CN108990261A - 纳米金属基板及制备方法及含该基板的线路板的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纳米金属基板及制备方法及含该基板的线路板的制备方法，基板包括低热膨胀系数聚酰亚胺层、粗化聚酰亚胺层和超薄纳米金属层；超薄纳米金属层包括银金属层、铜金属层和镍金属层；超薄纳米金属层的厚度为90‑800nm，其中，银金属层的厚度为5‑15nm，铜金属层的厚度为90‑150nm，镍金属层的厚度为5‑15nm。本发明采用纳米铜设计，满足基板细线化发展的需求，满足FPC制造厂商的生产需求，降低FPC制造厂商的产品良率，降低加工成本；且纳米金属基板的物理制备方法可改善化学法对金属基板的孔壁咬蚀过甚造成的孔破、凹坑等异常，特别是黑孔方式镀铜易发生碳残留，造成信赖性及尺寸、剥离强度等异常，还具有减少FPC钻孔工艺，缩短制作周期的优点。
Description
技术领域
本发明属于电子基板技术领域，特别是涉及一种纳米金属基板及制备方法及含该基板的线路板的制备方法。
背景技术
IT行业发展日新月异，电子产品快速轻薄短小化，印制电路板也面临着高精度、高密度、细线化的挑战。特别是近年来随着4G、5G、6G……及2K、4K等显示屏幕的快速发展，驱动软性线路板必须越来越小且在能将部分无源组件集成到线路板上，则不仅有利于系统的小型化，提高电路的组装密度，还有利于提高系统的可靠性。鉴于此，亟待开发一种用于薄型高密度线路的材料。
目前市面上为了配合细线化线路加工的需求大部分采用两种方法：一是蚀薄铜法；二是半加成法。
蚀薄铜法即是把原来较厚的铜箔通过蚀刻制程利用药水咬蚀掉一部分铜箔达到薄型化的要求，但在实际的生产操作中我们发现此方法对蚀刻均匀性要求非常高，稍不注意即会造成蚀刻不完全，线路残铜造成短路等现象。
半加成法是目前纳米铜基板厂商的大部分解决办法，分为：一为镀铜法，二为载体铜法。
镀铜法使用步骤是将聚酰亚胺膜进行预钻孔，以电浆处理加超音波化学清洗PI(聚酰亚胺)表面及孔壁表面，达到粗化表面的目的，然后经过触媒的方式采用电镀法使PI表面及孔壁镀上一层触媒层：如铬、钯、镍、碳等或其合金层，然后通过化学电镀铜的方式增加铜基板的厚度。但此种工艺容易发生通孔在化学粗化时咬蚀过甚造成的孔破、凹坑等异常，特别是黑孔方式镀铜易发生碳残留，造成信赖性及尺寸、剥离强度等异常。为了满足结合力的需求在完成第一层触媒层后需要藉由热处理来改善常规金属层与聚酰亚胺层之间的接着力问题，但这给基板的尺寸安定性带来了很大的困扰。
而载体铜法，虽然载体层保护铜箔不折伤、垫伤，但是在剥离载体层时易造成加工困难及剥离时的应力残留而容易造成铜箔的变形、尺寸涨缩的变大；另超薄铜箔加工不易，会增加加工成本。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种纳米金属基板及制备方法及含该基板的线路板的制备方法，采用纳米铜设计，满足基板细线化发展的需求，满足FPC制造厂商的生产需求，降低FPC制造厂商的产品良率，降低加工成本；且纳米金属基板的物理制备方法可改善化学法对金属基板的孔壁咬蚀过甚造成的孔破、凹坑等异常，特别是黑孔方式镀铜易发生碳残留，造成信赖性及尺寸、剥离强度等异常，还具有减少FPC钻孔工艺，缩短制作周期的优点。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种纳米金属基板，所述纳米金属基板包括低热膨胀系数聚酰亚胺层、形成于所述低热膨胀系数聚酰亚胺层两面的粗化聚酰亚胺层和形成于所述粗化聚酰亚胺层另一面的超薄纳米金属层，所述粗化聚酰亚胺层介于所述低热膨胀系数聚酰亚胺层和所述超薄纳米金属层之间；
所述超薄纳米金属层包括银金属层、形成于所述银金属层任一面的铜金属层和形成于所述铜金属层另一面的镍金属层，所述银金属层介于所述粗化聚酰亚胺层和所述铜金属层之间，所述铜金属层介于所述银金属层和所述镍金属层之间；
所述低热膨胀系数聚酰亚胺层的厚度为12.5-100um；
所述粗化聚酰亚胺层的厚度为2-5um；
所述超薄纳米金属层的厚度为90-800nm，优选的是，所述超薄纳米金属层的厚度为100-200nm，其中，所述银金属层的厚度为5-15nm，所述铜金属层的厚度为90-150nm，所述镍金属层的厚度为5-15nm。
进一步地说，所述低热膨胀系数聚酰亚胺层的热膨胀系数为4-19ppm/℃。
进一步地说，所述粗化聚酰亚胺层是与超薄纳米金属层接触的面为粗糙面且表面粗糙度介于50-800nm之间的聚酰亚胺层。
进一步地说，所述超薄纳米金属层是溅镀层或电镀层。
进一步地说，所述低热膨胀系数聚酰亚胺层的热膨胀系数为4-11ppm/℃。
进一步地说，所述低热膨胀系数聚酰亚胺层的厚度为12.5-50um。
进一步地说，所述粗化聚酰亚胺层是与超薄纳米金属层接触的面为粗糙面且表面粗糙度介于80-800nm之间的聚酰亚胺层。
进一步地说，构成所述粗化聚酰亚胺层的所述粗糙面的结构是：所述粗化聚酰亚胺层上且与所述超薄纳米金属层接触的表面形成有粉体粗化层，所述粉体粗化层是由无机物粉体构成的材料层或阻燃性化合物粉体构成的材料层。
本发明采用的又一技术方案是：提供一种纳米金属基板的制备方法，所述制备方法为下述方法中的至少一种：
方法一：孔壁溅镀金属法
S1、提供一低热膨胀系数聚酰亚胺层，利用UV或机械钻孔在低热膨胀系数聚酰亚胺层表面形成FPC制造所需要的孔；
S2、在低热膨胀系数聚酰亚胺层的两面压合经表面粗化处理的粗化聚酰亚胺层；
S3、以溅镀或电镀的方式在两层粗化聚酰亚胺层的表面及孔壁分别依次形成银金属层、铜金属层和镍金属层；
方法二：金属填孔法
S1、提供一低热膨胀系数聚酰亚胺层，利用UV或机械钻孔在低热膨胀系数聚酰亚胺层表面形成FPC制造所需要的孔；
S2、在低热膨胀系数聚酰亚胺层的两面压合经表面粗化处理的粗化聚酰亚胺层；
S3、将含有特殊配方的高固体颗粒含量的导电浆料(可以是铜、银、镍、碳或其他金属的混合浆料)经过网版的漏印渗入预制好的孔中，利用毛细吸风作用，使孔径内注满柱体或铆钉式结构的导电浆料，形成互连导通孔，然后烘烤使其固化；
S4、以溅镀或电镀的方式在两层粗化聚酰亚胺层的表面分别依次形成银金属层、铜金属层和镍金属层。
本发明采用的另一技术方案是：提供一种含该基板的线路板的制备方法，包括以下步骤：
S1、在纳米金属基板的其中一面的超薄纳米金属层设一抗镀光阻层；
S2、依据线路板配置图样对上述抗镀光阻层进行曝光及显影，局部曝露超薄纳米金属层以及剩余的抗镀光阻层；
S3、使用蚀刻法去除被曝露的超薄纳米金属层和抗镀光阻层；
S4、使用电镀法对线路板的表面进行镀铜至所需厚度。
本发明的有益效果至少具有以下几点：
一、本发明采用低热膨胀系数聚酰亚胺层和粗化聚酰亚胺层构成的多层叠构，且低热膨胀系数聚酰亚胺层的热膨胀系数为4-11ppm/℃，可以降低纳米金属基板的CTE(热膨胀系数)值，使得纳米金属基板的尺寸涨缩更小，具有极佳的尺寸安定性，适用于超细线路的应用；
二、常规的聚酰亚胺层的表面粗糙度介于10-20nm，会导致其与金属层的接着力不佳，本发明的粗化聚酰亚胺层采用的是表面粗糙度介于80-800nm之间的PI膜，该PI膜为一种经过粗化处理的PI树脂，可以增加与金属层的接着力，并且其表面粗化处理经过表面电晕、电浆处理或表面的粉体粗化层含有无机物粉体或阻燃性化合物，可以提升表面能，增加粗化聚酰亚胺层与超薄纳米金属层之间的接着力，无机物粉体或阻燃性化合物还能提升其表面的硬度和阻燃性；
三、粗化聚酰亚胺层与超薄纳米金属层接触的表面添加的粉体不仅能粗化聚酰亚胺层表面，还能增加聚酰亚胺层的表面硬度及其阻燃性；
四、本发明的超薄纳米金属层包括银金属层、铜金属层和镍金属层，最外层的镍金属层可以保护中间的铜金属层不被氧化；
五、本发明使用孔壁溅镀金属法或金属填孔法制备纳米金属基板，能够克服化学法对金属基板的孔壁咬蚀过甚造成的孔破、凹坑等异常，特别是黑孔方式镀铜易发生碳残留，造成信赖性及尺寸、剥离强度等异常；
六、本发明制备纳米金属基板采用的金属填孔法，其加工方法简单，易掌握，节省了普通电镀制版时所需大量水、电、热等能源，无三废污染；
七、本发明的超薄纳米金属层的厚度为100-200nm，线宽/线距可至15/15um，甚至10/10um或更细线路要求，纳米铜的设计满足FPC(柔性印刷电路板)或COF(覆晶薄膜封装)基板的细线化要求，满足FPC制造厂商的生产需求，降低FPC制造厂商的产品良率，降低加工成本。
附图说明
图1是本发明纳米金属基板的结构示意图；
图2是本发明纳米金属基板的制备工艺流程图；
图3是本发明线路板的制备工艺流程图；
附图中各部分标记如下：
100-低热膨胀系数聚酰亚胺层；
200-粗化聚酰亚胺层；
300-超薄纳米金属层；
301-银金属层、302-铜金属层和303-镍金属层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例：一种纳米金属基板，如图1所示，包括低热膨胀系数聚酰亚胺层100、形成于所述低热膨胀系数聚酰亚胺层100两面的粗化聚酰亚胺层200和形成于所述粗化聚酰亚胺层200另一面的超薄纳米金属层300，所述粗化聚酰亚胺层200介于所述低热膨胀系数聚酰亚胺层100和所述超薄纳米金属层300之间；
所述超薄纳米金属层300包括银金属层301、形成于所述银金属层301任一面的铜金属层302和形成于所述铜金属层302另一面的镍金属层303，所述银金属层301介于所述粗化聚酰亚胺层200和所述铜金属层302之间，所述铜金属层302介于所述银金属层301和所述镍金属层303之间；
所述低热膨胀系数聚酰亚胺层100的厚度为12.5-100um；
所述粗化聚酰亚胺层200的厚度为2-5um；
所述超薄纳米金属层300的厚度为90-800nm，优选的是，所述超薄纳米金属层300的厚度为100-200nm，其中，所述银金属层301的厚度为5-15nm，所述铜金属层302的厚度为90-150nm，所述镍金属层303的厚度为5-15nm。
所述低热膨胀系数聚酰亚胺层100的热膨胀系数为4-19ppm/℃。
所述粗化聚酰亚胺层200是与超薄纳米金属层接触的面为粗糙面且表面粗糙度介于50-800nm之间的聚酰亚胺层。
低热膨胀系数聚酰亚胺层和粗化聚酰亚胺层采用的颜色皆为黑色、黄色、白色或透明色，但不限于此。
所述超薄纳米金属层300是溅镀层或电镀层。
所述低热膨胀系数聚酰亚胺层100的热膨胀系数为4-11ppm/℃。
所述低热膨胀系数聚酰亚胺层100的厚度为12.5-50um。
所述粗化聚酰亚胺层200是与超薄纳米金属层接触的面为粗糙面且表面粗糙度介于80-800nm之间的聚酰亚胺层。
构成所述粗化聚酰亚胺层200的所述粗糙面的结构是：所述粗化聚酰亚胺层200上且与所述超薄纳米金属层300接触的表面形成有粉体粗化层，所述粉体粗化层是由无机物粉体构成的材料层或阻燃性化合物粉体构成的材料层。
构成所述粗化聚酰亚胺层200的所述粗糙面的结构可以是经过表面电晕或电浆处理，也可以是所述粗化聚酰亚胺层200上且与超薄纳米金属层接触的表面可以形成有粉体粗化层，所述粉体粗化层是由含有二氧化硅、二氧化钛、氧化铝、氢氧化铝和碳酸钙中的至少一种的无机物粉体构成的材料层或含有卤素、磷系、氮和硼系中的至少一种阻燃性化合物粉体构成的材料层。
一种纳米金属基板的制备方法(如图2所示)，所述制备方法为下述方法中的至少一种：
方法一：孔壁溅镀金属法
S1、提供一低热膨胀系数聚酰亚胺层，利用UV或机械钻孔在低热膨胀系数聚酰亚胺层表面形成FPC制造所需要的孔；
S2、在低热膨胀系数聚酰亚胺层的两面压合经表面粗化处理的粗化聚酰亚胺层，通过电浆处理粗化孔壁及清除孔壁残留的胶渣；
S3、以溅镀或电镀的方式在两层粗化聚酰亚胺层的表面及孔壁分别依次形成银金属层、铜金属层和镍金属层；
方法二：金属填孔法
S1、提供一低热膨胀系数聚酰亚胺层，利用UV或机械钻孔在低热膨胀系数聚酰亚胺层表面形成FPC制造所需要的孔；
S2、在低热膨胀系数聚酰亚胺层的两面压合经表面粗化处理的粗化聚酰亚胺层，通过电浆处理粗化孔壁及清除孔壁残留的胶渣；
S3、将含有特殊配方的高固体颗粒含量的导电浆料(可以是铜、银、镍、碳或其他金属的混合浆料)经过网版的漏印渗入预制好的孔中，利用毛细吸风作用，使孔径内注满柱体或铆钉式结构的导电浆料，形成互连导通孔，然后烘烤使其固化；
S4、以溅镀或电镀的方式在两层粗化聚酰亚胺层的表面分别依次形成银金属层、铜金属层和镍金属层。
一种含该基板的线路板的制备方法(如图3所示)，包括以下步骤：
S1、在纳米金属基板的其中一面的超薄纳米金属层设一抗镀光阻层；
S2、依据线路板配置图样对上述抗镀光阻层进行曝光及显影，局部曝露超薄纳米金属层以及剩余的抗镀光阻层；
S3、使用蚀刻法去除被曝露的超薄纳米金属层和抗镀光阻层；
S4、使用电镀法对线路板的表面进行镀铜至所需厚度。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种纳米金属基板，其特征在于：所述基板包括低热膨胀系数聚酰亚胺层、形成于所述低热膨胀系数聚酰亚胺层两面的粗化聚酰亚胺层和形成于所述粗化聚酰亚胺层另一面的超薄纳米金属层，所述粗化聚酰亚胺层介于所述低热膨胀系数聚酰亚胺层和所述超薄纳米金属层之间；
所述超薄纳米金属层包括银金属层、形成于所述银金属层任一面的铜金属层和形成于所述铜金属层另一面的镍金属层，所述银金属层介于所述粗化聚酰亚胺层和所述铜金属层之间，所述铜金属层介于所述银金属层和所述镍金属层之间；
所述低热膨胀系数聚酰亚胺层的厚度为12.5-100um；
所述粗化聚酰亚胺层的厚度为2-5um；
所述超薄纳米金属层的厚度为90-800nm，其中，所述银金属层的厚度为5-15nm，所述铜金属层的厚度为90-150nm，所述镍金属层的厚度为5-15nm。
2.根据权利要求1所述的纳米金属基板，其特征在于：所述低热膨胀系数聚酰亚胺层的热膨胀系数为4-19ppm/℃。
3.根据权利要求1所述的纳米金属基板，其特征在于：所述粗化聚酰亚胺层是与超薄纳米金属层接触的面为粗糙面且表面粗糙度介于50-800nm之间的聚酰亚胺层。
4.根据权利要求1所述的纳米金属基板，其特征在于：所述超薄纳米金属层是溅镀层或电镀层。
5.根据权利要求1所述的纳米金属基板，其特征在于：所述低热膨胀系数聚酰亚胺层的热膨胀系数为4-11ppm/℃。
6.根据权利要求1所述的纳米金属基板，其特征在于：所述低热膨胀系数聚酰亚胺层的厚度为12.5-50um。
7.根据权利要求1所述的纳米金属基板，其特征在于：所述粗化聚酰亚胺层是与超薄纳米金属层接触的面为粗糙面且表面粗糙度介于80-800nm之间的聚酰亚胺层。
8.根据权利要求3所述的纳米金属基板，其特征在于：构成所述粗化聚酰亚胺层的所述粗糙面的结构是：所述粗化聚酰亚胺层上且与所述超薄纳米金属层接触的表面形成有粉体粗化层，所述粉体粗化层是由无机物粉体构成的材料层或阻燃性化合物粉体构成的材料层。
9.根据权利要求1所述的纳米金属基板的制备方法，其特征在于：所述制备方法为下述方法中的至少一种：
方法一：孔壁溅镀金属法
S1、提供一低热膨胀系数聚酰亚胺层，利用UV或机械钻孔在低热膨胀系数聚酰亚胺层表面形成FPC制造所需要的孔；
S2、在低热膨胀系数聚酰亚胺层的两面压合经表面粗化处理的粗化聚酰亚胺层；
S3、以溅镀或电镀的方式在两层粗化聚酰亚胺层的表面及孔壁分别依次形成银金属层、铜金属层和镍金属层；
方法二：金属填孔法
S1、提供一低热膨胀系数聚酰亚胺层，利用UV或机械钻孔在低热膨胀系数聚酰亚胺层表面形成FPC制造所需要的孔；
S2、在低热膨胀系数聚酰亚胺层的两面压合经表面粗化处理的粗化聚酰亚胺层；
S3、将含有特殊配方的高固体颗粒含量的导电浆料(可以是铜、银、镍、碳或其他金属的混合浆料)经过网版的漏印渗入预制好的孔中，利用毛细吸风作用，使孔径内注满柱体或铆钉式结构的导电浆料，形成互连导通孔，然后烘烤使其固化；
S4、以溅镀或电镀的方式在两层粗化聚酰亚胺层的表面分别依次形成银金属层、铜金属层和镍金属层。
10.一种含权利要求1所述的基板的线路板的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、在纳米金属基板的其中一面的超薄纳米金属层设一抗镀光阻层；
S2、依据线路板配置图样对上述抗镀光阻层进行曝光及显影，局部曝露超薄纳米金属层以及剩余的抗镀光阻层；
S3、使用蚀刻法去除被曝露的超薄纳米金属层和抗镀光阻层；
S4、使用电镀法对线路板的表面进行镀铜至所需厚度。
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