专利名称：柔性电路可印刷板上通路孔的制造技术
技术领域：
本发明涉及一种在柔性电路(或布线)可印刷板中通路孔的制造方法，并进一步涉及一种柔性电路(或布线)印刷板的制作方法。
背景技术：
近来，为高密度地组装各种电子元件开发了顺序组装板。顺序组装板由多块一块置于另一块上的电路印刷板构成。通过在每侧表面上都具有预定的电路图案的电路板中制造导电通路孔例如盲孔或通孔来制作电路印刷板。
盲孔的制造是通过在电路可印刷板的金属涂层中用蚀刻法形成孔，然后在电路可印刷板的绝缘基底中用打孔机、钻孔机、二氧化碳激光器、UV-YAG激光器或准分子激光器形成孔。
日本临时公开专利10-154730描述了一种制造盲通路孔的方法，包括步骤利用铺于铜层上的感光耐蚀涂层给双层-CCL(采用聚酰亚胺膜的包铜叠片)的铜层加工图案；用CO2激光器除去成图区域中的聚酰亚胺膜以形成盲孔；清除沉积在盲孔底部的聚酰亚胺树脂；经由蚀刻或去污除去部分铜层和少量聚酰亚胺树脂；通过镀铜使盲孔导电从而转化为盲通路孔。
在通路孔的制造中，通常生成金属毛刺。随后通过抛光或干式喷砂(dry-blasting)除去金属毛刺。去污(清洗通路孔的内部)通过采用碱性锰盐水溶液的湿式去污法进行。
抛光非有意地引起纵向方向(machine direction)的伸长，从而使金属/聚酰亚胺膜的复合膜产生各向异性的尺寸变化。通路孔内聚酰亚胺壁应通过附加的去污步骤进行清洗。干式喷砂会在喷砂步骤中生成粉尘，因此在超净室中采用干式喷砂不是有利的。此外，在喷砂步骤期间粘附到金属/聚酰亚胺膜复合膜上的磨料粒妨碍了在随后的照相平版印刷步骤中感光耐蚀剂的附着。湿式去污法在强碱性溶液中在加热下进行，因此很容易损害聚酰亚胺膜并可能在聚酰亚胺膜中形成裂缝。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种改进的方法，用于在柔性电路(或布线)可印刷板上制造通路孔。
本发明的另一个目的是提供一种改进的方法，用于制作柔性电路(或布线)印刷板。
本发明属于制作柔性电路(或布线)可印刷板的方法，包括步骤在每侧表面上都具有金属涂层的聚酰亚胺膜中形成通路孔，该通路孔穿过金属涂层和聚酰亚胺膜至少之一；并且将液体和磨料粒的混合物在加压下施用到通路孔上，由此使通路孔的边缘光滑并清洗(即去污)通路孔。
可将液体和磨料粒的混合物在加压下的施用称为“湿式喷砂(wet-blasting)”。使通路孔的边缘光滑可以通过除去在制造通路孔步骤中形成的金属膜毛刺来进行。在清洗通路孔期间，聚酰亚胺毛刺大部分从通路孔中除去。
在上述方法中，优选采用下列实施方式(1)通路孔是用激光器例如二氧化碳激光器、UV-YAG激光器或准分子激光器形成的盲孔，即其一侧覆有一金属层。
(2)通路孔是用打孔机或钻孔机形成的通孔。
(3)每侧表面上都具有金属涂层的聚酰亚胺膜通过将金属膜置于多层聚酰亚胺膜的每侧表面上来制造，该多层聚酰亚胺膜的每侧表面上具有热塑性聚酰亚胺层。
(4)金属涂层具有镀以金或锡的终端。
(5)金属膜中施以激光的侧面上的盲孔直径与聚酰亚胺膜中面对有孔金属膜的侧面上的盲孔直径之比在1.0至1.4范围内。
(6)盲孔的平均直径在30至200μm范围内。
(7)在一层金属膜和聚酰亚胺膜中连续形成的盲孔具有20至110μm范围内的深度。
(8)金属膜的厚度在1至50μm范围内。
(9)施以激光侧的金属膜厚度与相反侧的金属膜厚度之比在0.02至1.0范围内。
(10)聚酰亚胺膜具有三层结构，其中一聚酰亚胺层在一侧表面上而一聚酰亚胺层在另一侧表面上，两层具有相同的线性膨胀系数。
(11)柔性电路可印刷板两边都有齿孔。
(12)柔性电路可印刷板具有1至1,000/100mm2数量的通路孔。
本发明进一步属于制作柔性电路印刷板的方法，其包括步骤在每侧表面上都具有金属涂层的聚酰亚胺膜中形成通路孔，该通路孔穿过金属涂层和聚酰亚胺膜至少之一；并且将液体和磨料粒的混合物在加压下施用到通路孔上，由此使通路孔的边缘光滑并清洗通路孔；用金属镀覆通路孔的内部以使一侧表面上的金属涂层与另一侧表面上的金属涂层电连接；以及蚀刻每层金属涂层以形成预定的电路图案。
在上述的方法中，优选采用以下实施方式(1)该方法进一步包括在电路图案上形成焊接掩模(soldermask)的步骤。
(2)该方法还包括在焊接掩模上形成开孔的步骤和在开孔内的金属层上镀覆金层的步骤。
(3)焊接掩模通过真空下在电路图案上层压光敏抗蚀膜并使层压的抗蚀膜经历加工预定图案的步骤来形成。
附图概述
图1是由本发明方法制作的柔性电路印刷板。
图2是表示经本发明湿式喷砂法处理的通路孔截面的照片。
图3是表示未经湿式喷砂的通路孔截面的照片。
图4是表示实施例1中制作的柔性电路可印刷板的镀铜通路孔截面的照片。
图5是表示对比实施例1中制作的柔性电路可印刷板的镀铜通路孔截面的照片。
发明详述参照图1进一步描述本发明。
本发明的柔性电路印刷板1由以下步骤制作(1)在每侧表面上都具有金属涂层2，3的聚酰亚胺膜4中形成通路孔6的步骤，该通路孔穿过金属涂层3和聚酰亚胺膜4至少之一；(2)将液体和磨料粒的混合物在加压下施用到通路孔6上的步骤，由此使通路孔的边缘光滑并清洗通路孔；(3)在通路孔内用金属形成金属镀层5以使一侧表面上的金属涂层2与另一侧表面上的金属涂层3电连接的步骤；以及(4)蚀刻每层金属涂层2，3以形成预定的电路图案的步骤。
如果需要，可在电路图案上进一步形成焊接掩模7。在焊接掩模7上形成一开孔，然后将金层8镀在该开孔内。
焊接掩模优选通过真空下在印刷电路图案上层压光敏抗蚀膜并使层压的抗蚀膜经历加工预定图案的步骤来形成。
聚酰亚胺膜上的金属涂层是包含铜、铝、铁、金或其合金之一的金属箔或膜。金属涂层优选由轧制铜箔(rolled copper foil)、电解铜箔、沉积铜膜和/或镀铜膜构成。铜箔优选具有按照Rz为3μm或更低的适中粗糙度，更优选在0.3至3μm范围内，最优选在1.5至3μm范围内。具有这种粗糙度的铜箔可以商标名VLP、LP(或HTE)从商业获得。金属镀层优选具有1至12μm的厚度，更优选2至9μm。具有大的厚度的金属涂层不适于图案的精细加工。表面处理后可采用具有小Rz的金属箔。
聚酰亚胺膜可以是耐热的、挠性的、具有275至375℃范围内玻璃化转变温度的单层聚酰亚胺膜。然而，优选三层聚酰亚胺复合膜，其具有一层核心聚酰亚胺膜和一对热塑性和/或挠性聚酰亚胺表层，核心聚酰亚胺膜具有300℃或更高的玻璃化转变温度，聚酰亚胺表层具有200至300℃的玻璃化转变温度。该三层聚酰亚胺复合膜优选具有7至50μm的厚度和400至1000kgf/mm2(在25℃)的拉伸弹性模量。
在每侧表面上都具有金属涂层的聚酰亚胺膜优选通过在一对金属箔之间加热下挤压三层聚酰亚胺复合膜来制造，例如用双带压力机。或者，将金属汽相沉积在单聚酰亚胺膜或三层聚酰亚胺复合膜的两面上，然后将铜层通过电解镀覆铺于沉积的金属层上(即金属汽相沉积-电解镀铜法)。在此方法中，优选在进行汽相沉积之前使聚酰亚胺膜经历真空放电处理，以在膜表面生成一连串网状的突起。然后直接或将其在大气条件下放置一会之后，采用等离子体清洗法清洗该经过放电处理的聚酰亚胺膜。在被清洗的聚酰亚胺膜的表面上，优选形成至少两层汽相沉积金属层，随后在金属沉积层上实施金属铜镀覆。
上述金属汽相沉积-电解镀铜法可用各种组合的金属进行。金属沉积膜优选由两层沉积层构成，即底层和面层。底层可由铬、钛、钯、锌、钼、镍、钴、锆、铁、镍-铜合金、镍-金合金和镍-钼合金构成。面层(或中间层)可由铜构成。金属沉积层上形成的金属镀层优选由铜、铜合金或银构成。铜是最适宜的。可通过化学镀覆形成铜镀覆层以覆盖针孔。金属沉积层可具有大的厚度例如0.1至1.0μm，并且可将电解镀覆铜直接铺于该厚的沉积层上。
优选地，可在水溶液浴中，该水溶液含50-200g/L硫酸铜、100至250g/L硫酸和少量增亮剂(进一步优选适量的氯)，在15至45℃的温度、0.1至10A(安培)/dm2的电流密度、充气搅拌、0.1至2m/min的迁移速度以及用铜为负极的条件下进行铜的电解镀覆。
在本发明的方法中，在金属涂层或聚酰亚胺膜的至少一层中制造通路孔。可用打孔机、钻孔机、二氧化碳激光器、UV-YAG激光器或准分子激光器制造通路孔。优选使用打孔机或UV-YAG激光器。UV-YAG激光器可以发射UV区域(260至400nm的振荡波长范围)内的激光。可将激光施加到涂有金属的聚酰亚胺膜的一个金属涂层面上，从而形成具有20至200μm，优选大约30至100μm的直径的通路孔。激光在散焦后同时施加到聚酰亚胺层上，从而在聚酰亚胺膜中形成具有相同直径的孔。
在制造通路孔期间，金属毛刺在通路孔的四周生成，金属毛刺也沉积在通路孔中。此外，聚酰亚胺粉尘也沉积在通路孔中。通过湿式喷砂法除去这些毛刺和粉尘，该方法是通过将液体和磨料粒的混合物在加压下施用到通路孔上来实施。
可以通过将涂有金属的聚酰亚胺膜置于具有磁元件的喷砂装置上，然后利用磁力将具有预定开孔的金属罩紧紧地置于涂有金属的聚酰亚胺膜上来进行湿式喷砂。优选金属罩在其底面具有例如聚氨酯橡胶层的弹性层，从而不损坏聚酰亚胺膜上的金属涂层。这种湿式喷砂装置的一个实施例描述在日本临时公开专利9-295266中。
用于湿式喷砂的混合物优选包含水和5至20体积％的具有1至10μm直径的磨料粒(例如铝粉)。将混合物在高压下以大约10至300m/sec的流速涂覆于通路孔上。
然后用金属镀覆已经经历了湿式喷砂步骤的通路孔，以使一侧表面上的金属涂层与另一侧表面上的金属涂层连接。通路孔内的金属镀覆可按照日本临时公开专利11-51425中所述的方法进行。
例如，通过形成Pd-Sn膜活化通路孔的内壁，然后优选通过电解铜镀覆而镀以金属。使用钯-锡胶体催化剂制造Pd-Sn膜，并将Pd-Sn膜浸没在含还原剂的碱性促进剂溶液中进行活化。此步骤通常在DPS(直接镀覆系统)中进行。
详细地说，采用以下步骤进行DPS。将通路孔用单乙醇胺、非离子表面活性剂、阳离子表面活性剂，及类似物洗涤，以使通路孔的金属和聚酰亚胺表面脱脂；用碱性高锰酸盐溶液清洗；用过硫酸钠溶液软蚀刻；然后在氯化钠和盐酸的混合物中预浸渍。这些步骤完成后，将处理过的通路孔浸没在钯-锡胶体溶液中以形成Pd-Sn膜，该膜随后在含碳酸钠、碳酸钾、铜离子和还原剂的碱性促进剂溶液中，进而在含硫酸的酸性促进剂溶液中活化。还原剂的例子包括醛，例如甲醛、乙醛、丙醛和苯甲醛；邻苯二酚，间苯二酚和抗坏血酸。
上述的活化步骤，即通路孔的内壁涂以低电阻的Pd-Sn膜，以及随后的铜镀覆步骤可以在较短的时间期间内进行。
然后用酸洗涤通路孔并电解镀覆铜。优选在溶液浴中，该溶液含180-240g/L硫酸铜、45-60g/L硫酸、20-80g/L氯离子以及添加剂例如硫脲、糊精、或硫脲和糖蜜的结合，在2至8A/dm2的电流密度下进行电解镀覆。由此，在通路孔(或通孔)壁上形成具有3至30μm厚度的镀铜层。
随后，通过光学处理和蚀刻的结合，在一侧表面的金属涂层上形成具有预定图案的基础布线层。进而，通过光学处理和蚀刻的结合，在另一侧表面的金属涂层上形成具有预定图案的信号布线层。
将光敏焊接抗蚀剂层压在两表面上或至少在基础布线层的表面上，优选真空层压，光敏焊接抗蚀剂优选是光敏抗蚀剂干膜的形式。然后将层压的光敏焊接抗蚀剂暴露于光中，以在信号布线层和基础布线层上形成具有预定图案的焊接掩模层。
光敏焊接抗蚀剂可以是光敏抗蚀墨，例如聚酰亚胺(前体)型光敏树脂组合物，优选日本临时公开专利2000-212446中所述的二酰亚胺硅氧烷(imidesiloxane)型光敏树脂组合物和日本临时公开专利2000-109541中所述的环氧丙烯酸酯型光敏热成形树脂组合物。优选干膜型的光敏焊接抗蚀剂。
具体地说，优选成形后表现出100kgf/mm2或更低弹性拉伸模量的焊接抗蚀剂，因为它充当不表现出变形的保护膜。成形后可充当保护膜的干型光敏焊接抗蚀剂的优选例子包括用于FPC(光敏树脂组合物主要由聚氨酯橡胶和环氧丙烯酸酯组成，含有阻燃剂和聚合引发剂，成形后表现出大约40kgf/mm2的弹性拉伸模量)的干膜焊接掩模和日本临时公开专利2001-359790中所述的光敏树脂组合物干膜，该组合物由环氧丙烯酸酯树脂、不对称芳香四羧二酐与α，ω-双(3-氨丙基)聚二甲基硅氧烷的反应产物(低聚物)、环氧树脂和光聚合引发剂组成(其在成形后表现出大约60kgf/mm2的弹性拉伸模量)。从镀覆的抗蚀性、无需冲裁、形成精细图案以及无粘合剂渗出来看，与先前采用的盖-底型组合物相比，采用这些干型光敏焊接抗蚀剂有利。
此后，以公知的电解镀覆步骤用镍/金合金和锡/金合金镀覆焊接掩模开孔内的铜层。从而制得期望的柔性电路印刷板。
实施例1将涂有金属的复合体(商标名Upicel N，可从Ube Industries，Ltd.获得)暴露在UV-YAG激光器中(5320型，可从ESI获得，波长355μm)，从而同时在一层铜层中和在聚酰亚胺膜中形成孔，涂有金属的复合体由每侧表面都具有热塑性表面的三层聚酰亚胺膜(厚度25μm)和在加压和加热下置于每个热塑性表面上的电解铜箔(厚度9μm，商标名USLPR2，可从Nippon Electrolytic Co.，Ltd.获得)组成。随后用水和铝粉(铝含量16体积％)的混合物在0.2Mpa的空气压力下用湿式喷砂装置(可从Mako Co.，Ltd.获得)施用到所得的孔上，由此除去孔中的金属毛刺和粉尘。
图2是经历上述湿式喷砂的孔的截面。
图3是在经历湿式喷砂前孔的截面。
测量湿式喷砂前后由1600个孔组成的正方形的纵向和横向距离。所测的距离列于表1中。在表1中，A是所述区域未经湿式喷砂时的横向距离，B是所述区域未经湿式喷砂时的纵向距离，而a是所述区域经湿式喷砂后的横向距离，b是所述区域经湿式喷砂后的纵向距离。
表1湿式喷砂前 湿式喷砂后A B a b22.0399 22.078222.0591 22.099722.0380 22.082122.0618 22.102622.0372 22.076722.0564 22.103022.0395 22.081622.0584 22.0983平均 22.0387 22.0797平均22.0589 22.1009最大-最小 0.0027 0.0054 最大-最小 0.0054 0.0046(mm)湿式喷砂前后距离的差异列于表2中表2A-a B-b平均0.0203 0.0212伸长(％) 0.092 0.096利用Ebara Uzilight Co.，Ltd.的Lizatron DPS方法在孔的内壁上形成导电层。然后通过电解镀覆将铜层(厚度12μm)置于导电层和铜箔上。
图4表示由此形成的具有镀铜层的通路孔的截面。
随后，通过光学处理和蚀刻在一铜箔层上形成具有预定图案的基础布线层(布线节距80μm)。然后通过光学处理和蚀刻在另一铜箔层上形成具有预定图案的信号布线层(布线节距40μm)。
这样就制成了柔性电路印刷板。在柔性电路印刷板中，铜箔与铜镀覆层稳固地连接，因而在加热时在它们的界面上观测不到分离。
表1和2中所列的数据表明在湿式喷砂膜的纵向方向和横向方向之间尺寸的差异并不明显。这意味着在随后的照相平版印刷过程中可以容易地进行定位。
图2、3和4的照片表明湿式喷砂的孔具有光滑的边缘并几乎没有毛刺和粉尘。
对比实施例1除省略湿式喷砂之外，重复实施例1的步骤，形成通路孔和铜箔，铜箔上有具有12μm厚度的铜镀覆层。
图5表示由此形成的具有镀覆的铜层的通路孔的截面。
然后，重复实施例1的步骤制作柔性电路印刷板。在柔性电路印刷板中，铜箔与铜镀覆层不能令人满意地连接，因而在加热该板时在它们的界面上观测到分离。
实施例2重复实施例的步骤，除了用打孔机在涂有金属的聚酰亚胺复合膜中打出通孔之外。然后以与实施例1中相同方式，使由此制得的通孔经历湿式喷砂，形成通路孔和铜箔，铜箔上有具有12μm厚度的铜镀覆层。
然后，重复实施例1的步骤制作柔性电路印刷板。在柔性电路印刷板中，铜箔与铜镀覆层稳固地连接，因而在加热该板时在它们的界面上观测不到分离。
工业实用性本发明提供一种改进的用于在柔性电路(或布线)可印刷板上制造通路孔的方法，还提供一种改进的用于制作柔性电路(或布线)印刷板的方法。
权利要求
1.一种制作柔性电路可印刷板的方法，包括步骤在每侧表面上都具有金属涂层的聚酰亚胺膜中形成通路孔，该通路孔穿过金属涂层和聚酰亚胺膜至少之一；并且将液体和磨料粒的混合物在加压下施用到通路孔上，由此使通路孔的边缘光滑并清洗通路孔。
2.权利要求1的方法，其中通路孔是由激光器形成的盲通路孔。
3.权利要求2的方法，其中激光器是二氧化碳激光器、UV-YAG激光器或准分子激光器。
4.权利要求1的方法，其中通路孔是用打孔机或钻孔机形成的通孔。
5.权利要求1的方法，每侧表面上都具有金属涂层的聚酰亚胺膜通过将金属膜置于多层聚酰亚胺膜的每侧表面上来制造，该多层聚酰亚胺膜的每侧表面上都具有热塑性聚酰亚胺层。
6.由权利要求1的方法制作的柔性电路可印刷板。
7.一种制作柔性电路印刷板的方法，其包括步骤在每侧表面上都具有金属涂层的聚酰亚胺膜中形成通路孔，该通路孔穿过金属涂层和聚酰亚胺膜至少之一；将液体和磨料粒的混合物在加压下施用到通路孔上，由此使通路孔的边缘光滑并清洗通路孔；用金属镀覆通路孔的内部以使一侧表面上的金属涂层与另一侧表面上的金属涂层电连接；以及蚀刻每个金属涂层以形成预定的印刷电路图案。
8.权利要求7的方法，其中通路孔是由激光器形成的盲通路孔。
9.权利要求8的方法，其中激光器是二氧化碳激光器、UV-YAG激光器或准分子激光器。
10.权利要求7的方法，其中通路孔是用打孔机或钻孔机形成的通孔。
11.权利要求7的方法，进一步包括在印刷电路图案上形成焊接掩模的步骤。
12.权利要求11的方法，进一步包括在焊接掩模上形成开孔的步骤和在开孔内的金属层上镀覆金层的步骤。
13.权利要求11的方法，其中焊接掩模通过真空下在印刷电路图案上层压光敏抗蚀膜并使层压的抗蚀膜经历加工预定图案的步骤来形成。
14.由权利要求7的方法制作的柔性电路印刷板。
15.由权利要求11的方法制作的柔性电路印刷板。
全文摘要
一种柔性电路可印刷板(1)，可由一种方法有利地制造，该方法包括步骤在每侧表面上都具有金属涂层(2，3)的聚酰亚胺膜(4)中形成通路孔(6)，该通路孔(6)穿过金属涂层(3)和聚酰亚胺膜(4)至少之一；以及将液体和磨料粒的混合物在加压下涂覆到通路孔(6)上，由此使通路孔(6)的边缘光滑并清洗通路孔(6)。
文档编号C25D5/34GK1663329SQ03814899
公开日2005年8月31日 申请日期2003年4月24日 优先权日2002年4月24日
发明者木暮隆一郎, 横泽伊裕, 山口裕章, 中山修 申请人:宇部兴产株式会社