一種制備雙面和多層印制電路的模板轉移工藝的制作方法

本發明屬于印制電路制造領域，具體為一種制備雙面和多層印制電路的模板轉移工藝。

背景技術：

印制電路作為芯片二級封裝的載板，是電子工業中最重要的部件之一。傳統上印制電路的制備工藝是基于光刻和金屬腐蝕的減成工藝，其具體步驟包括：在覆銅板表面涂覆或貼附感光膠或感光膜，并進行選擇性曝光，顯影，暴露出非線路圖形部位，再進行非線路部位的蝕刻，除去非線路部位的金屬，最后將線路部位上的感光掩膜除去，得到所需的印制電路。由于光刻掩膜和金屬腐蝕過程中會產生大量廢液和浪費，造成環境污染，所以使用減成工藝需要投入大量成本用于廢水的處理。隨著環保要求的提升，用于處理廢水的成本將越來越高。而且，由于金屬蝕刻過程中的側蝕問題，印制電路的線寬受到限制，50微米以下線路的制備良率很低。所以，亟需一種新的工藝，以減少材料浪費，廢液污染，線寬限制和制備成本。

印制電路的加成工藝作為減成工藝的一種補充，已經得到了多年的發展。常用的幾種加成工藝，包括印刷導電漿料、印刷導電油墨、選擇性化學鍍等方法已經得到應用。導電漿料主要成分為提供導電性的導電填料和提供粘結作用的聚合物，使用絲網印刷的方式將導電漿料直接印制在電路基板表面，通過后處理，可以直接得到所需導電線路圖形。印刷導電漿料工藝簡單，無污染浪費，但是導電漿料也有很多無法克服的問題。由于氧化問題，導電性填料一般為銀，這極大的提高了使用導電漿料制備印制電路的成本；即使使用銀作為導電性填料，導電漿料的電導率仍只有純銅的1/10-1/1000左右，無法滿足導電需求；絲網印刷的精度較低，難以滿足高精度的線路的制備。導電油墨是近年來廣泛研究的一種低粘度導電性材料。導電油墨主要成分為提供導電性的納米金屬顆粒或者金屬有機化合物，將導電性介質分散在溶劑當中，得到導電油墨。將導電油墨通過噴墨、凹版、平板等方法印刷在基材上形成線路圖形，再通過燒結等后處理使線路納米金屬顆粒融化成膜或者金屬有機化合物分解成金屬單質，形成導電線路。印刷導電油墨同樣具有工藝簡單、低污染低浪費的優點，而且導電油墨的電導率比導電漿料要優異許多。但是由于氧化問題，導電油墨多使用銀納米顆粒和銀有機化合物，同樣使成本極大增加，導電油墨電導率雖然相比于導電漿料有提升，但仍然只有純銅的1/10-1/3左右。選擇性化學鍍是在基材上印制含有催化劑的油墨形成線路圖形，然后使用化學鍍的技術，在催化劑的催化下，引發金屬沉積在線路圖形上，形成導線。由于不存在氧化問題，使得選擇性化學鍍可以施鍍多種金屬，電導率與純銅相差不大，成本上也極大降低。但是選擇性化學鍍所需面臨的問題是鍍層的粘附力較低，無法滿足印制電路的要求，此外化學鍍產生的廢液處理較困難，增加廢液處理的成本。

雙面印制電路板在電路基板雙面均有導電圖形，并通過金屬化的通孔使兩面線路導通。雙面印制電路板由于圖形分布在基板兩面，其線路密度相較于單面印制電路板提高很多，并且方便了復雜電路圖案的設計，此外，雙面印制電路板還是多層印制電路的基礎，拓展了印制電路的功能，應用范圍遠超過單面印制電路。雙面印制電路的傳統減成制備工藝與單面印制電路有較大不同：在雙面覆銅基板上所需部位進行鉆孔；通過化學鍍的方式，使孔壁表面形成一層薄金屬層，使上下兩層銅箔導通；使用電鍍的方式使孔壁金屬層增厚至所需厚度；在雙面銅箔上制備掩膜，并在掩膜的覆蓋下進行銅層蝕刻，除去掩膜，得到雙面印制電路。雙面印制電路的核心是通孔的金屬化，幾種加成工藝，包括印刷導電漿料。印刷導電油墨和印刷催化油墨均無法達到通孔內的金屬沉積，無法用來制備雙面印制電路。

在本專利申請中，我們提出了一種制備雙面和多層印制電路的模板轉移工藝。使用可重復使用的電鍍模板制備印制電路表面電路，結合傳統的化學鍍和電鍍通孔的技術，可以用來制備雙面和多層印制電路。本工藝無材料浪費，污染小，線寬不受限制，成本較低，適合于多種雙面和多層印制電路的規模生產。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種制備雙面和多層印制電路的加成工藝，稱為模板轉移工藝。本工藝不需要金屬層的刻蝕，不需要多次制備掩膜，沒有線路側蝕的問題，具有無浪費，污染小，線寬小，成本低，線路電性能和粘附力優良的優點。

本發明提出的一種制備雙面和多層印制電路的模板轉移工藝，整個工藝分為模板制備和導電線路制備兩個部分，具體步驟為：

(1)模板制備

（1.1）在導電性載體金屬箔一面粘附上絕緣基材，使載體金屬箔另一面暴露在外，對載體金屬箔進行除油和除氧化層預處理；

（1.2）使用光刻或印刷的方式在未粘附絕緣基材的載體金屬箔表面制備掩膜，暴露出線路圖形位置；

（1.3）使用電鍍的方式，在載體金屬箔上沉積上導電線路，使導電線路厚度略高于掩膜厚度；

（1.4）將電鍍導電線路后的載體金屬箔浸入防粘涂層溶液中，或者將防粘涂層溶液直接噴涂在載體金屬箔表面，通過加熱或光固后處理使載體金屬箔掩膜表面和導電線路表面形成一層防粘涂層；

（1.5）將表面涂有防粘涂層的載體金屬箔浸入到刻蝕液中，將導電線路表面防粘涂層除去，同時蝕刻掉導電線路表面若干厚度金屬層；

（1.6）將微量刻蝕后的載體金屬箔與絕緣基材粘結在一起，加熱加壓使界面緊密粘合；

（1.7）將絕緣基材從載體金屬箔上剝離，使導電線路轉移到絕緣基材上，形成了載體金屬箔表面具有掩膜，并且在掩膜表面具有防粘涂層，得到模板；

（２）導電線路制備

（2.1）在模板表面通過電鍍的方式施鍍上所需種類和厚度的金屬，形成導電線路；

（2.2）將模板與電路基材進行粘合，加熱加壓使界面緊密粘合；

（2.3）將電路基材從模板上剝離，導電線路會轉移到電路基材上，在電路基材單面形成線路圖形；

（2.4）在電路基材有線路的一面粘合上低表面張力化學性質穩定的聚合物薄膜；

（2.5）將電路基材使用機械或者激光的方式進行打孔，然后與另一面的按照步驟（１）制備的模板進行粘合，加熱加壓使之緊密粘合；或者先將基板與另一面的按照步驟（１）制備的模板進行粘合，加熱加壓使之緊密粘合，然后使用機械或者激光的方式進行打孔，打孔至另一面模板的導電線路表面；

（2.6）使用常規的粗化、敏化和活化的化學鍍工藝使孔壁金屬化，使兩層線路導通；

（2.7）使用電鍍的方式，在另一面模板的載體金屬箔上施加電流，使孔壁化學鍍層增厚至所需厚度；

（2.8）剝離掉之前粘合的低表面張力化學性質穩定的聚合物薄膜，并且將電路基材從模板上剝離，模板上的導電線路會轉移到電路基材的另一面，即得到雙面印制電路；

（2.9）若需要制備多層印制電路，則是在雙面印制電路的基礎上，重復（2.1）-（2.8）的步驟，將更多層電路一層一層地疊加至表面，即得到所需多層印制電路。

本發明中，步驟（1.1）中所述載體金屬箔為鎳、鈦、銅、黃銅、鉻或不銹鋼箔中任一種，當使用銅或黃銅箔時，則在步驟（1.2）之后需要將其浸入到有機剝離化合物溶液中，有機剝離化合物溶液為含氮雜環化合物。

本發明中，含氮雜環化合物包括噻吩、咪唑、吡啶、吡咯、吡嗪、噠嗪、噻唑、三氮唑及其衍生物的水或有機溶液中任一種。

本發明中，步驟（1.4）中防粘涂層溶液為一種主要功能成分為端（側）羥基（乙烯基、環氧基、胺基、甲基丙烯酸酯基、丙烯酸酯基、氯基）聚二甲基（甲基苯基、二乙基）硅氧烷中的一種或幾種的混合，以固化劑、消泡劑、流平劑、引發劑或觸干劑為添加劑，溶劑為水、有機溶劑的一種溶液或分散液。

本發明中，步驟（2.4）中所述低表面張力化學性質穩定的聚合物薄膜為聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯或聚氯乙烯中一種。

本發明的有益效果在于：

1.本工藝相較于導電線路的傳統“減成法”工藝不需要金屬的蝕刻，具有步驟簡單、浪費少、污染低、成本少等優點。

2.本工藝使用特殊模板轉移的方法，制備的模板可以反復使用，免去了多次制備掩膜的步驟，降低了污染和成本。

3.本工藝可以通過傳統的化學鍍電鍍方式制備金屬化的通孔，相較于其他加成工藝可用于制備雙面印制電路，增加了應用范圍。

附圖說明

圖1描述了模板轉移制備雙面和多層印制電路中模板的制備流程。在絕緣基材1的一面粘合上載體金屬箔2(這里以銅箔為例)。絕緣基材可以是柔性也可以是剛性的，以聚合物膜為主。優選聚酯類、聚酰亞胺類、聚氯乙烯類的高絕緣性薄膜。銅箔以延展性更好，表面更加光滑的壓延銅箔更優。在銅箔表面制備掩膜3，掩膜可以通過印刷的方式印制抗電鍍油墨，也可以通過光刻的方式制備感光掩膜。在掩膜的覆蓋下，將銅箔浸入特殊有機剝離化合物的溶液當中，根據不同種類的有機剝離化合物，溶液濃度從0.1%到5%不等，處理溫度從常溫到80度，處理時間從5秒到10分鐘不等，有機剝離化合物會吸附至銅箔表面。取出后，使用純水進行沖洗，并烘干，在銅箔掩膜未覆蓋處形成一層有機剝離層。使用電鍍銅的方式，在銅箔表面生長出一層銅導電線路5，導電線路與銅箔之間通過有機剝離層進行隔離。再將電鍍后的銅箔浸入特殊防粘涂層溶液當中，常溫浸涂5-60s，取出后置于60-120度烘箱中10min-3h進行烘干固化，在掩膜表面和銅導電線路表面形成一層防粘涂層6。防粘涂層的主要作用是防止后續粘合劑與載體粘合的過程中與掩膜粘附力過大，無法剝離，或者剝離后損傷掩膜。將表面有防粘涂層的銅箔浸入常規銅箔刻蝕液，常溫至80度刻蝕5s至2min，將導電線路表面刻蝕除去，同時也除去了導電線路表面的防粘涂層。將銅箔與柔性基材7通過粘合劑8緊密粘合在一起，并使用真空熱壓的方式使界面之間粘結緊密沒有氣泡。熱壓的溫度與壓力依照使用的粘合劑種類而改變，原則上處理溫度是高于粘合劑玻璃化溫度，低于熔點，壓力以不導致粘合劑大量擠出變形為準。最后從一端將柔性基材從銅箔上以90度剝離下來，由于在銅導電線路和銅箔之間存在有機剝離層，銅導電線路會被粘合劑緊密粘合并轉移到柔性基材上。剩下的絕緣基材，銅箔，掩膜，有機剝離層和防粘涂層就組成得到了所需的模板1`。

圖2描述了模板轉移工藝制備雙面和多層印制電路中導電線路的制備，包括雙面導電圖形和通孔的制備。將制備好的模板1`上進行電鍍，電鍍上所需種類和厚度的鍍層，形成導電線路。鍍層中類包括銅、鎳、鉻、鋅等金屬，也可以是多種金屬的復合鍍層，比如先鍍鎳，再鍍銅，這樣在銅的表面上有一層鎳，可以防止銅的氧化。電鍍后，將印制電路基板與模板通過粘合劑進行粘合，并通過真空熱壓使界面處粘合緊密。將印制電路基板從模板一端以90度剝離，模板上導電線路會轉移至印制電路基板上，得到所需雙面印制電路板的單面導電圖形2`。剝離后的模板經過后處理，可以再次進行電鍍使用，后處理包括表面除氧化層，浸特殊有機剝離化合物溶液。將單面具有導電圖形的印制電路基板另一面涂覆或粘附上粘合劑，在電路圖形面表面貼附特殊低表面張力化學性質穩定的聚合物薄膜9，包括聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯薄膜等。將貼附薄膜后的基板表面所需鉆孔處使用機械鉆通孔，并與另一面電鍍后的模板粘合，熱壓使之緊密粘結；或者是先將基板與另一面電鍍后的模板粘合，再通過激光鉆孔，鉆至另一面導電線路表面處。鉆孔后的基板使用傳統的粗化、敏化、活化的化學鍍流程，在孔內壁上施鍍上所需種類的鍍層，主要是銅或鎳。而電路表面由于有聚合物薄膜的保護，不會發生化學鍍反應。孔化學鍍后，在另一面模板上施加電壓，對孔壁上的金屬進行電鍍增厚至所需厚度。最后將基板從另一面模板上剝離，就得到所需雙面印制電路板3`。

具體實施方式

下面實施例是對本發明的進一步說明，而不是限制本發明的范圍。

實施例1：

模板制備：

（１）市購50微米壓延銅箔作為載體箔，在銅箔一面粘合50微米厚pet薄膜，粘合劑是熱塑性eva膜；

（２）除油。制備2g/l的十二烷基磺酸鈉溶液，用氫氧化鈉調節ph至9-10，得到除油液。將載體銅箔浸入除油液中50度除油5min，取出后用清水清洗；

（３）除氧化層。除油后的載體銅箔浸入50g/l的硫酸溶液中，50度除表面氧化層5min，取出后用去離子水清洗，并烘干；

（４）制備掩膜。使用市購35微米厚感光干膜作為掩膜，將感光干膜緊密貼附在銅箔表面，在光掩板的覆蓋下進行選擇性曝光，顯影，清洗，烘干，在銅箔表面制備出掩膜；

（５）吸附有機剝離層。將銅箔置于5g/l苯并三氮唑水溶液中，50度浸5分鐘，在銅箔表面形成一層有機剝離層；

（６）導電線路電鍍。將銅箔置于cuso4·5h2o250g/l，h2so4150g/l的電鍍銅液中在50度以15a/dm²電流密度進行電鍍5分鐘，在掩膜未覆蓋處電鍍上40微米左右的銅層；

（７）防粘處理。將電鍍后的銅箔浸入特殊防粘涂層溶液，防粘涂層使用市購防粘涂層，主要成分為端羥基聚二甲基硅氧烷和四乙氧基硅烷，其中端羥基聚二甲基硅氧烷提供防粘功效，四乙氧基硅烷作為固化劑。浸涂后取出在80度下烘干固化1小時；

（８）微刻蝕。將防粘處理后的銅箔浸入微刻蝕液中進行銅線路的微量蝕刻，使用h2o250g/l，hcl80g/l的微刻蝕也在50度下刻蝕5分鐘，以除去銅導電線路表面防粘涂層，取出后清洗干燥；

（９）粘合。將微刻蝕后的銅箔與50微米厚的pet基板通過eva膠膜粘合在一起，在60度熱壓5min，再在90度熱壓10s，使得界面處緊密粘合；

（１０）剝離。將pet基板從一端以90度進行剝離，銅導電線路會轉移至基板上，保留下的部分即為模板。

導電線路制備

（１）導電線路電鍍。將模板置于cuso4·5h2o250g/l，h2so4150g/l，peg-15005g/l的電鍍銅浴中在45度，10a/dm2進行電鍍7分鐘，在模板表面沉積上40微米左右的銅導電線路；

（２）粘合。將電鍍后的模板與50微米厚的pet柔性印制電路基板通過eva膠膜粘合在一起，在60度熱壓5min，再在90度熱壓10s，使得界面處緊密粘合；

（３）剝離。將電路基板從模板一端以90度進行剝離，銅導電線路會轉移至電路基板上，得到雙面印制電路的單面導電圖形；

（４）模板后處理。剝離后的模板浸入50g/l的硫酸溶液中，50度除表面氧化層5min，取出后用去離子水清洗，并烘干，再浸入5g/l苯并三氮唑水溶液中，50度浸5分鐘，經過后處理的模板可以重復使用；

（５）導電線路保護。在單面具有導電圖形的電路基板另一面粘合上eva膠膜，并在導電圖形一面粘合上聚乙烯薄膜，薄膜表面具有一層極薄的聚乙烯醇粘合劑，聚乙烯薄膜貼附在電路基板上，并在60度下熱壓5min；

（６）鉆孔。使用機械鉆孔的方式，在通孔部位進行鉆孔，貫穿聚乙烯薄膜，銅導電線路，eva膠膜和pet電路基板；

（７）粘合。將鉆孔后的電路基板與另一面電路圖形的模板進行粘合，在60度熱壓5min，再在90度熱壓10s，使得界面處緊密粘合；

（８）化學鍍銅。使用通用的粗化、敏化、活化的化學鍍銅工藝對通孔進行化學鍍銅。鍍銅液為15g/lcuso4·5h2o，20g/ledta二鈉，14g/l酒石酸鉀鈉，17g/l氫氧化鈉和15ml/l37%甲醛，40度下化鍍15分鐘；

（９）電鍍增厚。化學鍍銅后的通孔需要電鍍使孔壁金屬增厚。將電壓施加在另一面模板的銅箔上，在cuso4·5h2o250g/l，h2so4150g/l，peg-15005g/l的電鍍銅浴中在45度，10a/dm²進行電鍍3分鐘，使通孔銅層增厚至約20微米；

（１０）剝離。將通孔電鍍增厚的電路基板從另一面模板上剝離，就得到所需的以pet為基板，雙面具有導電線路，以金屬化的通孔相連的雙面印制電路板。