用激光在掩膜上开口经化学镀制造导电图案的方法、软件及设备技术

本发明专利技术公开了一种用激光在掩膜上开口经化学镀制造导电图案的方法、软件及设备，其方法的特征在于：把掩蔽膜覆合在工件表面上，用激光去除掩蔽膜材料得到开口，化学镀处理工件至解胶，去除掩蔽膜，进行后续的化学镀流程。软件的特征在于：是一种用于数据处理的CAM软件，可以设计或选择膜的品种和厚度；可以设计或选择激光对材料的加工路径。设备的特征在于：采用动态偏转、反射激光束的光路设计；采用边加工边吸气集尘的负压加工设计。本发明专利技术在工件上覆合掩蔽膜，直接用激光制造开口，形成化学镀掩蔽膜图案，实现图形化的化学镀覆金属生产；开口精度、质量高；制造的流程简单；适用于高精密电路、各种需要功能图案的零部件生产。各种需要功能图案的零部件生产。

【技术实现步骤摘要】
用激光在掩膜上开口经化学镀制造导电图案的方法、软件及设备


[0001]本专利技术及激光加工
，具体为用激光在掩膜上开口经化学镀制造导电图案的方法、软件及设备。

技术介绍

[0002]当今世界，电子产品无所不在。电子产品最重要的部件之一就是电路板，它是各个元器件的间的电气连接通道，在很大程度上，决定着电子产品的电气参数和电气逻辑关系。
[0003]目前，生产电路板的过程围绕制导电图案、制金属化孔、制阻焊图案及对焊接区进行表面处理，大都采用间接的湿法完成。即先往孔壁上沉积初始导电层，再电镀用铜金属加厚孔壁导电层至需要的厚度，从而，使覆合在绝缘材料两面的铜箔，通过加在孔壁上的铜金属，即金属化孔实现电气连通。孔金属化后的在制电路板，进入图形转移工序，经过贴光敏膜、曝光、显影完成图形转移，将线路区需要保留的铜箔区域和孔用掩蔽膜遮挡，将非线路区域需要去除的铜箔裸露出来。在蚀刻工序，喷射到在制板表面上的蚀刻液与裸露的铜箔发生反应，使金属铜溶解在蚀刻液中被从在制板表面去除，而线路区和孔壁上的铜由于被掩蔽，留在了绝缘板表面，制得双面电路板。
[0004]上述过程的一个特点是要使用化学镀、电镀、显影、蚀刻、去膜等专用的化学药液，环境负担大；另外一个特点是要先在绝缘材料上覆合铜箔，经过图形转移、蚀刻等等复杂的制造过程将不需要的铜箔去除，是个减材的过程，也是个间接制造过程，流程长、精度差、材料和制造成本高。
[0005]电路板技术的一个分支，是在三维绝缘工件上制作导电图形。其中，3D
‑
MID，即三维模塑互连器件(Three Dimensional Molded Interconnect Device)，是在注塑成型的工件的绝缘表面上，制造导电图案，形成集塑料壳体的支撑、防护等功能以及由机械实体与导电图形结合而产生的屏蔽、天线等功能于一体的电子器件。因为3D
‑
MID既有机械功能，又有电气功能，也被称为三维机电集成器件(Three Dimensional Mechatronic Integrated Device)。
[0006]最近几年，增材制造技术的广泛应用，为已有的3D
‑
MID技术开辟了新的应用机会，在增材法技术制造(Additive Manufacturing)得到机械结构件的绝缘表面上，进行3D
‑
MID加工，就可以得到具有机械功能的各种三维机电集成器件，能将智能、通信和感知、控制功能集成在机械系统中，起到增加性能、改善装配空间和降低成本的作用。
[0007]3D
‑
MID的制造，有减成法、加成法和半加成法等多种技术。技术的本质，是按照布局、布线图案，在绝缘材料上选择性制造导电材料层，用不同形状和性能的绝缘基材与不同图案结构的导电层相配合，去实现设计要求的电气、机械等功能。不论哪种方法，对产品的基本要求都包括：导电层电气性能良好，并且与绝缘基材有足够的附着力；导电图案的几何形状准确，与绝缘基材的相对位置准确。
[0008]塑料化学镀技术，与上游的塑料材料、药液、设备，以及塑料化学镀技术在不同领
域的分支，包括在电子行业的应用，已经形成制造产业链，是现代工业中不可或缺的一种基础技术。塑料化学镀技术与电镀技术结合，可以满足3D
‑
MID对导电层的附着力、电气性能要求。激光，一种高能量光子流，在数字化系统控制下，定位准，尺寸精细，一致性好，选择性好，可以满足3D
‑
MID对导电图案尺寸、位置精度要求。目前，用激光加工在绝缘基材上选择被添加导电图案区域，用塑料化学镀，或塑料化学镀后再电镀在被选择的区域上沉积导电金属的“塑料化学镀+激光方法”得到了广泛应用。
[0009]德国专利技术人Gerhard Naundorf和Horst Wissbrock，在专利DE 197 23 734和DE 197 31 346 及各自对应的专利US6,319,564和US6,696,173中，介绍了当时用激光产生化学镀所需种子的方法，并公开了将不导电的，含重金属钯/Pd/palladium的有机金属螯合物，涂覆于多孔绝缘材料表面，再用波长为248nm的准分子激光破坏有机物质与金属物质间的配合作用，露出金属钯，作为后续化学镀时沉积金属物质的种子，实现在绝缘材料上选择性制造导电图案的技术方案。这两位专利技术人，在专利DE 101 32 092和US7,060,421B2中还公开了在热固性塑料中掺入不导电的，含铜元素和另一种阳离子的尖晶石类金属氧化物，再用激光光蚀塑料释放出金属核并形成粗糙的表面，作为后续化学镀时成核种子和金属物质附着的起始区的制电路结构方案，以便消除之前技术存在的成核物质比例大，不耐无铅焊接高温，不容易进行注塑等问题。针对这两位德国专利技术人专利的局限，中国专利技术人林云等，在申请公布号为 CN103589065A的《含二茂金属酰腙型配合物的复合材料及制备方法》专利中，以及中国专利持有人深圳市微航磁电技术有限公司，在申请公布号CN 101859613 A的《立体电路制造工艺及激光塑胶原料的复合组份、制造方法》的专利中，都提出了新方案，采用了替代性物质或改进性物质作为添加剂，掺入塑料中，以在激光加工后，释放出后续化学镀沉积金属用的种子。与向绝缘塑料本体均匀掺加活性物质不同，专利申请人深圳市泛友科技有限公司，在申请公布号CN102242354 A的《选择性化学镀工艺和相应的激光涂料及其制备方法》专利中，公布了一种制造3D
‑
MID方法。该方法中，将含有活性金属氧化物添加剂的涂料，涂覆在塑料物体表面，用以在激光加工后，释放出能在化学镀沉积金属起种子作用的物质。
[0010]基于金属氧化物可以释放出金属的思路，在专利DE102006017630.8中，专利技术人GerhardNaundorf还公开了用激光加工含氮化铝材料，释放出铝物质，作为后续化学镀时的起始活性物质的技术方案。为了解决掺入的含铜、铬金属氧化物导致塑料热降解问题，专利 US9,676,927B2公布了用无机硅酸盐作为金属氧化物的包覆壳，形成核
‑
壳结构，掺入塑料中，然后再用激光加工的方案。申请公布号CN 103088321 A的专利《塑料基材上选择性形成金属的结构及制造方法》申请中，持有人深圳市微航磁电技术有限公司提出了另外一种核壳添加剂方案。方案中，用偶联剂包覆含镍和锌的无机盐、氧化锡铟材料后，形成核壳结构的添加剂，掺入塑料中，在激光加工后，可以释放出活性基团，作为化学镀沉积金属的种子。
[0011]在塑料内预先掺入某种活性物质技术不断发展的同时，也出现了塑料内部不掺加活性物质制电路结构的技术。专利CN106211611A《在非导电性基板表面建立连续导电线路的方法及导电线路》、CN105744749A《于基材绝缘表面形成导电线路的方法》、CN103477725A《在非导电性基板表面建立连续导电线路的无害技术》公开了在绝缘材料上加成法制导电结构的技术方案，这些方法基于通用的塑料化学镀和电镀技术，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用激光在掩膜上开口经化学镀制造导电图案的方法，其特征在于：将掩蔽膜覆合在工件表面上，用激光去除掩蔽膜材料得到开口，化学镀处理工件至解胶，去除掩蔽膜，进行后续的化学镀流程；其具体步骤为：(A1)覆合掩蔽膜，即将膜材料压合或将液体掩蔽材料涂覆在工件表面上；(A2)钻孔，用机械方法或激光加工钻覆有掩蔽膜的工件，形成通透的孔或盲孔；(A3)直接激光开口，即用在CAM软件中生成的开口加工路径驱动设备，通过激光切割、去除的手段，制造开口；(A4)活化，按化学镀流程处理工件至完成解胶；(A5)去掩蔽膜，揭掉或溶掉工件表面的掩蔽膜；(A6)化学镀，进行后续的化学镀流程。2.根据权利要求1所述的用激光在掩膜上开口经化学镀制造导电图案的方法，其特征在于：所述步骤(A1)中，掩蔽膜包括金属箔、高分子薄膜等已经成膜的材料，以及液态、膏状的可成膜材料；工件为无机绝缘材料、有机绝缘材料、有机和无机复合绝缘材料膜、板，以及三维形状体，包括热塑成型和3D打印成型的形状体。3.根据权利要求1所述的用激光在掩膜上开口经化学镀制造导电图案的方法，其特征在于：所述步骤(A1)中，已经成膜的箔、膜材料分工作面和粘接面，工作面表面光滑，粘接面涂覆有可剥离胶粘剂，包括压敏胶粘剂；箔、膜材料贴合在另一种离型膜材料表面；在进行步骤(A1)前，先将作为掩蔽膜的箔、膜材料与离型材料分离开；在进行步骤(A1)中，用箔、膜材料的粘接面与工件贴合，完成覆合。4.根据权利要求1所述的用激光在掩膜上开口经化学镀制造导电图案的方法，其特征在于：所述步骤(A1)中，液态、膏状可成膜材料包括墨、漆等涂料，采用疏水性的涂料；包括直接用喷涂、刷涂方法在工件表面涂覆涂料，包括涂覆后进行光、热等干燥和固化过程。5.根据权利要求1所述的用激光在掩膜上开口经化学镀制造导电图案的方法，其特征在于：所述步骤(A2)中，包括不进行步骤(A2)，完成步骤(A1)后，直接进行步骤(A3)。6.根据权利要求1所述的用激光在掩膜上开口经化学镀制造导电图案的方法，其特征在于：所述步骤(A3)中，包括用激光束只沿开口的轮廓线切割透箔、膜材料直至工件表面，再成块剥离去掉开口内的孤立的箔、膜材料，形成以工件材料表面为底面的开口；包括用激光束沿开口的轮廓线、开口内分小块用的切割线切割透箔、膜材料直至工件表面，再成小块剥离去掉开口内的孤立的箔、膜材料块，形成以工件材料表面为底面的开口；包括用激光束逐线，逐层汽化去除开口区域内所有的箔、膜材料，直至工件表面，形成以工件材料表面为底面的开口；包括用激光束逐线，逐层汽化去除开口区域内所有的箔、膜材料，并在开口区域用激光束逐线，逐层汽化去除工件材料，形成包括嵌入工件材料一定深度的凹槽的...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡宏宇，王恒亮，
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：