一种用激光直接成型技术加工电路板的方法
【专利摘要】本发明涉及一种用激光直接成型技术加工电路板的方法，先对基板材料上所覆导电层进行减薄，再经孔化、电镀加厚工序处理后，用激光选择性直接去除导电层，从而得到符合设计要求导电图形结构。步骤为：首先，制作监测盘，即用激光从该监测图案区域上光蚀去除导电层；然后，将该覆导电层材料用微蚀液体进行减薄，微蚀减薄直至在监测盘图案处露出基材时为止；最后，对减薄后的基板材料以及覆导电层材料进行钻孔、孔金属化后，用激光直接成型去除基板材料上所覆部分导电层，留下需要的导电层。本发明解决了当前技术因为孔化后导电层太厚，不适合用激光或机械方法直接去除导电层的加工难题，同时拓宽了激光光蚀法加工PCB的使用范围。
【专利说明】一种用激光直接成型技术加工电路板的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电路板制造领域，尤其是一种用激光直接成型技术加工电路板的方法。
【背景技术】
[0002] 减成法电路板的制作包括一系列加工过程:打孔、孔金属化及电镀铜加厚、制作导电线路、制作阻焊字符、外型加工等等。其中，最重要的过程之一，就是线路的制作，即按照设计要求，去除掉非导电图案部分的金属导电层，用保留下的金属层部分作为线路。
[0003]去除不需要的导电层通常用印制一蚀刻方法，先在覆铜箔板表面上进行图形转移，将需要保留的导电图形部分的导电层，通常是铜箔，用保护性材料一抗蚀剂覆盖起来，而把非导电图案部分，即将要去掉的铜则裸露在外。蚀刻时，蚀刻剂与裸暴的金属铜相互接触，发生反应，把铜溶解到蚀刻剂溶液中，达到了除去的目的。
[0004]印制一蚀刻方法的加工精度受很多因素影响，难以控制，导致做出的电路图形的几何尺寸偏离设计要求，不适合制造极其精细的电路结构，比如由于图形转移精度不高，侧腐蚀效应等，都是长期以来电路板加工制程中的难题。此外，蚀刻方法流程长而复杂，需要的工艺设备、材料多，使得高精度、高质量电路板生产需要资金、场地、人员配备的成本高，生产过程柔性差，行业进入的门槛高，满足不了本地化就近、快速、灵活制作的需求。
[0005]近年来，激光技术在电子行业的应用因为精度高、步骤少、环保等优势，越来越受关注，目前主要有两种技术已经在电路板制造行业进入实用领域:激光直接成像技术，和最近出现的激光直接成型技术。
[0006]激光直接成像即LD1-Laser Direct Imaging技术,加工过程中并不产生材料的物理移除，只是将激光能量作用在材料上，使之感光而发生聚合、分解等反应，材料的物理移除靠由随后的显影工序完成。大致流程是，用激光直接在涂覆感光材料的电路板基材上曝光，形成线路图案的正相或负相潜象，经显影后获得抗电镀或抗蚀刻掩膜，随后直接蚀刻或反镀金属抗蚀剂。这种技术不需要照相制版、贴膜等工序，减少了生产装备，缩短了流程，并提高了加工质量和精度，增加了制造柔性，已经在批量生产中得到了应用。
[0007]而所谓激光直接成型技术，相比上述激光直接成像技术更进一步，加工时直接光蚀去除材料，甚至去除导电层，不需要显影，甚至不需要后续的蚀刻工序。大致流程是，按照设计要求的图案结构，把激光投照到材料表面上，使选定的材料升华汽化、或产生其它形态变化，从而被去移除，直接形成抗蚀掩膜图案，然后进行蚀刻加工或其它加工，获得最终的导电结构。若移除的是导电层，则不再需要后续加工步骤，一步就获得需要的导电结构。这种用激光一步成型电路图案的制造PCB的技术，被称为激光直接成型即LDS—Laser DirectStructuring,需要的装备和加工步骤更少,操作更加简单,产品精度和质量更高,作为未来技术，开始走向高端市场。
[0008]采用这种技术，加工厚度25 μ m以下的铜箔比较容易，加工厚度超过35 μ m的铜箔则比较困难。当前，市场上通用的覆铜箔板基材的铜箔厚度以厚18μπ?或35μπ?的品种为主，其中覆铜箔厚度为18 μ m的品种更适合激光直接成型技术加工，可以用来经济、有质量地加工单面电路板。
[0009]然而，按照IPC标准，电路板金属化孔孔壁铜导电层厚度需要达到18μπι以上。为了向孔壁上涂覆足够厚度的金属铜，采用当前的技术，会同时向板面上电镀铜，继续加厚已有的金属铜导电层，并且由于电镀技术深度能力的限制，因加厚而增加的厚度会超过孔壁上的铜厚，即经过孔金属化后，原来覆有18 μ m铜箔的基板材料表面的铜箔厚度将超过36 μ m,而原来覆有35 μ m铜箔的基板材料表面的铜箔厚度将超过53 μ m。如上所述，激光直接成型技术加工厚度超过35 μ m的铜箔则比较困难，这导致大多数双面板、多层板，如果不采用特殊基板材料，难以实现激光直接成型导电结构。
[0010]无独有偶，机械直接成型技术制作电路板也有类似的加工困难。所谓机械直接成型制电路板技术，即按照设计要求，采用定深铣削的方法，选择性去除基板材料上不需要的金属导电层，用保留下金属层作为导电图案的技术。机械直接成型制电路板时大都使用锥形或小直径刀具，比如加工宽度为0.1mm的锥形统刀，宽度为0.2-0.5mm万用锥形统刀，或直径为0.25mm、直径为0.4mm的平头铣刀。这些刀具，直径小、或头部尖而细，被加工的材料越厚，需要加工的沟道越窄，加工越困难，刀具的寿命就越短。如上文所述，制作双面电路板、多层板时必需的孔金属化技术，增加了基板材料表面上导电层厚度，如果不采用特殊基板材料，就导致采用机械直接成型制电路板技术时，制作孔金属化的双面板、多层板外层导电图形过程中，出现刀具消耗快、不能制作精细图形等等加工难题。
【发明内容】
[0011]本发明针对激光直接成型制电路板方法加工双面孔金属化电路板和多层电路板外层时，因为导电层过厚而出现的加工困难，提供了一种用激光直接成型技术加工电路板的方法，该方法提出了新工艺路线，给出了操作要点。按照本发明的方法，可以采用市场上通用的基板材料，用激光直接成型技术，或机械直接成型技术制作单面板、双面板、多层板外层导电图形，提高加工效率，获得更好的加工质量。
[0012]本发明的技术方案是:
[0013]一种用激光直接成型技术加工电路板的方法，先对基板材料上所覆导电层进行减薄，再经孔化、电镀加厚工序处理后，用激光选择性直接去除导电层，其步骤为:
[0014]⑴制作监测盘，即用激光从该监测图案区域上光蚀去除导电层；
[0015]⑵将该覆导电层材料用微蚀液体进行减薄，微蚀减薄直至在监测盘图案处露出基材时为止，使绝缘材料上留下的导电层厚度与激光光蚀去除的导电层厚度相等；
[0016]⑶对减薄后的基板材料以及覆导电层材料进行钻孔、孔金属化后，用激光分条剥离选择性去除基板材料上所覆部分导电层，留下需要的导电层，从而得到符合设计要求导电图形结构。
[0017]而且，在步骤⑴中，所述监测盘的形状和位置是适合加工的任何图案和任何尺寸，其位置是在覆导电材料表面上用于设计要求的导电图案轮廓的外部或按照设计要求的导电图案轮廓内的非导电结构的区域。
[0018]而且，在步骤⑴中，所述监测盘制作过程中，去除监测盘部位一定厚度的导电层，去除的厚度为0.1-30 μ m，其去除方法是定深加工的激光光蚀或定深加工的机械铣削或控制或测量的其它去除一定厚度的导电层方法。
[0019]而且，在步骤⑵中，减薄时要控制减薄程度，控制方法还可以是通过控制蚀刻时间、速率来控制减薄程度，或者通过用导电层测厚仪器测量剩余导电层控制减薄程度。
[0020]而且，在步骤⑵中，对所述导电层进行微蚀减薄时，采用把基板材料方法静止浸泡在微蚀液体中的微蚀方法或在微蚀液体中摆动基板材料进行微蚀的方法或在微蚀液体中冲刷基板材料的微蚀方法。
[0021]而且，在步骤⑵中，对导电层进行微蚀减薄时，对于减薄的程度的控制方法是:观察监测盘，露出绝缘基材的位置时停止减薄，减掉的导电层的厚度等于导电层起始厚度减去制作监测盘时去除的导电层厚度。
[0022]而且，在步骤⑶中，所述基板材料经钻孔及孔金属化后，采用激光直接成型技术或机械直接成型技术，选择性去除基材上导电图形以外的导电层，制作导电图案。
[0023]本发明制作电路板单面板时，可采取以下方法步骤:
[0024]⑴制作监测盘，即用激光从该监测图案区域上光蚀去除厚度为0.1_30μπι导电层；
[0025]⑵将该覆导电层材料用微蚀液体进行减薄，微蚀减薄直至在监测盘图案处露出基材时为止，使绝缘材料上留下的导电层厚度与激光光蚀去除的导电层厚度相等；
[0026]⑶对减薄后的基板材料以及覆导电层材料进行钻孔后，用激光分条剥离选择性去除基板材料上所覆部分导电层，留下需要的导电层，从而得到符合设计要求导电图形结构。
[0027]本发明的优点和效果是:
[0028]1、解决了用激光和机械直接成型技术加工双面或多层板的难题，通过提前减薄，使电镀后表面铜的厚度仍在激光直接成型和机械刻板设备的可加工范围内。
[0029]2、用本发明减薄后的覆铜板，采用激光直接成型加工，提高了导电图形的精度，制出的电路板导电图案的精度可以轻松控制在± 5 μ m，甚至更小的误差范围以内。
[0030]3、本发明给出了一个制作均匀的薄铜箔的方法，满足了用通用覆导电层材料制作覆极薄导电层材料的需求，降低了材料成本。
[0031]4、本发明方法适合激光直接成型技术和机械直接成型技术制电路板，相比传统化学腐蚀法加工PCB技术，不需要光绘制版，省去了贴膜、对版、曝光、显影、蚀刻等过程，既降低了成本，也缩短了加工时间。
[0032]5、采用本发明方法，大大拓宽了激光直接成型设备、机械雕铣直接刻板设备可加工的范围，这两种方法与化学手段配合，可以大幅度增加加工效率，降低产品的加工成本。
【具体实施方式】
[0033]以下将结合一个实施实例，对本发明做进一步的说明。下述的实施实例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施实例来限定本发明的保护范围。
[0034]一种用激光直接成型技术加工电路板的方法，先对基板材料上所覆导电层进行减薄，再经孔化、电镀加厚工序处理后，用激光选择性直接去除导电层，其步骤为:
[0035]⑴制作监测盘，即用激光从该监测图案区域上光蚀去除监测盘部位一定厚度的导电层，去除的厚度为0.1-30 μ m，其去除方法是定深加工的激光光蚀或定深加工的机械铣削或控制或测量的其它去除一定厚度的导电层方法，所述监测盘的形状和位置是适合加工的任何图案和任何尺寸，其位置是在覆导电材料表面上用于设计要求的导电图案轮廓的外部或按照设计要求的导电图案轮廓内的非导电结构的区域；
[0036]⑵将该覆导电层材料用微蚀液体进行减薄，微蚀减薄直至在监测盘图案处露出基材时为止，使绝缘材料上留下的导电层厚度与激光光蚀去除的导电层厚度相等，减薄时要控制减薄程度，控制方法还可以是通过控制蚀刻时间、速率来控制减薄程度，或者通过用导电层测厚仪器测量剩余导电层控制减薄程度，对所述导电层进行微蚀减薄时，采用把基板材料方法静止浸泡在微蚀液体中的微蚀方法或在微蚀液体中摆动基板材料进行微蚀的方法或在微蚀液体中冲刷基板材料的微蚀方法，对导电层进行微蚀减薄时，对于减薄的程度的控制方法是:观察监测盘，露出绝缘基材的位置时停止减薄，减掉的导电层的厚度等于导电层起始厚度减去制作监测盘时去除的导电层厚度；
[0037]⑶对减薄后的基板材料以及覆导电层材料进行钻孔、孔金属化后，采用激光直接成型技术或机械直接成型技术，选择性去除基材上导电图形以外的导电层，制作导电图案，留下需要的导电层，从而得到符合设计要求导电图形结构；需要说明的是，若制作单面电路板，则不需要上述的孔金属化的操作步骤，用激光分条剥离选择性去除基板材料上所覆部分导电层，留下需要的导电层，从而得到具有符合设计要求导电图形结构的单面电路板。
[0038]实施例
[0039]本实例材料为:1.6mm厚，双面覆有35 μ m铜箔的FR4覆铜箔基板。
[0040]产品要求:孔壁铜厚18 μ m以上，最小线宽间距50 μ m。
[0041]用德中CircuitCAM V7.0计算监测盘激光加工路径，用CircuitCAM V7.0按分条剥离法要求计算导电图形激光加工路径，用德中DCT-DL400激光直接成型机和德中DCT-DES300多功能一体机Na2S208/H2S04体系进行线路加工，用德中DCT-DM300刻板机进行钻孔和铣外型加工，用德中DCT-TP300孔化设备进行孔金属化及电镀铜加厚。
[0042]操作步骤为:
[0043]数据准备:把数据读入CircuitCAM V7.0中,数据检查、添加Φ5.0mm监测盘，进行激光路径计算，分别导出钻孔数据、铣外形数据，导电图形内非导电区域按照分条剥离方法计算加工路径并导出数据。
[0044]步骤⑴，取生益公司FR4，1.6mml/l双面35 μ m铜覆铜板，固定到德中DCT-DL400激光机上，读入监测盘激光路径的数据，把数据移动到导电图形边缘外的合适位置，设置激光参数为:能量20%，频率200KHz，速度400mm/秒，进行光蚀加工，制作出监测盘。
[0045]步骤⑵，把制有监测盘的覆铜板放入DCT-DES300 —体机的微蚀槽，在轻轻摆动下放置10分钟，取出观察监测盘，没有露出绝缘基材，再次放入微蚀槽I分钟，取出观察，监测盘部分看到基材，再次放入20秒后取出观察，监测盘已基本全部露出基材，此时停止微蚀，水洗吹干后转入钻孔工序。
[0046]步骤⑶，基材原始覆铜减薄后的覆铜板，用DCT-DM300刻板机进行正常的钻孔、用DCT-TP300孔化设备孔化及电镀加厚，电镀电流密度1ASD，时间1.5小时。
[0047]工件孔化电镀后，放置在德中DCT-DL400激光机上的加工台上，固定，读入CircuitCAM导出的分条剥离式加工路径数据，读孔定位后进行光蚀加工，得到导电图形。激光参数分别为，分条激光:能量30%，频率300KHz，速度400mm/秒；剥离激光:能量50%，频率200KHz，速度 350mm/ 秒。[0048]随后，将制得导电图形的电路板转至DCT-DM300刻板机，读入铣外型数据，读孔定位后进行透统加工，获得电路板。
【权利要求】
1.一种用激光直接成型技术加工电路板的方法，其特征在于:先对基板材料上所覆导电层进行减薄，再经孔化、电镀加厚工序处理后，用激光选择性直接去除导电层，其步骤为: ⑴制作监测盘，即用激光从该监测图案区域上光蚀去除导电层； ⑵将该覆导电层材料用微蚀液体进行减薄，微蚀减薄直至在监测盘图案处露出基材时为止，使绝缘材料上留下的导电层厚度与激光光蚀去除的导电层厚度相等； ⑶对减薄后的基板材料以及覆导电层材料进行钻孔、孔金属化后，用激光分条剥离选择性去除基板材料上所覆部分导电层，留下需要的导电层，从而得到符合设计要求导电图形结构。
2.一种用激光直接成型技术加工单面电路板的方法，其特征在于:其步骤为: ⑴制作监测盘，即用激光从该监测图案区域上光蚀去除厚度为0.1-30 μ m导电层； ⑵将该覆导电层材料用微蚀液体进行减薄，微蚀减薄直至在监测盘图案处露出基材时为止，使绝缘材料上留下的导电层厚度与激光光蚀去除的导电层厚度相等； ⑶对减薄后的基板材料以及覆导电层材料进行钻孔后，用激光分条剥离选择性去除基板材料上所覆部分导电层，留下需要的导电层，从而得到符合设计要求导电图形结构。
3.根据权利要求1或2所述的制作电路板的方法，其特征在于:在步骤⑴中，所述监测盘的形状和位置是适合加工的任何图案和任何尺寸，其位置是在覆导电材料表面上用于设计要求的导电图案轮廓的外部或按照设计要求的导电图案轮廓内的非导电结构的区域。
4.根据权利要求1或2所述的制作电路板的方法，其特征在于:在步骤⑴中，所述监测盘制作过程中，去除监测盘部位一定厚度的导电层，去除的厚度为0.1_30μπι，其去除方法是定深加工的激光光蚀或定深加工的机械铣削或控制或测量的其它去除一定厚度的导电层方法。
5.根据权利要求1或2所述的制作电路板的方法，其特征在于:在步骤⑵中，减薄时要控制减薄程度，控制方法还可以是通过控制蚀刻时间、速率来控制减薄程度，或者通过用导电层测厚仪器测量剩余导电层控制减薄程度。
6.根据权利要求5所述的制作电路板的方法，其特征在于:在步骤⑵中，对所述导电层进行微蚀减薄时，采用把基板材料方法静止浸泡在微蚀液体中的微蚀方法或在微蚀液体中摆动基板材料进行微蚀的方法或在微蚀液体中冲刷基板材料的微蚀方法。
7.根据权利要求6所述的制作电路板的方法，其特征在于:在步骤⑵中，对导电层进行微蚀减薄时，对于减薄的程度的控制方法是:观察监测盘，露出绝缘基材的位置时停止减薄，减掉的导电层的厚度等于导电层起始厚度减去制作监测盘时去除的导电层厚度。
8.根据权利要求1所述的制作电路板的方法，其特征在于，在步骤⑶中，所述基板材料经钻孔及孔金属化后，采用激光直接成型技术或机械直接成型技术，选择性去除基材上导电图形以外的导电层，制作导电图案。
【文档编号】H05K3/06GK103917052SQ201310756352
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2013年12月30日 优先权日:2013年12月30日
【发明者】洪少彬, 娄塔·克莱恩, 胡宏宇 申请人:天津市德中技术发展有限公司