本发明涉及柔性电路板
技术领域：
，尤其是涉及一种嵌入式微细线路柔性封装基板及其制作方法。
背景技术：
：近年来，一类新型的柔性电子产品开始出现，通常被称之为“印制电子产品”。它是指大面积、完全印刷、低成本的智能电子产品，在我们的社会中有着广泛的应用，比如廉价的超薄传感器被贴合在食品包装上以检测食品的成熟度，监视伤口愈合的智能绷带，以及智能的有源或无源rfid(射频识别)标签等。这些低成本的封装体包括全印刷的功能性逻辑电路，诸如导体线路、oled(有机发光二极管)、光敏二极管以及基于有机电子材料的逻辑电路；除此之外，在某些场合也包括超薄无机成分的硅片。这些产品具有巨大的市场，根据frost与sullivan的市场报告，这些印制电子产品的市场可望达到当今半导体工业市场规模的两倍。为了降低这些印制电子产品的成本，目前在柔性电子行业最普遍使用的聚酰亚胺(pi)基底材料必须用更便宜的材料取代。通过采用聚对萘二甲酸乙二酯(pen)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)作为基底材料，可以使基底材料的成本下降5～10倍。pen或pet较之pi的另一个优点是它们都是光学透明的，因而适于传输光线，这使得把诸如led、oled以及光敏二极管等直接集成在一张箔上成为可能。这些低成本柔性印制电子产品面临的重要挑战之一就是具有可靠性和柔性的电子电路的低成本制造。传统的铜基加成法或减成法工艺成本十分高昂，因此不受青睐。此外，pen或pet之类的聚合物比传统使用的pi在热稳定性和耐化学药品性上都要差得多，这就使得现有的工艺如电镀和蚀刻，甚至许多成熟的制程如焊接等，都面临着更大的挑战。传统的丝网印刷可能是制作低成本电子电路最广泛使用、最为人熟知的技术，然而这种技术分辨率有限，只能制作最小线宽/线距在150μm左右的线路。制作高分辨率、低成本的柔性印制电路是当前一个热门的研究课题。一些新型的制作工艺近来也被开发，比如导电金属油墨的直接喷墨印刷可能就是一个最成熟、最著名的工艺。然而这种技术的一个缺点就是使用的油墨中含有大量的溶剂，因此，只能印刷需要高电阻值的极薄的导体线路。以上
背景技术：
内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日前已经公开的情况下，上述
背景技术：
不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。技术实现要素：本发明为克服现有技术的不足，提出一种采用激光开槽法在柔性衬底上开设微细线路沟槽来制作微细线路柔性封装基板的方法，以解决目前的柔性印制电路板制作方法所存在的成本高、线路分辨率较低等问题。本发明为克服现有技术的不足所提出的技术方案如下：一种嵌入式微细线路柔性封装基板的制作方法，包括以下步骤：s1、使用具有预定工艺参数的krf气体激态分子激光束在pi膜或pen膜制作的柔性衬底上烧蚀出预设的线路沟槽；其中，所述预定工艺参数包括：能量10mj/pulse，频率300hz，缩小倍数为10倍，以及，气氛为氦气；在所述预定工艺参数设置下，获得每脉冲0.5μm的蚀刻速率；s2、使用刮板将导电浆料挤压到所述线路沟槽中，形成导电线路；s3、对所述导电线路进行干燥、固化和清洗。本发明提供的上述技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：1)采用特定材料的柔性衬底并配合使用特定参数的激光束，可在柔性衬底上烧蚀出合格且高密度的线路沟槽，填充导电浆料后即可得到较高分辨率的导电线路；2)制作工艺简单、低成本、灵活(不需要掩膜)且低热载荷、无需采用强腐蚀性的化学品，制作出的线路板导电性适中。而目前较高分辨率的线路只能在基于光致抗蚀剂技术(如选择性镀铜)上获得成功；3)使用刮板填充导电浆料的方式，相比于电镀填充的方式，无需将线路沟槽预先金属化，可直接填充，工艺简单，节省了工时及成本，且避免了使用电镀液可能造成的环境污染；4)本发明的制作方法，即便采用普通的网印浆作为导电浆料来填充，也可制作出最小线宽/线距为10μm/10μm的导电线路；5)本发明的制作方法，不仅能被用来制作完整的电路而且也能把本征高密度扇出电路同较低密度的网印电路桥接起来。该工艺成本较低，同更传统的网印法相比，只需在制造工艺中添加一个激光光源即可，使用一台标准的网印机和商业上可提供的网印浆即可实现刮刷工艺。本发明另还提出了一种嵌入式微细线路柔性封装基板，其采用前述的制作方法制作，并且所述导电线路具有线宽和线间距均达到10μm的最佳线路分辨率。采用本发明的前述制作方法所制作得到的柔性嵌入式线路板具有线槽填充水平高、导线电阻低、分辨率高(可高密度布线)以及挠曲性能好的特点，并可实现与超薄芯片可靠的直接邦定，是一种极具发展潜力的制作柔性电子电路新型的、低成本的技术。另外，由于嵌入式线路形成于柔性衬底沟槽中，只有顶部裸露在外且与衬底表面持平，相对于传统减成法或半加成法工艺制作的微细线路，其线路凸出于衬底表面，尤其对于超微细线路而言，底部与衬底表面接触面积非常小，外力作用下极易造成线路从衬底上的脱落，而嵌入式线路的沟槽则对微细线路提供了很好的保护作用，有效地解决了这一问题，使其可靠性大大提高。附图说明图1是本发明一实施例提供的嵌入式微细线路柔性封装基板的制作方法的工艺流程图；图1a、1b和1c是为了印证本发明的性能所设计的三种不同线路示意图；图2是填充dupont5025网印浆的线宽/线距为10μm/25μm的沟槽线路显微图；图3是填充dupont5025网印浆的弯曲线路显微图；图4是利用本发明方法制作的嵌入式微细柔性线路板与芯片直接邦定的示意图。图5是50μm厚芯片邦定在四次连续填充并干燥的dupont5025扇出式电路的截面显微图像。具体实施方式下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步说明。本发明的具体实施方式提供一种嵌入式微细线路柔性封装基板的制作方法，参考图1，包括以下步骤s1至s3：步骤s1、使用聚焦的激光束2在柔性衬底1上烧蚀出预设的线路沟槽3；其中，所述柔性衬底1采用聚酰亚胺薄膜(pi膜)或聚对萘二甲酸乙二酯薄膜(pen膜)，采用的激光束2具有以下特定的工艺参数：是krf(氟化氪)气体激态分子激光，能量10mj/pulse，频率300hz，缩小倍数为10倍，以及，气氛为氦气；在这样的工艺参数设置下，可获得每脉冲0.5μm的蚀刻速率。其中，激光束的激光波长优选为248nm。之所以选用pi膜或pen膜作为柔性衬底材料，是考虑到耐热性能及尺寸稳定性，在激光烧蚀下不会变形。激光束的工艺参数设置必须与具体的衬底材料相适应，否则会导致刻穿衬底或沟槽底部不平整。另外，制作所述柔性衬底的pi膜或pen膜经双轴定向拉伸，厚度具有75μm、100μm或125μm等多种规格。步骤s2、使用刮板4将导电浆料5挤压到所述线路沟槽3中，形成导电线路6。刮板4可采用低划痕的金属刀片，填充时，金属刀片沿刮刷的方向与衬底具有线路沟槽的表面成一定的倾角(通常不超过90°)刮刷填充，所述倾角优选为45°。填充完成后，进一步采用干净的刮刀在衬底上来回移动以清除衬底表面上残留的浆料污染物。在上述步骤s2中填充的导电浆料可以是填充银粉的环氧树脂基各向同性导电胶(如：henkel公司的ce3104wxl)，也可以是填充银粉的网印浆(如：dupont公司的5025)或填充纳米级银颗粒的网印浆(如：inktec公司的tec-pa-10)。其中，银粉即微米级银颗粒；网印浆是“丝网印刷胶浆”的业界简称。其中，三种导电浆料的相关特性参数如下表1所示：表1三种导电浆料的相关特性参数供应商与型号henkelce3104wxldupont5025inktectec-pa-10材料类型各向同性导电胶网印浆网印浆导体微米级银颗粒微米级银颗粒纳米级银颗粒收缩率约4vol.％约60vol.％约85vol.％体积电阻率约5×10-4ω.cm约4×10-5ω.cm约6×10-6ω.cm粘度约65pa.s约20pa.s约7pa.s建议固化条件15min，125℃5min，120℃5min，140℃步骤s3、对所述导电线路进行干燥、固化和清洗。具体而言，可将经过步骤s2后的柔性衬底置于一加热炉中，设定温度为125℃～140℃进行加热固化，加热时间可为5min～15min。加热固化后，进行最终的清洗。清洗时，填充微米级银颗粒网印浆的线路板使用浸渍丙酮的棉纸擦拭进行所述清洗，填充纳米级银颗粒网印浆的线路板则使用粒度1μm的金刚石研磨膏来进行抛光清洗。为了印证本发明提供的所述制作方法在线宽/线距、导电性和灵活性方面的优越性以及是否适合直接贴合芯片，给出表2所示的三组采用本发明方法制作的线路结构来测试各方面性能。表2上述表2中，第一组线路结构是含有不同线宽(10-100μm)、线深(10-50μm)以及长6mm的导线31，导线末端的测试盘m用来测量导线的电阻；第二组线路结构由一组最小线宽10μm以及最小线间距10μm的相互交叉的导线32组成，用来研究论证本发明的制作方法所能达到的线密度；第三组线路结构由具有不同形状的拐角(直角到圆角)的导线33组成。为了评估本发明制作的嵌入式柔性微细线路直接贴合芯片的适用性，制作了一种扇出式电路。一种菊花链电路结构的薄硅芯片(厚50μm，大小5×5mm，176个i/o端，ni/au凸点高8μm、间距100μm)，在100n的邦定压力下被倒装芯片邦定机(finetek)直接邦定在该扇出式电路上，deloac163型各向异性导电胶(aca)作为粘结剂，粘结剂根据供应商建议的条件固化，实现了与芯片的直接邦定。下面结合具体的实施例来对本发明的技术方案及其效果进行更加详细的说明。实施例1(连续导线方案)在三组pi膜材料的柔性衬底上，采用krf气体激态分子激光束，并设置所用激光的参数为：能量10mj/pulse，频率300hz，缩小倍数为10倍，以及，气氛为氦气，然后利用设置好参数的聚焦激光束烧蚀出连续的线路沟槽，得到三组具有线路沟槽的柔性衬底，每一组内的线路沟槽都具有多种规格，包括宽10-100μm的多种线宽、深10-50μm的多种线宽，线路结构例如图1a所示。接着，对三组柔性衬底，分别填充表1给出的三种示例性导电浆料，然后采用前述步骤s3的方法加热固化，得到样品。结果显示，三种导电浆料均能在宽10-100μm、深10-50μm的不同宽度和深度的沟槽上获得良好的连续导线。另外，从样品的显微图像观察到，填充各向同性导电胶(ica)ce3104wxl的样品，沿导线长度方向上的表面任意位置，导电浆料在固化过程中被推出沟槽之外，由此在沟槽内形成大小约为10μm的微小空洞；而填充另两种导电浆料的两组样品，不存在这种微小空洞，因为在固化过程中收缩程度更大并且有着较低的初始粘度，从而允许沟槽内的材料重新组织，使带入的空气顺利逸出而不会在导线内造成微小空洞。不同导电浆料在形态上明显不同，ica和dupont5025中，银颗粒能被很容易的识别出，因为它们在显微图像中显示的更亮一些。ica中的银颗粒外形是针状的，而dupont5025银颗粒外形更圆一些且颗粒尺寸总体来说看上去更小一些。在纳米银填充的inktecpa-010中的银颗粒不能被辨认出，并且截层看上去整体是均质的。采用四点电阻测试法来测量上述三组实验结构的导线电阻值，每一组测量三个样品，电阻值的相对标准偏差大约在10-20％，测试结果如表3所示，表中的电阻值被标准化为单位导体长度的电阻：表3不同厚度导线的单位长度电阻值(ω/mm)随线路宽度的变化情况从表3可以看出，inktecpa-010的测试结果明显优于dupont5025，因为这种纳米填充材料具有更低的体积电阻率。相对于表3中的两种填充材料，在ica的线路中存在气体空隙，所有宽度和深度的ica导线都具有较高的电阻值。实施例2(相互交错的导线)以实施例1同样的方法在柔性衬底上形成相互交错的线路沟槽，线路沟槽的宽度和间距包括多种规格，其中线宽包括10-100μm的多种规格，线间距为50、25、10μm，将形成交错式线路沟槽的柔性衬底分成两组，分别填充dupont5025和inktectec-pa-10，形成例如图1b所示的交错式导线线路。图2所示为填充dupont5025的线宽10μm、线间距25μm的线路结构的显微图像。采用四点电阻测试法来检测导线间可能存在的短路，对dupont5025而言，线间距在25μm及以上的试样，其横向线间电阻值至少都在20mω以上(超出了测量设备的检测范围)。10μm的线间距是临界值，大约5％的试样表现出10kω左右的横向线间电阻值，这是由于在导线间残留一些痕量的填充料所致。因此，用dupont5025能很容易的实现25μm的线间距，而且，如果改善清洗方法，10μm的线间距也可能被实现。对于填充inktecpa-010的样品而言，抛光清洗后的结果更好：横向线间电阻值超过20mω的10μm线间距能被实现。实施例3(弯曲导线)采用实施例1同样的方法在柔性衬底上烧蚀出弯曲线路沟槽，例如90°弯曲或具有不同曲率半径的圆形拐角，分别填充表1所示的三种导电浆料，可形成例如图1c所示的导线线路。作为一种具体的例子，图3所示为填充dupont5025网印浆样品的俯视显微图。总之，三种导电浆料填充的锐角、直角和圆角形拐弯处都能实现可靠的填充，带拐角线条的线宽/线距等性能同直线结构是一样的。实施例4(嵌入线路的挠曲性)弯曲半径的函数，可求出嵌入线路的静态弯曲极限以及连续弯曲寿命。有限元模型用以计算在静态弯曲下发生在系统中的应力值。采用实施例1同样的方法在pen膜柔性衬底上烧蚀出直线沟槽、带锐角或圆形拐角的曲线沟槽，并填充以导电浆料ica，建立实验结构模型，其中，线路沟槽的尺寸为宽50μm、深50μm。pen和ica的机械性能作为模型的输入参数而使用，选择ica作为填料，是因为其详细的体积机械性能能被很容易地从供应商处获得。上述实验结构模型的拉伸与剪切强度通过cts测试确定，发现不论是对系统加载拉伸还是剪切，破坏(失效)总是发生在粘接处，这说明了填充ica的pen衬底的界面是整个系统中最薄弱的环节。通过试验获得，最大界面剪切强度和最大界面拉伸强度分别为28mpa和13mpa。为了计算作为弯曲半径函数的应力水平，使用四点弯曲试验对实验结构模型进行了实际的弯曲，从模型中可以发现柔性衬底和填充的导电浆料的弹性模量是重要的参数。最低应力水平发生在当衬底与浆料的模数相当时，当前的材料情况为：ica的弹性模量是4.7gpa，而pen膜的弹性模量为6gpa。表4列出了界面剪应力(mpa)//界面拉伸应力(mpa)在不同线路弯曲半径下的值。表4界面剪应力(mpa)//界面拉伸应力(mpa)在不同弯曲半径下的值表4显示出随着弯曲半径的减小，应力迅速增大，界面拉伸强度在弯曲半径约为20mm时几乎达到临界值，它超过了实验确定的13mpa的界面拉伸强度。在所考虑的弯曲半径范围内，界面剪应力并没有超出实验确定的28mpa的最大界面剪应力。理论静态弯曲半径极限(约20mm)是通过弯曲一个填充dupont5025的样品所验证，垂直于弯曲轴直到将半径减小到10mm。然而，通过这个实验，模型结果并不能得到有力的证实。在一个放大200倍的显微镜下并未观察到填料从沟槽中分开，并且线条的导电性也未受到不良影响。嵌入式电路样品的弯折性试验用以研究连续弯曲寿命。样品是填充dupont5025、50μm宽和25μm深的沟槽，包含多重线条，既有平行于也有垂直于弯曲轴的，被交替的向前和向后弯曲共计5000个循环(2500次向前、2500次向后)。10mm和25mm的两种弯曲半径被测试，较小的10mm弯曲半径是在理论静态弯曲极限(从有限元模型中获得)之下，然而，正如以上所讨论的，当弯曲半径达到10mm时，手工单次弯曲试验并未显示出有可见的或电性能上的损坏。较大的弯曲半径在理论静态弯曲半径之上，因而应力水平也保持在临界值以下。在25mm的弯曲半径下连续弯曲5000个循环，会导致导线电阻增大约20％，不管是垂直于还是平行于弯曲轴的导线，这种情况并无明显的不同，这种阻值的增加还是可以接受的。当弯曲半径下降到10mm，阻值增大更甚：垂直于弯曲轴的导线电阻增大3倍。然而，在放大200倍的显微镜观察下，并未发现材料出现可见的变化。平行于弯曲轴的线条电阻值增加35％。在两种弯曲半径下，填充料均未从沟槽中脱落。基于有限元模型，通过静态及连续弯曲试验得出如下结论：填充dupont5025网印浆的嵌入式线路的弯曲半径应保持在大约25mm以上。弯曲半径的减少会导致应力增加并超过实验确定的界面拉伸强度。此外，填充料在连续弯曲时内部受损并且阻值增加。实施例5(嵌入式扇出电路与超薄芯片的直接邦定)为了评估本发明制作的嵌入式电路直接贴合安装芯片的能力，首先采用本发明前述的制作方法制作了一种扇出式测试电路，其邦定结构如图4所示。一枚芯片7以倒装芯片邦定的方式被贴合在扇出电路10的中心区域，形成于沟槽3中的导线把芯片7的四个拐角71连接到连接盘上，导线线宽50μm，线厚15μm并且最小间距为100μm。利用这些线条，通过四点电测试法可以测量芯片拐角处上的凸点与填充浆料间的电阻，使用的芯片厚50μm，长宽为5×5mm，凸点高8μm，用一种低温固化各向异性导电胶(deloac163)实现邦定。为了便于研究，只选用dupont5025作为填充料，正如之前讨论的，这种填料具有很好的导电性，收缩率60％(见表1)。对一个深15μm的沟槽而言，第一次刮刷大约有6μm厚的导电料被沉积在沟槽中，第二次填充增加4μm厚度，第三次填充又增厚2μm，……。显然，15μm深的沟槽和8μm凸点高的芯片要求多次填充，以确保凸点与沟槽内的填料实现良好的电接触。用不同的填充方法来获得良好的电接触：第一种方法由两次连续的填充和干燥步骤组成；第二种方法由四次连续的填充和干燥步骤组成；在第三种方法中，线槽在芯片凸点位置处被少烧蚀5μm深并随后以一次填充和干燥的方式进行填充。针对三种方法，做12个邦定实验以提供足够的统计数据，获得的电阻值列于表5，表5中同时也列出了衬底表面与沟槽填充浆料顶部之间的平均距离(共焦激光显微镜测量)，可见距离越小表示填充水平越高。结果表明，四次连续填充法能获得几乎完全填充的沟槽，该填充具有最低的凸点-填料接触电阻和标准偏差。表5不同填充方法下芯片凸点与填充料之间的接触电阻图5所示为该电路上邦定芯片的截面显微图，从图中可以看出芯片引脚71和沟槽内填充物之间具有良好的紧密接触。两次连续填充法和减小沟槽深度法也能获得比四次连续填充/干燥法稍高一点的接触电阻。应该注意到，所有测量的接触电阻相对于导线电阻(表3)来说都是可以忽略不计的，因此，三种填充方法都被认为能给出令人满意的效果。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属
技术领域：
的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。当前第1页12