改良的光成像的制作方法

改良的光成像的制作方法
【专利摘要】本文中描述一种用于进行光成像的方法和装置。具体来说，描述一种用于对经湿的可固化光聚合物覆盖的衬底进行光成像的方法和装置，其中所述经光成像衬底是用于形成图像，如光化学加工业(Photochemical?Machining?Industry，PCMI)中所用的电路或其它特征，例如线、正方形、螺旋形、圆形或其它几何和非几何形状。
【专利说明】改良的光成像
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于进行光成像的方法和装置。更具体来说，本发明涉及一种用于对经湿的可固化光聚合物覆盖的衬底进行光成像的方法和装置，其中所述经光成像衬底是用于形成图像，如光化学加工业(PCMI)中所用的电路或其它特征，例如线、正方形、螺旋形、圆形或其它几何和非几何形状。
【背景技术】
[0002]虽然本领域中存在用于制造适合形成PCB或PCMI中的结构的细线和特征的现有技术，但这些技术中的许多技术受很多明显缺点的困扰。举例来说，许多先前技术受不良分辨率的困扰。此外，确实提供高分辨率的技术通常需要复杂的装置，如精密的激光设备。另一个问题在于，先前技术需要使用部分固化的干光聚合物膜，所述膜通常支撑在聚酯(例如迈拉(Mylar))膜上。这些干膜的厚度对经光成像表面的分辨率和/或清晰度具有不利影响，因为由此允许在光成像工艺期间发生不希望的底切(undercutting)(即光影)。还存在将部分固化的干膜粘附到衬底方面的问题和污染问题，所述污染问题会在光成像工艺中再次引起问题。部分固化的干膜在大量使用时还非常昂贵。所述系统描述于US4，888，270和US 4,954, 421中，所述专利以引用的方式并入本文中。
[0003]本发明的至少一个方面的目标在于避免或减轻至少一个或多个上述问题。
[0004]本发明的至少一个方面的另一个目标在于提供一种用于对表面进行光成像的改良方法。
[0005]本发明的至少一个方面的又一个目标在于提供一种用于制造具有高分辨率和小迹线宽度(即细线)或形状的电路以便用于PCMI中的成本有效型方法。
[0006]本发明的至少一个方面的另一个目标在于提供一种用于制造适用于PCB的高密度电路的成本有效型方法。
[0007]本发明的至少一个方面的另一个目标在于提供一种用于在较大面积上以高分辨率和小迹线宽度对表面进行光成像的改良方法。
[0008]本发明的至少一个方面的另一个目标在于提供一种用于对传导性材料的喷墨沉积物进行成像的方法。

【发明内容】

[0009]根据本发明的第一个方面，提供一种用于对衬底进行光成像的方法，所述方法包含:
[0010]提供具有覆盖层的衬底；
[0011]在所述覆盖层的至少一部分上沉积液态UV可固化光聚合物，以形成厚度小于约178 ym(0.007英寸)的UV可固化光聚合物膜；
[0012]将光工具定位到所述液态UV可固化光聚合物上；以及
[0013]向所述液态UV可固化光聚合物施加辐射以便在透过所述光工具曝光的区域中固化所述光聚合物层。
[0014]重要的是，本发明在成像之前没有预先干燥。
[0015]本发明因此涉及一种对经湿的液态可固化光聚合物覆盖的衬底进行光成像的方法，其中所述经光成像衬底可以用于例如形成电路，如PCB和平板显示器，或用于产生细微的细节，如PCMI中所用的几何或非几何形状。本发明还可以涉及在电介质上形成电介质图像。与许多现有技术形成对比，本发明因此涉及使用湿膜而非昂贵的干膜，如Riston(商标，杜邦(DuPont))。干膜与使用湿膜相比显然更昂贵。与目前使用的基于溶剂的湿膜相t匕，使用100%固体湿膜还克服了对预先干燥的需要，并且因此获得了非常可控的工艺。
[0016]在本发明中，在用例如UV辐射照射湿光聚合物膜之前不进行干燥步骤(即预先干燥步骤)。这与在进行照射前干燥湿膜的现有技术形成鲜明的对比。
[0017]在本发明中，优选的是光聚合物可以基本上完全为固体，即可能存在的溶剂的量为零或极低。已经意外地发现这可以改良成像和分辨率。然而，本发明还涵盖存在少量溶齐U。在本发明中，因此可以存在少于约1%溶剂、少于约3%溶剂、少于约10%溶剂或少于约15%溶剂。
[0018]在具体实施例中，存在三层结构，其用于本发明中。底层是衬底，中间层是UV可固化光聚合物，并且顶层是透明塑料或经保护性化学物质层涂布的塑料。
[0019]衬底覆盖层可以由任何适当的材料或复合物制造或包含任何适当的材料或复合物，并且可以例如是金属的或非金属的。在具体实施例中，因此可以存在金属覆盖层，并且在替代性实施例中，可以存在非金属覆盖层。
[0020]覆盖层可以至少部分地围绕或完全围绕衬底延伸。或者，衬底可以包含第一侧面和第二侧面，并且覆盖层可以在衬底的第一侧面和第二侧面的一或两者上延伸。因此，衬底可以经层压而在衬底的第一侧面和第二侧面的一或两者上具有覆盖层。覆盖层可以呈膜或层形式，其连接和/或粘附到衬底上。
[0021]通常，金属覆盖层可以包含导电材料或由导电材料组成。可以例如是电介质材料的衬底可以完全或至少实质上由金属覆盖层封装。金属覆盖层可以包含导电材料或由导电材料组成，如任何适合的金属材料。适合的金属可以例如是铜、银、金等。
[0022]或者，覆盖层可以由以下各物制造或包含以下各物:导电聚合物(PED0TT)、石墨烯或导电氧化物，如氧化铟锡(Indium Tin Oxide, ITO)。
[0023]在覆盖层为非金属的实施例中，覆盖层可以包含电介质材料或由电介质材料组成。
[0024]具有覆盖层的衬底可以实质上是平坦的，并且尺寸可以在至多约ImX Im的范围内。本发明的优势在于，除实际执行光成像工艺的装置以外，对衬底实际上无尺寸限制。
[0025]液态光聚合物是呈湿的形式(即呈可流动形式)。液态光聚合物的物理性质可以匹配所需的固化性质。
[0026]通常，可以小于或等于约150 μ m、125 μ m、100 μ m、75 μ m、50 μ m、25 μ m、10 μ m、δμπκΙμπκΟ.5μπι或0.1ym的厚度来沉积液态光聚合物。或者，可以约177 μ m到约
0.1 μ m、约 125 μ m 至丨J约 0.1 μ m、约 100 μ m 至丨J约 0.1 μ m、约 75 μ m 至丨J约 0.1 μ m、约 50 μ m 至Ij约0.1 μ m、约25 μ m到约0.1 μ m或约10 μ m到约0.1 μ m范围内的厚度来沉积液态光聚合物。优选地，液态光聚合物可以具有约5μηι的厚度。[0027]通过使用薄液态光聚合物膜允许在光成像工艺中使用低强度辐射(例如UV光)。
[0028]液态光聚合物可以施加到衬底的第一侧面和第二侧面的仅一者或两者上，其中衬底的第一侧面和第二侧面两者都包含覆盖层。因此，本发明可以涉及单侧或双侧曝光，呈例如前后对准。
[0029]可以用实质上均匀并且连续的方式，使用任何适合的技术来沉积液态光聚合物。举例来说，可以使用喷雾、刷子、轧辊和/或浸溃涂布系统来沉积液态光聚合物层。
[0030]在施加液态光聚合物之前，可以使用接触清洁工艺来清洁包含覆盖层的衬底，以便从覆盖层表面上去除碎屑和/或污染。
[0031 ] —旦液态光聚合物已被施加到具有覆盖层的衬底上，就可以将光工具定位到衬底上。然后可以向所沉积的液态光聚合物施加压力。通过施加压力，可以展开和/或挤压液态光聚合物，以便获得具有实质上均匀的厚度的实质上均匀连续的光聚合物膜。在具体实施例中，可以使用基于轧辊的系统来施加辗压力，并且因此可以用于展布液态光聚合物。通常，橡胶圆柱辊可以在光工具上滚轧，由此向液态光聚合物施加压力。可以实质上同时在衬底的两个侧面上进行展开和/或挤压。展开和/或挤压的具体功能在于，此举有助于确保实质上无空气并且因此实质上无氧气被截留在液态光聚合物下面。优选的是无空气并且无氧气被截留在液态光聚合物下面。由此克服了对复杂光系统的需要，并且还对工艺速度提供了显著的改良，因为所截留的氧气会减慢光成像(即固化)工艺。
[0032]在光成像工艺中使用光工具。光工具可以是所需电路的负像或正像，并且可以允许光通过光工具的一些部分而不通过其它部分。光工具可以由软质塑料材料制造，并且可以连接到将光工具准确地定位在衬底上在衬底的至少一个侧面或两个侧面上的机构。光工具可以处于紧张状态并且缠绕在轧辊(如实心钢辊)周围。在具体实施例中，光工具还可以包含保护层，所述保护层可能有助于在已进行成像之后从衬底上剥离光工具。保护层可以是任何适合的无粘性材料。保护性涂层的另一个优势在于，其能够在光成像工艺期间沿光成像区域的整个长度提供针对化学侵蚀和湿度变化的保护。这就意味着不需要将湿度维持在恒定的水平，从而提供更加可控的工艺环境。
[0033]在其他实施例中，光工具可以是经过成像的材料、透明塑料，或经保护性化学物质层或能够充当脱模涂层的任何其它专用材料涂布以防止塑料被化学物质或水分侵蚀的塑料。
[0034]所用的辐射可以是使液态光聚合物固化的任何适合的辐射。在具体实施例中，可以使用UV辐射来使已曝光的液态(例如湿)光聚合物聚合和/或硬化和/或凝固。UV辐射可以具有约200到400nm的波长，并且可以具有与固化所用光聚合物相匹配的强度。尤其优选的UV光源可以是UV LED,因为它们产生极少量的热，具有较长灯寿命，能立即启动，实质上无功率输出减退，需要少量维护保养，并且可以产生高水平的光强度。因此在根据本发明的便宜的光成像工艺中，可以使用LED来印刷细线。替代性光源可以是用于对光聚合物直接进行成像的激光光源或数字镜器件(Digital Mirror Device, DMD)。
[0035]在本发明的具体实施例中，辐射可以经校准以改良光成像工艺的品质和/或分辨率和/或清晰度。
[0036]可以使用对准系统在衬底的一个侧面或两个侧面上准确地定位至少一个或两个光工具。在应用至少一个或两个光工具时，衬底可以实质上垂直地定位。[0037]本发明的光成像装置可以用于约每十秒处理约一片衬底。
[0038]在施加光成像工艺的辐射之后，可以使用标准洗除或显影工艺来去除未曝露于辐射的液态光聚合物。
[0039]本发明的方法还可以自含于小型洁净室内，因此，由于不需要大型工业洁净室，所以可显著节约光成像工艺的成本。
[0040]使用如本发明中所述的方法可以获得适用于电路的高清晰度细线。细线可以具有任何以下宽度:小于或等于约200 μ m;小于或等于约150 μ m;小于或等于约140 μ m;小于或等于约130 μ m ;小于或等于约120 μ m ;小于或等于约IlOym ;小于或等于约IOOym ;小于或等于约90 μ m ;小于或等于约80 μ m ;小于或等于约75 μ m ;小于或等于约70 μ m ;小于或等于约60 μ m ;小于或等于约50 μ m ;小于或等于约40 μ m ;小于或等于约30 μ m ;小于或等于约20 μ m ;小于或等于约10 μ m ;或者小于或等于约5 μ m。或者，细线可以具有任何以下宽度:大于约200 μ m ;大于约150 μ m ;大于约100 μ m ;大于约75 μ m ;大于约50 μ m ;大于约20 μ m;或大于约10 μ m。或者，细线可以具有任何以下宽度:约0.1到200 μ m;约I到150 μ m;约I到100 μ m;约20到100 μ m ;或约5到75 μ m。细线可以用于PCB和其它电组件中，如平面屏幕显示器。
[0041]本发明方法可以具有以下附加优势:所有步骤，如沉积液态光聚合物和去除光工具，都可以通过根据本发明的装置在单一遍次(pass)中进行。举例来说，在衬底的至少一个或两个侧面上沉积液态光聚合物、将光工具定位在衬底的至少一个或两个侧面上的液态聚合物上、向所沉积的液态光聚合物施加压力以形成光聚合物膜，以及向液态光聚合物施加辐射以固化光聚合物层都可以通过本发明的光成像装置在单一遍次中进行。因此，这种一步式工艺增加了经光成像衬底通过装置的通过量，并且还提供易于控制和监测的装置。
[0042]本发明具有很多优势，这些优势是利用通过与现有技术相比小得多的深度进行光成像而获得的。举例来说，由光聚合物薄膜和任选的光工具保护层形成的可以通过其进行光成像的深度可以是以下任一者:约0.1到50 μ m ;约I到50 μ m ;约I到25 μ m ;约I到10 μ m ;约I到8 μ m ;或约I到5 μ m。通常，由光聚合物薄膜和任选的光工具保护层形成的深度可以为约8 μ m。通过具有相对较小的通过其进行光成像的深度可以减少线生长，并且因此允许形成极小线宽度。通过使用例如相对于垂线的照射角Θ (参看图8a和图Sb)，本发明中发生的线生长的量可以是以下任一者:小于约10 μ m ;小于约5 μ m ;小于约2 μ m ;小于约Iym ;小于约0.84 μ m ;小于约0.8 μ m ;小于约0.5 μ m ;或小于约0.25 μ m。
[0043]本发明还可以用于光化学加工业(PCMI)以及电子工业中。
[0044]光成像可以借助于能够准确地定位第一运载元件和第二运载元件的定位装置，其中第一运载元件上的定位球容纳在第二元件上的环形元件中。由此允许非常准确地定位光工具。
[0045]根据本发明的第二个方面，提供一种用于对衬底进行光成像的方法，所述方法包含:
[0046]提供具有覆盖层的衬底；
[0047]在所述覆盖层的至少一部分上沉积液态光聚合物以形成光聚合物薄膜；
[0048]将光工具定位到所述液态光聚合物上；以及
[0049]向所述液态光聚合物施加辐射以便在透过所述光工具曝光的区域中固化所述光聚合物层。
[0050]在本发明中，在用例如UV辐射照射湿光聚合物膜之前也不进行干燥步骤(即预先干燥步骤)。
[0051]根据本发明的第三个方面，提供根据第一个方面或第二个方面形成的经光成像电路。
[0052]通常，经光成像电路可以是可以用于制造例如PCB和平板显示器的电路。
[0053]根据本发明的第四个方面，提供根据第一个方面或第二个方面形成的在电介质上的电介质图像。
[0054]根据本发明的第五个方面，提供用于对衬底进行光成像的装置，所述装置包含:
[0055]至少一个光工具，其能够被定位到具有覆盖层的基板的至少一个侧面上的液态光聚合物上；
[0056]轧辊，其能够向具有所述覆盖层的所述基板上的所述液态光聚合物施加压力，以形成厚度小于约178 μ m (0.007英寸)的光聚合物膜；以及
[0057]辐射源，其能够固化所述液态光聚合物。
[0058]所述覆盖层可以由任何适当材料或复合物制造或包含任何适当材料或复合物，并且可以例如是金属的或非金属的。
[0059]在本发明中，在用例如UV辐射照射湿光聚合物膜之前也不进行干燥步骤(即预先干燥步骤)。因此所述装置不包含用于在将所述膜施加到所述辐射源之前预先干燥所述湿光聚合物膜的装置。
[0060]细线可以具有任何以下宽度:小于或等于约200 μ m;小于或等于约150 μ m;小于或等于约140 μ m ;小于或等于约130 μ m ;小于或等于约120 μ m ;小于或等于约IlOym ;小于或等于约100 μ m ;小于或等于约90 μ m ;小于或等于约80 μ m ;小于或等于约75 μ m ;小于或等于约70 μ m ;小于或等于约60 μ m ;小于或等于约50 μ m ;小于或等于约40 μ m ;小于或等于约30 μ m ;小于或等于约20 μ m ;小于或等于约10 μ m ;或小于或等于约5 μ m。或者，细线可以具有任何以下宽度:大于约200 μ m ;大于约150 μ m;大于约IOOym ;大于约75 μ m ;大于约50 μ m ;大于约20 μ m ;或大于约10 μ m。或者，细线可以具有任何以下宽度:约0.1到200 μ m ;约I到150 μ m ;约I到100 μ m ;约20到100 μ m ;或约5到75 μ m。细线可以用于PCB和其它电组件中，如平面屏幕显示器。
[0061]通常，可以将压力施加到至少一个或两个光工具上，此后所述光工具将所述压力施加到所述液态光聚合物上。
[0062]所述装置还可以包含校准构件以校准从所述辐射源发出的辐射。
[0063]在具体实施例中，所述辐射源可以包含LED和/或激光光源或DMD数字成像器件。优选地,辐射源可能能够发射UV辐射。
[0064]所述装置还可以包含定位构件以便将至少一个光工具定位在衬底上。
[0065]本发明的装置还具有以下优势:具有小占据面积。由此使得所述装置具有极大适应性。举例来说，所述装置可以具有约6mX2m或甚至更小的占据面积。
[0066]本发明的装置还可以具有低功率消耗，因为对于湿膜不需要固化工艺(即无预先干燥步骤)。所述装置因此可以在低功率下操作，如小于约IOkW或优选小于约5kW。相较之下，现有技术在大于约IOOkW的区域内操作。因此，本发明的设备可以提供约50倍或甚至约100倍的能量消耗改良。因此所述设备可以具有较低环境影响。
[0067]本发明的装置还可以在大容量下操作，如每小时约100到500片，或通常为每小时约360片。
[0068]所述装置还可以是完全自动化的，并且因此需要最少处理。所述装置还易于维护。
[0069]根据本发明的第七个方面，提供用于对衬底进行光成像的装置，所述装置包含:
[0070]至少一个光工具，其能够被定位到具有覆盖层的基板的至少一个侧面上的液态光聚合物上；
[0071]轧辊，其能够向具有所述覆盖层的所述衬底上的所述液态光聚合物施加压力以形成光聚合物薄膜；以及
[0072]辐射源，其能够固化所述液态光聚合物。
[0073]所述装置不包含用于在将所述膜施加到所述辐射源之前预先干燥所述湿光聚合物膜的装置。
[0074]根据本发明的第八个方面，提供一种用于在衬底上制造迹线和/或电路的方法，所述方法包含:
[0075]提供衬底；
[0076]在所述衬底的至少一个侧面上提供喷墨沉积物，所述喷墨沉积物包含导电粒子；
`[0077]在包含所述喷墨沉积物的所述衬底的至少一个侧面上沉积液态光聚合物；
[0078]将光工具定位到所述衬底的至少一个侧面上的所述液态光聚合物上；
[0079]向所沉积的液态光聚合物上施加压力，以形成厚度小于约178 μ m(0.007英寸)的光聚合物膜；以及
[0080]向所述液态光聚合物施加辐射以便在透过所述光工具曝光的区域中固化所述光聚合物。
[0081]通常，所述喷墨沉积物可以包含导电粒子，如银、金和/或铜，或用于起始铜或镍的无电极电镀的晶种材料，如钯与锡的混合物。
[0082]在本发明中，在用例如UV辐射照射湿光聚合物膜之前也不进行干燥步骤(即预先干燥步骤)。
[0083]所述喷墨沉积物可以具有约50 μ m到500 μ m、50 μ m到250 μ m、75 μ m到150 μ m或通常约ΙΟΟμπ?的宽度。因此，可以使用本发明中所述的光成像概念来改进所述喷墨沉积物。举例来说，所述喷墨沉积物可以形成在例如塑料片衬底上。所述喷墨沉积物可以在所述塑料片上形成近似所需的迹线。通常，然后可以使用本发明中所述的光成像概念在所述喷墨沉积物内形成至少一个或多个迹线。
[0084]根据本发明的第九个方面，提供用于对衬底进行光成像的装置，所述装置包含:
[0085]至少一个光工具，其能够被定位到具有覆盖层的基板的至少一个侧面上的液态光聚合物上；
[0086]轧辊，其能够向具有所述覆盖层的所述衬底上的所述液态光聚合物施加压力以形成光聚合物薄膜；以及
[0087]辐射源，其能够固化所述液态光聚合物。
[0088]在本发明中，在用例如UV辐射照射湿光聚合物膜之前也不进行干燥步骤(即预先干燥步骤)。【专利附图】

【附图说明】
[0089]现将参考附图仅通过实例方式描述本发明的实施例，其中:
[0090]图1是根据本发明的一个实施例的三层结构的剖面侧视图；
[0091]图2是根据本发明的一个实施例的密封囊的视图；
[0092]图3是根据本发明的一个实施例的上面沉积有湿光聚合物层的衬底的剖面侧视图；
[0093]图4是图3中所示的具有湿光聚合物层的衬底的剖面侧视图，其中在根据本发明的一个实施例的光成像工艺中使用光工具；
[0094]图5是光成像工艺中的一个处理步骤的视图，其中在根据本发明的一个实施例的光成像工艺期间将光工具施加到衬底的两个侧面上；
[0095]图6a和图6b是根据本发明的另一个实施例的替代光成像工艺的图示；
[0096]图7a是根据现有技术的光成像工艺的剖视图；
[0097]图7b是根据本发明的一个实施例的光成像工艺的剖视图；
[0098]图8a是根据现有技术的光成像工艺的剖视图，其显示生长发生；
[0099]图Sb是根据本发明的一个实施例的光成像工艺的剖视图，其显示生长发生；
[0100]图9a是根据现有技术的光成像工艺的剖视图，其显示已固化的线宽度；
[0101]图9b是根据本发明的一个实施例的光成像工艺的剖视图，其显示已固化的线宽度。
【具体实施方式】
[0102]图1是本发明的三层结构10的剖面侧视图，所述三层结构能够被成像，其中存在底层12 (其为衬底)、中间层14 (其为湿UV可固化光聚合物)和顶层16 (其为透明塑料或光工具，或优选为已涂布保护层的光工具或塑料，所述保护层充当脱模涂层并且还提供化学物质和水分抗性)。
[0103]如图2中所示，本发明允许形成密封囊20。密封囊20包含在液态UV光聚合物囊22周围形成的密封边缘24。
[0104]图3是根据本发明的一个实施例的层压结构(一般指定为100)的剖面侧视图。层压结构100在两个侧面上包含衬底110(如电介质层)和金属覆盖层112。(虽然以下描述是针对金属覆盖层，但是应注意，类似工艺可以用于非金属覆盖层)。在层压结构100的顶部存在液态光聚合物层114。因此光聚合物层114是湿的。液态光聚合物层114具有约5μπι的厚度。虽然图3中未显示，但光聚合物层114可以施加到层压结构100的两个侧面上。
[0105]首先使用任何适合的技术，以实质上均匀并且连续或至少实质上连续的方式将光聚合物层114沉积到层压结构100上。举例来说，使用喷雾、刷子、轧辊和/或浸溃涂布系统来施加光聚合物层114。在本发明中，在用例如UV辐射照射湿光聚合物膜之前不进行干燥步骤(即预先干燥步骤)。
[0106]—旦光聚合物层114已被施加到层压结构100上,就将光工具116施加到光聚合物层114上。光工具116为所需电路的负(或正)像，并且允许光通过光工具116的一些部分而不通过其它部分。光工具是由软质塑料材料或可能由玻璃或甚至可能由有机玻璃制造。
[0107]图4表不光工具116被施加到层压结构100上。一旦光工具116已被施加到包含液态光聚合物114的层压结构100上，就使用压缩系统来展开和/或挤压光聚合物114，以便在光工具116与衬底覆盖层112之间以约5μπι的实质上均匀的厚度均匀地展布光聚合物114。压缩系统还确保无空气并且因此无氧气被截留在光聚合物114下面。举例来说，基于轧辊的系统施加压力并且用于展布光聚合物114。因此，橡胶圆柱辊可以用于展布光聚合物114。此举可在层压结构100的两个侧面上进行。由此克服了对包括抛物面镜的复杂光系统的需要，因为消除了所有空气和氧气。
[0108]如图4中所示，使用UV辐射来使已曝光的液态光聚合物114聚合和/或硬化和/或凝固。UV辐射具有约200到400nm的波长，并且具有与固化已曝光的液态光聚合物114相匹配的强度。可以使用任何适合的UV光源，但UV LED尤其适合，因为它们产生极少量的热，具有较长灯寿命，能立即启动，实质上无功率输出减退，需要少量维护保养，并且可以产生高水平的光强度。因此，LED可以用于在便宜的光成像工艺中印刷细线、正方形、螺旋形、圆形或其他几何和非几何形状。或者，使用激光光源或DMD数字成像单元。应注意的显著优势在于不需要部分固化的干光聚合物膜(例如Riston，商标，杜邦)，因此其显著减少成像工艺期间的任何线生长，从而得到显著提高的分辨率。因此，通过克服所述需要而不存在经过部分固化的干膜或经过预先干燥的基于溶剂的湿抗蚀剂来增加本发明方法的分辨率。
[0109]图5为根据本发明的光成像装置的图示，其显示层压结构100被实质上垂直向上引入所述装置中，其中光工具116被施加到层压结构100的两个侧面上。光工具116处于紧张状态并且在轧辊118、120周围延伸。光工具116宜对光聚合物114具有表面吸引力，并且因此经由弱互相作用力(如范德华力(van der Waals force)和/或静电力)而“自粘”到光聚合物114。光工具116还可以包含保护性非粘性层，所述保护性非粘性层有助于一旦已进行成像就从层压结构100上去除(即剥离)光工具116。
[0110]虽然未显示，但使用对准系统来准确地使光工具116在层压结构的两个侧面上对直。
[0111]光成像装置可用于每十秒处理约一片层压结构100。一旦已进行光成像，就使用任何适合的机械构件从层压结构100上去除光工具116。光成像工艺非常快，因为没有空气和氧气被截留在液态光聚合物114下。因此，由此提供小于约5秒或优选小于I秒的针对光聚合物114的干燥时间。
[0112]在光成像工艺之后，使用例如碱水溶液通过洗涤程序去除未曝露于UV辐射的液态光聚合物114。然后可以使用标准化学蚀刻工艺。举例来说，可使用酸或碱来产生含有所需金属(例如铜)电路被聚合的光聚合物覆盖的电介质衬底。然后可以去除聚合的光聚合物，产生具有所需的导电电路的衬底。
[0113]本发明中所述的装置还可以完全容纳在小型洁净室中，因此在光成像工艺中提供显著的成本节约。
[0114]使用本发明中所述的方法获得适用于电路的高清晰度细线和PCMI中所用的形状，如正方形、螺旋形、圆形或其它几何和非几何形状。细线、正方形、螺旋形、圆形或其它几何和非几何形状具有任何以下宽度:小于或等于约200 μ m ;小于或等于约150 μ m ;小于或等于约140 μ m ;小于或等于约130 μ m ;小于或等于约120 μ m ;小于或等于约IlOym ;小于或等于约100 μ m ;小于或等于约90 μ m ;小于或等于约80 μ m ;小于或等于约75 μ m ;小于或等于约70 μ m ;小于或等于约60 μ m ;小于或等于约50 μ m ;小于或等于约40 μ m ;小于或等于约30 μ m ;小于或等于约20 μ m ;小于或等于约10 μ m ;或者小于或等于约5 μ m。或者，细线具有任何以下宽度:大于约200 μ m ;大于约150 μ m ;大于约100 μ m ;大于约75 μ m ;大于约50 μ m;大于约20 μ m;或大于约10 μ m。或者，细线具有任何以下宽度:约0.1到200μπι;约 I 至Ij 150 μ m ;约 I 至Ij 100 μ m ;约 20 至Ij 100 μ m ;或约 5 至Ij 75 μ m。
[0115]细线用于PCB和其它电组件中，如平面屏幕显示器。
[0116]本发明可以用于光化学加工业(PCMI以及电子工业中。
[0117]还可以通过能够准确地定位第一运载元件和第二运载元件的定位装置帮助光成像，其中第一运载元件上的定位球容纳在第二元件上的环形元件中。由此允许非常准确地定位光工具。
[0118]图6a和图6b为根据本发明的替代光成像工艺的图示。图6a表示来自喷墨的墨水沉积物。喷墨沉积物一般指定为200。喷墨沉积物200包含导电粒子，如银、金和/或铜，或用于起始铜或镍的无电极电镀的晶种材料，如钯与锡的混合物。如图6a中所示，由于墨水是以一系列小液滴来沉积，喷墨沉积物200不具有笔直的侧面，而具有一系列波状外边缘202。喷墨沉积物200具有约100 μ m的宽度‘d’。使用所述喷墨沉积物200难以形成用于电路的细迹线。然而，可以使用本发明中所述的光成像概念来改进喷墨沉积物200。举例来说，可以在塑料片上形成喷墨沉积物200。使用喷墨沉积物200在塑料片上形成近似所需的导电迹线。然后使用上述工艺来改良所形成的迹线的品质。将上述光聚合物施加在塑料片上。然后将光工具施加到塑料片上，依序施加压力和辐射。如图6b中所示，所应用的光成像可用于在喷墨沉积物200内产生改良的迹线210。举例来说，如果喷墨沉积物200具有约ΙΟΟμπ?的宽度‘d’，那么可以在先前由喷墨沉积物形成的单一迹线内形成多个单独的高分辨率迹线。举例来说，可以在IOOym墨水沉积物迹线内形成4个迹线。
`[0119]图7a和图7b为现行现有技术工艺与本发明工艺的比较。图7a涉及现有技术工艺，其一般指定为300。图7a显示存在铜面板310和处于铜面板310上的厚度为约35 μ m的干膜层312、厚度为约25 μ m的保护性迈拉层314，以及与光工具318 —起使用的厚度为约9μπι的乳液保护膜316。还显示所形成的细线或迹线图像320。图7b涉及根据本发明的工艺，其一般指定为400。图7b显示存在铜面板410、厚度为约5 μ m的湿光聚合物层412以及与光工具416 —起使用的厚度为约3 μ m的超薄保护膜414。还显示所形成的细线或迹线图像418。图7a和图7清楚地显示本发明的工艺提供小得多的深度，光成像必须通过所述深度进行。如所示，现有技术工艺300通过约69 μ m的总厚度成像，而本发明300的工艺400通过约8μπι的总厚度成像。也不需要迈拉层。
[0120]图8a和图Sb说明本发明与线生长有关的另一个优势。在作为现有技术工艺300的图8a中显示存在约14.5μπι的大量线生长，而在本发明工艺400中，存在约0.84 μ m的较少线生长。本发明中的较少线生长是通过具有大大减小的进行光成像所通过的深度并且由此使阴影面积与图8a中较大深度上的阴影面积相比显著减少来实现。应注意，图8a和图8b都与形成20 μ m迹线的比较有关，其中Θ =6°。
[0121]图9a和图9b说明本发明与已固化的线宽度有关的又一个优势，其中分别使用光源350、450。图9a和图9b都与形成20μπι间距的比较有关，其中Θ = 6°。在现有技术工艺300中，所得的已固化线宽度为49 μ m(表示线生长为145% )，而在本发明工艺400中，所得的已固化线宽度为21.7 μ m(表示线生长仅为8% )。
[0122]虽然上文已描述了本发明的特定实施例，但应了解，偏离所描述的实施例仍然可以在本发明的范围内。举例来说，可以使用任何适合类型的衬底。覆盖层也可以是金属的或非金属的。此外，可以使用任何适合的液态光聚合物或其组合。也可以使用任何机械构件来向所沉积的液态光聚合物施加压力，以便形成下面不截留空气和氧气的材料薄膜。所用的辐射可以具有能够使液态光聚合物固化的任何适当波长。
【权利要求】
1.一种用于对衬底进行光成像的方法，所述方法包含: 提供具有覆盖层的衬底； 在所述覆盖层的至少一部分上沉积液态光聚合物，以形成厚度小于约178μπι(0.007英寸)的光聚合物膜； 将光工具定位到所述液态光聚合物上；以及 向所述液态光聚合物施加辐射以便在透过所述光工具曝光的区域中固化所述光聚合物。
2.根据权利要求1所述的用于对衬底进行光成像的方法，其中在固化所述液态光聚合物之前未进行预先干燥。
3.根据权利要求1或2中任一权利要求所述的用于对衬底进行光成像的方法，其中所述光聚合物包含少于约I %溶剂、少于约3%溶剂、少于约10%溶剂或少于约15%溶剂。
4.根据权利要求1或2中任一权利要求所述的用于对衬底进行光成像的方法，其中所述光聚合物实质上完全为固体，即所存在的溶剂的量为零。
5.根据任一前述权利要求所述的用于对衬底进行光成像的方法，其中所述覆盖层是金属的或非金属的，或者在塑料上沉积能够充当起始剂以允许铜或镍的无电极电镀的晶种材料层。
6.根据权利要求5所述的用于对衬底进行光成像的方法，其中所述覆盖层在所述衬底的第一侧面和第二侧面上包含导电材料，如导电聚合物(PEDOTT)、石墨烯或导电氧化物，如氧化铟锡(ITO)。
7.根据任一前述权利要求所述的用于对衬底进行光成像的方法，其中所述衬底是电介质材料。
8.根据任一前述权利要求所述的用于对衬底进行光成像的方法，其中所述覆盖层是金属的并且包含以下物质中的任一者或组合:铜、银和金。
9.根据任一前述权利要求所述的用于对衬底进行光成像的方法，其中具有所述覆盖层的所述衬底是实质上平坦的并且具有至多约ImXlm的尺寸。
10.根据任一前述权利要求所述的用于对衬底进行光成像的方法，其中所述液态光聚合物是以小于约150 μ m、125 μ m、100 μ m、75 μ m、50 μ m、25 μ m、10 μ m、5 μ m、1 μ m、0.5 μ m或0.1 μ m的厚度沉积。
11.根据任一前述权利要求所述的用于对衬底进行光成像的方法，其中所述液态光聚合物是以约177 μ m到约0.1μm约125 μ m到约0.1μπκ约100ym到约0.1 μ m、约75 μ m到约0.1 μ m、约50 μ m到约0.1 μ m、约25 μ m到约0.1 μ m或约10 μ m到约0.1 μ m范围内的厚度沉积。
12.根据任一前述权利要求所述的用于对衬底进行光成像的方法，其中所述液态光聚合物是同时施加到所述衬底的两个侧面上。
13.根据任一前述权利要求所述的用于对衬底进行光成像的方法，其中所述液态光聚合物是以实质上均匀和/或连续的方式沉积。
14.根据任一前述权利要求所述的用于对衬底进行光成像的方法，其中所述液态光聚合物是使用喷墨沉积技术、喷雾、刷子、轧辊和/或浸溃涂布系统沉积。
15.根据任一前述权利要求所述的用于对衬底进行光成像的方法，其中一旦所述液态光聚合物被施加到具有所述覆盖层的所述衬底上并且所述光工具被定位到所述衬底上，就向所沉积的液态光聚合物施加压力。
16.根据权利要求15所述的用于对衬底进行光成像的方法，其中通过施加所述压力来展开和/或挤压所述液态光聚合物，以便获得具有实质上均匀的厚度的实质上均匀连续的光聚合物膜。
17.根据权利要求15或16中任一权利要求所述的用于对衬底进行光成像的方法，其中所述压力是基于轧辊的施加辗压力的系统。
18.根据任一前述权利要求所述的用于对衬底进行光成像的方法，其中所述光工具是所需电路的负像或正像。
19.根据任一前述权利要求所述的用于对衬底进行光成像的方法，其中将所述光工具连接到可将所述光工具准确地定位在具有所述覆盖层的所述衬底的至少一个侧面或两个侧面上的机构。
20.根据任一前述权利要求所述的用于对衬底进行光成像的方法，其中所述光工具不包含保护层。
21.根据权利要求1到19中任一权利要求所述的用于对衬底进行光成像的方法，其中所述光工具包含保护层，所述保护层有助于在已进行成像之后从具有所述覆盖层的所述衬底上剥离所述光工具。
22.根据任一前述权利要求所述的用于对衬底进行光成像的方法，其中所使用的所述辐射为UV辐射。
23.根据任一前述权利要求所述的用于对衬底进行光成像的方法，其中使用UVLED或激光作为所述辐射的来源。
24.根据任一前述权利要求所述的用于对衬底进行光成像的方法，其中所述辐射经校准或部分校准以改良所述光成像工艺的品质。
25.根据任一前述权利要求所述的用于对衬底进行光成像的方法，其中进行一系列包括洗除工艺在内的湿式工艺，以便制造电路。
26.根据任一前述权利要求所述的用于对衬底进行光成像的方法，其中所述方法是在自含式小型洁净室中进行。
27.根据任一前述权利要求所述的用于对衬底进行光成像的方法，其中所述光成像工艺制造PCMI中所用的细线和/或特征，例如小于约200 μ m、150 μ m、140 μ m、130 μ m、120 μ m、110 μ m、100 μ m、90 μ m、80 μ m、70 μ m、60 μ m、50 μ m、40 μ m、30 μ m、20 μ m、10 μ m 或5 μ m的线、正方形、螺旋形、圆形或其它几何及非几何形状。
28.根据任一前述权利要求所述的用于对衬底进行光成像的方法，其中所述方法包含以下工艺: 在所述衬底的至少一个侧面或两个侧面上沉积液态光聚合物； 将光工具定位在所述衬底的至少一个侧面或两个侧面上的所述液态光聚合物上； 向所沉积的液态光聚合物施加压力以形成光聚合物膜；以及 向所述液态光聚合物施加辐射以固化所述光聚合物； 其中所述工艺各自在单一遍次或一系列单独遍次中进行。
29.根据任一前述权利要求所述的用于对衬底进行光成像的方法，其中在照射之前未对湿光聚合物膜进行预先干燥步骤。
30.一种电组件，其是根据前述权利要求1到29中任一权利要求所述来制造。
31.根据权利要求30所述的电组件，其中所述电组件为电路。
32.根据权利要求30所述的电组件，其中所述电组件是包含在PCB或平面屏幕显示器中。
33.根据权利要求30所述的电组件，其中所述电组件是电介质上的电介质图像。
34.用于光化学加工业PCMI的特征，包括细线、正方形、螺旋形、圆形或其它几何和非几何形状，其是根据权利要求1到29中任一权利要求所述来制造。
35.一种用于对衬底进行光成像的装置，所述装置包含: 至少一个光工具，其能够被定位到具有覆盖层的衬底的至少一个侧面上的液态光聚合物上； 轧辊，其能够向具有所述覆盖层的所述衬底上的所述液态光聚合物施加压力，以形成厚度小于约178 μ m (0.007英寸)的光聚合物膜；以及辐射源，其能够固化所述液态光聚合物。
36.根据权利要求35所述的用于对衬底进行光成像的装置，其中所述覆盖层是金属的或非金属的。
37.根据权利要求35所述的用于对衬底进行光成像的装置，其中所述装置是用于形成PCMI中所用的细线和/或特征，例如小于约200 μ m、150 μ m、140 μ m、130 μ m、120 μ m、110 μ m、100 μ m、90 μ m、80 μ m、70 μ m、60 μ m、50 μ m、40 μ m、30 μ m、20 μ m、10 μ m 或 5ym 的线、正方形、螺旋形、圆形或其它几何和非几何形状。
38.根据权利要求341到3中任一权利要求所述的用于对衬底进行光成像的装置，其中所述装置包含定位构件以便将所述至少一个或两个光工具定位在所述衬底的至少一个侧面或两个侧面上。
39.一种用于在衬底上制造迹线和/或电路的方法，所述方法包含: 提供衬底； 在所述衬底的至少一个侧面上提供喷墨沉积物，所述喷墨沉积物包含导电粒子； 在包含所述喷墨沉积物的所述衬底的至少一个侧面上沉积液态光聚合物； 将光工具定位到所述衬底的至少一个侧面上的所述液态光聚合物上； 向所沉积的液态光聚合物施加压力，以形成厚度小于约178 μ m(0.007英寸)的光聚合物膜；以及 向所述液态光聚合物施加辐射以便在透过所述光工具曝光的区域中固化所述光聚合物。
40.根据权利要求39所述的用于在衬底上制造迹线和/或电路的方法，其中所述喷墨沉积物在所述衬底上形成近似所需的迹线和/或电路。
41.根据权利要求39和40中任一权利要求所述的用于在衬底上制造迹线和/或电路的方法，其中所述导电粒子包含以下物质中的任一者或组合:银；金；和/或铜，或用于起始铜或镍的无电极电镀的晶种材料，如钯与锡的混合物。
42.根据权利要求39到41中任一权利要求所述的用于在衬底上制造迹线和/或电路的方法，其中所述喷墨沉积物具有约50 μ m到500 μ m的宽度。
43.根据权利要求39到42中任一权利要求所述的用于在衬底上制造迹线和/或电路的方法，其中所述衬底是由塑料片制造。
44.根据权利要求39到43中任一权利要求所述的用于在衬底上制造迹线和/或电路的方法，其中在已进行所述光成像之后进行蚀刻工艺以制造电路。
45.根据权利要求39到44中任一权利要求所述的用于在衬底上制造迹线和/或电路的方法，其中在所述喷墨沉积物内形成至少一个或多个迹线。
46.根据权 利要求39到44中任一权利要求所述的用于在衬底上制造迹线和/或电路的方法，其中在照射之前未对湿光聚合物膜进行预先干燥步骤。
【文档编号】G03F7/16GK103838078SQ201210482577
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2012年11月23日 优先权日:2012年11月23日
【发明者】乔纳森·肯尼特, 约翰·坎宁安 申请人:彩虹科技系统有限公司