激光制导电图案并电气互连不同面的制造多层电路板方法技术

本发明专利技术涉及激光制导电图案并电气互连不同面的制造多层电路板方法，先用激光制作各面导电图案，层压后贴阻焊掩膜，再在组装现场钻孔，既制造物理孔金属化的掩膜图案，又制造各面导电层间的电气互连通道，借助插入的元件管脚、互连件、添加在孔内的导电材料，以及由焊接热造成的重熔作用，一次性实现各面导电层间的连接及元件的焊接安装。本发明专利技术可以制造更精细的电路，能省去孔金属化、图形转移、蚀刻、去膜、阻焊图形转移、涂覆保护性及可焊性材料所需的制程、设备和材料。同时本发明专利技术适合各种电路板大批量生产，也适合电路板样品及小批量、多品种制作。种制作。种制作。

【技术实现步骤摘要】
激光制导电图案并电气互连不同面的制造多层电路板方法


[0001]本专利技术属于电路板的裸板制造及其元器件装联领域，尤其是激光制导电图案并电气互连不同面的制造多层电路板方法。

技术介绍

[0002]电子产品从概念到成品一般要经历设计、备料和组装三个阶段。
[0003]物理设计结束后，就要进行物料准备，包括选择和定制各种元器件、接插件、显示模块其它功能模块等等。其中，最重要的物料之一就是裸电路板，因为裸电路板用来支撑元器件并起着元器件管脚间的电气互联作用，是影响电子产品的质量、可靠性以及整个制造过程的难易程度、成本高低、速度的快慢的关键因素，必须按照设计要求和产品的属性定制。裸电路板，简称裸板，指尚未安装元器件的电路板，也称印制电路板、印刷电路板、印刷线路板、印制板、电路板、线路板或印刷板。裸板一般由专业制造印制电路板的厂家按需定制。以双面电路板为例，裸板制造的工艺流程大致为：在双面覆铜箔绝缘基板上钻孔—进行孔金属化—制作导电图案并退除金属抗蚀膜或有机抗蚀膜—涂覆阻焊材料—制作阻焊图案及生成焊接区—对焊接区表面进行可焊性涂覆处理—制作标记符号—出货给组装阶段的厂家。
[0004]电子产品的组装，即把各种物料装、配、组合在一起，并通过钎焊、紧固和粘接等连接手段实现物料之间位置的固定和对应的电气连接和功能的配合。狭义上，常将把元器件安装及焊接到电路板上的组装过程称作装联。装联元器件之后的产品，一般称为组装板。在不需要区分的场合，裸电路板和组装板通称为电路板。
[0005]以前的装联技术，以通孔插装方法为主，即把各种元器件、接插件和功能模块等的管脚插入到裸板的安装孔中，再用焊料把这些管脚与孔壁和焊盘钎焊在一起，从而把元器件固定在电路板上，并通过电路板上的焊盘、互连线和中继孔实现元器件管脚间的电气互连。目前的电子产品，更多地采用表面安装技术进行装联，即先在电路板连接盘
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即焊盘上涂覆焊锡膏，然后把各种元器件、接插件和功能模块等的管脚对应放置在连接盘的焊锡膏层之上，最后再对电路板进行加热，使焊锡膏中的粉状或颗粒状的固体金属锡/锡合金熔化，熔化的焊料浸润元器件的端电极/管脚和电路板焊盘，冷却成固体金属时把元器件的端电极与连接盘钎焊在一起，从而把元器件贴装固定于电路板表面，并通过电路板上的焊盘、导线和孔构成的导电通道，实现元器件间的电气互连。电路板的组装或在专业组装厂家进行，或由电子产品开发机构自行完成。以SMT技术为例，电路板的装联工艺流程大致为：来自裸板制造厂的电路板—往焊接盘上漏印焊锡膏—拾取元器件并将其贴覆于电路板表面—加热使焊锡膏重熔回流实现管脚与焊盘的钎焊。
[0006]整体考虑电路板的裸板制造和元器件组装过程，可以看出，导电图形制作、钻孔及孔金属化和阻焊图案的制作是裸板生产阶段的关键过程，而涂覆焊锡膏、贴插元器件和焊接则是装联生产阶关键流程。再进一步分析，可以知道，这些过程本质上都是为了实现元器件的安装固定和元器件之间的电气互连两个目的。其中，阻焊图案的制造和可焊性涂覆虽
然是在裸板阶段完成，但却是装联阶段生产的基础；而钻孔及孔金属化则一方面是为了实现电路板各个水平导电层间Z方向互连，另一方面是为了插装件的安装固定，并且，钻孔和孔金属化过程还直接影响着制作电路板的水平方向电气连接导电图案过程。
[0007]随着社会经济的进步，对电子产品的要求越来越高，元件越来越小，功能越来越强，管脚数越来越多，对导电图案、阻焊图案的要求越来越精细和准确，对孔的要求也越来越小、越来越深，使得不论是在裸板制造阶段，还是元器件组装阶段，电路板制造的技术难度越来越大，问题也越来越多。
[0008]导电图案制造技术的现状及问题：
[0009]通用电路板技术，大都采用减成法制作导电图案。起始材料为绝缘材料上覆有导电金属层的层压板，用化学蚀刻方法，按照设计要求，去除覆铜箔板上指定区域的导电层，留在绝缘板上的铜箔即是导电图案。
[0010]导电层一般是高纯铜箔，也可能是铝箔、银或金等其它导电金属形成的箔，常用的铜箔厚度在5
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36微米之间，特殊电路板也用厚达72微米或更厚的铜箔。绝缘介质材料多种多样，如环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺、双马来酸三嗪树脂(BT)或聚四氟乙烯(PTFE)等等，介质层厚度可从30微米到数毫米。绝缘介质中可含有纤维或颗粒状增强材料，包括芳纶纤维、陶瓷或玻璃纤维，增强材料的单丝直径或粒径在1
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10微米间，多股线径在10微米以上，甚至可达数百微米。
[0011]进行化学蚀刻前，要先进行图形转移。即将覆铜箔板表面上需要保留的导电图形部分的导电铜箔，用保护性材料—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，其步骤为：刷板—贴膜—曝光—显影。然后，再向工件喷射液体蚀刻剂，蚀刻剂是一种能和铜作用的化学药液，和裸露的金属铜相互接触，发生反应，把铜溶解到蚀刻剂溶液中，达到了除去的目的，而导电图案部分，由于有抗蚀剂保护，则被留在了绝缘材料表面，形成所需的导电图案，步骤为：蚀刻—去抗蚀膜。
[0012]蚀刻方法制导电图案是间接加工技术，需要光绘底版作为图形转移模版，需要光致抗蚀材料临时掩蔽导电图案，流程长而复杂，需要的工艺设备以及材料多，浪费资源，影响环境，而且使得高精度、高质量电路板生产需要资金、场地和人员配备的成本高，生产过程柔性差，行业进入的门槛高，满足不了本地化就近、快速和灵活制作的需求。此外，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，比如由于图形转移难以进一步提高，侧腐蚀效应等，长期困扰电路板的行业，促使人们寻找其它加工手段。
[0013]用激光光束选择性地去除覆铜箔绝缘基板上的铜，留下指定区域上铜箔作为导电图案，是直接加工技术，相比于传统的间接制造方法，有巨大的经济和技术优势。激光去除法不再需要使用抗蚀掩膜作为工艺性辅助材料，不再需要使用化学溶液蚀刻去除不需要的铜，加工精密度更高，流程更简单，需要的设备和材料更少，生产柔性更大。目前，直接激光去除基板上铜的方法有三种：光蚀法逐点、逐层汽化材料去除，加热法剥离材料去除，光蚀与加热结合法剥离材料去除。
[0014]光蚀法是一个用激光将材料汽化的去除过程。向基板上被选择区域投照激光，整个激光脉冲的能量瞬间施加于面积极小的铜材料的浅表面层上，功率密度极大。其中，被吸收的能量导致材料浅表面层迅速变化，固态铜单独或同时发生熔融、液化、汽化或离子化等
现象，在外部抽吸作用下，或在形态改变的铜自身发生的喷射、爆炸或逸出作用下，或在两者共同的作用下，以气、液或固之一状态或其混合物状态被迁移，达到去除目的。激光光蚀法去除导电层，通常认为是一个以汽化为主的过程，技术较为简单，应用较为广泛，但存在下述问题，不能满足对电路结构的质量要求，也不能达到经济上可接受的加工效率。
[0015]第一，光蚀去除导电材料时可能损伤绝缘介质。因为基板材料是由导电材料与绝缘材料罗叠在一起形成复合材料，且导电材料在绝缘材料表面，加工本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.激光制导电图案并电气互连不同面的制造多层电路板方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、用激光去双面覆铜箔基板两个表面上不需要的铜箔制造导电图案；步骤2、将各个导电图案层热压合在一起；步骤3、全板涂覆并一次性固化阻焊材料；步骤4、在组装现场按包括了管脚截面因素的设计要求钻孔；步骤5、在组装现场用激光去除焊接区导电体上的阻焊材料，并对焊接区表面进行清洁及可焊性处理；步骤6、向孔内以及连接盘上添加导电材料；步骤7、进行元件及层间互连件的贴装和插装；步骤8、进行重熔焊接及或波峰焊接，完成双面电路板制造。2.根据权利要求1所述的激光制导电图案并电气互连不同面的制造多层电路板方法，其特征在于：所述步骤1的具体实现方法为：用激光光蚀功能、以及激光光蚀功能和激光加热功能的共同作用选择性去除双面覆铜箔板两个表面上不需要的铜箔制造导电图案，在加工过程中，光蚀激光的光束直径d和加热激光的光束直径D根据电路结构、以及导体间的绝缘间距改变；根据电路图案结构、电路结构、导体间的绝缘间距、加工设备激光光束直径和功率密度的上下限，确定光蚀激光的光束直径d和加热激光的光束直径D，并生成对应的加工参数和加工数据，优化应用激光与材料作用的光束直径、激光光蚀功能和激光加热功能，去除不需要的导电材料，制造电路图案；当两导体间绝缘间距S较宽，数值满足S>2d
max
时，加工方案为nd+(n
‑
1)D，即n个光束直径为d的光蚀汽化去除和(n
‑
1)个光束直径为D的加热剥离去除，其中n为整数，n≥2，且优选n值最小，d
max
为光蚀加工该任务的激光束腰直径最大值，D为加热加工该任务对应于不同宽度被剥离材料的激光光束束腰直径；当两导体间导电层宽度S满足2d
max
≥S≥d
max
时，S＝d1+d2，即选用光蚀直径为d1和d2的两个光蚀激光束去除两导体间的导电材料；当两导体间绝缘间距S小于光蚀加工该任务的束腰直径最大值，即d
max
≥S时，加工方案为S＝d，即选择光束直径，使得恰好只用一个光束直径为d的光蚀激光束去除两导体间的导电材料；以与被加工工件性能相同的材料为试样，用激光进行光蚀去除试加工，用激光进行加热去除试加工，并实测加工光蚀和加热去除的几何尺寸，以实测结果为准修正对应的光蚀激光的光束直径d和加热激光的光束直径D，包括最小和最大光束直径及其对应的其它激光参数和尺寸参数；用修正的光蚀激光的光束直径d和加热激光的光束直径D，生成对应的加工参数、加工数据，优化应用激光与材料作用的光束直径、激光光蚀功能、激光加热功能，去除不需要的导电材料，制造电路图案；检查、评估和测量加工结果，计算实测结果与加工数据的偏差值，建立图案尺寸与光束直径的对应关系，依据图案尺寸与光束直径的对应关系修正加工数据，直至满足生产要求，按照修正的加工数据，进行批量化加工，并在加工过程中，监测加工效果。3.根据权利要求1所述的激光制导电图案并电气互连不同面的制造多层电路板方法，其特征在于：所述步骤2的具体实现方法为：将在制的料片按规定尺寸裁切后,叠合成板坯，
再将若干板坯集合成压制单元，推入层压机中进行压制成型，成型的时候先使材料经预热阶段从室温到面层固化反应开始温度，并加热芯层树脂，排出部分挥发物；预热结束后至保温阶段，使面层树脂在较低反应速度下固化，芯层树脂均匀受热熔化，树脂层界面间开始相互融合；保温阶段结束后至升温阶段，由固化开始温度升至压制时规定的最高温度；温度到达最高温度后进入恒温阶段，以保证面层树脂充分固化，芯层树脂均匀塑化，并保证各层料片间的熔融结合，在压力作用下使坯料结合成均匀密实的整体；最后进入冷却阶段，进行降温冷却，卸压脱模；如果外层是尚未完成导电图案制作的铜箔，层压后，需要按照步骤1，完成导电图案制作，然后再进行后步骤3。4.根据权利要求1所述的激光制导电图案并电气互连不同面的制造多层电路板方法，其特征在于：所述步骤3中的阻焊材料不需要具备光敏感性能，优选一般的预涂覆压敏涂层膜和热敏涂层膜，其价格便宜，分辨率高，能够制作精细的图案结构；大多数高聚物材料，表面都具有疏膏体导电材料和钎焊焊剂材料，并且具有阻止熔融的导电材料以及熔融的焊料漫流的性质；包括由单一组分、多组分、复合的热固、光固和可热压合附着的，非光敏和光敏的材料制造的干性PET、PI、RPP、BOPET、BOPP、PA和PPE高聚物薄膜，以及单体的、预聚合的或已完成聚合的液态和膏状或其它形态的材料；材料的涂覆方法包括滚压、热压、印刷、镀覆、喷涂、漏印、喷印、辊涂和帘涂方法或方法相结合的加工；材料的厚度范围在5μm
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500μm之间，优选膜厚为20μm
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200μm；同时热压涂覆不需要额外的固化过程，阻焊图案留待元件组装前现场用激光制作，流程简单。5.根据权利要求1所述的激光制导电图案并电气互连不同面的制造多层电路板方法，其特征在于：所述步骤4的具体实现方法为：制出孔内导电层突出的台阶，在孔内部产生导电层连接盘；在元件面突出导电层，导电层突出值为0μm
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50μm，孔形状包括圆柱形和锥形；孔的形状和尺寸应该与元件管脚和层间互连件相匹配，需要插装元件的孔形状对应于截面为圆形及其它非正圆形和截面为矩形、其它多边形或其它闭合几何形状的管脚；且分别为能使管脚内切的圆形、非正圆形、矩形、多边形、其它多边形或其它闭合几何形状、以及需要插装元件的成孔尺寸值不小于所对应管脚的最大直径或最长对角线长度尺寸
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100μm，且不...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡宏宇，于跃欣，
申请(专利权)人：德中天津技术发展股份有限公司，
类型：发明
国别省市：