專利名稱：長柔性電路及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及長柔性電路及其制作方法。
背景技術(shù)：
柔性電路通常是由在諸如聚酯(PET)、聚酸亞胺(PI)、或液晶聚合物(LCP)的柔性聚合物薄膜上的至少一個金屬層構(gòu)成的，例如銅(Cu)、鎳(Ni)、錫(Sn)、銀(Ag)或者金(Au)。對于高性能的應(yīng)用，主要的金屬層通常是銅，而薄膜層是聚酸亞胺。
柔性電路的制造涉及生成若干電介質(zhì)和導電材料的層，這些層同與它們相鄰的層緊密接觸。通過選擇性地將材料引入到這些層中的至少一層上或者從該層中移除材料可以使該層圖案化。可通過光刻處理來生成圖案。例如，將光致抗蝕劑材料層施加到將要圖案化的層的表面上。使用具有所需圖案形式的透明和不透明區(qū)域的光掩膜使光致抗蝕劑選擇性地暴露于紫外光下。在負性光致抗蝕劑的情況下，光會使光致抗蝕劑在曝光區(qū)域的部分經(jīng)歷交聯(lián)反應(yīng)，或者在正性光致抗蝕劑的情況下，使之經(jīng)歷分解聚合物結(jié)構(gòu)的反應(yīng)。光致抗蝕劑的所需部分可以通過適合的溶劑來移除。所曝光的基礎(chǔ)區(qū)域在減成法情況下可以被蝕刻掉，或者在加成法的情況下可以被加進去。在任一情況下都可將層圖案化。
光刻法處理能夠生成具有優(yōu)異的特征分辨率的柔性電路，以及使
5得制造過程具有高產(chǎn)量。如果將不同的圖案應(yīng)用到不同的層面上，必須在光致抗蝕劑層上將光掩膜正確準直。在這種光刻法的處理過程中，當把光掩膜與光致抗蝕劑相接觸時，可以通過夾緊或者真空將光掩膜固定到光致抗蝕劑上。

發(fā)明內(nèi)容
一些柔性電路應(yīng)用要求不只具有光成像處理的維度能力的電路。光成像裝置通常具有最大的已定義的孔尺寸，例如，12英寸X12英寸
或者18英寸X24英寸。即，可曝光的最大單個尺寸取決于在這些光成像工具中所用的形成圖案的掩模的尺寸。 一些設(shè)計可能要求超出這種能力的尺寸或者要求更好地利用光成像區(qū)域以制作電路。
本發(fā)明的一個方面提供一種方法，包括提供具有光致抗蝕劑層
的電介質(zhì)基底；通過光成像掩模將光致抗蝕劑的第一部分暴露于紫外光，推進該電介質(zhì)基底并通過該光成像掩模使光致抗蝕劑層的第二部分暴露于紫外光，其中該光致抗蝕劑的第二部分與光致抗蝕劑的第一部分交疊，其中該光成像掩模圖案化有電路的準直片段。
本發(fā)明的另一個方面提供了一種制品，包括具有圖案的光成像掩模，該圖案包括與該光成像掩模的主軸成一定角度布置的多個電路區(qū)段。
本發(fā)明的一個優(yōu)點是在不必使用多重光成像掩模的情況下產(chǎn)生具有不同的接線端或中間部件的長柔性電路(例如，比光成像掩模的任意尺寸都長)的能力。這允許生產(chǎn)這種電路的成本更低以及具有利用更小、更精確控制的部件尺寸來制造電路的能力。
本發(fā)明的其他特點和優(yōu)點從下面的附圖、詳細描述、以及實施例中將變得顯而易見。


圖l示出了適于本發(fā)明使用的裝置。圖2示出了本發(fā)明的一個方法實施例。
圖3A和3B顯示了本發(fā)明的一些光成像掩模實施例。
圖4示出了利用圖3A的光成像掩模的本發(fā)明的一個方法實施例。
具體實施例方式
柔性電路的制造涉及生成若干緊密接觸的電介質(zhì)和導電材料的層。這些層中的至少一個可以通過選擇性地將材料引入該層或者從該層移除來進行圖案化以便在電介膜中形成諸如窗口、通孔等的電路軌跡和部件。可以通過光刻過程生成圖案。經(jīng)由具有所需圖案的光掩膜，通過將紫外光照射到適合的與將要進行圖案化的層相接觸的受體材料上，例如光致抗蝕劑，來產(chǎn)生所需圖案的圖像。
光掩膜包括紫外線可穿透基材，例如玻璃、石英等，在紫外線可穿透基材的表面上帶有圖案化的紫外線不可穿透的材料，例如鉻、氧化鉻等。紫外線受體材料通常是光致抗蝕劑。例如，將一層光致抗蝕劑施加到將要進行圖案化的柔性電路層的表面上。穿過光掩膜的紫外光被光致抗蝕劑吸收。在負性光致抗蝕劑的情況下，光將會使得光致抗蝕劑的曝光部分經(jīng)歷交聯(lián)反應(yīng)，或者在正性光致抗蝕劑的情況下，在曝光區(qū)域中引起分解聚合物結(jié)構(gòu)的解聚反應(yīng)。然后通過適合的溶劑移除光致抗蝕劑的所需部分。之后，可以通過常規(guī)方法加工柔性電路，例如，通過美國專利No.5，227，008; 6,177,357;或者6,403,211中所描述的那些方法。例如，所曝光的基礎(chǔ)區(qū)域在減成法或電介圖案化的情況下可以被蝕刻掉，或者在加成法的情況下可以加入材料。
通常利用加成法或者減成法、或者兩者的結(jié)合來制造柔性電路，包括各種工序，例如金屬濺射、抗蝕劑層壓、抗蝕劑曝光、抗蝕劑沖洗、蝕刻、以及鍍覆。這種工序的序列可以根據(jù)所需的將要制作的特定電路而改變。在適合的減成法中，首先提供電介質(zhì)基底。電介質(zhì)基底可以是聚
合物薄膜，該聚合物薄膜由例如具有約10)im至約60(Him厚度的聚酯、聚酰亞胺、液晶聚合物、聚氯乙烯、丙烯酸酯、聚碳酸酯、或者聚烯烴制成。電介質(zhì)基底具有沉積在基底的一側(cè)或兩側(cè)上的鉻、鎳鉻或者其他導電金屬的可選粘貼層，接下來進行主要導電層的沉積(例如，銅(Cu)、金(Au)、鈀(Pd)、鉬(Pt)、銀(Ag)、錫(Sn)及其合金)可選地，通過已知的電鍍或化學鍍處理，可以進一步將沉積的導電金屬層鍍到所需的厚度。作為另外一種選擇，可以利用粘合劑將金屬箔粘到基底來形成適合的層合物?？梢酝ㄟ^包括各種光刻法在內(nèi)的很多熟知的方法將導電金屬層圖案化，例如利用光掩膜進行紫外線曝光，以及LDI(激光直接成像)或其他直接成像方法。
然后，使用標準層合或涂布技術(shù)，將負性的或者是正性的水性或溶劑可處理光致抗蝕劑層合或者涂布到這種基底的至少一側(cè)上。然后通過掩?；蚬庋谀⒐庵驴刮g劑在至少一側(cè)暴露于紫外光或者其他類似物。對于負性光致抗蝕劑而言，曝光的部分是交聯(lián)的，然后利用適合的溶劑沖洗光致抗蝕劑的未曝光部分。
接著，利用適合的蝕刻劑將金屬和粘結(jié)層的曝光部分蝕刻掉。如果需要，可以蝕刻電介質(zhì)膜，以便通過涂覆、交聯(lián)、以及沖洗光致抗蝕劑的圖案在基底上形成部件，然后對電介質(zhì)基底未被交聯(lián)的抗蝕劑覆蓋的部分進行蝕刻。這使原始的薄導電金屬層的某些區(qū)域曝光或者產(chǎn)生潔凈的通孔。然后，將抗蝕劑層(resist)從電路剝?nèi)ァ?br> 如果需要覆蓋涂層，處理過程中的下一個步驟涉及將覆蓋涂層置于電路的至少一側(cè)上。可以利用標準的涂覆和層合技術(shù)將覆蓋涂層涂覆到一個或兩個表面上，或者在單個步驟，或者在兩個獨立的步驟中。可以使用覆蓋涂層產(chǎn)生選擇性的鍍覆區(qū)域，密封電路，或者通過產(chǎn)生開口或邊界來定義曝光區(qū)域。形成電路片段的另一個可能的方法可能利用半加成鍍覆和以下典型步驟順序
可以利用粘結(jié)層涂覆電介質(zhì)基底。沉淀薄的第一導電層。用于電介質(zhì)基底和導電金屬層的沉淀方法、材料和厚度如前面所描述。
如果使用光刻法將導電金屬層圖案化，那么利用前面所述的標準層合技術(shù)，可以在涂覆金屬的電介質(zhì)基底的至少一個側(cè)面上對光致抗蝕劑進行涂覆、曝光，和沖洗，光致抗蝕劑可以是水性的或者基于溶劑的，并且可以是負性的或者正性的光致抗蝕劑。然后利用標準的電鍍或化學鍍方法對導電金屬層的曝光部分進一步進行鍍覆，直至達到所需的電路厚度。
然后將抗蝕層的交聯(lián)曝光部分從層合物的兩側(cè)剝?nèi)ァｋS后，利用適合的蝕刻劑在曝光的地方對原始的薄的第一導電和粘結(jié)層進行蝕刻。根據(jù)需要，然后按照如前面所述的對電路做進一步的處理。
形成電路片段的另一個可能的方法可能利用減成和加成鍍覆，也
稱作減加法(subtractive-additive method),和以下典型的步驟順序
可以利用可選的粘結(jié)層涂覆電介質(zhì)基底。然后沉淀薄的第一導電層。用于電介質(zhì)基底和導電金屬層的沉淀方法、材料、和厚度可以如前面段落所描述。
如果使用光刻法將導電金屬層圖案化，那么利用前面所述的標準層合技術(shù)，可以在涂覆金屬的電介質(zhì)基底的至少一個側(cè)面上對水性的或者溶劑可處理的光致抗蝕劑(負性或者正性)進行涂覆、曝光，并沖洗。當光致抗蝕劑形成金屬層所需圖案的正圖案時，利用適合的蝕刻劑將金屬和粘結(jié)層的曝光部分蝕刻掉。然后將抗蝕劑的曝光(交聯(lián))部分從層合物的兩側(cè)剝?nèi)ァ８鶕?jù)需要，然后按照如前面所述的對電路做進一步的處理。
9在制作柔性電路的滾筒式處理中，當基底(在處理過程中的不同的點中，它將包括金屬層、光致抗蝕劑層、以及其他可選層)通過執(zhí)行特定功能的裝置進行移動時，可以連續(xù)地執(zhí)行以上所描述的一些或所有步驟。就對光可成像的光致抗蝕劑進行曝光以形成所需的電路圖案的步驟而言，通過圖1所示的光成像裝置在一個步驟中并以重復的方式推進基底。
圖1示出了可用于執(zhí)行本發(fā)明方法的裝置的結(jié)構(gòu)?；追?02
被置于輥子104上。輥子104滾動并展開基底幅材102以便對基底幅材102表面的不同區(qū)域進行曝光?；追?02至少包括電介質(zhì)層、金屬層以及光致抗蝕劑層。
光源106產(chǎn)生紫外光108。掩模U2通常是具有固定尺寸的涂鉻玻璃或布線膜，該玻璃或布線膜上具有待制作的電路圖案的負或正圖像。掩模112反射或吸收一些紫外光108并將一些紫外光108透射到基底幅材102的光致抗蝕劑層上。
對基底幅材102進行定位以便基底幅材102的一部分暴露于由掩模112導向基底幅材102的紫外光108的部分。輥子104滾動并展開基底幅材102以便將基底幅材102表面的不同部分暴露于通過掩模112導向基底幅材102的圖案化的紫外光108。因此，在基底幅材102的曝光的光致抗蝕劑中產(chǎn)生掩模112中所包含的電路圖案。在曝光發(fā)生后，推進寬幅材102以便可以將光致抗蝕劑寬幅材102的相鄰區(qū)域圖案化。為了制作比掩模112中的圖案尺寸更長的連續(xù)電路，使在寬幅材102的相鄰片段中曝光的光致抗蝕劑的一些部分交疊以形成連續(xù)圖案。除了電路圖案外，掩模112可包括基準標記圖案?；鶞蕵擞泩D案允許基底幅材112上的光致抗蝕劑的一部分(該部分在電路圖案區(qū)域以外)暴露于紫外光108。紫外光會導致大部分干膜光致抗蝕劑中的顏色變化或潛像特征。當曝光時，這些光致抗蝕劑中的染料改變顏色，典型地顏色變深。然后這種顏色變化可以被光識別和配準機構(gòu)檢測到，該機構(gòu)存在于一些
光成像裝置中，例如可得自日本東麗工程(Toray Engineering)的商業(yè)名稱TE 3800-03下可用的裝置。作為另外一種選擇，對于不能檢測顏色變化或潛在成像的光成像裝置，可利用在光成像處理之前被激光照射、穿孔、或者蝕刻的框標對基底幅材102進行標記。然而，這種方法不如光學準直方法精確，在光學準直方法中，使用來自于先前光成像曝光的潛像基準。
因此，當基底幅材102推進到它的下一個位置以允許基底幅材102上的光致抗蝕劑的相鄰部分被圖案化時，傳感器120感測光致抗蝕劑中的基準標記并相對于紫外光108對齊基底幅材102以產(chǎn)生連續(xù)的電路圖案。優(yōu)選地，使用基準消除了不期望的偏移和錯位，這可能導致導體的直邊的不連續(xù)。
本發(fā)明的一個方面，如圖2所示，通過相對于幅材縱向方向?qū)﹂L電路設(shè)計以一定角度進行取向，有可能交疊電路區(qū)段204以產(chǎn)生由幾個相鄰區(qū)段所組成的長電路。圖2示出了移動通過光成像站的基底幅材202。圖2的區(qū)段A是將要通過光成像掩模212暴露于紫外光的下一個區(qū)段的基底幅材202。區(qū)段B被光成像掩模212覆蓋并在當前正通過掩模212暴露于紫外光。基底幅材202的區(qū)段C、 D和E上的光致抗蝕劑已經(jīng)光學成像。所得電路的長度依賴于電路圖案的角度ct (該角度的實例可在圖4中識別)。角度可以從0°至90° 。對于大部分應(yīng)用，最適合的角度是約25。至約65° 。電路圖案216代表了具有不同的頭部和尾部接線端的單一完整的電路圖案。圖2中的完整電路圖案越過了四個片段204。只有一或兩個不同的片段(例如頭部和尾部接線端、頭部接線端和中間部件，或只有尾部接線端)的電路圖案可以跨越所需數(shù)目的片段204，因此可以具有所需的長度。中間部件可以包括沿電路長度的點上的接線端連接體。電路的長度和寬度也會影響曝光區(qū)段的數(shù)量以及適應(yīng)電路的角度范圍。盡管圖例示出了平行布置的線性電路，但電路片段不需要是線性的并且片段不需要平行布置。例如， 一個或多個電路片段可以包含彎曲的或成角度的片段并且電路片段可以采用任何允許形成所需電路的形式進行布置。
如果電路具有隨片段而不同的部件，可以改變掩模以便在基底幅材的光致抗蝕劑的特定片段上形成適合的圖案。這可能是必要的，例如，當長電路具有不同的接線端和/或中間部件的時候。
因為改變掩模減緩了生產(chǎn)，期待具有單一掩模，其可以用于制作帶有接線端和/或中間部件的長電路。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，使用單一掩模提供比孔尺寸更長的在一個或兩個端部上具有接線端部件的電路，這是可能的。
圖3A示出了適于生產(chǎn)多步驟曝光電路的光成像掩模112的一些部件。圖3A示出了光成像掩模112，其可用于將負性光致抗蝕劑圖案化，一旦圖像曝光該光致抗蝕劑的顏色變深。圖案掩模適于在金屬化基底上將光致抗蝕劑圖案化，該金屬化基底將被半加成性地鍍覆并隨后被蝕刻以去除原始金屬化表面的曝光部分。在圖3A中，黑色部件代表掩模的鉻覆蓋部分。掩模112上黑色部件下面的光致抗蝕劑區(qū)域?qū)⒉粫┞队谧贤夤?08并且隨后被沖洗，從而使金屬化基底在這些已沖洗區(qū)域下面的部分曝光。
所示電路圖案具有三個元件具有頭部接線端305的頭部片段304，中間片段306，以及具有尾部接線端309的尾部片段308。當基底幅材在曝光基準310和準直基準312之間的距離上移動時，這些片段交疊或者連接。曝光基準310是由鉻覆蓋區(qū)域310"所圍繞的透明的區(qū)域(例如，無鉻的)310，。準直基準312是由鉻覆蓋區(qū)域312"所圍繞的無鉻區(qū)域312'。曝光基準310的尺寸小于準直基準320。當曝光發(fā)生時，紫外光使得曝光基準310中的光致抗蝕劑顏色變深，以形成潛像311。當推進基底幅材并且將要被光成像的下一個片段位于光源
106和掩模112之下時，潛像311在掩模112的準直基準312內(nèi)對齊， 以便可以通過準直基準312對其進行光學識別。在掩模112中形成準 直基準312的透明區(qū)域大于在掩模112中形成曝光基準312的透明區(qū) 域，以便確保由先前光成像曝光產(chǎn)生的潛像311的視頻采集。步長314 是基底幅材在每個光成像步驟之間進行推進的距離。箭頭A表示基底 幅材推進的方向。
圖3B示出了光成像掩模112的替代實施例，其可用于將曝光時顏 色變深的負性光致抗蝕劑圖案化。圖案掩模適合于在被減成性地蝕刻 的金屬化基底上將光致抗蝕劑圖案化。在圖3B中，黑色部件代表掩模 的鉻覆蓋部分。掩模112上黑色部件下面的光致抗蝕劑的區(qū)域不會暴 露于紫外光108并且隨后沖洗，從而使金屬化基底在這些已沖洗區(qū)域 下面的部分曝光。曝光基準310和準直基準312分別具有無鉻區(qū)域310' 和312'，但并不要求鉻覆蓋的區(qū)域，因為掩模112的相鄰區(qū)域已經(jīng)被 鉻覆蓋了。
作為生成潛像311的替代，可被光學識別的其他部件可用于對齊 掩模112下面的基底幅材。適合的部件包括例如通過在光成像處理之 前對幅材中的部件進行激光照射、穿孔、或者蝕刻部件而預成形的部 件。
應(yīng)當理解，電路可以由兩個或更多片段組成。另外，盡管圖示只 顯示了每次曝光所產(chǎn)生的三個電路片段(頭部、中部和尾部片段)，
但掩?？梢园芏噙@樣的電路片段(例如，等同數(shù)量的頭部、中部 和尾部片段)。不需要電路是線性的(如圖所示)。
如圖4所示，通過以一定角度，例如圖3A所示的角度，對長電路 設(shè)計進行取向，交疊電路的片段以產(chǎn)生由三個不同區(qū)段組成的長電路 是可能的。圖4示出了幅材402的三個片段，該幅材已經(jīng)通過相同的光成像掩模暴露于紫外光。對三個交疊的片段404進行光成像。因為 掩模被圖案化以產(chǎn)生相鄰電路的不同片段，每個電路都可以被制作成 具有不同的頂部、中部和末端的部件。
在不偏離本發(fā)明范圍和精神的前提下，本發(fā)明的各種修改和更改 對于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員將會變得顯而易見，并且應(yīng)當理解的是，本 發(fā)明不應(yīng)被嚴格限制于本文所描述的示例性實施例。
權(quán)利要求
1. 一種方法，包括提供具有光致抗蝕劑層的電介質(zhì)基底；以及通過光成像掩模將光致抗蝕劑的第一部分暴露于紫外光，推進所述電介質(zhì)基底，并通過所述光成像掩模將所述光致抗蝕劑的第二部分暴露于紫外光，其中所述光致抗蝕劑的第二部分與所述光致抗蝕劑的第一部分相交疊，并且其中所述光成像掩模圖案化有電路的準直片段。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，還包括第二次推進所述電介質(zhì)基底，并通過所述光成像掩模將所述光致抗蝕劑的第三部分暴露于紫外光，其中所述光致抗蝕劑的第三部分與所述光致抗蝕劑的第二部分相交疊。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述電路片段以0。至90°的角度準直。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中所述電路片段以約25。至約65°的角度準直。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中至少一個準直片段是接線端片段。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中至少一個準直片段是中間片段。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述接線端片段是頭片段。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述接線端片段是尾片段。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中所述光成像掩模圖案化有電 路的頭片段和尾片段，以便在第二次曝光后，在所述光致抗蝕劑中形 成完整的電路圖像。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述光成像掩模圖案化有 中間片段，并且在第三次曝光后，在所述光致抗蝕劑中形成完整的電 路圖像。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述光成像掩模還包括基 準圖案。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的方法，其中通過在所述光致抗蝕劑中引起顏色變化或者潛像形成中的一者或兩者來形成所述基準。
13. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的方法，其中使用光識別系統(tǒng)來檢測潛像基準。
14. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的方法，其中形成所述基準的方法選自 由激光照射、穿孔和蝕刻組成的組。
15. —種制品，包括具有圖案的光成像掩模，所述圖案包括與所述光成像掩模的主軸 成一定角度布置的多個電路區(qū)段。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的制品，其中所述角度在0。和90°之間。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的制品，其中所述角度在25。和65°之間。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的制品，其中所述電路區(qū)段包括電路的 頭片段和尾片段。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的制品，其中所述電路區(qū)段還包括電路的一個或多個中間片段。
20. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的制品，其中所述電路區(qū)段包括選自由 頭片段、中間片段和尾片段組成的組的至少一個不同的片段。
21. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的制品，其中所述圖案包括不同的頭和 尾片段，它們在結(jié)合時形成單個完整電路。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的制品，其中所述電路區(qū)段還包括電路 的一個或多個不同的中間片段。
23. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的制品，其中所述圖案還包括基準圖案。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的制品，其中至少一個中間片段包括接 線端點。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于制作長柔性電路的方法。所述長電路中的一些可以利用單個光成像掩模來制成。還公開了通過該方法制成的柔性電路。
文檔編號G03F7/20GK101501574SQ200780029022
公開日2009年8月5日 申請日期2007年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月3日
發(fā)明者理查德·L·伊姆肯 申請人:3M創(chuàng)新有限公司