一種用于柔性線路板制作的柔性模具及其制備方法
【專利摘要】本發明提供一種用于柔性線路板制作的柔性模具及其制備方法，包括以下步驟：提供一表面覆蓋有金屬層的柔性基底；在所述金屬層表面貼上一層干膜并圖形化，并以圖形化之后的干膜為掩模對所述金屬層進行刻蝕，形成金屬線路圖形；去除所述干膜，得到自下而上依次為柔性基底及金屬線路圖形的柔性模具。本發明工藝簡單，模具成本極低，在用于微納米壓印制備柔性線路板時，能夠滿足柔性線路板行業對其導電性能的要求。本發明的柔性模具為柔性基底-金屬線路圖形二元材料，其中，柔性基底可以滿足在大面積基底上進行微納米壓印的均勻性要求，而金屬材質的線路圖形又具有較高的硬度，可以減少壓印過程中的圖形變形，提高微納米壓印制作柔性線路板的質量。
【專利說明】一種用于柔性線路板制作的柔性模具及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于柔性電路板領域，涉及一種用于柔性線路板制作的柔性模具及其制備方法。
【背景技術】
[0002]近些年，日新月異的電子產品朝著體積小，重量輕，功能復雜的方向不斷發展。印刷電路板(PCB)作為電子產品不可缺少的主要基礎零件，提供了電氣信號的互聯以及電子元件的支撐。尤其是柔性線路板(Flexible Printed Circuit，FPC)，是發展勢頭最旺盛的行業之一。
[0003]傳統軟板材料主要是以聚酰亞胺(PI)膜/接著劑/銅箔之三層結構為主，接著劑是以Epoxy/Acrylic為主，但接著劑的耐熱性與尺寸安定性不佳，長期使用溫度限制在100?200°C，而一般在軟板上做SMT焊接時，溫度大多超過300°C，另外軟硬結合板(Rigid-Flex)生產中的壓合過程溫度也高達200攝氏度，從而使得三層有膠軟板基材(3-Layer Flexible Copper Clad Laminate, 3-Layer FCCL)的應用領域受限。新發展的二層無膠軟板基材結構一一無膠軟板基材(2-Layer FCCL)僅由PI膜/銅箔所組成，因為不需使用耐熱差的粘著劑，所以耐熱性相當優異，且長期使用溫度可達300°C以上，從而增加了產品長期使用的依賴性及應用范圍。
[0004]回顧過去兩年的軟板市場，發現拉動軟板的主要是來自于智能手機，電子書，LED板和筆記本電腦。隨著可穿戴電子設備向人們生活中的滲透，電子設備小型化，復雜化的特點相結合，使得其對內置電路板提出了更高的要求，尤其是在布線密度方面，越來越多的高密度版成為產品追尋的方向，因為傳統的印刷制版的方法中100 μ m左右的線寬已經成為制約電路板小型化的一個主要障礙。此外，電子元件構裝的小型化以及陣列化也對電路板的密度提出了更高的要求。業內可以生產出用于手機，手環使用的FPC板，但是對于更小的智能戒指或者植入式器件，當前的集成度就顯得捉襟現肘了。因此，柔性和高集成度，就成為了下一代線路板必不可少的特點。
[0005]制作柔性線路板的傳統工藝采用蝕刻銅的方式，除了無法產出高密度板之外，還會造成大量的銅刻蝕廢液，經濟型也不高。因此，我們提出了利用微納米壓印的工藝制備線路板的工藝，可以用于制備線寬在2-40微米的細線條線路板。
[0006]目前制作壓印模具的方法大概分為以下三種:整體式的微細精密機械加工、LIGA技術以及準LIGA技術。微細精密機械加工技術要求昂貴的精密機械加設備，而LIGA技術需要昂貴的同步輻射X光光源和X光掩模版且光源稀少，大大限制了 LIGA技術的應用。準LIGA技術同樣需要昂貴的設備。并且，對于大面積基底，使用硬質石英模板很難在大面積基底上實現均勻的接觸。
[0007]因此，提供一種用于柔性線路板制作的低成本細線條柔性模具及其制備方法實屬必要。
【發明內容】
[0008]鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種用于柔性線路板制作的柔性模具及其制備方法，用于解決現有技術中柔性模具的制備工藝復雜，成本高，使得柔性線路板的制作成本相應升高的問題。
[0009]為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種用于柔性線路板制作的柔性模具的制備方法，至少包括以下步驟:
[0010]提供一表面覆蓋有金屬層的柔性基底；
[0011]在所述金屬層表面貼上一層干膜；
[0012]圖形化所述干膜，并以圖形化之后的干膜為掩模對所述金屬層進行刻蝕，形成金屬線路圖形；
[0013]去除所述干膜，得到自下而上依次為柔性基底及金屬線路圖形的柔性模具。
[0014]可選地，所述金屬層與柔性基底之間還具有接著劑層。
[0015]可選地，所述柔性基底為PI基底、PDMS基底或PET基底。
[0016]可選地，所述金屬層的材料包括Au、Ag、Cu、Al中的一種或多種。
[0017]可選地，所述柔性基底為PI基底，所述金屬層為Cu層。
[0018]可選地，所述金屬線路圖形的線寬范圍是20?800 μ m。
[0019]可選地，通過濕法腐蝕或干法蝕刻對所述金屬層進行刻蝕。
[0020]可選地，對所述金屬層進行刻蝕時，刻蝕深度小于所述金屬層的厚度。
[0021]本發明還提供一種用于柔性線路板制作的柔性模具，所述柔性模具自下而上依次包括柔性基底及金屬線路圖形。
[0022]可選地，所述柔性基底為PI基底、PDMS基底或PET基底，所述金屬線路圖形的材料包括Au、Ag、Cu、Al中的一種或多種。
[0023]可選地，所述柔性基底為PI基底，所述金屬線路圖形的材料為Cu。
[0024]可選地，所述金屬線路圖形的線寬范圍是20?800 μ m。
[0025]可選地，所述金屬線路圖形的間隙底部未到達所述柔性基底。
[0026]可選地，所述柔性基底與所述金屬線路圖形之間還具有一接著劑層。
[0027]如上所述，本發明的用于柔性線路板制作的柔性模具及其制備方法，具有以下有益效果:(1)本發明的用于柔性線路板制作的柔性模具的制備方法通過在表面覆蓋有金屬層的柔性基底上貼干膜，并對干膜進行曝光顯影，蝕刻金屬層得到金屬線路圖形，繼而去除干膜，制備得到細線條柔性模板；該制備過程工藝簡單，得到的細線條柔性模板能用于微納米壓印制備柔性線路板，滿足柔性線路板行業對其導電性能的要求，可廣泛應用于電路板行業；(2)由于覆銅PI技術已經非常成熟，無論是PI基底/接著劑/銅層之三層結構覆銅PI基材，還是二層無膠覆銅PI基材，Cu層與PI基底之間的結合力均很強，本發明可以采用商業化的覆銅PI板作為原始材料來制作細線條柔性模板，可以極大降低柔性模具制作成本，并使得工藝更加簡化；(3)本發明的柔性模具為柔性基底-金屬線路圖形二元材料，其中，柔性基底可以滿足在大面積基底上進行微納米壓印的均勻性要求，而金屬材質的線路圖形又具有較高的硬度，可以減少壓印過程中的圖形變形，提高微納米壓印制作柔性線路板的質量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]圖1顯示為本發明的用于柔性線路板制作的柔性模具的制備方法中表面覆蓋有金屬層的柔性基底的剖面結構示意圖。
[0029]圖2顯示為本發明的用于柔性線路板制作的柔性模具的制備方法中在金屬層表面貼上一層干膜的示意圖。
[0030]圖3顯示為本發明的用于柔性線路板制作的柔性模具的制備方法中圖形化干膜，并刻蝕金屬層的示意圖。
[0031]圖4顯示為本發明制備得到的柔性模具的剖面結構示意圖。
[0032]圖5顯示為本發明另一實施例中的柔性模具的剖面結構示意圖。
[0033]圖6顯示為制作柔性線路板時提供的PET膜的示意圖。
[0034]圖7顯示為制作柔性線路板時在PET膜表面涂上UV膠的示意圖。
[0035]圖8顯示為制作柔性線路板時將本發明的柔性模具置入UV膠中并紫外固化的示意圖。
[0036]圖9顯示為制作柔性線路板時脫模后得到的結構示意圖。
[0037]圖10顯示為進一步去除凹槽中殘余的UV膠后得到的結構示意圖。
[0038]元件標號說明
[0039]I 柔性基底
[0040]2 金屬層
[0041]3 干膜
[0042]4 金屬線路圖形
[0043]5 PET 膜
[0044]6 UV 膠
【具體實施方式】
[0045]以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。
[0046]請參閱圖1至圖10。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發明的基本構想，遂圖式中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態也可能更為復雜。
[0047]實施例一
[0048]本發明提供一種用于柔性線路板制作的柔性模具的制備方法，至少包括以下步驟:
[0049]首先請參閱圖1，提供一表面覆蓋有金屬層2的柔性基底I。
[0050]具體的，所述柔性基底I包括但不限于PI基底、PTFE基底或PET基底。其中，PKPolyimid,聚酰亞胺)基底在柔性線路板領域大量應用，是傳統的軟板材料；PTFE(polytetrafIuoroethylene,聚四氟乙稀薄膜)具有耐化學腐蝕的優良性能，同時具有極佳的柔韌性；PET(Polyethylene terephthalate，聚對苯二甲酸乙二醇醋)基底為一種高透明絕緣材料，是一種常見的柔性襯底。
[0051]所述金屬層2的材料包括但不限于Au、Ag、Cu、Al中的一種或多種，即所述金屬層2既可以為單金屬，也可以為合金。此外，所述金屬層2與柔性基底I之間還可以具有接著劑層(未圖示)。
[0052]本實施例中，優選采用覆銅的PI基底，即所述柔性基底I優選為PI基底，所述金屬層2優選為銅層。由于覆銅PI技術已經非常成熟，無論是PI基底/接著劑/銅層之三層結構覆銅PI基材，還是二層無膠覆銅PI基材，Cu層與PI基底之間的結合力均很強，本發明采用商業化的覆銅PI板作為原始材料來制作細線條柔性模板，可以極大降低柔性模具制作成本，并使得工藝更加簡化。
[0053]接著請參閱圖2，在所述金屬層2表面貼上一層干膜3。
[0054]具體的，干膜(Dry film)在涂裝中是相對濕膜(Wet film)而言的，干膜是一種高分子的化合物，它通過紫外線的照射后能夠產生一種聚合反應形成一種穩定的物質附著于表面，從而達到阻擋電鍍和蝕刻的功能。
[0055]然后請參閱圖3，進行光刻顯影，圖形化所述干膜3，并以圖形化之后的干膜為掩模對所述金屬層2進行刻蝕，形成金屬線路圖形4。
[0056]具體的，可通過濕法腐蝕或干法蝕刻對所述金屬層2進行刻蝕。
[0057]再請參閱圖4，去除所述干膜3，得到自下而上依次為柔性基底I及金屬線路圖形4的柔性模具。
[0058]具體的，所述金屬線路圖形4的線寬范圍是20?800 μ m，能夠滿足制作高集成度的柔性線路板的要求。
[0059]在另一實施例中，對所述金屬層2進行刻蝕時，可以控制刻蝕時間等參數使得刻蝕深度小于所述金屬層2的厚度，得到的柔性模具如圖5所示。這種結構的柔性模具中，由于金屬線路圖形仍然通過未刻蝕完畢的金屬相連，可以增強金屬線路圖形4與所述柔性基底I之間的結合力，減少在通過微納米壓印金屬制作柔性線路板的脫模過程中金屬線路圖形4脫離所述柔性基底I的概率。同時由于未刻蝕完畢的金屬層較薄，不會對柔性模具的柔性產生不良影響。
[0060]本發明的用于柔性線路板制作的柔性模具的制備方法通過在表面覆蓋有金屬層的柔性基底上貼干膜，并對干膜進行曝光顯影，蝕刻金屬層得到金屬線路圖形，繼而去除干膜，制備得到細線條柔性模板；該制備過程工藝簡單，相對于現有技術中采取光刻膠復制的模具，本發明得到的柔性模具雖然金屬線條圖形側壁略為粗糙，但模具成本極低，在用于微納米壓印制備柔性線路板時，能夠滿足柔性線路板行業對其導電性能的要求，可廣泛應用于電路板行業。
[0061]實施例二
[0062]本發明還提供一種用于柔性線路板制作的柔性模具，請參閱圖4，所述柔性模具自下而上依次包括柔性基底I及金屬線路圖形4。
[0063]具體的，所述柔性基底包括但不限于PI基底、PTFE基底或PET基底，所述金屬線路圖形的材料包括但不限于Au、Ag、Cu、Al中的一種或多種。
[0064]本實施例中，所述柔性基底I優選采用PI基底，所述金屬線路圖形4的材料優選為Cu。所述金屬線路圖形4的線寬范圍是20?800 μ m，能夠滿足制作高集成度的柔性線路板的要求。
[0065]在另一實施例中，所述金屬線路圖形4的間隙底部未到達所述柔性基底1，如圖5所示。由于金屬線路的底部仍然通過金屬相連，可以有效降低金屬線路圖形在脫模過程中脫離所述柔性基底I的概率，從而延長柔性模具的使用壽命，并且由于金屬線路底部相連的金屬層厚度較薄(I?10微米)，不會對柔性模具的柔性產生不良影響，仍然能夠保證大面積壓印過程中的均勻性。
[0066]在另一實施例中，所述柔性基底I與所述金屬線路圖形4之間還可具有一接著劑層(未圖示)。
[0067]本發明的柔性模具為柔性基底-金屬線路圖形二元材料，其中，柔性基底可以滿足在大面積基底上進行微納米壓印的均勻性要求，而金屬材質的線路圖形又具有較高的硬度，可以減少壓印過程中的圖形變形，提高微納米壓印制作柔性線路板的質量。
[0068]實施例三
[0069]采用本發明的柔性模具制作柔性線路板的方法如下:
[0070]首先請參閱圖6，提供一柔性襯底。需要指出的是，所述柔性模具中使用的柔性基底I與所述柔性襯底中，至少要保證其中一個具有高透明度，以利后續紫外固化過程中紫外光能夠穿透。本實施例中，優選采用柔性基底I為PI基底、金屬線路圖形4為Cu的柔性模具。由于PI基底透明度不高，所述柔性襯底以高透的PET膜5為例。
[0071]接著請參閱圖7，在所述PET膜5表面涂覆一層UV膠6。
[0072]然后請參閱圖8，將所述柔性模具與表面涂覆有UV膠6的PET膜5對準，并接觸，然后通過紫外曝光時的壓印區域的UV膠固化成型。
[0073]再請參閱圖9，進行脫模，此時，所述PET膜5表面的UV膠6被圖形化并固化。所述UV膠6被壓得凹下去的那些部分變成了極薄的殘留層，該殘留層可保留，后續可在其上直接填充金屬，形成柔性線路板。當然，該殘留層也可進一步去除，以露出其下的PET膜。
[0074]請參閱圖10，顯示為進一步去除凹槽中殘余的UV膠后得到的結構示意圖，去除方法可采用各向異性反應離子刻蝕等技術。
[0075]最后在UV膠的凹槽中填充金屬材料，即可得到柔性線路板。
[0076]填充金屬的方法可采用以下兩種:一種是在凹槽表面形成一種子層，并電鍍銅，再去除凹槽外多余的銅及種子層；另一種是采用刮印方式在凹槽內直接填充導電金屬。
[0077]需要指出的是，以上僅為一個示例，還可以采用本發明的柔性模板以其他方式制作柔性線路板，此處不應過分限制本發明的保護范圍。
[0078]綜上所述，本發明的用于柔性線路板制作的柔性模具及其制備方法，具有以下有益效果:(1)本發明的用于柔性線路板制作的柔性模具的制備方法通過在表面覆蓋有金屬層的柔性基底上貼干膜，并對干膜進行曝光顯影，蝕刻金屬層得到金屬線路圖形，繼而去除干膜，制備得到細線條柔性模板；該制備過程工藝簡單，得到的細線條柔性模板能用于微納米壓印制備柔性線路板，滿足柔性線路板行業對其導電性能的要求，可廣泛應用于電路板行業；(2)由于覆銅PI技術已經非常成熟，無論是PI基底/接著劑/銅層之三層結構覆銅PI基材，還是二層無膠覆銅PI基材，Cu層與PI基底之間的結合力均很強，本發明可以采用商業化的覆銅PI板作為原始材料來制作細線條柔性模板，可以極大降低柔性模具制作成本，并使得工藝更加簡化；(3)本發明的柔性模具為柔性基底-金屬線路圖形二元材料，其中，柔性基底可以滿足在大面積基底上進行微納米壓印的均勻性要求，而金屬材質的線路圖形又具有較高的硬度，可以減少壓印過程中的圖形變形，提高微納米壓印制作柔性線路板的質量。所以，本發明有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。
[0079]上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用于限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術領域】中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。
【權利要求】
1.一種用于柔性線路板制作的柔性模具的制備方法，其特征在于，至少包括以下步驟: 提供一表面覆蓋有金屬層的柔性基底； 在所述金屬層表面貼上一層干膜； 圖形化所述干膜，并以圖形化之后的干膜為掩模對所述金屬層進行刻蝕，形成金屬線路圖形； 去除所述干膜，得到自下而上依次為柔性基底及金屬線路圖形的柔性模具。
2.根據權利要求1所述的用于柔性線路板制作的柔性模具的制備方法，其特征在于:所述金屬層與柔性基底之間還具有接著劑層。
3.根據權利要求1或2所述的用于柔性線路板制作的柔性模具的制備方法，其特征在于:所述柔性基底為PI基底、PDMS基底或PET基底。
4.根據權利要求1或2所述的用于柔性線路板制作的柔性模具的制備方法，其特征在于:所述金屬層的材料包括Au、Ag、Cu、Al中的一種或多種。
5.根據權利要求1或2所述的用于柔性線路板制作的柔性模具的制備方法，其特征在于:所述柔性基底為PI基底，所述金屬層為Cu層。
6.根據權利要求1或2所述的用于柔性線路板制作的柔性模具的制備方法，其特征在于:所述金屬線路圖形的線寬范圍是20?800 μ m。
7.根據權利要求1或2所述的用于柔性線路板制作的柔性模具的制備方法，其特征在于:通過濕法腐蝕或干法蝕刻對所述金屬層進行刻蝕。
8.根據權利要求1或2所述的用于柔性線路板制作的柔性模具的制備方法，其特征在于:對所述金屬層進行刻蝕時，刻蝕深度小于所述金屬層的厚度。
9.一種用于柔性線路板制作的柔性模具，其特征在于，所述柔性模具自下而上依次包括柔性基底及金屬線路圖形。
10.根據權利要求9所述的用于柔性線路板制作的柔性模具，其特征在于:所述柔性基底為PI基底、PDMS基底或PET基底，所述金屬線路圖形的材料包括Au、Ag、Cu、Al中的一種或多種。
11.根據權利要求9所述的用于柔性線路板制作的柔性模具，其特征在于:所述柔性基底為PI基底，所述金屬線路圖形的材料為Cu。
12.根據權利要求9所述的用于柔性線路板制作的柔性模具，其特征在于:所述金屬線路圖形的線寬范圍是20?800 μ m。
13.根據權利要求9所述的用于柔性線路板制作的柔性模具，其特征在于:所述金屬線路圖形的間隙底部未到達所述柔性基底。
14.根據權利要求9所述的用于柔性線路板制作的柔性模具，其特征在于:所述柔性基底與所述金屬線路圖形之間還具有一接著劑層。
【文檔編號】H05K3/00GK104519666SQ201410789865
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年12月17日 優先權日:2014年12月17日
【發明者】楊愷, 林曉輝, 平財明, 徐厚嘉, 陳春明 申請人:上海藍沛新材料科技股份有限公司