專利名稱：一種基于覆銅板的激光輔助選區(qū)微去除銅膜方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于覆銅板的激光輔助選區(qū)去除銅膜方法，可以在覆銅板材料上去除可控圖案的銅箔，屬于微加工領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
激光具有單色性好，相干性好，方向性好的特點，并且易于與計算機連接實現(xiàn)自動化控制。因此，激光加工得到了廣泛的應(yīng)用。經(jīng)過透鏡聚焦后的激光在焦平面具有非常高的能量密度，可以對材料進行打孔、切割、焊接、劃片、熱處理、打標、清洗等各種加工。高能量光子還能引發(fā)或控制光化學反應(yīng)，實現(xiàn)激光刻蝕、光化學沉積、立體光刻等光化學反應(yīng)加工。激光加工與工件不接觸、表面變形小、不需要工具、加工速度快、效率高、精度高、可控性好，可加工各種材料。激光加工是未來最主要的加工手段之一。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，人類文明進入了信息時代。它要求電子產(chǎn)品向輕便化、薄型化、短小化和多功能化發(fā)展。為了滿足電子產(chǎn)品的發(fā)展要求，印刷線路板也從單面發(fā)展到雙面、多層、撓性以及剛撓結(jié)合，并不斷向高精度、高密度、高頻和高可靠性方向發(fā)展，不斷縮小體積、降低成本、提高性能。覆銅板(CCL)是制造印刷線路板的主要基板材料，起著導電、 絕緣和支撐的功能。它主要由導體材料(如銅箔)和絕緣基膜(如聚酯)等材料組成。目前用得最多的覆銅板是撓性覆銅板(FCCL)，主要品種有聚酰亞胺薄膜和聚酯薄膜為基材兩種，前者價格高、耐熱性好；而后者綜合性能好、成本低，產(chǎn)品形態(tài)可分為卷狀和片材。在FCCL上制作的電路稱為撓性印制電路板(FPC)，簡稱軟板或柔性線路板。由于它使用的材料柔韌性比較好，在電子產(chǎn)品裝配密集化和制作多功能化方面有很大的優(yōu)勢， FPC成為印制電路板行業(yè)中增長最快的一個品種。此外，這種電路板散熱性好，可彎曲、折疊、卷撓，還可在三維空間隨意移動和伸縮。它已經(jīng)由最初在軍工、國防領(lǐng)域的應(yīng)用轉(zhuǎn)向電子、汽車等民用領(lǐng)域。折疊手機、數(shù)碼相機、筆記本電腦、噴墨打印機帶狀引線、硬盤驅(qū)動磁頭引線、汽車傳感器、儀表盤、導航器和GPS定位系統(tǒng)等現(xiàn)代消費類電子產(chǎn)品，幾乎都離不開 FPC。在覆銅板上制作電路板就是將不需要的銅箔去掉，留下需要的電路部分。傳統(tǒng)的印刷電路工藝技術(shù)包括照相制板、圖像轉(zhuǎn)移、蝕刻、鉆孔、孔金屬化、表面金屬涂敷以及有機材料涂敷等工序，制作工藝復雜、設(shè)備精度要求高、精度低、成本高，且容易產(chǎn)生導線凹陷， 制作周期較長、柔性化程度差，不適合中小批量生產(chǎn)。另外還有光化學法制作電路板，它包括表面處理、貼壓感光干膜、曝光、顯影、圖形電鍍、退膜、差分蝕刻等工序，比印刷制作電路成功率高、精度高，但是感光工藝復雜，需要制作菲林片，不適于大規(guī)模生產(chǎn)。近幾年出現(xiàn)了幾種新的電路板制作技術(shù)。Atotech德國公司開發(fā)了一種制作超細線路的深溝填充新技術(shù)，稱為“溝填技術(shù)(TrenchFilling) ”，適用于新一代的集成電路 (IC)封裝載板生產(chǎn)?！皽咸罴夹g(shù)”是在絕緣基板表面由激光開溝形成凹槽，再化學鍍與電鍍銅填充凹槽，然后磨板除去表面銅層在凹槽內(nèi)留有銅導體形成線路。有報道稱它可以實現(xiàn)量產(chǎn)的最小線寬/線距為17μπι/17μπι，然而存在線路結(jié)合力差等弱點。美國DKNResearch和日本NYhdustry公司合作，開發(fā)了全印刷工藝技術(shù)生產(chǎn)高密度撓性電路，導線寬度與間距可以小至30 μ m。以上的方法都存在共同的缺點操作復雜，成本高，周期長且污染環(huán)境，不能制備隨意的圖形且精度都受到模板的限制。隨著激光的出現(xiàn)，制作FPC出現(xiàn)了新的方法。激光直接刻蝕技術(shù)可以大大簡化圖像轉(zhuǎn)移、蝕刻、鉆孔等工藝，擺脫傳統(tǒng)掩模的束縛，通過將激光束作用于基板上的銅層表面，直接去除不同厚度的銅層，從而制作出所需的電路圖形。激光直寫布線適合大、小批量生產(chǎn)，周期短，精度高，設(shè)備簡單，無需制備模板。華中科技大學在2003年以前就開始了激光刻蝕直接布線技術(shù)的研究并申請了專利，但是還處于試驗階段。他們用355nm紫外激光刻蝕銅縫寬達到30 μ m。由于FCCL基底與銅箔熔點相差較大，用激光直接刻蝕難以實現(xiàn)無損傷基底完全去除銅箔，特別是要想刻蝕較大尺寸的圖案更是不可能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決目前在覆銅板上制作任意圖案、無損傷基底及速度慢的難題，提出一種基于覆銅板的激光輔助選區(qū)去除銅膜方法，該方法將傳統(tǒng)印刷技術(shù)與激光技術(shù)相結(jié)合，制圖工藝簡單，方便快捷，效率高，能在覆銅板表面選任意區(qū)域，且具有可控選區(qū)的形狀，能無損傷基底絕緣膜去除選區(qū)銅膜。本發(fā)明采用的選區(qū)去除裝置包括控制輸出信號頻率的計算機、激光器、計算機與激光器連接的數(shù)據(jù)線、激光運動控制系統(tǒng)、工作臺、夾具等，材料包括覆銅板、刻蝕劑、涂料等。本發(fā)明使用上述基于覆銅板的激光輔助選區(qū)去除銅膜方法進行選區(qū)去除，包括如下步驟1)在覆銅板的銅箔表面上涂一層涂料，并等涂料變干；2)打開計算機，在計算機中用作圖軟件制作需要去除的圖案；3)將激光器2分別與激光運動控制系統(tǒng)3和計算機1通過數(shù)據(jù)線相連接，激光參數(shù)與激光運動路徑通過計算機中的激光控制軟件進行控制；4)將步驟1)有涂層的覆銅板5置于工作臺6的加工平臺上，用夾具4夾緊，保持覆銅板有涂層的面與激光束焦點所在平面處于同一平面；5)打開激光器與激光控制軟件，在激光控制軟件中導入要去除的圖案，用指示光將圖案定位到需去除的位置，調(diào)整激光功率、重復頻率、掃描速度、掃描間隔和開光/關(guān)光時間，激光控制軟件將根據(jù)計算機輸出的圖案信號控制激光進行掃描，激光束作為高能束通過激光運動控制系統(tǒng)3作用在覆銅板上進行有選擇的去除涂層；6)將激光掃描后的覆銅板放入刻蝕劑中進行刻蝕；7)將刻蝕好的樣品放入清水中漂洗，將涂料去除。所述的涂料，可以是漆、耐蝕油墨、硅膠、有機顏料。所述的覆銅板，可以是撓性覆銅板或剛性覆銅板。所述的作圖軟件，可以是PHOTOSHOP、CORLDRAW、AUTOCAD。所述的圖案，可以是各種尺寸的點、線、環(huán)、圓、矩形、電路圖形(FPC)。所述的激光器，可以是光纖激光器、Nd: YAG固體激光器、二氧化碳激光器，所使用的激光為連續(xù)激光或脈沖激光。所述的激光運動控制系統(tǒng)，依具體的圖案和材料的不同，可以是掃描振鏡或數(shù)控激光加工頭與可以實現(xiàn)二維或三維加工的數(shù)控機床。如果工作臺6是數(shù)控機床則與計算機相連。一般情況下掃描振鏡與普通的工作平臺組合工作，數(shù)控激光加工頭與數(shù)控機床組合工作。所述的刻蝕劑為帶有氧化性的溶液，依具體的材料不同，可以是帶有雙氧水的鹽酸或硫酸，硝酸，氯化鐵溶液。所述的涂料去除，可以是用超聲波清洗或激光掃描去除，也可有機溶劑或脫膜劑去除。所述的工作臺、夾具、覆銅板可置于流動的空氣或氬氣、氮氣中或真空中。本發(fā)明的工作原理是將覆銅板的銅面全部涂上耐腐蝕涂料，激光控制系統(tǒng)根據(jù)需求圖案掃描涂層，通過激光熱作用將激光掃過的涂料氣化掉(相當于曝光顯影或印刷圖案)，需要去除區(qū)域的銅箔顯露出來，再通過溶液刻蝕掉露出的銅膜，而激光沒有掃過的地方由于涂層保護而沒有收到腐蝕。刻蝕好的覆銅板放入清水清洗去除殘留的腐蝕溶液，最后將涂層去除，就可以得到想要的樣品。激光束照射在涂層上，通過調(diào)節(jié)激光器輸出功率或重復頻率或離焦量或掃描間隔或掃描方式來控制涂層去除速度及圖案精度。由于激光攜帶的大量能量使得涂料劇烈氣化，由此發(fā)生伴隨光化學反應(yīng)的熱化學反應(yīng)或氣化物影響光束傳播，可通過控制反映環(huán)境氣氛來解決。使用本發(fā)明可在覆銅板上制備復雜的FPC以及任意位置大小的各種圖案，精度高，效率高、可控性好，選區(qū)形狀可通過計算機輸出控制。本發(fā)明可實現(xiàn)FPC布線、掩膜以及精美工藝品的制造。


圖1本發(fā)明中的基于覆銅板的激光選區(qū)去涂層的結(jié)構(gòu)示意中1，計算機，2，激光器，3，激光運動控制系統(tǒng)，4，夾具，5，覆銅板，6，工作臺。圖2實施例1所做的基于覆銅板的激光選區(qū)去涂層的效果圖。
具體實施例方式首先有必要在此指出的是本實施例只用于對本發(fā)明進行進一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制。實例1本發(fā)明實例選用體積小、光束質(zhì)量好、加工方便的光纖激光器，激光運動控制系統(tǒng)采用掃描振鏡；覆銅板選用基膜70 μ m的聚酯薄膜鍍18 μ m銅箔的撓性覆銅板；選用5% 雙氧水和15%鹽酸的混合溶液作為刻蝕劑；選擇快干熱塑性丙烯酸氣霧漆為涂料；選用 PHOTOSHOP軟件作為作圖軟件；選擇外徑10mm、內(nèi)徑6mm的圓環(huán)、IOmm大小的正五角星作為去除圖案；選用超聲波去除最后的涂料。本實例按以下方法進行將快干熱塑性丙烯酸氣霧漆均勻的噴在銅箔上，等噴漆干了后將覆銅板置于工作臺上激光器振鏡的焦平面上，并用夾具固定；在PS軟件中畫出外徑10mm、內(nèi)徑6mm的圓環(huán)、IOmm大小的正五角星的黑白圖案；在激光控制軟件導入做好的圖案，設(shè)定加工參數(shù)為功率10W，頻率80HZ，掃描間隔0. 025mm,掃描速度1500mm/s，開光/關(guān)光時間lys/30ys。打開激光器，使激光器按照設(shè)定的加工參數(shù)和進行掃描。掃描完畢后將覆銅板用自來水沖洗，再放入裝有5%雙氧水和15%鹽酸的混合溶液的玻璃皿中刻蝕。 刻蝕完后的覆銅板用自來水沖洗后放入超聲波中去除其他部位的噴漆，即可在聚酯覆銅板上得到無損傷聚酯、圖案清晰的去銅箔圓環(huán)與五角星。實物圖見圖2。實例2本發(fā)明實例選用最大功率30W的小型(X)2激光器，激光運動控制系統(tǒng)采用三維數(shù)控機床；覆銅板選用基膜70 μ m的聚酯薄膜鍍18 μ m銅箔的撓性覆銅板；選用50%三氯化鐵溶液作為刻蝕劑；選擇硅膠為涂料；選用PHOTOSHOP軟件作為作圖軟件；選擇外徑10mm、 內(nèi)徑6mm的圓環(huán)、IOmm大小的正五角星作為去除圖案；選用超聲波去除最后的涂料。本實例按以下方法進行將硅膠均勻的涂在銅箔上，等硅膠干了后將覆銅板置于工作臺上激光器透鏡的焦平面上，并用夾具固定；在PS軟件中畫出外徑10mm、內(nèi)徑6mm的圓環(huán)、IOmm大小的正五角星的黑白圖案；在激光控制軟件中導入做好的圖案，設(shè)定加工參數(shù)為功率24W，掃描速度100mm/S。打開激光器，使激光器按照設(shè)定的加工參數(shù)進行掃描。掃描完畢后將覆銅板用自來水沖洗，再放入裝有50%三氯化鐵溶液的玻璃皿中刻蝕，保持溫度在40°C?？涛g完后的覆銅板用自來水沖洗后放入超聲波中去除其他部位的硅膠，即可在聚酯覆銅板上得到無損傷聚酯、圖案清晰的去銅箔圓環(huán)與五角星。
權(quán)利要求
1.基于覆銅板的激光輔助選區(qū)去除銅膜方法，其特征在于，包括如下步驟1)在覆銅板的銅箔表面上涂一層涂料，并等涂料變干；2)打開計算機，在計算機中用作圖軟件制作需要的去除圖案；3)將激光器分別與激光運動控制系統(tǒng)和計算機通過數(shù)據(jù)線相連接，激光參數(shù)與激光運動路徑通過計算機中的激光控制軟件進行控制；4)將步驟1)有涂層的覆銅板置于工作臺的加工平臺上，用夾具夾緊，保持覆銅板有涂層的面與激光束焦點所在平面處于同一平面；5)打開激光器與激光控制軟件，在激光控制軟件中導入要去除的圖案，用指示光將圖案定位到需去除的位置，調(diào)整激光功率、重復頻率、掃描速度、掃描間隔和開光/關(guān)光時間， 激光控制軟件將根據(jù)計算機輸出的圖案信號控制激光進行掃描，激光束作為高能束通過激光運動控制系統(tǒng)作用在覆銅板上進行有選擇的去除涂層；6)將激光掃描后的覆銅板放入刻蝕劑中進行刻蝕；7)將刻蝕好的樣品放入清水中漂洗，將涂料去除。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述的涂料是漆、耐蝕油墨、硅膠、有機顏料。
3.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述的覆銅板是撓性覆銅板或剛性覆銅板。
4.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述的激光器是光纖激光器、Nd:YAG固體激光器、二氧化碳激光器，所使用的激光為連續(xù)激光或脈沖激光。
5.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述的激光運動控制系統(tǒng)是掃描振鏡、數(shù)控激光加工頭與可以實現(xiàn)二維或三維加工的數(shù)控機床。
6.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述的刻蝕劑為帶有氧化性的溶液。
7.按照權(quán)利要求6的方法，其特征在于，帶有雙氧水的鹽酸或硫酸、硝酸或氯化鐵溶液。
8.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，涂料去除是用超聲波清洗、激光掃描、有機溶劑或脫膜劑去除。
9.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，工作臺、夾具、覆銅板置于流動的空氣或氬氣、 氮氣中或真空中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于覆銅板的激光輔助選區(qū)微去除銅膜方法，屬于微加工領(lǐng)域。包括以下步驟在覆銅板的銅箔表面上涂一層涂料；用作圖軟件制作需要的去除圖案；將激光器分別與激光運動控制系統(tǒng)和計算機連接，激光參數(shù)與激光運動路徑通過激光控制軟件控制；將有涂層的覆銅板置于加工平臺上夾緊，保持覆銅板有涂層的面與激光束焦點同一平面；在激光控制軟件中導入要去除的圖案，用指示光需去除的位置，調(diào)整激光參數(shù)，激光束作用在覆銅板上有選擇的去除涂層；將掃描后的覆銅板放入刻蝕劑中進行刻蝕；將刻蝕好的樣品放入清水中漂洗，將涂料去除。本發(fā)明精度高，效率高、可控性好，選區(qū)形狀可控制，可實現(xiàn)FPC布線、掩膜以及精美工藝品的制造。
文檔編號H05K3/06GK102202466SQ20111009034
公開日2011年9月28日 申請日期2011年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月12日
發(fā)明者袁建文, 陳繼民 申請人:北京工業(yè)大學