，将其放入事先配好的碱性化学镀铜液中进行化学镀，15分钟后取出，可见其表面已镀上均匀、致密，且导电性和与基体的附着力好的铜线图案。例2：运用15W的连续波CO₂激光器，输出功率为3.0W时，常温常压下，将有机玻璃板放入盛有1.0mol/l硝酸银(A.R.)蒸馏水溶液的液槽中(液面厚度维持在1mm)，再使这些溶液在其表面平铺均匀，将其放于用计算机驱动的三维工作台上，用CO₂激光进行照射扫描，同时工作台在计算机控制下移动，即可在有机玻璃上沉积出具有催化活性的结晶中心。之后将有机玻璃板从工作台上取下，在强水流下洗去其表面残留的硝酸银溶液，再用蒸馏水洗涤，将其放入事先配好的碱性化学镀铜液中进行化学镀，15分钟后取出，可见其表面已镀上均匀、致密，且导电性和与基体的附着力好的铜线图案。例3：运用连续波CO₂激光器，输出功率为5W时，常温常压下，将聚酰亚胺板放入盛有0.25mol/l醋酸铜水溶液的液槽中(维持液面厚度在0.5mm)，使液体在聚酰亚胺表面平铺均匀，将液槽放在计算机驱动的数控工作台上，用CO₂激光进行扫描。同时移动工作台，即可在聚酰亚胺上沉积出具有催化活性的结晶中心，之后将聚酰亚胺从工作台上取下，在强水流下洗去其表面残留的醋酸铜水溶液，再用蒸馏水洗涤，将其放入事先配好的碱性化学镀铜液中进行化学镀，15分钟后取出，可见其表面已镀上均匀、致密，且导电性和与基体的附着力好的铜线图案。

Claims

1.一种应用激光在非导电基体上沉积出金属导线的方法，其特征在于：应用CO₂激光器，将非导电基体放入盛有可溶性金属盐溶液的液槽中，将液槽放于三维工作台上，用CO₂激光从其正面进行照射扫描，同时工作台在计算机控制下移动，在非导电基体上即沉积出具有催化活性的结晶中心；之后将非导电基体从工作台上取下，用水洗去其表面残留的金属盐水溶液，将其放入事先配好的碱性化学镀铜液中进行化学镀，镀后取出，即得到与基体的附着力好的铜导电线路图。

2.按照权利要求1所述的应用激光在非导电基体上沉积出金属导线的方法，其特征在于：所指的CO₂激光器输出功率为0.5～100W；所指的非导电基体包括环氧树脂、聚酰亚胺、有机玻璃、陶瓷、p型硅；所指的可溶性金属盐溶液包括铜盐、镍盐、银盐、钯盐、铂盐、金盐的水溶液，其浓度为0.005mol/l～5mol/l，液面厚度为1μm～5mm；所指的化学镀，其化学镀时间为10～20分钟。