一种选择性去除基板材料上的导电层的方法技术

本发明专利技术涉及一种选择性去除基板材料上导电层的方法，其方法为：在要保留的导电层周围加工制作绝缘包络沟道，遇到宽度过窄的孤立导线，分两次或两次以上进行加工；将要去除的导电层细分为若干个绝热小块，相邻区域的绝热小块为颠倒的四边形、梯形、三角形等互补形状；向被细分的绝热小块上投射电磁波使其脱离基板材料被去除，加热时，投照的激光沿导电层小块较窄的一端向较宽的一端运动。本发明专利技术通过调节激光的投射参数、投射路径以及投射环境，去除基板材料上的导电层，形成预定的导电结构，替代现有化学方法、物理方法和激光方法制作导电结构时采用的相应工艺流程。

【技术实现步骤摘要】
一种选择性去除基板材料上的导电层的方法
本专利技术属于电路板加工
，尤其是一种选择性去除基板材料上的导电层的方法。
技术介绍
选择性去除覆金属层基板材料上指定区域的导电层，是减成法制作电路板的关键步骤之一，通常用化学蚀刻方法。即先在覆铜箔板表面上进行图形转移，将需要保留的导电图形部分的导电层，通常是铜箔，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。蚀刻时，蚀刻剂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。蚀刻方法流程长而复杂，需要的工艺设备、材料多，使得高精度、高质量电路板生产需要资金、场地、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、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。激光加工有着聚集能量高、灵活性大，精密度好、非接触加工、环境友好等等优点，近年来在电子行业的应用越来越受关注。目前主要有两种技术已经在电路板制造行业进入实用领域：激光直接成像技术，和最近出现的激光直接成型技术。激光直接成像即LDI-LaserDirectImaging技术，加工过程中并不产生材料的物理移除，只是将激光能量作用在材料上，使之感光而发生聚合、分解等反应，材料的物理移除靠由随后的显影工序完成。大致流程是，用激光直接在涂覆感光材料的电路板基材上曝光，形成线路图案的正相或负相潜象，经显影后获得抗电镀或抗蚀刻掩膜，随后直接蚀刻或反镀金属抗蚀剂。这种技术不需要照相制版、贴膜等工序，减少了生产装备，缩短了流程，并提高了加工质量和精度，增加了制造柔性，已经在批量生产中得到了应用。而所谓的激光直接成型即LDS—LaserDirectStructuring，需要的装备和加工步骤较LDI技术更少，操作更简单，产品精度和质量更高，作为未来技术，相比上述激光直接成像技术更进一步，加工时直接光蚀去除材料，甚至去除导电层，不需要显影，甚至不需要后续的蚀刻工序，技术进步格外明显。这种技术的要点是，按照设计要求的图案结构，将聚焦激光投照到材料表面上，使选定的材料升华汽化、或产生其它形态变化，从而被去移除，直接形成抗蚀掩膜图案，然后进行蚀刻加工或其它加工，获得最终的导电结构。若移除的是导电层，则不再需要后续加工步骤，一步就能获得需要的导电结构。用激光直接光蚀，选择性直接去除导电层，一般是通过高性能精密激光设备完成，设备由激光光源、光束处理及传输系统、移动控制系统及工作台、安全及质量监控系统、电源以及辅助气体供应系统、计算机数据处理以及设备驱动软件组成。这样的系统可以直接按照CAD/EDA设计数据的要求，有选择性地去除例如柔性或高聚物导电材料载体，也包括3维导电材料载体，陶瓷导电层载体，或普通覆铜箔层压板上的选定部分的导电层，用保留下的导电层部分作为电路结构，以实现各种电路板导电图案制作。实践中，当化学蚀刻方法不能满足，或不适合时，比如制作样品，比如特殊材料，比如特别形状和尺寸，比如小批量制作，比如对图形精度要求高时，往往期待用这样的激光加工手段，高质量高效率地去除指定区域的导电层，制作导电结构。理论上，只要去除或汽化基板材料所需要的激光能量的最小值，即激光光蚀阈值，明显高于去除或汽化导电材料需要的激光的能量值，就可以调整激光参数，使投照的激光功率大于去除或汽化导电材料所需的功率，并小于去除或汽化基板材料所需的功率，在去除导电材料的同时，不损伤基板材料，从而实现用激光有选择的去除基板材料上的导电层，制作出含预定的导电结构的电路板。然而，在实践中，使用激光选择性去除导电层，需要解决以下两方面的问题，才能满足对电路结构的质量要求，并达到经济上可接受的加工效率。一方面，大多数情况下，去除或汽化基板材料上导电层所需要的激光能量的最小值，小于或接近于去除导电材料所需的激光能量值。为了不损伤或少损伤基板材料，加工时施加的激光功率就不得不调到与去除导电材料所需的阈值尽量接近的范围内，这就不足以彻底将导电材料去除，往往出现部分导电材料仅仅被熔化，而未被去除的现象，熔化后的导电材料的堆积，又需要施加更大的激光能量。而更大的激光能量，难以避免损伤位于导电材料层下面的基板材料，从而，导致加工质量缺陷。另一方面，通常情况下，聚焦后的激光光斑直径小，要去除某一确定面积的导电材料，需要逐点或逐线方式向导电材料表面上投照激光，逐点逐线的去除导电层，直至遍及整个待去除区域，因此会耗费较长时间，导致去除导电层效率低，加工时间长，经济上不可行。本专利技术提供了一种采用激光光束，按照设计要求，有选择性地去除基板材料上选定部分的导电层，特别是金属铜导电层，从而留下预定导电图案，形成电路结构的方法。第一步，沿各个要保留的导电层区域外围的包络线向导电层投照激光，将激光运动路径下面的导电层光蚀去掉，即去除要保留的导电层的包络线外围一定宽度的导电层，从而，在要保留的导电层区域与要去除的导电层区域中间形成绝缘兼绝热沟道；第二步，通过投照激光，光蚀去除激光运动路径下面的导电层，制作出绝热沟道，用绝热沟道把将要去除的导电层区域细分至形状和大小都适合被剥离的小块，相邻区域的导电层小块为颠倒的互补几何形状，以使后续加热时，激光运动的路径短，虽有热量累积但导电层小块各部分受热均匀；第三步，向细分后的导电层小块表面投照激光，并使激光束沿细分后的导电层小块较窄的一端向较宽的一端运动，激光参数调整到投照的功率密度不足以使导电层熔化或汽化，但能使导电层小块因受热而降低其与基板材料的附着力被整体去除，或使导电层小块因受热变形产生与基板材料脱离的应力而被整体去除的程度，通过整体去除导电层小块，最后保留下预定的导电图案，形成设计要求的电路结构。公开号为US5525205的美国专利描述了一种用激光去除指定区域的导电层，特别是铜金属层的方法。按照这种方法，激光参数被调整到恰能去除导电层，同时又不损伤位于导电材料下面的基板材料的程度上，通过沿一定路径向导电层投照激光，光蚀去除掉激光运行路径下的导电层，而形成绝缘沟道，绝缘沟道使将要去除的导电层区域与外部区域电气绝缘，这样，就可仅在外部区域导电层上电镀抗蚀金属，最后，蚀刻掉未被抗蚀金属覆盖的金属铜，并退除抗蚀金属。公开号为DE102004006414B4的德国专利描述了一种用激光去除指定区域的导电层，特别是铜金属层的方法。按照这种方法，激光参数被调整到恰恰能去除掉导电层，同时又不损伤位于导电材料下面的基板材料的程度上，通过沿一定路径向导电层投照激光，光蚀去除掉激光运行路径下的导电层，而形成绝热沟道，把要去除的导电层区域分隔成相互绝缘的小块，再用激光束加热这些小块，降低其与基板材料的附着力，使整个小块与基板材料脱离。公开号为DE102010019406A1的德国专利公开了一种去除指定区域导电层的方法。这种方法的第一个步骤是，把要去除的导电层区域分隔成相互绝缘的小块。分隔时，激光参数被调整到能在去除掉导电层的同时，不损伤位于导电材料下面的基板材料的程度上，通过沿一定路径向导电层投照激光，光蚀去除掉激光运行路径下的导电层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种选择性去除基板材料上导电层的方法，用激光对覆有导电层材料的基板材料进行如下操作：在要保留的导电层周围加工制作绝缘包络沟道，将要去除的导电层细分为若干个绝热小块，向被细分的绝热小块上投射激光使其脱离基板材料被去除，其特征在于：通过调节激光的投射参数、投射路径以及投射环境，去除基板材料上的导电层，形成预定的导电结构，其步骤为：⑴用激光在要保留的导电层周围加工制作包络沟道，此步骤中，应该把激光参数调整到激光切透导电层且触及导电层下的基板材料；⑵将要去除的导电层用激光细分至形状和大小均近似的被剥离的绝热小块，相邻区域的导电层绝热小块为颠倒的四边形、梯形、三角形绝热小块或其他具有互补形状的绝热小块，宽度从一端向另一端逐步变宽，相邻的导电层绝热小块窄端和宽端相互颠倒；⑶用激光在抽吸气流作用下给被细分的导电层加热使其脱离基板材料，并被吸走，加热时，投照的激光沿导电层绝热小块较窄的一端向较宽的一端运动。2.根据权利要求1所述的选择性去除基板材料上导电层的方法，其特征在于：步骤⑴所述的用激光在要保留的导电层周围加工制作包络沟道时，激光光束与要保留的导线的包络线相切，沿包络线外围的路径运动的同时向导电层投照激光，光蚀去除掉激光运行路径下的导电层，形成绝缘沟道，遇到宽度过窄的孤立导线，分两次及以上进行加工。3.根据权利要求1所述的选择性去除基板材料上导电层的方法，其特征在于：步骤⑴所述的用激光在要保留的导电层周围加工制作包络沟道时，使用吸气装置，并向被加工工件周围输送保护、清洁及冷却气体。4.根据权利要求1所述的选择性去除基板材料上导电层的方法，其特征在于：步骤⑴所述的用激光在要保留的导电层周围加工制作包络沟道时，通过在已经加工后闭合的绝缘沟道远离导电结构一侧，使激光光束与新形成的绝缘沟道相切，沿该绝缘沟道包络线外围路径运动的同时向导电层投照激光，光蚀去除掉激光运行路径下的导电层实...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡宏宇，洪少彬，
申请(专利权)人：天津市德中技术发展有限公司，
类型：发明
国别省市：