一种高精度电路及其制备方法与流程

本发明属于电子电路制造技术领域，具体涉及一种基于高压静电纺丝术制备高精度电路的方法及电路。

背景技术：

随着电子产品的功能越来越丰富，集成的元器件呈现越来越小的趋势，电子产品及元器件的集成度的提高，对电子电路的加工制造技术和精度提出了更高的要求和挑战，诸如在集成电路板、印刷制备TFT窄线宽电极、窄边框触摸屏的外围引线以及网格法制备透明导电膜等应用亟需极细高精度电路。传统的丝网印刷技术印制电子电路精度无法满足电路精细化需求，丝网印刷电路最小线宽约50μm，即使传统湿法蚀刻电路技术制造电路线宽约1mil即25.4μm。传统的电子电路制造工艺和技术已经不能满足电路精细化要求，在≤10μm线宽，以及亚微米甚至纳米级电路制造方面遇到严重工艺挑战，亟需高精度电路新工艺、新方法。

为解决高精度电路制造难题，国内外研究人员正在积极探索各种新工艺新方法。如专利文献CN102548195公开了一种高精度柔性电路板及其制备方法，利用覆有光致抗蚀膜的基材进行曝光和显影，形成设计线路的凹槽，再于凹槽内进行干法沉积铜。该方法可以严格控制导线厚度和均匀性，线宽/线距可达到10μm/10μm，适用于高精度线路使用。但是采用干法沉积方式形成导电线路，该法容易受到杂质，气孔的影响，造成线路电导率下降甚至出现开裂造成断路。

专利文献CN102417755B公开了一种可喷墨打印用溶液型金属墨水及其制备方法，采用金属银或钯的水溶性盐溶于水后，并控制其浓度、粘度和表面张力，使得墨水具有优良的喷印流畅性，可以在现有的各种喷墨打印机或喷绘机上使用，打印出电路图形。但是目前喷墨打印采用喷孔尺寸在20-30μm，而且喷出的墨滴铺展直径比喷孔尺寸要大，暂时无法达到极细电路精度要求，同时喷印电路电导率有限，往往需要进一步化学镀或电镀增加导电层厚度才能具有优异的导电性。

专利文献CN104105353B提出一种在陶瓷材料表面制作高精度导电线路的方法。该法使用激光照射覆有钯离子固态薄膜的陶瓷基板，利用激光能量密度将陶瓷基板打出V型凹槽，并在凹槽中形成激光残留的氧化钯离子，未氧化金属钯离子薄膜使用王水清洗掉，然后以氧化钯为催化中心使用化学镀形成精细电路。化学镀技术较为成熟，但该方法的用高温氧化钯形成活性中心，温度难控制，活性中心位置多变，化学镀形成导线与基板结合力有限，且化学镀缺陷较多，如起泡，杂质，裂纹等，容易造成电路的破损。

专利文献CN101969042B提出使用激光干涉曝光的方法制作导电栅，具体方法是在导电薄膜上旋涂光刻胶，然后利用激光干涉曝光，并经显影、刻蚀、去胶制成导电栅。其单根导电连线的线宽小于等于2μm。该方法使用激光干涉布线可形成导电电路精度较高，但线宽受激光器的波长和能量影响，且只能形成周期固定的平行金属线，同时对激光光斑直径要求比较高，极度依赖激光干涉设备精度，精度越高投入越大，难以大规模使用。

技术实现要素：

本发明提供了一种基于高压静电纺丝术制备高精度电路的方法，该方法在覆金属箔板表面形成极细的抗蚀刻层，通过传统湿法化学蚀刻后形成与抗蚀刻层接近等宽的极细电路，进一步经过剥离抗蚀刻层，形成窄线宽高精度电路。本方法制备高精度电路线宽可控制在≤10μm,可通过调控喷孔尺寸和电纺溶液实现亚微米及纳米级窄线宽电路的制备，该方法制备的高精度电路在集成电路板、TFT电极、触摸屏和透明导电膜等领域有潜在的应用价值。

一种基于高压静电纺丝术制备高精度电路的方法，其特征在于，通过高压静电纺丝技术形成精细的抗蚀刻层，之后通过湿法化学蚀刻，继而制得高精度电路。

上述方法包括如下具体步骤：

(1)准备高压静电纺丝用物料和覆金属箔板；

(2)通过高压静电纺丝喷头向覆金属箔板表面喷射物料，物料经固化后在金属箔表面形成窄线宽抗蚀刻层；

(3)采用化学湿法蚀刻将未被抗蚀刻层覆盖的金属箔去除，然后进行清洗烘干，形成被抗蚀刻层保护且与抗蚀刻层同图案的高精度电路图案；

(4)对基于高压静电纺丝技术形成的抗蚀刻层经剥离液浸泡后取出进行剥离，最后形成窄线宽高精度电路功能单元。

步骤(1)所述的高压静电纺丝喷嘴相对覆金属箔板的移动速度为10～5000mm/s，优选为100～1000mm/s；喷嘴的孔径为0.01～0.5mm,优选为0.05～0.2mm；工作时物料仓、管路与喷嘴处的温度为常温～200℃，优选为常温～100℃。

步骤(1)所述的高压静电纺丝为普通高压静电纺丝和近场高压静电纺丝中的一种。普通高压静电纺丝可以形成无序的窄线宽抗蚀刻层，工作时的电压为1～100kv，优选为10～50kv；喷嘴距离覆金属箔板的距离为5～500mm,优选为50～200mm；近场高压静电纺丝可以形成规则有序、可控的窄线宽抗蚀刻层，工作时的电压为0.5～10kv，优选为1～5kv，喷嘴距离覆金属箔板的距离为0.1～5mm,优选为0.5～2mm。

步骤(1)所述的高压静电纺丝用物料是树脂溶液、单体和树脂颗粒中的一种。其中树脂溶液中的树脂是酚醛树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对羟基苯乙烯、偏甲氧基酚醛树脂、聚乙烯醇月桂酸酯、聚乙烯醇、对羟基苯乙烯、聚乙烯醇肉桂酸酯、环化异戊二烯橡胶、多元醇丙烯酸酯、氨基甲酸酯型丙烯酸酯、聚丙烯、含酮聚合物，聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、环氧树脂中的一种，溶剂是乙二醇甲醚、乙二醇丁醚、乙二醇丁醚醋酸酯、丙二醇甲醚醋酸酯、丙二醇甲醚丙酸酯、二乙二醇单甲醚、二乙二醇单丁醚、二乙二醇乙醚乙酸酯、丙二醇苯醚、乙二醇苯醚、乙二醇苯醚醋酸酯、丙二醇苯醚醋酸酯、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、碳酸二甲酯、异丙醇、乙醇、丁醇、水中的一种或多种混合溶剂；所述的静电纺丝用单体是苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、氯乙烯、丙烯腈、醋酸乙烯、丙烯酰胺、月桂基丙烯酸酯中的一种；所述的树脂颗粒是聚乙烯、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物(ABS)、聚丙烯、聚苯乙烯、聚己内酯、聚乳酸、尼龙、聚苯硫醚中的一种。

步骤(1)所述的覆金属箔板由承载层、粘结层和金属箔层构成，承载层不限于是FR4环氧玻纤复合材料、聚酰亚胺(PI)、陶瓷、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酯、聚氯乙烯和聚碳酸酯中的一种，粘结剂层为环氧粘结剂、聚丙烯酸粘结剂、聚丙烯酸酯、聚酰胺、聚氨酯粘结剂中的一种，金属箔不限于是铜箔、铝箔、银箔、金箔、镍箔、铂箔中的一种。

上述的金属箔的厚度为≤10μm，优选100nm～10μm,进一步优选为500nm～5μm。

步骤(2)所述的固化为加热烘烤、红外加热和紫外固化方式中的一种。

步骤(3)所述的化学湿法蚀刻指基于含有还原剂的蚀刻液通过化学置换反应将金属箔还原为离子状态，并溶解于蚀刻液中。

上述的还原剂为高价态的盐，还原金属箔层后被氧化为低价态的盐，并能够基于溶解于蚀刻液中，还原剂不限于是氯化铜、氯化铁、过硫酸铵、双氧水、过硫酸钠、过一硫酸氢钾复合盐、硝酸、硫酸中的一种。

步骤(3)所述的清洗指采用二次水清洗，清洗次数为1～3次。

步骤(3)所述的烘干指采用烘箱或热风烘干，烘干温度为30～80℃。

步骤(4)所述的显影液指碱性溶液，可以但不限于是氢氧化钠水溶液、碳酸氢钠水溶液、有机胺类溶液，有机胺为二乙胺、三乙胺、丙胺、丁胺、1,2-丙二胺，二乙醇胺、三乙醇胺、甲酰胺、乙酰胺、丙酰胺、三亚乙基二胺、环己胺、六亚甲基四胺、苯胺、联苯胺、聚乙烯亚胺中的一种，溶剂为水、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、氮甲基吡咯烷酮、二乙二醇单甲醚、丙二醇甲醚中的一种。

步骤(4)所述的电路功能单元由承载层、粘结剂层和窄线宽高精度电路三部分构成。

上述形成的窄线宽高精度电路，电路宽度为≤10μm，优选为100nm～10μm,进一步优选为500nm～5μm。

上述形成的窄线宽高精度电路，基于普通静电纺丝最终形成的电路为无序交错的电路；近场静电纺丝具有直写特性、可控性，最终可形成规则有序的电路，在集成电路板、TFT电极、触摸屏和透明导电膜等领域有潜在的应用价值。

附图说明

图1为本发明实施例制作高精度电路具体制作步骤示意图。

图2为本发明实施例所制作的高精度电路网格。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种基于高压静电纺丝技术制备窄线宽抗蚀刻层，进而制备出高精度电路的方法，本发明在集成电路板、TFT电极和透明导电膜等领域具有潜在的应用价值。以下分别进行详细说明。

实施例1

准备高压静电纺丝用聚甲基丙烯酸甲酯树脂的二甲基甲酰胺溶液，利用高压静电纺丝机将树脂溶液纺丝于厚度为1μm的PET覆铜箔板表面，其技术参数为喷嘴相对铜箔板的移动速度为800mm/s；喷嘴的孔径为0.2mm；工作时物料仓、管路与喷嘴处的温度为50℃。工作时的电压为2.75kv；喷嘴距离铜箔板的距离为1mm；经过近场高压静电纺丝可以形成有序的窄线宽抗蚀刻层网格。经过60℃加热进行烘干固化，使用含有氯化铜的蚀刻剂将裸露的铜箔还原为离子状态，并溶解于蚀刻液中。通过二次水将铜箔表面清洗2次，在40℃热风烘干。将表面清洁的铜箔放入氢氧化钠水溶液浸泡后取出后剥离抗蚀刻层，最后形成线宽1.6μm厚度为1μm的高精度电路，如图1和图2中所示。

实施例2

准备高压静电纺丝用单体醋酸乙烯，利用高压静电纺丝机将单体纺丝于厚度为1μm银箔表面，其技术参数为喷嘴相对银箔板的移动速度为200mm/s；喷嘴的孔径为0.08mm；工作时物料仓、管路与喷嘴处的温度为常温。工作时的电压为2.5kv；喷嘴距离铜箔板的距离为0.6mm；近场高压静电纺丝可以形成规则有序、可控的窄线宽结构，经过紫外光进行固化后形成抗蚀刻层。使用含有过一硫酸氢钾复合盐的蚀刻剂将裸露的银箔还原为离子状态，并溶解于蚀刻液中。通过二次水将银箔表面清洗3次，在80℃热风烘干。将表面清洁的银箔放入混合有三亚乙基二胺的二甲基乙酰胺溶液浸泡后取出剥离表面抗蚀刻层，最后形成线宽600nm厚度为1μm的高精度电路功能单元。

实施例3

准备高压静电纺丝用聚苯硫醚树脂颗粒，同时准备聚对苯二甲酸乙二酯覆金属铝箔板；通过高压静电纺丝喷头向聚对苯二甲酸乙二酯覆金属铝箔板表面喷射聚苯硫醚树脂，高压静电纺丝技术参数为：喷嘴相对覆金属箔板的移动速度为100mm/s；喷嘴的孔径为0.1mm；工作时物料仓、管路与喷嘴处的温度为180℃。工作时的电压为5kv，喷嘴距离覆金属箔板的距离为0.5mm。聚苯硫醚树脂经在金属铝箔表面形成窄线宽抗蚀刻层；使用含有过硫酸钠的蚀刻剂溶液将未被抗蚀刻层覆盖的金属铝箔还原，并溶解于溶液中。然后采用二次水进行清洗3次，之后采用烘箱烘干，烘干温度为80℃；形成被抗蚀刻层保护且与抗蚀刻层同图案的高精度电路图案；对基于高压静电纺丝技术形成的抗蚀刻层经联苯胺的二乙二醇单甲醚溶液浸泡后取出剥离抗蚀刻层，最后形成线宽为700nm的窄线宽高精度电路。

实施例4

准备高压静电纺丝用多元醇丙烯酸酯的乙二醇苯醚醋酸酯溶液，同时准备聚萘二甲酸乙二醇酯覆金属镍箔板；通过高压静电纺丝喷头向聚萘二甲酸乙二醇酯覆金属镍箔板表面喷射多元醇丙烯酸酯溶液，高压静电纺丝技术参数为：喷嘴相对覆金属箔板的移动速度为200mm/s；喷嘴的孔径为0.05mm；工作时物料仓、管路与喷嘴处的温度为70℃。工作时的电压为4kv，喷嘴距离覆金属箔板的距离为2mm。多元醇丙烯酸酯的乙二醇苯醚醋酸酯溶液经红外加热固化后在金属镍箔表面形成窄线宽抗蚀刻层；使用硫酸溶液将未被抗蚀刻层覆盖的金属镍箔还原溶解于溶液中，然后采用二次水进行清洗3次。采用烘箱烘干，烘干温度为50℃；形成被抗蚀刻层保护且与抗蚀刻层同图案的高精度电路图案；对基于高压静电纺丝技术形成的抗蚀刻层经三亚乙基二胺的氮甲基吡咯烷酮溶液浸泡后取出进行剥离，最后形成线宽为10μm的窄线宽高精度电路。

实施例5

准备高压静电纺丝用丙烯酰胺单体，利用高压静电纺丝机将单体纺丝于铜箔表面，其技术参数为喷嘴相对铜箔板的移动速度为1000mm/s；喷嘴的孔径为0.5mm；工作时物料仓、管路与喷嘴处的温度为40℃。工作时的电压为20kv；喷嘴距离铜箔板的距离为100mm；经过此普通高压静电纺丝可以形成无序的窄线宽结构，进一步经过紫外进行固化形成抗蚀刻层。使用含有氯化铜的蚀刻液将裸露的铜箔还原为离子状态，并溶解于蚀刻液中。通过二次水将铜箔表面清洗2次，在40℃热风烘干。将表面清洁的铜箔放入1,2-丙二胺溶液浸泡后取出进行剥离，最后形成线宽2μm的高精度电路。

实施例6

准备高压静电纺丝用聚己内酯，利用高压静电纺丝机纺丝于铂箔表面，其技术参数为喷嘴相对铜箔板的移动速度为300mm/s；喷嘴的孔径为0.1mm；工作时物料仓、管路与喷嘴处的温度为200℃。工作时的电压为15kv；喷嘴距离铂箔板的距离为300mm；经过此普通高压静电纺丝可以形成无序的窄线宽抗蚀刻层。使用含有氯化铁的蚀刻剂将裸露的铂箔还原为离子状态，并溶解于蚀刻液中。通过二次水将铂箔表面清洗2次，在80℃热风烘干。将表面清洁的铂箔放入碳酸氢钠水溶液浸泡后取出剥离抗蚀刻层，最后形成线宽1.6μm的高精度电路。

实施例7

准备高压静电纺丝用酚醛树脂树脂的二甲基甲酰胺溶液，同时准备FR4环氧玻纤复合金属银箔板；通过高压静电纺丝喷头向FR4环氧玻纤复合金属银箔板表面喷射酚醛树脂树脂溶液，高压静电纺丝技术参数为：喷嘴相对覆金属箔板的移动速度为200mm/s；喷嘴的孔径为0.05mm；工作时物料仓、管路与喷嘴处的温度为50℃。工作时的电压为3kv，喷嘴距离覆金属箔板的距离为0.5mm。树脂经红外加热固化后在金属银箔表面形成窄线宽抗蚀刻层；使用含有过一硫酸氢钾复合盐溶液将未被抗蚀刻层覆盖的金属银箔还原并溶于溶液中，然后采用二次水清洗3次。采用烘箱烘干，烘干温度为80℃；形成被抗蚀刻层保护且与抗蚀刻层同图案的高精度电路图案；对基于高压静电纺丝技术形成的抗蚀刻层经丙酰胺的氮甲基吡咯烷酮溶液浸泡后取出剥离抗蚀刻层，最后形成线宽为500nm的窄线宽高精度电路。

实施例8

准备高压静电纺丝用聚乙烯醇肉桂酸酯的N-甲基吡咯烷酮溶液，同时准备聚碳酸酯覆金属银箔板；通过高压静电纺丝喷头向聚碳酸酯覆金属银箔板表面喷射聚乙烯醇肉桂酸酯的N-甲基吡咯烷酮溶液，高压静电纺丝技术参数为：喷嘴相对覆金属箔板的移动速度为400mm/s；喷嘴的孔径为0.1mm；工作时物料仓、管路与喷嘴处的温度为40℃。工作时的电压为1kv，喷嘴距离覆金属箔板的距离为1.5mm。聚乙烯醇肉桂酸酯经红外加热固化后在金属银箔表面形成窄线宽抗蚀刻层；使用双氧水溶液将未被抗蚀刻层覆盖的金属银箔去除，然后采用二次水清洗3次。采用烘箱烘干，烘干温度为75℃；形成被抗蚀刻层保护且与抗蚀刻层同图案的高精度电路图案；对基于高压静电纺丝技术形成的抗蚀刻层经三乙醇胺的二甲基乙酰胺溶液浸泡后取出进行剥离，最后形成线宽为7μm的窄线宽高精度电路。

以上对本发明实施例所提供的高精度电路制备方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。