CN113163622B - 一种超薄软硬结合板的热塑聚酰亚胺减法工艺 - Google Patents

一种超薄软硬结合板的热塑聚酰亚胺减法工艺 Download PDF

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Abstract

一种超薄软硬结合板的热塑聚酰亚胺减法工艺，步骤：选用硬质金属板作为基板，在硬板区域做开孔；树脂塞孔，研磨；两面压合第一、第二TPI层和铜箔；对步骤3)压合完的铜箔进行减铜，钻孔；做沉铜和整版镀铜；曝光显影；蚀刻去除非线路区域干膜未覆盖的铜，脱膜；背面压合第三TPI层和铜箔；对步骤9)压合完的铜箔进行减铜，钻孔；做沉铜与整版镀铜；曝光显影；蚀刻去除非线路区域干膜未覆盖的铜；脱膜；激光TPI；曝光显影；蚀刻金属板；脱膜；阻焊。本发明工艺简单合理，易加工，制备的软硬结合板具有厚度更薄、强度高、不易变形的特点，同时生产效率高，成本也较低。

Description

一种超薄软硬结合板的热塑聚酰亚胺减法工艺
技术领域
本发明涉及线路板生产技术领域，尤其涉及一种超薄软硬结合板的TPI减法工艺。
背景技术
随着技术的不断进步，对电子产品的功能要求越来越高，同时外观上也非常注重短、小、轻、薄，为此多层集成功能的线路板越来越多的被采用，尤其是软硬结合板在近几年得到迅猛的发展。在软硬结合板的制备过程中，还存在很多问题，不但生产难度大、工艺复杂，成本高，还存在结合力不良、变形分层等缺陷，产品合格率及性能始终没有大的突破，尤其是超薄软硬结合板的制备，存在的问题更多，集中在以下几方面：
一、需要使用环氧树脂和玻璃纤维组合而成的半固化片，作为硬板支撑层，如果要提升产品强度，必须要增加PP厚度，这样Z方向的尺寸就会变大，产品变厚；
二、常规的覆盖膜是由环氧树脂胶和聚酰亚胺组合而成，通过环氧树脂胶和产品粘合，因覆盖膜需要满足绕曲要求，所以胶层的模量、抗张强度、Tg点都比较低，所以在相同厚度的情况下，软板区域的整体强度也受到限制；
三、常规软硬结合板的硬板层，有覆盖膜的环氧树脂胶、聚酰亚胺(PI)、玻璃纤维半固化片的环氧树脂以及二氧化硅填料、阻焊油墨等，材料种类太多，热膨胀系数难以匹配，经过回流焊后变形难以控制；
四、传统的钢片/铜片等金属补强，是通过导电胶粘合，使产品和金属补强粘结并导通，导电胶是一种树脂和导电粒子的混合物，在常温中容易吸湿，导电粒子被氧化影响导电性；且过回流焊高温制程后，树脂容易膨胀影响导电性，严重的会导致爆板不良；
五：打线键合工艺中，劈刀下压时产品的支撑强度是打线品质的重要影响因素之一，产品支撑力好，打线良率高，传统的软硬结合板结构中有覆盖膜的树脂层，强度低，会影响打线效果。
因此需要设计出一种新的超薄板的制备工艺，来满足生产的需要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种工艺简单合理、易加工的超薄软硬结合板的热塑聚酰亚胺减法工艺，制备的软硬结合板具有厚度薄、不易变形、布线集成度高的特点。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种超薄软硬结合板的热塑聚酰亚胺减法工艺，其特征在于包括以下步骤：
1)选用硬质金属板作为基板，并在金属基板的硬板区域采用蚀刻、机械钻孔或者激光钻孔得到开孔；
2)对金属基板的硬板区域开孔处进行树脂塞孔、研磨；
3)在金属板的两面压合第一、第二TPI层和铜箔；
4)对步骤3)压合完的铜箔进行减铜，钻孔；
5)做沉铜和整版镀铜；
6)曝光显影：在两面压上感光干膜，两面曝光线路，实现图形转移；经显影后，去除非线路区域干膜；
7)减法工艺：蚀刻去除非线路区域干膜未覆盖的铜；
8)去除干膜，在第一、第二TPI层上形成两面线路；
9)在电镀后线路板背面压合第三TPI层和铜箔；
10)对步骤9)压合完的铜箔进行减铜，钻孔；
11)做沉铜与整版镀铜，另一面贴抗电镀胶带作业；
12)曝光显影：一面压上感光干膜，另一面贴抗电镀胶带，单面曝光线路，实现图形转移；经显影后，去除非线路区域干膜；
13)减法工艺：蚀刻去除非线路区域干膜未覆盖的铜；
14)去除干膜，在第三TPI层上形成单面线路；
15)激光工艺：去除金属基板上中间非硬板区域和尾部硬板区域的第一TPI层；
16)曝光显影：在两面压上感光干膜，单面曝光，实现图形转移；经显影后，去除金属基板非硬板区域干膜；
17)减法工艺：蚀刻去除金属基板非硬板区域上的硬质金属板；
18)去除干膜，形成超薄软硬结合板结构；
19)丝印阻焊：印刷油墨，获得阻焊丝印层，即得到产品超薄软硬结合板。
作为优选，所述步骤1)硬质金属板为钢板、铜板、镍板或者其他硬质金属板，其最佳厚度为90-110um。
作为改进，所述步骤1)开孔采用蚀刻、机械钻孔或者激光钻孔得到。
作为改进，所述步骤2)硬板区域指的是头部与尾部，此款产品以头部开孔为示例说明；研磨是将开孔孔口处树脂凸起部分进行研磨，直至树脂高度与硬质金属板平齐。
作为改进，所述步骤3)第一、第二TPI层和铜箔的压合采用真空压合或普通快压，第一、第二TPI层采用热塑聚酰亚胺材料做成，最佳厚度为18-22um。
作为改进，所述步骤4)、步骤10)减铜是指对面铜减薄，形成1-3um厚度的铜质材料层；钻孔是采用激光钻孔。
作为优选，所述步骤5)做沉铜和整版镀铜，沉铜和整版镀铜的最佳厚度为10-20um。
作为改进，所述步骤6)曝光线路为菲林曝光或者是LDI机曝光，实现图形转移。
作为改进，所述步骤7)、步骤13)减法工艺：蚀刻去除非线路区域干膜未覆盖的铜。
作为改进，所述步骤9)第三TPI层和铜箔的压合采用真空压合或普通快压，第三TPI层采用热塑聚酰亚胺材料做成，最佳厚度为18-22um。
作为优选，所述步骤11)做沉铜与整版镀铜，另一面贴抗电镀胶带作业，沉铜与整版镀铜的最佳厚度为10-20um。
作为改进，所述步骤12)曝光线路为菲林曝光或者是LDI机曝光，实现图形转移；另一面贴抗电镀胶带是防止蚀刻液咬蚀线路，起保护作用。
作为改进，所述步骤15)激光工艺：去除金属基板上中间非硬板区域和尾部硬板区域的第一TPI层。
作为改进，所述步骤16)单面曝光为菲林曝光或者是LDI机曝光，实现图形转移。
作为改进，所述步骤17)减法工艺：蚀刻去除金属基板非硬板区域上的硬质金属板。
作为优选，所述步骤19)印刷油墨的最佳厚度为15-30um。
本文所述的产品为三层板叠构，如要进行多层制备，可重复上述9)10)11)12)步骤，即可制得。
与现有技术相比，本发明的优点在于：采用钢板、铜板或者镍板作为基板，不但能增加芯片贴装时的支撑力，还能减小芯片的变形量；钢板、铜板或者镍板嵌入到线路板内，可以满足接地、散热、支撑的要求，而且以金属作为硬板制程层，其强度大大提升；钢板、铜板或者镍板和线路直接通过铜导体连接，接地导通阻值可以做到1Ω以下，且不会因为过回流焊的高温而变化；绝缘材料采用纯PI，不但易加工，材料单一，CTE匹配度更高；使用TPI材料，基于传统的蚀刻减法工艺，工艺成熟；TPI上直接压合一层铜，然后对这个铜减薄，形成1-3μm厚度的铜质材料层，与常规的沉铜种子铜比较，直接热压的铜质材料层结合力更好，表面光滑，且能达到电镀薄铜的目的。本发明工艺简单，易加工，制备的软硬结合板具有厚度更薄、强度高、不易变形的特点，同时生产效率高，成本也较低。
附图说明
图1.1～1.2是本发明实施例提供的TPI减法工艺的流程图，其图中(1)为钢板投入，图中(2)为做开孔，图中(3)为树脂塞孔，图中(4)为研磨，图中(5)为压合第一、第二TPI层和铜箔，图中(6)为减铜、钻孔，图中(7)为做沉铜和整版镀铜；图中(8)为曝光显影，图中(9)为蚀刻，图中(10)为脱膜，图中(11)为单面压合第三TPI层和铜箔，图中(12)为减铜、钻孔，图中(13)为做沉铜和整版镀铜；图中(14)为曝光显影，图中(15)为蚀刻，图中(16)为脱膜，图中(17)激光TPI，图中(18)曝光显影，图中(19)蚀刻，图中(20)脱膜，图中(21)阻焊。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1.1～1.2所示，一种超薄软硬结合板的热塑聚酰亚胺减法工艺，本实施例的超薄软硬结合板的结构分为三部分，分别是头部硬板部分A、软板连接带区域B和尾部硬板区域C，常规板材头部硬板部分A厚度要求是0.3-0.4mm、尾部硬板区域C厚度要求是0.3-0.45mm、软板连接带区域B厚度要求是0.08-0.12mm；此款超薄软硬结合版头部硬板部分A厚度要求是0.2-0.3mm、尾部硬板区域C厚度要求是0.15-0.2mm、软板连接带区域B厚度要求是0.04-0.08mm，具体制备过程包括以下步骤：
1)选用硬质金属板作为基板，通常步骤1)中硬质金属板采用钢板、铜板或者镍板，其最佳厚度在90-110um，本实施举例的金属板推荐采用钢板1，钢板1厚度为100um；并在金属基板的硬板区域采用蚀刻、机械钻孔或者激光钻孔得到开孔11，参见图1.1(1)、(2)；
2)对步骤1)的开孔11进行树脂12塞孔，研磨；此款产品以头部开孔为示例说明，在开孔11中填充上树脂，树脂12通常是采用环氧树脂材料塞孔，然后将开孔11孔口处树脂凸起部分进行研磨，直至树脂12高度与硬质金属板平齐，参见图1.1(3)、(4)；
3)在钢板1的两面压合第一TPI层2和铜箔3、第二TPI层2.1和铜箔3.1，第一TPI层2和铜箔3、第二TPI层2.1和铜箔3.1的压合采用真空压合或普通快压，第一TPI层2和第二TPI层2.1采用热塑聚酰亚胺材料做成，最佳厚度为18-22um，分别在钢板1的表面和铜箔3、铜箔3.1之间位置，参见图1.1(5)；
4)减铜，钻孔；对步骤3)压合完的铜箔3、铜箔3.1减薄，形成1-3um厚度的铜质材料层；钻孔是采用激光钻孔；在开孔11内加工出直径小于金属板开孔11的孔，从而形成新的导通孔10，并且在钢板1上的第一TPI层2和铜箔3以及第二TPI层2.1和铜箔3.1之间形成盲孔10.1，参见图1.1(6)；
5)做沉铜和整版镀铜，沉铜和镀铜的最佳厚度为10-20um，新的导通孔10通过电镀的方式使其在孔壁上填上一层铜质材料层4，与面铜的铜箔3、铜箔3.1连通；盲孔10.1通过电镀的方式使其孔内填满铜质材料，与面铜的铜箔3、铜箔3.1连通，参见图1.1(7)；
6)曝光显影：在两面压上感光干膜5、两面曝光线路，实现图形转移，曝光线路采用菲林曝光或者是LDI机曝光，经显影后，去除非线路区域干膜，参见图1.1(8)；
7)减法工艺：蚀刻去除非线路区域干膜未覆盖的铜，参见图1.1(9)；
8)去除干膜5，在第一、第二TPI层上形成两面第一线路层13，参见图1.1(10)；
9)在电镀后线路板背面压合第三TPI层6和铜箔7，第三TPI层6和铜箔7的压合采用真空压合或普通快压，第三TPI层6采用热塑聚酰亚胺材料做成，最佳厚度为18-22um范围，在钢板1的表面和铜箔7之间位置，在压合过程中使钢板1下面的第三TPI层6通过第一线路层13铜箔的间隙和第二TPI层2.1压接在一起，参见图1.1(11)；
10)减铜，钻孔；对步骤9)压合完的铜箔7减薄，形成1-3um厚度的铜质材料层；钻孔是采用激光钻孔，在第一线路层13上的第三TPI层6和铜箔7中形成盲孔10.2，参见图1.2(12)；
11)做沉铜和整版镀铜，沉铜和镀铜的最佳厚度为10-20um，盲孔10.2通过电镀的方式使其孔内填满铜质材料，与面铜的铜箔8连通，另一面可贴抗电镀胶带作业，参见图1.2(13)；
12)曝光显影：下面压上感光干膜9，另一面贴抗电镀胶带，单面曝光线路，实现图形转移，曝光采用菲林曝光或者是LDI机曝光，经显影后，去除非线路区域干膜，参见图1.2(14)；
13)减法工艺：蚀刻去除非线路区域干膜为覆盖的铜，参见图1.2(15)；
14)去除干膜9，在第三TPI层上形成一面第二线路层14，参见图1.2(16)；
15)激光工艺：去掉金属基板上中间非硬板区域B和尾部硬板区域C的第一TPI层2，参见图1.2(17)；
16)曝光显影：两面压上感光干膜20，单面曝光，实现图形转移，经显影后，去除金属基板非硬板区域干膜，参见图1.2(18)；
17)减法工艺：蚀刻去除金属基板非硬板区域上的硬质金属板，参见图1.2(19)；
18)去除干膜20，形成超薄软硬结合板结构，参见图1.2(20)；
19)丝印阻焊：印刷油墨，获得阻焊丝印层30，印刷油墨的最佳厚度为15-30um，并进行表面处理、测试、外形等后，即得到产品超薄软硬结合板，参见图1.2(21)。
本发明制备的超薄软硬结合板具有以下主要特征：
一、Z方向的产品厚度更薄，XY方向尺寸更小；
二、使用TPI材料，基于传统的蚀刻减法工艺，工艺成熟；
三、绝缘材料为纯PI，易加工，材料单一，热膨胀系数容易匹配；
四、将钢片/铜片等金属材质直接嵌入顶层之下，能增加芯片贴装时的支撑力，减少芯片变形量；
五、TPI上直接压合一层铜，然后对这个铜减薄，形成1-3μm厚度的铜质材料层，与常规的沉铜种子铜比较，直接热压的铜质材料层结合力更好，表面光滑，且能达到电镀薄铜的目的。
六、钢片/铜片等金属材质嵌入到线路板内，可以满足接地、散热、支撑的要求，而且以金属作为硬板制程层，其强度大大提升；
七、钢片/铜片等金属材质和线路直接通过铜导体连接，接地导通阻值可以做到1Ω以下，且不会因为过回流焊的高温而变化。

Claims (16)

1.一种超薄软硬结合板的热塑聚酰亚胺减法工艺，其特征在于包括以下步骤：
1)选用硬质金属板作为基板，并在金属基板的硬板区域采用蚀刻、机械钻孔或者激光钻孔得到开孔；
2)对金属基板的硬板区域开孔处进行树脂塞孔、研磨；
3)在金属板的两面压合第一、第二TPI层和铜箔；
4)对步骤3)压合完的铜箔进行减铜，钻孔；
5)做沉铜和整版镀铜；
6)曝光显影：在两面压上感光干膜，两面曝光线路，实现图形转移；经显影后，去除非线路区域干膜；
7)减法工艺：蚀刻去除非线路区域干膜未覆盖的铜；
8)去除干膜，在第一、第二TPI层上形成两面线路；
9)在电镀后线路板背面压合第三TPI层和铜箔；
10)对步骤9)压合完的铜箔进行减铜，钻孔；
11)做沉铜与整版镀铜，另一面贴抗电镀胶带作业；
12)曝光显影：一面压上感光干膜，另一面贴抗电镀胶带，单面曝光线路，实现图形转移；经显影后，去除非线路区域干膜；
13)减法工艺：蚀刻去除非线路区域干膜未覆盖的铜；
14)去除干膜，在第三TPI层上形成单面线路；
15)激光工艺：去除金属基板上中间非硬板区域和尾部硬板区域的第一TPI层；
16)曝光显影：在两面压上感光干膜，单面曝光，实现图形转移；经显影后，去除金属基板非硬板区域干膜；
17)减法工艺：蚀刻去除金属基板非硬板区域上的硬质金属板；
18)去除干膜，形成超薄软硬结合板结构；
19)丝印阻焊：印刷油墨，获得阻焊丝印层，即得到产品超薄软硬结合板。
2.根据权利要求1所述的TPI减法工艺，其特征在于：所述步骤1)硬质金属板为钢板、铜板或者镍板，其最佳厚度90-110um。
3.根据权利要求1所述的TPI减法工艺，其特征在于：所述步骤1)开孔采用蚀刻、机械钻孔或激光钻孔得到。
4.根据权利要求1所述的TPI减法工艺，其特征在于：所述步骤3)的第一、第二TPI层和铜箔的压合采用真空压合或普通快压，第一、第二TPI层采用热塑聚酰亚胺材料做成，最佳厚度为18-22um。
5.根据权利要求1所述的TPI减法工艺，其特征在于：所述步骤4)、步骤10)的减铜是指对面铜减薄，形成1-3um厚度的铜质材料层；钻孔是采用激光钻孔。
6.根据权利要求1所述的TPI减法工艺，其特征在于：所述步骤5)做沉铜和整版镀铜，沉铜和镀铜的最佳厚度为10-20um。
7.根据权利要求1所述的TPI减法工艺，其特征在于：所述步骤6)曝光线路为菲林曝光或者是LDI机曝光，实现图形转移。
8.根据权利要求1所述的TPI减法工艺，其特征在于：所述步骤7)、步骤13)减法工艺：蚀刻去除非线路区域干膜未覆盖的铜。
9.根据权利要求1所述的TPI减法工艺，其特征在于：所述步骤9)第三TPI层和铜箔的压合采用真空压合或普通快压，第三TPI层采用热塑聚酰亚胺材料做成，最佳厚度为18-22um。
10.根据权利要求1所述的TPI减法工艺，其特征在于：所述步骤11)做沉铜与整版镀铜，另一面贴抗电镀胶带作业，沉铜与整版镀铜的最佳厚度为10-20um。
11.根据权利要求1所述的TPI减法工艺，其特征在于：所述步骤12)曝光线路为菲林曝光或者是LDI机曝光，实现图形转移；另一面贴抗电镀胶带是防止蚀刻液咬蚀线路，起保护作用。
12.根据权利要求1所述的TPI减法工艺，其特征在于：所述步骤15)激光工艺：去除金属基板上中间非硬板区域和尾部硬板区域第一TPI层。
13.根据权利要求1所述的TPI减法工艺，其特征在于：所述步骤16)单面曝光为菲林曝光或者是LDI机曝光，实现图形转移。
14.根据权利要求1所述的TPI减法工艺，其特征在于：所述步骤17)减法工艺：蚀刻去除金属基板非硬板区域上的硬质金属板。
15.根据权利要求1所述的TPI减法工艺，其特征在于：所述步骤19)印刷油墨的最佳厚度为15-30um。
16.根据权利要求1所述的TPI减法工艺，其特征在于：可重复所述步骤9)、10)、 11)、12)，即可制得多层板叠构。
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