製作印刷線路板的工藝方法
2023-09-10 00:25:00
專利名稱：製作印刷線路板的工藝方法
技術領域：
本發明涉及用於製造印刷電路的設備或方法，尤其涉及一種使用磁控濺射設備製作超薄型多層印刷線路板的工藝方法。
當今的電子設備越來越小，越來越輕，信號的傳輸都不是模擬量，而是數字傳輸，在信息通信技術領域，所有通信工具的信號傳輸和信號處理大都在高頻範圍，甚至在超高頻的範圍。傳統的厚度為18μ以上的線路板由於在蝕刻過程厚度過高，反應時間過長，形成三個被蝕刻截面，即側蝕現象。這種側蝕現象對高頻信號傳輸是有害的。高頻電路要求線路無側蝕現象和毛刺，因此只有採用超薄銅箔，才能達到較小的側蝕。而且線寬越細，銅箔厚度就應該越薄，銅箔越薄，在蝕刻溶液中的時間越短，側蝕量越小。資料顯示日本的多層線路板的內層線路的銅箔厚度為5μ，FPC的銅箔厚度最小到2μ，顯示線路銅箔厚度越來越薄是一個趨勢。
另外，印刷線路板的製作有三個重要的階段孔金屬化，蝕刻，生產汙水的環保處理。
孔金屬化為完成雙面板或多層板層間導線的聯通，將通孔鍍上導電金屬使之導通。它有兩種技術手段獲得，化學鍍銅和直接電鍍。化學鍍銅的主要工藝流程如下板面和孔壁的清潔處理→弱腐蝕處理→活性處理→化學鍍銅。其中活化處理是為了使絕緣基材上吸附一層非連續的重金屬顆粒，這些重金屬具有吸附還原劑的能力，使經過活化的基體表面具有催化還原金屬的能力，從而使化學鍍銅反應在整個催化處理過的基體表面上順利進行，孔金屬化技術是印製板技術的關鍵之一，化學鍍銅溶液中的甲醛對生態環境有危害，有致癌的潛在危險，溶液的穩定性差，生產過程要嚴格監控，這樣直接電鍍應運而生，按導電材料分類，基本上可歸納為三種類型(1)鈀技術；(2)導電性；高分子系列〔如聚吡略(PYRROLE)、聚苯胺(polyaniline)〕，(3)碳黑系列。
化學電鍍和直接電鍍各有優缺點，但是它們的共通之處是化學反應獲取導電的通孔，基本都用重金屬溶液和絡合物，所有溶液都必須經環保處理才能排放。
蝕刻其主要目的是為了獲得清晰、附著力良好的滿足要求的導電電線路，其主要工藝流程如下清洗→貼膜(網印)→爆光顯影(或固化)→栓驗修版→蝕刻→正像電路圖、除了實際工藝中的問題外，蝕刻是一個相對簡單的化學工序過程。
生產汙水的環保處理PCB從清洗到電鍍、蝕刻都是一個依賴化學反應為獲取手段，且必須用到眾多還原劑，活性劑等，其殘留物的排放應相當慎重，否則人類生存的周邊環境成了就成了一個大垃圾桶。所以排放的生產汙水裡面的重金屬含量，有機物含量等必須達到環保標準才能排放。
較好地處理側蝕現象、孔金屬化以及生產汙水的環保處理問題，成為印刷線路板製作過程的技術難點。七十年代發明的磁控濺射技術為解決上述技術難題提供了一種有效的途徑。磁控濺射是一種真空濺射技術，它是鍍膜技術上的一場革命。利用磁控濺射所進行的低溫濺射，大面積濺射均勻性良好，沉積速率高，附著力強，任何不導磁材料都可以作為濺射源。它首先被廣泛應用於外牆裝飾用鍍膜玻璃Solar control、具有對紅外超過90％以上反射的功能鍍膜玻璃Low-E Glass以及ITO.EL、PDP等多種顯示技術。無論是美國作者Russell J.Hill、Steven J.Nadel著的《coatedGlass Applications and Markets》還是東北大學出版社出版的《幕牆玻璃真空鍍膜技術》(楊乃恆主編)，都表明銅材作為一種濺射源具有很高的沉積速率(次於銀、金)，銅作為一各非導磁濺射源，有相當高的沉積速率，是SST(不鏽鋼)Ti(鈦)、矽(Si)等材料的4-6倍，而且這種磁控濺射行為能夠將板面的通孔內壁也能均勻性鍍上一層薄膜，磁控濺射作為一種真空濺射方法，它有如下優點低溫濺射、良好大面積的厚度均勻性、沉積速率高、膜層與基材間的附著力良好。這樣使濺射技術被應用在PCB製作成為可能。
本發明的目的在於避免現有技術的不足之處而提供一種利用真空磁控濺射技術製作線路板的工藝方法，使得採用該工藝方法製造出來的線路板具有良好通孔、埋盲孔的孔金屬化，而且銅箔鍍層厚度小於18μ，而且厚度可變化控制，側蝕現象得到明顯的抑制；另外還能大大地減少線路板製造過程的廢水汙染。
本發明的目的可以通過採用如下的技術措施來實現，設計一種製作印刷線路板的工藝方法，該工藝方法包括如下步驟在基材的一個面獲得設計線路鍍層包括步驟a至fa.將已鑽好孔的基材表面除油汙、去微粒清洗，然後用去離子水清洗，用於燥氣體吹乾表面，得到清潔的基材表面；b.在已清潔的基材表面塗覆或貼上一層感光材料將基材放在光刻機上曝光、顯影，清洗基材表面得到有感光材料塗層的電路負像，然後烘乾；c.在≤2×10-6TORR本底真空條件下，使用磁控濺射設備，把改善銅箔與基材親合力的底層介質沉積在有電路負像的基材表面；d.在≤2×10-6TORR本底真空條件下，使用磁控濺射設備，把導電銅箔沉積在有底層介質的基材表面；e.在≤2×10-6TORR本底真空條件下，使用磁控濺射設備，把改善層與層之間親合力的上層介質沉積在銅箔鍍層表面；f.將經步驟e得到的附有設計線路鍍層的基材浸入清洗溶液並加溫至60℃～70℃，輔以超聲波清洗，快速將附有感光材料的鍍膜層清洗掉，留下帶孔金屬化的線路部分；重複步驟a至f，可獲得基材另一表面的設計線路鍍層；
如果印刷線路板為二層以上的多層板，例如四層線路板，則還需增加如下工序；g.把重複步驟a至f製作出的兩張雙面板以及中間絕緣板按照預先設置的位置對齊疊好；h.把位置對齊疊好的兩張雙面板和夾在中間的絕緣板進行高溫層壓即得到四層線路板。
附圖的圖面說明如下
圖1是本發明製作印刷線路板的工藝方法的工藝流程圖；圖2是步驟c、d、f所述利用磁控濺射設備把銅箔或介質沉積在基材表面的工作過程示意圖。
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。
根據圖1可以看出，本發明製作印刷線路板的工藝方法包括如下步驟在基材的一個面獲得設計線路鍍層包括步驟a至fa.將已鑽好孔的基材表面除油汙、去微粒清洗，然後用去離子水清洗，用乾燥氣體吹乾表面，得到清潔的基材表面，即圖1所示的備片、裁片、鑽孔、清洗和烘乾；b.在已清潔的基材表面塗覆或貼上一層感光材料將基材放在光刻機上曝光、顯影，清洗基材表面得到有感光材料塗層的電路負像，然後烘乾；c.在≤2×10-6TORR本底真空條件下，使用磁控濺射設備，把改善銅箔與基材親合力的底層介質沉積在有電路負像的基材表面；d.在≤2×10-6TORR本底真空條件下，使用磁控濺射設備，把導電銅箔沉積在有底層介質的基材表面；e.在≤2×10-6TORR本底真空條件下，使用磁控濺射設備，把改善層與層之間親合力的上層介質沉積在銅箔鍍層表面；f.將經步驟e得到的附有設計線路鍍層的基材浸入清洗溶液並加溫至60℃～70℃，輔以超聲波清洗，快速將附有感光材料的鍍膜層清洗掉，留下帶孔金屬化的線路部分；重複步驟a至f，可獲得基材另一表面的設計線路鍍層；如果印刷線路板為二層以上的多層板，例如四層線路板，則還需增加如下工序；g.把重複步驟a至f製作出的兩張雙面板以及中間絕緣板按照預先設置的位置對齊疊好；h.把位置對齊疊好的兩張雙面板和夾在中間的絕緣板進行高溫層壓即得到四層線路板。
如果上層介質是CuO或Cu2O，則在步驟d和e之間增加一個步驟，即把鍍有銅箔的基材從真空環境中取出，進行通孔掩孔。
上述基材為固化或半固化絕緣材料，如塑料、玻璃、陶瓷或金屬等；步驟a所述的去離子水必須是≥10MΩ的去離子水；步驟a.所述的乾燥氣體為純N2氣體；步驟c所述的改善銅箔與基材親合力的底層介質是Ni、Cr、NiCr、Ti一類金屬以及CuO、Cu2O或它們的混合物；步驟e所述的上層介質是Ni、Cr、NiCr、Ti一類金屬以及CuO、Cu2O或它們的混合物；步驟c至e所述的沉積過程在直流和交流中頻電源的平面陰極和旋轉陰極板下進行；所述感光材料的厚度大於沉積在基材表面的鍍層厚度。
圖2是步驟c、d、f所述利用磁控濺射設備把銅箔或介質沉積在基材表面的工作過程示意圖。該磁控濺射設備包括工藝泵1、隔離泵2、法蘭3、隔離通道4、託板5、陰極6(陰極即濺射源)和傳送系統7。準備鍍膜的基材置於託板5之上，由傳動系統7帶動，基材在進入中間的鍍膜室之前作加速移動；在鍍膜室中作勻速運動；移出鍍膜室後基材作減速運動。
顯然，本發明能夠一次性地解決線路製作和孔金屬化，而且也可以通過沉積不同的介質來改善線路銅箔與絕緣層之間的親合力，也可以把一種合金材料或混合物，作為濺射源來製作電路板來改善導電性和電路板的導熱性。
以製作四層線路板為例簡述本發明的實施過程。先將已鑽好孔的基材除油汙去微粒清洗，然後以去離子水清洗，得到清潔的表面並用純N2吹乾，然後表面塗覆或貼上一層感光材料，將基材放在光刻機上面曝光，顯影清洗基材上得到感光材料塗層的電路負像。反轉一面，重複上面相同的操作過程，製作基材另一面的電路負像。在磁控濺射設備中，以濺射的方式按「底層介質+銅箔+上層介質」的順序依次把各種物質沉積在基材上，其中介質的作用為改善銅箔與基材的親合力，如CuO、Cu2O、Ni、Cr、NiCr、Ti等。氧化物為在以氧氣為工藝氣體的濺射過程中獲得，顯然第二層介質如果為CuO、Cu2O和其混合，則會影響通孔的導通和電器導電的連接，在這種情況下，鍍完銅箔之後，從真空環境中取出基材，進行通孔掩孔，再進入磁控測射系統之中，沉積上層介質。將所得覆蓋鍍層的基材從真空測射系統中取出取出，反轉一面再放進真空測射系統中，重複上面的過程，可以得到基材另一面的設計線路鍍層。將這種兩面附有設計線路鍍層的基材浸入3-5％的氫氧化鈉溶液中加溫到60℃～70℃，輔以超聲波清洗，快速將感光材料的鍍膜層清洗掉，留下已帶孔金屬化的線路部分。
重複上述操作得到第二張基材的設計線路鍍層，所必須注意的是應保證相同功能的鍍層厚度完全相同。
中間絕緣層的製作按設計要求，製作多層板層間連接用銅盤位置裸露，其餘地方被感光材料附著，去除油汙、雜質清洗之後，以10MΩ的去離子水清洗兩個表面，在磁控濺射設備中將兩面鍍覆設計要求的薄膜，然後清洗去膜，留下已金屬化的孔，且周邊有一定寬度銅箔的絕緣層，此園圈作層與層的通孔導電連接之用。
多層板的製作將二張有設計線路鍍層的基材和中間絕緣層按預先設置的定位合好，然後按傳統工藝進行高溫層壓即可得到多層板。顯然製作四層線路板的基材應為半固化材料，否則層壓後達不到高強固化的要求。
在對上述三層基材進行真空濺射之前，所有的帶負相的基材必須經過≥10MΩ以上的去離水清洗，該去離水必須經過紫外線殺菌，真空系統的工藝鍍膜室(Process Chamber)必須在本底真空2×10-6Torr才可開始工作。良好的本底真空和無虛洩漏的真空系統，對保持塗覆層的均勻性和產品的穩定性，有相當大的益處。
對於改善銅箔與基材親合力的氧化物介質鍍層，如CuO、Cu2O及其混合物，是在以氧氣作濺射氣體得到的。但由於CuO、Cu2O的不導電特性，作為濺射源的銅材表面會被氧化生成上述物質，表面過度的電荷積累在高壓電場的作用下會引起弧光放電(Arc)，資料介紹這种放電的局部功率會達到105-106瓦/平方釐米，這樣會使銅材呈熔融狀態而落降到基材的鍍層表面上，破壞基材和鍍層，從而影響產品質量，降低成品率。工藝操作應在氧氣中加適當比例的氬氣來改善濺射效率，使濺射下來的銅原子與所有的氧氣反應，保證作為濺射源表面呈金屬態，能夠逸出電荷，減少放電現象，還可以通過用氬氣燒靶(burning tanget)來清除表面的不導電氧化物。
工藝氣體的濺射壓力與真空系統所決定的分子平均自由程有關，這種濺射方式的分子平均自由程通常與靶基距有相當大的關係，即被鍍基材和靶面的距離，美國BOCCT和德國LEYBOLD的靶基距約為120MM，故濺射壓力約為2×10-3TORR，由於靶材和真空抽氣系統的設計略有差別，BOCCT的新設備(G80型)的濺射壓力略高，LEYBOLD的設備濺射壓力略低，兩種進口設備的濺射電源的電壓均小於1000V，有直流和交流，兩種靶材形狀分別為平面和旋轉靶。
根據電器性能的不同，本發明的工藝方法適用製作單面板、雙面板或兩層以上的多層板，其中多層板的鍍覆次數為2n-2次(其中n為層數)與現有技術相比較，本發明具有以下優點。
1、除感光材料塗層清洗，除油汙、去微粒清洗外，整個過程無須以液體狀態為形式的化學反應，生產中的排放水不含任何絡合物、重金屬，汙水易於處理或生物降解，對生態環境不會構成任何危害。
2、工藝過程簡單，能明顯降低生產成本，且產品質量高。
權利要求
1.一種製作印刷線路板的工藝方法，其特徵在於該工藝方法包括如下步驟在基材的一個面獲得設計線路鍍層包括步驟a至fa.將已鑽好孔的基材表面除油汙、去微粒清洗，然後用去離子水清洗，用乾燥氣體吹乾表面，得到清潔的基材表面；b.在已清潔的基材表面塗覆或貼上一層感光材料將基材放在光刻機上曝光、顯影，清洗基材表面得到有感光材料塗層的電路負像，然後烘乾；c.在≤2×10-6TORR本底真空條件下，使用磁控濺射設備，把改善銅箔與基材親合力的底層介質沉積在有電路負像的基材表面；d.在≤2×10-6TORR本底真空條件下，使用磁控濺射設備，把導電銅箔沉積在有底層介質的基材表面；e.在≤2×10-6TORR本底真空條件下，使用磁控濺射設備，把改善層與層之間親合力的上層介質沉積在銅箔鍍層表面；f.將經步驟e得到的附有設計線路鍍層的基材浸入清洗溶液並加溫至60℃～70C，輔以超聲波清洗，快速將附有感光材料的鍍膜層清洗掉，留下帶孔金屬化的線路部分；重複步驟a至f，可獲得基材另一表面的設計線路鍍層；如果印刷線路板為二層以上的多層板，例如四層線路板，則還需增加如下工序；g.把重複步驟a至f製作出的兩張雙面板以及中間絕緣板按照預先設置的位置對齊疊好；h.把位置對齊疊好的兩張雙面板和夾在中間的絕緣板進行高溫層壓即得到四層線路板。
2.根據權利要求1所述的製作印刷線路板的工藝方法，其特徵在於所述基材是塑料、玻璃、陶瓷或金屬。
3.根據權利要求1所述的製作印刷線路板的工藝方法，其特徵在於步驟c所述的改善銅箔與基材親合力的底層介質是Ni、Cr、NiCr、Ti一類金屬以及CuO、Cu2O或它們的混合物。
4.根據權利要求1所述的製作印刷線路板的工藝方法，其特徵在於步驟e所述的上層介質是Ni、Cr、NiCr、Ti一類金屬以及CuO、Cu2O或它們的混合物。
5.根據權利要求1所述的製作印刷線路板的工藝方法，其特徵在於步驟a所述的去離子水必須是≥10MΩ的去離子水。
6.根據權利要求1所述的製作印刷線路板的工藝方法，其特徵在於步驟c至e所述的沉積過程在直流和交流中頻電源的平面陰極和旋轉陰極板下進行。
7.根據權利要求1所述的製作印刷線路板的工藝方法，其特徵在於步驟a.所述的乾燥氣體為純N2氣體。
8.根據權利要求1所述的製作印刷線路板的工藝方法，其特徵在於所述基材為固化或半固化絕緣材料。
9.根據權利要求1所述的製作印刷線路板的工藝方法，其特徵在於所述感光材料的厚度大於沉積在基材表面的鍍層厚度。
10.根據權利要求1所述的製作印刷線路板的工藝方法，其特徵在於如果上層介質是CuO或Cu2O，則在步驟d和e之間增加一個步驟，即把鍍有銅箔的基材從真空環境中取出，進行通孔掩孔。
全文摘要
本發明公開了一種製作印刷線路板的工藝方法,該工藝方法在半固片或固片等絕緣基材上塗敷或貼上一層感光材料經過曝光顯影,得到電路的負像,在真空磁控濺射的作用下將銅沉積在基材表面,通過清洗去掉負像部分的感光材料和銅箔,即得線路。而且所有的導通孔均得到附著力很好的導電金屬層,使用這種方法能夠不用化學反應的方式得到線路和使得孔金屬化,能夠在一次工藝過程中得到線路和孔金屬化,完成PCB生產的關鍵過程。
文檔編號H05K3/46GK1335743SQ0011730
公開日2002年2月13日 申請日期2000年7月26日 優先權日2000年7月26日
發明者趙遠濤 申請人:趙遠濤