專利名稱：三維電路板的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三維(3D)電路板的制造方法。
背景技術(shù)：
在3D電路部件如MID(模制互聯(lián)器件)的常規(guī)制造方法中，通常將導(dǎo)電層沉積在諸如樹脂的絕緣體的模制主體上，然后通過利用激光將電路選擇性地形成在導(dǎo)電層上。
例如在日本專利特開2001-345533號公報(第4頁和圖2)中公開的是一種3D電路部件制造方法，該方法用于借助于以下過程來提高生產(chǎn)量制備具有形成在單個模中的多個3D結(jié)構(gòu)的模制主體；通過采用上述方法在每個3D結(jié)構(gòu)上形成電路；然后切割由此形成的多個3D電路板以便使它們彼此分離。
然而，在上述常規(guī)3D電路板的制造方法中，具有形成在單個模中的多個3D結(jié)構(gòu)的每個模制主體是由諸如樹脂或陶瓷的絕緣體制成的板狀件。由此，需要處理機構(gòu)來裝載和設(shè)置在自動線上的模制主體。結(jié)果，使制造3D電路板的裝置的整個規(guī)模增加到與由控處理機構(gòu)所占的空間一樣大的程度，導(dǎo)致制造成本以及設(shè)備安裝空間(所占面積)的增加。
而且，在上述方法中，當在3D結(jié)構(gòu)上形成電路時，通過對準模制主體來進行用于激光構(gòu)圖的定位。由此，將降低電路形成的精確度，同時由于費時的定位操作將增加生產(chǎn)節(jié)拍時間。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種3D電路板的制造方法，其能夠通過在帶狀金屬環(huán)材料(hoop material)上相繼形成多個3D結(jié)構(gòu)并處理該3D結(jié)構(gòu)以制造3D電路板來提高生產(chǎn)率以及電路形成的精確度。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種三維(3D)電路板的制造方法，包括以下步驟(a)在帶狀金屬環(huán)材料上沿該帶狀金屬環(huán)材料的縱向方向形成3D結(jié)構(gòu)；(b)在其上形成3D結(jié)構(gòu)的金屬環(huán)材料上形成絕緣層；(c)在其上沉積絕緣層的3D結(jié)構(gòu)中的每一個上形成電路；(d)切割和分離在其上形成電路的3D結(jié)構(gòu)。
優(yōu)選地，金屬環(huán)材料在每兩個相鄰的3D結(jié)構(gòu)之間的間隔處設(shè)有切除部分(cutout portion)。
優(yōu)選地。在步驟(b)中，通過噴涂形成絕緣層。
優(yōu)選地，在步驟(b)中，通過使用絕緣顆粒的氣溶膠工藝來形成絕緣膜。
優(yōu)選地，步驟(c)包括金屬膜形成步驟(c1)，用于在步驟(b)中形成的絕緣層表面上形成金屬層，并且該金屬層形成步驟(c1)通過使用干層形成裝置來進行，該干層形成裝置具有其中含有一個或多個金屬靶(metaltarget)的真空室，其中在使金屬環(huán)材料通過真空室的同時，通過將金屬環(huán)材料裝到真空室中并在金屬靶和金屬環(huán)材料之間施加電壓來形成絕緣層表面上的金屬層。
優(yōu)選地，干層形成裝置具有多個設(shè)置在金屬環(huán)材料周圍的金屬靶。
優(yōu)選地，步驟(d)包括擠壓步驟(d1)，用于從金屬環(huán)材料切掉具有形成在其上的電路的3D結(jié)構(gòu)，由此將3D結(jié)構(gòu)彼此分開，并獲得3D電路板，并且在加壓步驟(d1)中，切割3D結(jié)構(gòu)同時設(shè)置支撐板使其與金屬環(huán)材料的背表面緊密接觸。
優(yōu)選地，在加壓步驟(d1)中獲得的每一個3D電路板的側(cè)表面上形成鈍化層。


結(jié)合附圖，根據(jù)以下對優(yōu)選實施例進行的說明，本發(fā)明的上述和其它目的和特征將變得顯而易見，在附圖中圖1是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實施例的一系列3D電路板的制造工藝的框圖；圖2示出在其上通過根據(jù)第一優(yōu)選實施例的3D結(jié)構(gòu)形成工藝形成3D結(jié)構(gòu)的金屬環(huán)材料的透視圖；圖3示出描述根據(jù)第一優(yōu)選實施例的絕緣層形成工藝的說明圖；圖4A至4D示出描述根據(jù)第一優(yōu)選實施例的電路形成工藝的說明圖；圖5是根據(jù)第一優(yōu)選實施例的在金屬層形成工藝中使用的濺射裝置的示意結(jié)構(gòu)圖；圖6示出描述根據(jù)第一優(yōu)選實施例的板分離工藝的說明圖；圖7示出在基板分離工藝中切割的3D電路板和根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實施例的支撐板的截面圖；圖8示出描述用于在分離的3D電路板的側(cè)表面上形成鈍化層的工藝的說明圖；圖9示出根據(jù)本發(fā)明第二優(yōu)選實施例的具有形成在其上的3D結(jié)構(gòu)的環(huán)材料的透視圖；圖10示出描述根據(jù)本發(fā)明第三優(yōu)選實施例的絕緣層形成工藝的說明圖；圖11是示出根據(jù)本發(fā)明第四優(yōu)選實施例的在金屬層形成工藝中使用的濺射裝置的金屬靶設(shè)置的示意性結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式
以下，將參考附圖詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
第一優(yōu)選實施例根據(jù)本發(fā)明的3D電路板制造方法可以用于制造諸如MID的3D電路部件。在該實施例中，將帶狀金屬環(huán)材料(以下簡稱為“環(huán)材料”)用作基板部件。術(shù)語“帶狀金屬環(huán)材料”或在本文中使用的簡稱“環(huán)材料”表示由金屬制成的可彎曲的細長材料，該材料可以卷繞或纏繞在卷軸上并且由其提供。
如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的3D電路板制造方法采用帶狀環(huán)材料1，其例如由Al、Cu或其合金形成，設(shè)有定位導(dǎo)向孔2(參見圖2)。該定位導(dǎo)向孔2在以下步驟中所需的位置對準工藝中優(yōu)選用作參考點。該方法包括3D結(jié)構(gòu)形成工藝A，用于在環(huán)材料1的縱向方向(延長方向)上，在環(huán)材料1上以其間保持的預(yù)定間隔形成3D結(jié)構(gòu)3(參見圖2)；絕緣層形成工藝B，用于在其上形成3D結(jié)構(gòu)3的環(huán)材料1上形成絕緣層；電路形成工藝C，用于在其上沉積絕緣層的每個3D結(jié)構(gòu)3上形成電路4(參見圖4)；以及板分離工藝D，用于切開和分離其上形成電路的3D結(jié)構(gòu)3。在對其進行工藝A至D中的每一個工藝處理之前，卷繞環(huán)材料1以形成卷(roll)1A。
在3D結(jié)構(gòu)形成工藝A中，例如在環(huán)材料的縱向方向上，在環(huán)材料1的頂表面上以其間保持的預(yù)定間隔形成3D結(jié)構(gòu)3，如圖2所示。每個3D結(jié)構(gòu)3具有通過鍛造工藝等例如在其中心部分處形成的凹進部分3a；并且，例如，通過機械加工在凹進部分3a附近局部形成不連接的開口3b。開口3b用于限定每個3D結(jié)構(gòu)的輪廓。此外，在環(huán)材料1的橫向方向上環(huán)材料1在每個3D結(jié)構(gòu)的兩側(cè)設(shè)有定位導(dǎo)向孔2，例如圓形孔。
在絕緣層形成工藝B中，通過自安裝在環(huán)材料1兩側(cè)的噴射器S注入陶瓷或樹脂的溶膠凝膠溶液而同時例如從左向右連續(xù)移動環(huán)材料1，將絕緣層20噴涂在環(huán)材料1(即，表面40a及其相對表面40b)上，如圖3所示；然后，例如，通過諸如加熱器30的干燥器來對所涂敷的絕緣層20進行干燥。
此外，電路形成工藝C包括金屬(例如，銅)層形成(金屬化)步驟，其用于例如通過濺射在其上已經(jīng)形成了絕緣層的每個3D結(jié)構(gòu)3的表面上形成銅層5，如圖4A所示。在銅層形成步驟之后，通過激光繪制(構(gòu)圖)電路圖案6a，如圖4B中所示。然后，如圖4C所示，通過電鍍例如僅在電路圖案內(nèi)的銅層5上進行Ni和金電鍍，以形成厚導(dǎo)電電路部分6。隨后，如4D所示，蝕刻3D結(jié)構(gòu)的整個表面以去除在導(dǎo)電電路部分6之外的濺射層，由此最終獲得電路4。
此外，盡管為了簡明起見，圖4A至4D所示的3D結(jié)構(gòu)3在其具體結(jié)構(gòu)上與圖2所示的3D結(jié)構(gòu)3不同，但是所有的電路4都是通過基本相同的工藝來形成的。
對于在電路形成工藝C中的金屬層形成步驟，圖5所示的濺射裝置7例如可以用作干層形成設(shè)備。在濺射裝置7中，使環(huán)材料1通過具有設(shè)置在其中的金屬(銅)靶8的真空室7a，在此期間，通過施加在金屬靶8和環(huán)材料1之間的電壓將金屬(銅)層形成在環(huán)材料1上。
即，在濺射裝置7中，通過施加在環(huán)材料1和金屬靶8之間的電壓，在真空中產(chǎn)生放電，其中所述金屬靶8設(shè)置在環(huán)材料1的兩側(cè)(即，環(huán)材料1的上側(cè)和下側(cè))。結(jié)果，使剩余氣體離子化，并使氣體離子與金屬靶8碰撞。作為與氣體離子碰撞的結(jié)果，從其中濺射金屬靶8的金屬原子，以使其附著在環(huán)材料1上，由此在其上形成金屬層。
濺射裝置7具有外罩室7b和7c，用于在其中容納用于提供環(huán)材料的供應(yīng)卷軸1Aa和接收卷軸1Ab，其用于分別從真空室7a接收環(huán)材料1并在真空中在其上纏繞環(huán)材料1。此外，真空室7a具有離子槍9(或可選地為等離子體處理)，用于清洗被傳送到金屬靶8的環(huán)材料1。至于金屬靶8，可以采用多種類型的靶，以便形成多層，而不限于單層。
此外，基板分離工藝D包括擠壓步驟，用于通過使用例如擠壓機器10切割和分離具有形成在其上的電路的3D結(jié)構(gòu)3，如圖6所示。進行擠壓步驟，同時設(shè)置支撐板11使其與環(huán)材料1的背表面1a緊密接觸。
因此，通過借助于擠壓機器10從環(huán)材料1切掉3D結(jié)構(gòu)3來獲得3D電路板12；此時，支撐板11在3D結(jié)構(gòu)3下方的部分也與3D電路板12一起被切掉，同時具有與3D電路板12相同的形狀，如圖7所示。
此外，如圖8所示，借助于加熱單元13來熱氧化每個3D電路板12的側(cè)表面12a，以便在此處暴露出來的金屬表面上形成鈍化層。此外，鈍化層的形成也可以例如通過進行氧等離子體處理而非使用加熱單元13來實現(xiàn)。
因此，根據(jù)使用帶狀環(huán)材料1作為3D電路板12的基板材料的第一優(yōu)選實施例的3D電路板制造方法，可以容易并順暢地移動3D結(jié)構(gòu)3，以對其進行一系列工藝中的每一個，該系列工藝包括3D結(jié)構(gòu)形成工藝A、絕緣層形成工藝B、電路形成工藝C和板分離工藝D。此外，由于可以在卷1A(環(huán)材料1的卷繞物)的基礎(chǔ)上進行一系列工藝，因此可以更加容易地進行單獨工藝之間的處理，并且可以防止設(shè)備尺寸和制造成本的增加。
此外，定位導(dǎo)向孔2用于促進精確定位。由此，尤其在電路形成工藝C中，可以以高精確度連續(xù)進行電鍍和/或激光處理。此外，可以減小定位操作的節(jié)拍時間。
此外，由于使用環(huán)材料1，因此3D電路板12是基于金屬的，從而可以提高3D電路板12的熱阻和散熱特性。在這一點上，使用環(huán)材料1除了其在制造工藝中的優(yōu)點之外還能增加最終產(chǎn)品的優(yōu)點。
此外，由于借助于從設(shè)置在環(huán)材料1的兩側(cè)上的噴射器S注入陶瓷或樹脂的溶膠凝膠溶液，將絕緣層噴涂在環(huán)材料1的兩側(cè)上，因此可以防止在浸涂工藝中引起問題的液體聚集，從而可以使絕緣層的厚度均勻。
此外，由于通過從金屬靶8濺射靶材料而在絕緣層的表面上形成金屬層，因此不需要其上形成金屬層的絕緣層表面的粗糙化工藝(rougheningprocess)，其中通過經(jīng)由使用濺射裝置7將電壓施加在金屬靶8和環(huán)材料1之間，來從金屬靶8濺射靶材料。此外，由于該層形成可以在真空中連續(xù)進行，因此可獲得高粘著生的金屬層。
此外，在該優(yōu)選實施例中，由于通過擠壓機器10切割并分離3D結(jié)構(gòu)3，同時將支撐板11設(shè)置得與環(huán)材料1的背表面1a緊密接觸，如圖7所示，因此在支撐板11的切割部分處產(chǎn)生毛刺K而非切割3D電路板12。
此外，由于在3D電路板12的側(cè)表面12a上形成鈍化層，所以通過側(cè)表面12a暴露出來的金屬可以由鈍化層來保護，因此，可以防止對暴露出來的金屬表面的侵蝕。
第二實施例參考圖9，示出根據(jù)本發(fā)明第二優(yōu)選實施例的3D電路板制造方法的其上形成3D結(jié)構(gòu)的環(huán)材料1’的透視圖。以下，與第一實施例所述的部件相同的部件由相同的參考符號表示，并且省略了對其的說明。
根據(jù)第二實施例的3D電路板制造方法基本與第一實施例相同。如在第一實施例中那樣，設(shè)有定位導(dǎo)向孔2的環(huán)材料1’用作基板材料，并且在環(huán)材料1’的縱向方向上以其間保持的預(yù)定間隔在環(huán)材料1’上形成3D結(jié)構(gòu)3。第二實施例的區(qū)別特征在于環(huán)材料1’具有切除部分14，其形成在不形成3D結(jié)構(gòu)3的區(qū)域處。即，在第二實施例中，在每兩個相鄰3D結(jié)構(gòu)3之間的每個間隔的橫向兩側(cè)形成切除部分14。
此外，在相鄰3D結(jié)構(gòu)之間的每個間隔中，在環(huán)材料1’的橫向兩側(cè)形成一對切除部分，以使每一對切除部分彼此面對并且環(huán)材料1’的橫向中心部分位于其間。每個間隔的剩余部分形成在間隔的橫向中心部分處具有預(yù)定寬度Wc的連接部分14a(Wc小于環(huán)材料1’的寬度Wh)。因此，環(huán)材料1’中的其上形成3D結(jié)構(gòu)的部分通過連接部分14a在縱向方向上連接到其相鄰的部分上。
因此，根據(jù)第二實施例，因為環(huán)材料1’由于形成在此處的切除部分14的存在而可以被容易地彎曲，所以當卷繞環(huán)材料1時可以減小卷1A的直徑，從而可以實現(xiàn)制造設(shè)備例如圖5所示的濺射裝置7的尺寸減小。此外，由于環(huán)材料1能夠被容易地扭曲，因此在每個工藝中處理設(shè)備(例如，噴射器)的布局自由度增加了，由此有助于制造設(shè)備尺寸的減小。
第三實施例圖10是用于描述根據(jù)本發(fā)明第三優(yōu)選實施例的絕緣層形成工藝的圖。這里，與第一實施例所述的部件相同的部件將由相同的參考符號表示，并省略了對其的說明。
如在第一實施例中那樣，根據(jù)第三實施例的3D電路板制造方法包括絕緣層形成工藝B，其中將絕緣層沉積在具有形成在其上的3D結(jié)構(gòu)的環(huán)材料1上。第三實施例的區(qū)別特征在于在絕緣層形成工藝B中，通過使用絕緣精細顆粒的氣溶膠工藝沉積絕緣層。
具體地，在該優(yōu)選實施例中，將陶瓷用作絕緣體的精細顆粒。陶瓷精細顆粒與揮發(fā)性氣溶膠混合，并通過設(shè)置在環(huán)材料1附近的多個氣溶膠注入孔15向環(huán)材料1注入陶瓷精細顆粒，如圖10所示，從而在環(huán)材料1上形成陶瓷絕緣層。
由于將陶瓷精細顆粒全都注入在環(huán)材料1的周圍，因此可以在包括其側(cè)壁部分在內(nèi)的3D結(jié)構(gòu)的所有表面上形成厚度均勻的陶瓷絕緣層。
如所描述的那樣，由于在本發(fā)明的第三實施例中，通過使用絕緣精細顆粒的氣溶膠工藝形成絕緣層，因此在完成絕緣層的涂敷之后不需要干燥工藝和廢液處理。
第四優(yōu)選實施例參考圖11，提供示出在金屬層形成工藝中使用的濺射裝置的金屬靶設(shè)置的示意性結(jié)構(gòu)圖。在以下說明中，與第一實施例所述的部件相同的部件由相同的參考符號表示，并且省略了對其的說明。
根據(jù)第四實施例的3D電路制造方法包括基本與第一實施例相同的金屬形成工藝，其中借助于圖5所示的濺射裝置7來形成金屬層。然而，在第四實施例中，將多個(例如，六個)金屬靶設(shè)置在環(huán)材料1的周圍，從而在所有方向上在環(huán)材料1上的3D結(jié)構(gòu)上均勻地進行濺射。
結(jié)果，可以以基本均勻的厚度在包括其側(cè)表面在內(nèi)的所有3D結(jié)構(gòu)3的表面上形成層。
雖然已經(jīng)針對優(yōu)選實施例顯示和說明了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，在不背離如所附權(quán)利要求書中所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以進行各種改變和修改。
權(quán)利要求
1.一種三維(3D)電路板的制造方法，包括以下步驟(a)在帶狀金屬環(huán)材料上沿該帶狀金屬環(huán)材料的縱向方向形成3D結(jié)構(gòu)；(b)在其上形成所述3D結(jié)構(gòu)的所述金屬環(huán)材料上形成絕緣層；(c)在其上沉積所述絕緣層的所述3D結(jié)構(gòu)中的每一個上形成電路；(d)切割和分離其上形成所述電路的所述3D結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述金屬環(huán)材料在每兩個相鄰的3D結(jié)構(gòu)之間的間隔處設(shè)有切除部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中在步驟(b)中，通過噴涂來形成所述絕緣層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中在步驟(b)中，通過使用絕緣顆粒的氣溶膠工藝來形成所述絕緣層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中步驟(c)包括金屬層形成步驟(c1)，用于在步驟(b)中形成的所述絕緣層的表面上形成金屬層，并且通過使用干層形成裝置來進行所述金屬層形成步驟(c1)，所述干層形成裝置具有其中包含一個或兩個金屬靶的真空室，其中在使所述金屬環(huán)材料通過所述真空室的同時，通過將所述金屬環(huán)材料裝到所述真空室中并在所述金屬靶和所述金屬環(huán)材料之間施加電壓來形成所述絕緣層的表面上的所述金屬層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述干層形成裝置具有設(shè)置在所述金屬環(huán)材料周圍的多個金屬靶。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中步驟(d)包括擠壓步驟(d1)，用于從所述金屬環(huán)材料切掉具有形成在其上的所述電路的所述3D結(jié)構(gòu)，由此使所述3D結(jié)構(gòu)彼此分離，并獲得所述3D電路板，并且在擠壓步驟(d1)中，切割所述3D結(jié)構(gòu)同時將支撐板設(shè)置得與所述金屬環(huán)材料的背表面緊密接觸。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中在擠壓步驟(d1)中獲得的每個3D電路板的側(cè)表面上形成鈍化層。
全文摘要
為了獲得能夠提高電路形成的精確度和生產(chǎn)率的3D電路板制造方法，采用了設(shè)有定位導(dǎo)向孔2的金屬環(huán)材料1。由于在環(huán)材料1的縱向方向上以其間保持的預(yù)定間隔在環(huán)材料1上形成3D結(jié)構(gòu)，因此在卷1A(環(huán)材料1的卷繞物)的基礎(chǔ)上進行這一系列工藝，這導(dǎo)致可以更容易地進行單獨工藝之間的處理，同時可以防止故障和制造成本的增加。而且，由于定位導(dǎo)向孔2用于促進精確定位，因此可以以高精確度連續(xù)進行電鍍和/或激光處理，同時可以降低定位操作的節(jié)拍時間。
文檔編號H01L21/301GK1964599SQ20061016411
公開日2007年5月16日 申請日期2006年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月9日
發(fā)明者正木康史, 武藤正英, 進藤崇, 川島雅人, 森好男, 和田津久生, 內(nèi)野野良幸, 梶紀公 申請人:松下電工株式會社