三維電路板的製造方法
2023-05-20 14:26:46
專利名稱：三維電路板的製造方法
技術領域：
本發明涉及一種三維(3D)電路板的製造方法。
背景技術：
在3D電路部件如MID(模製互聯器件)的常規製造方法中，通常將導電層沉積在諸如樹脂的絕緣體的模製主體上，然後通過利用雷射將電路選擇性地形成在導電層上。
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電路部件製造方法，該方法用於藉助於以下過程來提高生產量製備具有形成在單個模中的多個3D結構的模製主體；通過採用上述方法在每個3D結構上形成電路；然後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3D電路板的製造方法中，具有形成在單個模中的多個3D結構的每個模製主體是由諸如樹脂或陶瓷的絕緣體製成的板狀件。由此，需要處理機構來裝載和設置在自動線上的模製主體。結果，使製造3D電路板的裝置的整個規模增加到與由控處理機構所佔的空間一樣大的程度，導致製造成本以及設備安裝空間(所佔面積)的增加。
而且，在上述方法中，當在3D結構上形成電路時，通過對準模製主體來進行用於雷射構圖的定位。由此，將降低電路形成的精確度，同時由於費時的定位操作將增加生產節拍時間。
發明內容
因此，本發明的目的是提供一種3D電路板的製造方法，其能夠通過在帶狀金屬環材料(hoop material)上相繼形成多個3D結構並處理該3D結構以製造3D電路板來提高生產率以及電路形成的精確度。
根據本發明，提供一種三維(3D)電路板的製造方法，包括以下步驟(a)在帶狀金屬環材料上沿該帶狀金屬環材料的縱向方向形成3D結構；(b)在其上形成3D結構的金屬環材料上形成絕緣層；(c)在其上沉積絕緣層的3D結構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結構。
優選地，金屬環材料在每兩個相鄰的3D結構之間的間隔處設有切除部分(cutout portion)。
優選地。在步驟(b)中，通過噴塗形成絕緣層。
優選地，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。
優選地，步驟(c)包括金屬膜形成步驟(c1)，用於在步驟(b)中形成的絕緣層表面上形成金屬層，並且該金屬層形成步驟(c1)通過使用幹層形成裝置來進行，該幹層形成裝置具有其中含有一個或多個金屬靶(metaltarget)的真空室，其中在使金屬環材料通過真空室的同時，通過將金屬環材料裝到真空室中並在金屬靶和金屬環材料之間施加電壓來形成絕緣層表面上的金屬層。
優選地，幹層形成裝置具有多個設置在金屬環材料周圍的金屬靶。
優選地，步驟(d)包括擠壓步驟(d1)，用於從金屬環材料切掉具有形成在其上的電路的3D結構，由此將3D結構彼此分開，並獲得3D電路板，並且在加壓步驟(d1)中，切割3D結構同時設置支撐板使其與金屬環材料的背表面緊密接觸。
優選地，在加壓步驟(d1)中獲得的每一個3D電路板的側表面上形成鈍化層。
結合附圖，根據以下對優選實施例進行的說明，本發明的上述和其它目的和特徵將變得顯而易見，在附圖中圖1是示意性地示出根據本發明第一優選實施例的一系列3D電路板的製造工藝的框圖；圖2示出在其上通過根據第一優選實施例的3D結構形成工藝形成3D結構的金屬環材料的透視圖；圖3示出描述根據第一優選實施例的絕緣層形成工藝的說明圖；圖4A至4D示出描述根據第一優選實施例的電路形成工藝的說明圖；圖5是根據第一優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構圖；圖6示出描述根據第一優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電路板和根據本發明第一優選實施例的支撐板的截面圖；圖8示出描述用於在分離的3D電路板的側表面上形成鈍化層的工藝的說明圖；圖9示出根據本發明第二優選實施例的具有形成在其上的3D結構的環材料的透視圖；圖10示出描述根據本發明第三優選實施例的絕緣層形成工藝的說明圖；圖11是示出根據本發明第四優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置的示意性結構圖。
具體實施例方式
以下，將參考附圖詳細說明本發明的優選實施例。
第一優選實施例根據本發明的3D電路板製造方法可以用於製造諸如MID的3D電路部件。在該實施例中，將帶狀金屬環材料(以下簡稱為「環材料」)用作基板部件。術語「帶狀金屬環材料」或在本文中使用的簡稱「環材料」表示由金屬製成的可彎曲的細長材料，該材料可以卷繞或纏繞在捲軸上並且由其提供。
如圖1所示，根據本發明的第一實施例的3D電路板製造方法採用帶狀環材料1，其例如由Al、Cu或其合金形成，設有定位導向孔2(參見圖2)。該定位導向孔2在以下步驟中所需的位置對準工藝中優選用作參考點。該方法包括3D結構形成工藝A，用於在環材料1的縱向方向(延長方向)上，在環材料1上以其間保持的預定間隔形成3D結構3(參見圖2)；絕緣層形成工藝B，用於在其上形成3D結構3的環材料1上形成絕緣層；電路形成工藝C，用於在其上沉積絕緣層的每個3D結構3上形成電路4(參見圖4)；以及板分離工藝D，用於切開和分離其上形成電路的3D結構3。在對其進行工藝A至D中的每一個工藝處理之前，卷繞環材料1以形成卷(roll)1A。
在3D結構形成工藝A中，例如在環材料的縱向方向上，在環材料1的頂表面上以其間保持的預定間隔形成3D結構3，如圖2所示。每個3D結構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；並且，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用於限定每個3D結構的輪廓。此外，在環材料1的橫向方向上環材料1在每個3D結構的兩側設有定位導向孔2，例如圓形孔。
在絕緣層形成工藝B中，通過自安裝在環材料1兩側的噴射器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移動環材料1，將絕緣層20噴塗在環材料1(即，表面40a及其相對表面40b)上，如圖3所示；然後，例如，通過諸如加熱器30的乾燥器來對所塗敷的絕緣層20進行乾燥。
此外，電路形成工藝C包括金屬(例如，銅)層形成(金屬化)步驟，其用於例如通過濺射在其上已經形成了絕緣層的每個3D結構3的表面上形成銅層5，如圖4A所示。在銅層形成步驟之後，通過雷射繪製(構圖)電路圖案6a，如圖4B中所示。然後，如圖4C所示，通過電鍍例如僅在電路圖案內的銅層5上進行Ni和金電鍍，以形成厚導電電路部分6。隨後，如4D所示，蝕刻3D結構的整個表面以去除在導電電路部分6之外的濺射層，由此最終獲得電路4。
此外，儘管為了簡明起見，圖4A至4D所示的3D結構3在其具體結構上與圖2所示的3D結構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。
對於在電路形成工藝C中的金屬層形成步驟，圖5所示的濺射裝置7例如可以用作幹層形成設備。在濺射裝置7中，使環材料1通過具有設置在其中的金屬(銅)靶8的真空室7a，在此期間，通過施加在金屬靶8和環材料1之間的電壓將金屬(銅)層形成在環材料1上。
即，在濺射裝置7中，通過施加在環材料1和金屬靶8之間的電壓，在真空中產生放電，其中所述金屬靶8設置在環材料1的兩側(即，環材料1的上側和下側)。結果，使剩餘氣體離子化，並使氣體離子與金屬靶8碰撞。作為與氣體離子碰撞的結果，從其中濺射金屬靶8的金屬原子，以使其附著在環材料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，用於在其中容納用於提供環材料的供應捲軸1Aa和接收捲軸1Ab，其用於分別從真空室7a接收環材料1並在真空中在其上纏繞環材料1。此外，真空室7a具有離子槍9(或可選地為等離子體處理)，用於清洗被傳送到金屬靶8的環材料1。至於金屬靶8，可以採用多種類型的靶，以便形成多層，而不限於單層。
此外，基板分離工藝D包括擠壓步驟，用於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結構3，如圖6所示。進行擠壓步驟，同時設置支撐板11使其與環材料1的背表面1a緊密接觸。
因此，通過藉助於擠壓機器10從環材料1切掉3D結構3來獲得3D電路板12；此時，支撐板11在3D結構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，藉助於加熱單元13來熱氧化每個3D電路板12的側表面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。
因此，根據使用帶狀環材料1作為3D電路板12的基板材料的第一優選實施例的3D電路板製造方法，可以容易並順暢地移動3D結構3，以對其進行一系列工藝中的每一個，該系列工藝包括3D結構形成工藝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，由於可以在卷1A(環材料1的卷繞物)的基礎上進行一系列工藝，因此可以更加容易地進行單獨工藝之間的處理，並且可以防止設備尺寸和製造成本的增加。
此外，定位導向孔2用於促進精確定位。由此，尤其在電路形成工藝C中，可以以高精確度連續進行電鍍和/或雷射處理。此外，可以減小定位操作的節拍時間。
此外，由於使用環材料1，因此3D電路板12是基於金屬的，從而可以提高3D電路板12的熱阻和散熱特性。在這一點上，使用環材料1除了其在製造工藝中的優點之外還能增加最終產品的優點。
此外，由於藉助於從設置在環材料1的兩側上的噴射器S注入陶瓷或樹脂的溶膠凝膠溶液，將絕緣層噴塗在環材料1的兩側上，因此可以防止在浸塗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，由於通過從金屬靶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)，其中通過經由使用濺射裝置7將電壓施加在金屬靶8和環材料1之間，來從金屬靶8濺射靶材料。此外，由於該層形成可以在真空中連續進行，因此可獲得高粘著生的金屬層。
此外，在該優選實施例中，由於通過擠壓機器10切割並分離3D結構3，同時將支撐板11設置得與環材料1的背表面1a緊密接觸，如圖7所示，因此在支撐板11的切割部分處產生毛刺K而非切割3D電路板12。
此外，由於在3D電路板12的側表面12a上形成鈍化層，所以通過側表面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，示出根據本發明第二優選實施例的3D電路板製造方法的其上形成3D結構的環材料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，並且省略了對其的說明。
根據第二實施例的3D電路板製造方法基本與第一實施例相同。如在第一實施例中那樣，設有定位導向孔2的環材料1』用作基板材料，並且在環材料1』的縱向方向上以其間保持的預定間隔在環材料1』上形成3D結構3。第二實施例的區別特徵在於環材料1』具有切除部分14，其形成在不形成3D結構3的區域處。即，在第二實施例中，在每兩個相鄰3D結構3之間的每個間隔的橫向兩側形成切除部分14。
此外，在相鄰3D結構之間的每個間隔中，在環材料1』的橫向兩側形成一對切除部分，以使每一對切除部分彼此面對並且環材料1』的橫向中心部分位於其間。每個間隔的剩餘部分形成在間隔的橫向中心部分處具有預定寬度Wc的連接部分14a(Wc小於環材料1』的寬度Wh)。因此，環材料1』中的其上形成3D結構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，根據第二實施例，因為環材料1』由於形成在此處的切除部分14的存在而可以被容易地彎曲，所以當卷繞環材料1時可以減小卷1A的直徑，從而可以實現製造設備例如圖5所示的濺射裝置7的尺寸減小。此外，由於環材料1能夠被容易地扭曲，因此在每個工藝中處理設備(例如，噴射器)的布局自由度增加了，由此有助於製造設備尺寸的減小。
第三實施例圖10是用於描述根據本發明第三優選實施例的絕緣層形成工藝的圖。這裡，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，並省略了對其的說明。
如在第一實施例中那樣，根據第三實施例的3D電路板製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結構的環材料1上。第三實施例的區別特徵在於在絕緣層形成工藝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性氣溶膠混合，並通過設置在環材料1附近的多個氣溶膠注入孔15向環材料1注入陶瓷精細顆粒，如圖10所示，從而在環材料1上形成陶瓷絕緣層。
由於將陶瓷精細顆粒全都注入在環材料1的周圍，因此可以在包括其側壁部分在內的3D結構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，由於在本發明的第三實施例中，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塗敷之後不需要乾燥工藝和廢液處理。
第四優選實施例參考圖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置的示意性結構圖。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，並且省略了對其的說明。
根據第四實施例的3D電路製造方法包括基本與第一實施例相同的金屬形成工藝，其中藉助於圖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)金屬靶設置在環材料1的周圍，從而在所有方向上在環材料1上的3D結構上均勻地進行濺射。
結果，可以以基本均勻的厚度在包括其側表面在內的所有3D結構3的表面上形成層。
雖然已經針對優選實施例顯示和說明了本發明，但是本領域技術人員應該理解的是，在不背離如所附權利要求書中所限定的本發明的精神和範圍的情況下可以進行各種改變和修改。
權利要求
1.一種三維(3D)電路板的製造方法，包括以下步驟(a)在帶狀金屬環材料上沿該帶狀金屬環材料的縱向方向形成3D結構；(b)在其上形成所述3D結構的所述金屬環材料上形成絕緣層；(c)在其上沉積所述絕緣層的所述3D結構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結構。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述金屬環材料在每兩個相鄰的3D結構之間的間隔處設有切除部分。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其中在步驟(b)中，通過噴塗來形成所述絕緣層。
4.根據權利要求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.根據權利要求1或2所述的方法，其中步驟(c)包括金屬層形成步驟(c1)，用於在步驟(b)中形成的所述絕緣層的表面上形成金屬層，並且通過使用幹層形成裝置來進行所述金屬層形成步驟(c1)，所述幹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材料通過所述真空室的同時，通過將所述金屬環材料裝到所述真空室中並在所述金屬靶和所述金屬環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.根據權利要求5所述的方法，其中所述幹層形成裝置具有設置在所述金屬環材料周圍的多個金屬靶。
7.根據權利要求1或2所述的方法，其中步驟(d)包括擠壓步驟(d1)，用於從所述金屬環材料切掉具有形成在其上的所述電路的所述3D結構，由此使所述3D結構彼此分離，並獲得所述3D電路板，並且在擠壓步驟(d1)中，切割所述3D結構同時將支撐板設置得與所述金屬環材料的背表面緊密接觸。
8.根據權利要求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率的3D電路板製造方法，採用了設有定位導向孔2的金屬環材料1。由於在環材料1的縱向方向上以其間保持的預定間隔在環材料1上形成3D結構，因此在卷1A(環材料1的卷繞物)的基礎上進行這一系列工藝，這導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製造成本的增加。而且，由於定位導向孔2用於促進精確定位，因此可以以高精確度連續進行電鍍和/或雷射處理，同時可以降低定位操作的節拍時間。
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 優先權日2005年11月9日
發明者正木康史, 武藤正英, 進藤崇, 川島雅人, 森好男, 和田津久生, 內野野良幸, 梶紀公 申請人:松下電工株式會社