专利名称：在印刷电路板上形成电路图案的方法
技术领域：
本发明涉及一种电路图案的形成方法，更具体地，涉及一种在印刷电路板上形成电路图案的方法。
背景技术：
通常，通过在绝缘基板上执行镀铜、涂敷光刻胶、曝光、显影和蚀刻等工艺形成印刷电路板的电路图案。同时，随着最近电子产品趋向于小尺寸和具有更多功能，要求片式元件既要具有小尺寸和更多的功能，又要具有低的成本。这样就需要在印刷电路板上形成电路图案的工艺得到技术上的改进。
图1的图(a)至图(f)形成过程图，该流程图示出根据现有技术的在印刷电路板上形成电路图案的工艺。在参照图1描述传统工艺的过程中，用于制造印刷电路板的基层材料1包括位于绝缘层3的每个上下表面上的金属层5、5′。
为了在这个基层材料1上形成电路图案，将防蚀涂层(etchingresist)6、6′涂敷于金属层5、5′的表面上，保护膜7、7′形成在防蚀涂层6、6′的表面上，随后将电路膜(circuit film)堆叠在保护膜7、7′的表面上。
在电路膜8、8′上形成有非透射部9(non-transmissive portion)。非透射部9是光不能穿过的部分，而除非透射部9之外剩余的部分是光能够穿过的部分，且具有与电路图案相同的形状而形成于印刷电路板上。非透射部9基于用CAD/CAM制作的给定的一组电路图案设计方案而形成。
在堆叠电路膜8、8′之后将其曝光。即，如图1(b)所示，当将紫外线照射到基层材料的上下表面上时，光没有照射到涂敷在与非透射部9相对应的位置上的防蚀涂层6、6′上，而照射到剩余的部分上。由此，使通过照射的防蚀涂层6、6′部分硬化，而没有被照射的部分维持其原有状态。
接着，去除电路膜8、8′和保护膜7、7′。图1示出去除电路膜的状态。在图1的(c)中，与非透射部9相对应位置的防蚀涂层6、6′处于未硬化的原有状态，而被光照射到的防蚀涂层6、6′部分处于硬化状态。
接着，将去除掉膜的基层材料1浸入显影液中，以执行显影工序。当将基层材料浸入显影液中时，硬化的防蚀涂层6、6′未被去除掉而是使其残留在基层材料1上，但是去除了防蚀涂层6、6′的未硬化部分，以露出金属层5、5′。图1的(d)示出了显影工序完成后的状态。
上述工艺是利用负性膜(negative film)的“负型”(negativetype)的实例，并且也可以使用“正型(positive type)”的相反形式，其中，经过照射的部分并未硬化而是被分解，而没有照射到的部分被硬化并且保留作为抗蚀涂层(resist)。
接着，将已经完成显影工序的基层材料1浸入蚀刻剂。当将基层材料1浸入蚀刻剂时，留有防蚀涂层6、6′的金属层5、5′部分仍保持完整，但是将由于去除了防蚀涂层6、6′而露出的金属层5、5′部分去除，以露出内部的绝缘层3。其在图1的(e)中示出。
这里，没有被去除的金属层5、5′的剩余部分形成电路图案，并且当将金属层5、5′表面上残留的防蚀涂层6、6′去除以露出金属层5、5′时，完成电路图案C。其在图1的(f)中示出。
在形成电路图案C完成后，通过涂敷诸如PSR(感光阻焊剂(photo solder resist))等的工艺制造印刷电路板。其间，在形成由多层构成的印刷电路板时，通过电镀形成新的绝缘层和金属层，且重复上述工序。
然而，根据现有技术的印刷电路板的电路图案的形成方法造成下列缺陷。
首先，在对防蚀涂层6、6′执行选择性的曝光过程中，必须使用电路膜8、8′(被称为光掩模)。然而，由于通过各种工序实现电路膜8、8′附着至基层材料1，电路膜8、8′的尺寸可能根据诸如温度和湿度等工作条件而发生变形。这些尺寸的变形导致了印刷电路板上形成的电路图案精确度的下降。
其次，因为设计保护膜7、7′和基层材料1必须同时考虑到根据工作条件的电路膜8、8′及基层材料1的尺寸变形，所以设计工序变得更加复杂。尽管在一些情况中，使用玻璃基板作为保护膜7、7′的可选材料，以避免保护膜7、7′的尺寸变形，但是由于玻璃基板难于处理而且成本昂贵，所以很难使用它们。
其间，先前的发明涉及一种利用喷墨印刷技术形成电路图案的方法，以处理在形成印刷电路板的电路图案中现有技术的上述问题，其中，根据导电电路的布线图案，通过激光束部分地去除绝缘基板，并且通过喷墨技术在去除的部分上形成电路。然而，这样要求添加激光设备和激光工艺。
还存在一种发明，其包括以下步骤利用胶带形成粘附层，通过小滴喷射法(droplet ejection method)形成布线图案，随后通过吹干(blow-drying)形成电路。然而，由于使用喷墨印刷，必须执行布线图案形成工艺若干次，以获得期望厚度的电路图案，并且在该工艺过程中，存在发生错误(例如不均匀性和短路)的危险。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在印刷电路板上形成电路图案的方法，该方法简化了电路图案的形成工艺，容易且廉价地提供了所需厚度的电路图案，并且允许形成具有较高精度的电路图案。
本发明的一方面提供了一种在印刷电路板上形成电路图案的方法，该方法包括(a)将蚀刻剂涂敷于要形成有电路图案的绝缘基板部分上，(b)通过调节固化条件使蚀刻剂固化，(c)将金属油墨涂敷在蚀刻的电路图案中，以及(d)烧结金属油墨。
优选地，可以通过喷墨印刷执行操作(a)或操作(c)。优选地，绝缘基板可以是聚酰亚胺基板，并且蚀刻剂可以是用于聚酰亚胺树脂的蚀刻剂。烧结条件可能包括温度和时间。优选地，金属油墨包含大小为1nm至100nm的金属微粒。
还提供了一种印刷电路板，其包括绝缘基板、在与要形成电路图案的部分相对应的绝缘基板的表面上形成的沟槽(trench)、以及填充入沟槽中且形成电路图案的导电层，其中，通过蚀刻形成沟槽，并且通过烧结金属油墨形成导电层。
优选地，可利用喷墨印刷在绝缘基板上印刷蚀刻剂且随后通过调节固化条件使蚀刻剂固化来形成沟槽。优选地，利用喷墨印刷将金属油墨填充入沟槽中且随后将其干燥和烧结来形成导电层。
优选地，绝缘基板是聚酰亚胺基板，并且蚀刻剂是用于聚酰亚胺树脂的蚀刻剂。金属油墨可包括大小为1nm至100nm的金属微粒。优选地，沟槽的深度可大于或等于10μm并且小于或等于绝缘基板的厚度。
本发明的其他特征通过以下的描述将进行阐释，并且部分地通过以下的描述将会变得显而易见，或者可通过本发明的实践而获得。
图1示出根据现有技术的在印刷电路板上形成电路图案的工艺的过程图。
图2示出根据本发明实施例的在印刷电路板上形成电路图案的工艺的流程图。
图3示出根据本发明实施例的在印刷电路板上形成电路图案的工艺的过程图。
具体实施例方式
在下文中，将参照附图更详细地描述本发明的实施例。在参照附图的描述中，不管图号是否相同，那些相同的或相对应的部件采用相同的参考标号，并且省略多余的解释。
图2示出根据本发明实施例的在印刷电路板上形成电路图案的工艺的流程图。
本发明的特征在于一种在印刷电路板上形成电路图案的方法，其中，去除诸如电镀、曝光和蚀刻等的工艺(典型的很耗时且昂贵的电路图案形成工艺)，并且通过根据喷墨印刷法喷射蚀刻剂和金属油墨形成电路图案，以提供精微图案以及实现图案宽度的调节。
为此，首先将蚀刻剂涂敷于要形成有电路图案的绝缘基板的部分上(100)，即，印刷电路板的基层材料上。与通过使用铜层压材料等电镀绝缘基板并随后蚀刻一些部分而形成电路图案的现有技术相比，本发明的特征在于直接在绝缘基板上形成电路图案，其中，在涂敷金属油墨之前，蚀刻要形成电路图案的部分，以获得所需厚度的电路图案。
虽然，通常将聚酰亚胺基板用作绝缘基板，本发明并不局限于此，也可以使用在对本领域技术人员显而易见的范围内的其它类型的绝缘基板。
与现有技术相同，电路图案基于给定的一组设计方案，并且根据在对本领域技术人员显而易见的范围内的电路图案涂敷蚀刻剂。然而，如下所述，由于本发明实施例中的电路图案是通过利用喷墨印刷涂敷金属油墨而形成的，所以优选地，也可通过喷墨印刷涂敷蚀刻剂。在这种情况下，如果利用喷墨印刷装置涂敷蚀刻剂，则可以根据电路图案结合设计电路图案所用的CAD/CAM软件直接将蚀刻剂印刷在绝缘基板上，而无需形成掩模的单独工序，以使工序的效率最大化。
因为用于涂敷电路图案的蚀刻剂蚀刻绝缘基板的部分，以形成要印刷有金属油墨的沟槽，所以就必须使用能够对应于蚀刻绝缘基板材料进行蚀刻的适当的蚀刻剂。因此，如上所述，当将聚酰亚胺基板用作绝缘基板时，期望使用用于聚酰亚胺树脂的蚀刻剂，而对于其它材料的绝缘基板，期望使用可进行相应蚀刻的蚀刻剂。
因为聚酰亚胺基板不仅是绝缘基板，也是具有高耐用性和耐腐蚀性的基层材料，以提供稳定的印刷电路板，所以与其它材料的基板相比，其相对更难被蚀刻。因此，当将聚酰亚胺基板用作本发明实施例中的绝缘基板时，需要注意选择蚀刻剂。在对本领域技术人员显而易见的范围内的任何已知产品都可以用作用于聚酰亚胺树脂的蚀刻剂，并且不再提供对于蚀刻剂的化学成分和化学结构等的详细描述。
接着，调节固化条件以固化蚀刻剂(110)。随着将蚀刻剂涂敷于绝缘基板上，绝缘基板被蚀刻并在适当的条件下被固化。由于，为了获得所需厚度的电路图案，必须在绝缘基板中形成被相应蚀刻的沟槽，按照绝缘基板的材料和蚀刻剂的特性来调节固化条件，如此形成被蚀刻为具有适当厚度的沟槽。
固化条件通常与温度和时间有关，并且期望预先获得温度或者时间的数据，用于相对于绝缘基板材料和相应选取的蚀刻剂的特性蚀刻特定量的厚度。在本发明实施例中，可以由蚀刻剂生产商提供关于固化条件(即，温度或者时间)的数据，或者预先通过一组试验收集关于固化条件的数据。
接着，由于蚀刻剂的固化而将金属油墨涂敷在绝缘基板上被蚀刻的电路图案中(120)。如上所述，通过绝缘基板的蚀刻，以与电路图案所需厚度相对应的深度的沟槽的形式，获得蚀刻的电路图案。因此，为了通过将金属油墨涂敷在蚀刻的电路图案中获得所需厚度的电路图案，期望通过利用金属油墨填充蚀刻的沟槽来实现涂敷。
如果不用金属油墨填充蚀刻的沟槽，则可能不会获得所需厚度的电路图案，并且如果蚀刻的沟槽被过度填充有金属油墨，则金属油墨溢出到绝缘基板的表面上，从而造成了电路图案中短路的风险、以及多层印刷电路板的堆叠工艺中的问题。
与现有技术相同，基于给定的一组设计方案，执行利用金属油墨填充电路图案，同时在对本领域技术人员显而易见的范围内根据电路图案涂敷金属油墨。然而，更优选地，与蚀刻剂的情况相同，通过喷墨印刷涂敷金属油墨。
在这种情况下，与蚀刻剂的情况相同，如果利用喷墨印刷装置涂敷金属油墨，可以根据电路图案结合用于设计电路图案的CAD/CAM软件将金属油墨直接印刷在绝缘基板上，而不需形成掩模的单独工序。此外，如果将喷墨头(inkjet head)设置成能够使用蚀刻剂和金属油墨，则可利用单个喷墨印刷装置执行蚀刻剂和金属油墨的印刷，以使工序的效率最大化。
当通过喷墨印刷涂敷蚀刻剂和金属油墨时，利用单个喷墨印刷装置并且结合CAD/CAM软件程序，可以非常方便地执行印刷电路板的电路图案。
同时，如上所述，当使用喷墨印刷时，为了根据电路图案在绝缘基板上蚀刻而形成的沟槽中填充金属油墨，必须相对于沟槽的深度调节从喷墨头喷出的金属油墨的量。为此，控制喷墨头的印刷速度、喷嘴的尺寸、以及油墨的喷射压力等。控制油墨的喷射量对于本领域技术人员而言是显而易见的，在这种情况下将不再提供详细的描述。
对于喷墨印刷期间喷射的金属油墨，使用的油墨包含具有纳米量级尺寸的金属微粒。这样就允许在喷墨头的油墨室中携带油墨以及以稳定的方式使油墨通过喷嘴喷射，优选地，包含在金属油墨中的金属微粒的大小约为1nm至100nm。然而，根据本发明实施例的包含在金属油墨中的金属微粒的大小并不局限于上述的数值范围中，并且应该理解在对于本领域的技术人员显而易见的范围内也可以使用包含其它尺寸的金属微粒的金属油墨。
最后，烧结(即，将其干燥和烧制)金属油墨(130)，以完成电路图案。由于金属油墨通常是液体，则在绝缘基板上形成电路图案的过程中必须完全干燥及烧制所涂敷的金属油墨，为此，期望在适当的条件下烧结印刷在印刷电路板上的金属油墨。
图3是根据本发明实施例的在印刷电路板上形成电路图案的工艺的过程图。图3中示出绝缘基板3、蚀刻剂10、沟槽12、以及金属油墨20。
以下，将参照图3详细描述根据本发明实施例的在印刷电路板上形成电路图案的工艺。
如图3的(a)所示，第一步是制备绝缘基板3。与现有技术相比，本发明的实施例包括去除诸如涂敷光刻胶、曝光及显影等的工艺，并且包括利用喷墨印刷机在绝缘基板3(例如，聚酰亚胺基板)的表面上直接形成电路图案。因此，电路图案的形成工艺可仅从绝缘基板3开始，无需电镀有金属层(例如，敷铜箔叠层板(CCL)等)的基板。
第二步是涂敷与绝缘基板3的材料相对应的蚀刻剂10，如图3的(b)所示。从允许蚀刻绝缘基板3的范围中选出蚀刻剂10。在步骤2中，利用喷墨印刷机通过将用于绝缘基板3的蚀刻剂10印刷在与电路图案相对应的部分上，来涂敷蚀刻剂10。
即，将蚀刻剂10选择性地涂敷到绝缘基板3的表面上，即，涂敷到印刷电路板的基层材料上。为此，利用已经从CAD系统中接收到的各种数据(例如，电路图案的尺寸、面积、和形状等)的印刷装置，在绝缘基板3的表面上选择性地(即，以电路图案的形式)直接印刷蚀刻剂10。
第三步是固化所涂敷的蚀刻剂10，如图3的(c)所示，从而从绝缘基板3的表面开始执行蚀刻以达到特定的深度。通过这种在绝缘基板3的表面上涂敷蚀刻剂10以及使其固化，由于蚀刻而在绝缘基板3上形成沟槽12，其中，当调节沟槽12的蚀刻深度及在其中填充有金属油墨20时，可以获得所需厚度的电路图案。
将绝缘基板3蚀刻成所需深度需要适当的固化条件，并且通常通过调节蚀刻温度和蚀刻时间获得期望的蚀刻形式。
通过这种在绝缘基板3上涂敷蚀刻剂10以及使其固化，去除绝缘基板3中涂敷有蚀刻剂10的部分，以产生沟槽12的轮廓，如图3的(c)所示。
同样，尽管绝缘基板3的表面是光滑的，但是由于蚀刻而形成的沟槽12的表面具有粗糙度，由此，可以获得额外的表面改进效果，用于增加通过在沟槽12中填充金属油墨20而形成的布线与绝缘基板3之间的附着力。
第四步是在蚀刻的沟槽12中涂敷金属油墨20，如图3的(d)所示。这里，为了利用喷墨印刷装置涂敷金属油墨20，使用的金属油墨包含具有纳米量级尺寸的金属，且在将金属油墨20填充到喷墨头的油墨室中之后，使用印刷装置(例如，喷墨印刷机)印刷蚀刻的沟槽12部分(电路图案)。
利用从CAD系统接收关于预先设计的电路图案的数据后的喷墨印刷装置，印刷上述第一步的蚀刻剂10和第四步的金属油墨20。在印刷金属油墨20之后，如图3的(e)所示，执行干燥和烧制工艺，以完成印刷电路板的电路图案。
同时，为了将基于本发明实施例的形成图案电路的方法应用于制造多层的印刷电路板，需要对于每层简单地重复上述工艺并且不断地堆叠这些层。
由于确保通过直接蚀刻而无需现有技术的显影和曝光工艺来形成电路图案以及在其上形成电路图案，根据本发明实施例的在印刷电路板上形成电路图案的方法允许通过非常简单的工艺形成电路图案。
即，选择性地将用于蚀刻的适当蚀刻剂10印刷在绝缘基板3(即，印刷电路板的基层材料)的表面上，然后将金属油墨20填充入蚀刻的部分中，以完成电路图案，从而可以去除在根据现有技术形成电路图案的工艺中的涂敷蚀刻剂、曝光及显影的工艺以及用于进行这些工艺的补充工艺。
此外，如图3的(e)所示，本发明涉及印刷电路板，该印刷电路板包括绝缘基板3、在绝缘基板3的表面上形成的沟槽12、以及填充入沟槽12中的导电层。
沟槽12是从与要形成有电路图案的部分相对应的绝缘基板3的表面进入预定深度的部分。将导电材料填充入沟槽12中，以形成所需厚度的电路图案。
虽然可以通过在各种对于本领域技术人员显而易见的范围内的方法形成沟槽12，但是优选地，通过将蚀刻剂10涂敷于绝缘基板3的表面上并固化而形成沟槽。当通过蚀刻形成沟槽12时，通过控制固化条件，沟槽12可形成期望的深度，该固化条件可包括时间和温度。
因为通过蚀刻形成的沟槽12由于化学反应而具有大于绝缘基板3的表面粗糙度，所以蚀刻是一种提供表面改善的额外效果的方法，用于增加填充入沟槽12和绝缘基板3中的导电材料。
尽管在对本领域技术人员显而易见的范围内可以使用各种方法将蚀刻剂10涂敷于与电路图案的形状相对应的绝缘基板3的表面上，但是优选地，使用喷墨印刷。当使用喷墨印刷时，可以将关于预先设计的电路图案的CAD数据传送至喷墨印刷装置，以直接印刷蚀刻剂10，由此，在电路图案设计和绝缘基板3的表面上形成沟槽12之间无需额外的工艺，并且简化了整个工艺。
在沟槽12形成预定深度之后，将导电材料填充入沟槽12中，以形成电路图案。尽管在对本领域的技术人员显而易见的范围内可以由任一导电材料形成填充入电路图案中的导电层，期望通过烧结金属油墨20来形成。
金属油墨20是一种包含金属微粒的油墨。在执行干燥和烧制工序以形成导电层之后，将其填充入沟槽12中。同时，与上述蚀刻剂10的情况相同，期望通过喷墨印刷将金属油墨20涂敷在沟槽12中。在这种情况下，通过利用喷墨印刷在绝缘基板3的表面上进行非常简单的蚀刻剂10及金属油墨20的印刷工艺，形成根据本发明实施例的印刷电路板。
为了确保通过喷墨印刷的金属油墨20的有效应用，期望根据本发明实施例的金属油墨20包含纳米量级尺寸的金属微粒，例如，从1nm至100nm。
同时，与传统的印刷电路板相同，根据本发明实施例的印刷电路板可以使用聚酰亚胺基板作为绝缘基板3。然而，由于聚酰亚胺基板的特性包括其良好的耐用性和耐腐蚀性，需要根据本发明实施例小心地选取用于形成沟槽12的蚀刻剂10。即，使用用于聚酰亚胺树脂的蚀刻剂10。
关于基于本发明实施例的印刷电路板，在要形成电路图案的位置预先形成沟槽12，随后将导电材料填充入沟槽12中，以形成电路图案，从而获得与沟槽12深度相对应厚度的电路图案。因此，沟槽12的深度对应于电路图案的所需厚度而形成，并且当期望电路图案的深度是10μm或者更大时，调节蚀刻剂10的固化时间或者固化温度，从而形成10μm厚度或者更大厚度的沟槽12。
根据包括上述的本发明，由于可以去除涂敷光刻胶(PR)、曝光及显影工艺以简化整个工艺，可以大大地降低印刷电路板的制造成本，并且可以通过花费少量的工艺和时间精确地形成印刷电路板的电路图案。
同样，因为通过喷墨印刷装置利用各种蚀刻剂将沟槽直接形成在要形成有电路图案位置处的基层材料表面上，并且通过以相同的方法在沟槽中填充纳米金属油墨来形成电路图案，所以在尺寸和外型方面可以获得较高精密度的电路图案。
此外，由于通过调节蚀刻剂的固化条件可以获得与沟槽的深度相对应的厚度的电路图案，所以可以解决通过直接在绝缘基板上印刷纳米金属油墨来形成电路图案的工艺中无法获得所需厚度的电路图案的问题。
尽管已经参照特定的实施例详细地描述了本发明的主旨，但这些实施例只是示例性的，并不用于限制本发明。应该理解，对于本领域的技术人员来说，在不背离所附权利要求和其等同替换所限定的本发明的主旨和范围的情况下，本发明可以有各种更改和变化。
权利要求
1.一种在印刷电路板上形成电路图案的方法，所述方法包括(a)将蚀刻剂涂敷于要形成电路图案的绝缘基板部分上；(b)通过调节固化条件固化所述蚀刻剂；(c)将金属油墨涂敷在蚀刻的所述电路图案中；以及(d)烧结所述金属油墨。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过喷墨印刷执行操作(a)或操作(c)。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述绝缘基板为聚酰亚胺基板。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述蚀刻剂为用于聚酰亚胺树脂的蚀刻剂。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，烧结条件包括温度和时间。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述金属油墨包含大小为1nm至100nm的金属微粒。
7.一种印刷电路板，其包括绝缘基板；沟槽，形成在与要形成有电路图案的部分相对应的所述绝缘基板的表面上；以及导电层，填充入所述沟槽中且形成所述电路图案，其中，所述沟槽通过蚀刻形成，所述导电层并且通过烧结金属油墨形成。
8.根据权利要求7所述的印刷电路板，其中，所述沟槽通过使用喷墨印刷在所述绝缘基板上印刷蚀刻剂以及随后通过调节固化条件固化所述蚀刻剂而形成。
9.根据权利要求7所述的印刷电路板，其中，所述导电层通过使用喷墨印刷在所述沟槽中填充金属油墨以及随后进行干燥和烧结而形成。
10.根据权利要求7所述的印刷电路板，其中，所述绝缘基板为聚酰亚胺基板。
11.根据权利要求10所述的印刷电路板，其中，所述蚀刻剂为用于聚酰亚胺树脂的蚀刻剂。
12.根据权利要求7所述的印刷电路板，其中，所述金属油墨包含大小为1nm至100nm的金属微粒。
13.根据权利要求7所述的印刷电路板，其中，所述沟槽的深度大于或等于10μm并且小于或等于所述绝缘基板的厚度。
全文摘要
本发明公开了一种在印刷电路板上形成电路图案的方法。在印刷电路板上形成电路图案的方法包括(a)将蚀刻剂涂敷在要形成电路图案的绝缘基板部分上；(b)通过调节固化条件固化蚀刻剂；(c)将金属油墨涂敷在蚀刻的电路图案上；以及(d)烧结金属油墨，由于可以去除涂敷光刻胶(PR)、曝光及显影工艺以简化整个工艺，使得制造成本大大地降低，并且可以通过花费少量的工艺和时间精确地形成印刷电路板的电路图案。
文档编号H05K1/16GK1925724SQ200610128660
公开日2007年3月7日 申请日期2006年9月4日 优先权日2005年9月2日
发明者金永财, 郑在祐, 刘永锡 申请人:三星电机株式会社