專利名稱：剛/柔性印刷電路板及其制造方法
相關(guān)申請本申請要求申請?zhí)枮镹o.60/088,282、申請日為1998年6月5日、名稱為“剛/柔性印刷電路板”的美國臨時專利申請的優(yōu)先權(quán)。
關(guān)于聯(lián)邦資助的研究或開發(fā)的聲明--不申請--發(fā)明的背景技術(shù)本發(fā)明涉及印刷電路板領(lǐng)域，特別是涉及一種剛/柔性印刷電路板的制造。這種剛/柔性印刷電路板有剛/柔兩部分以適合非平面空間的安裝。
印刷電路板技術(shù)發(fā)展至今，已經(jīng)能夠制造所謂的“剛/柔”性電路板，這種電路板同時具有剛、柔性電路板的特性。其中，剛性部分用于安裝電路元器件、通過連接件與外層纜線連接、以及為元器件和連接件之間提供電路內(nèi)連接；而柔性部分用于電路內(nèi)連接，可使電路板按需要彎曲或呈某種形狀。如人們所知，使用一個剛/柔性電路板，其兩個剛性部分由一個柔性部分連接并可折疊成“U”形，這樣，電路板上立體元器件的密度一定高于兩個彼此分開而由傳統(tǒng)連接技術(shù)相連的電路板上元器件的密度。
剛/柔性電路板有多種結(jié)構(gòu)及多種制造方法。一些剛/柔性電路板是將一組柔性層層壓而成的。這些柔性層按照需要一層為絕緣層，一層為導電層交替布置。柔性區(qū)域的形成技術(shù)包括選擇性地去除部分外疊層。由于去除的區(qū)域相對較薄，因此，其柔性高于周圍未去除的部分。
一種制造剛/柔性電路板的方法是使用一個柔性絕緣芯層，絕緣芯層的兩面被銅所覆蓋。銅層被選擇地蝕刻而形成電路走線。然后，在每一面上層壓一層絕緣層和另一導電層。由此形成的剛/柔性電路板具有4層或更多層導電層。在層壓之前，外層絕緣層先被開孔，被開孔處將是剛/柔性電路板的柔性區(qū)域?？椎男纬煽刹捎美缤诳椎确椒?。上述外層導電層是由薄的導電金屬箔(如銅箔)形成的。由于所述導電金屬箔的脆性，因此，通常不適宜在層壓之前進行蝕刻或成形。相反應首先將其層壓在電路板上以獲得一定的機械穩(wěn)定性，再用適當?shù)姆椒ㄈコ徊糠?如化學蝕刻法)。
上述工藝的潛在問題是，在外層壓絕緣層的開孔處，緊挨著絕緣芯層的內(nèi)層上的銅走線暴露在外。在蝕刻外層壓箔之前，需要采取一些措施來保護上述暴露在外的金屬走線不至被蝕刻劑損壞。通常，在層壓預加工好的絕緣層之前，用一個或更多附加工序在柔性電路板上附著一種惰性材料的“掩?！?。附著在外層壓絕緣層開孔處的掩模需要通過某種方式與外層周邊保持密封，例如把掩?！熬o塞”在下一個層壓層的下面。在蝕刻外導電層時，掩?？杀Ｗo柔性電路板上的電路不被蝕刻。
上述形成掩模的工藝存在一些缺陷。就可靠性而言，在“窗區(qū)”周邊，掩模與外層壓絕緣層之間很難形成良好的密封，因此蝕刻劑或其它污染物可能進入電路結(jié)構(gòu)中而損壞電路板或縮短電路板的使用壽命。從成本角度來看，多一個單獨的形成掩模的工序?qū)黾诱麄€工藝及其剛/柔性電路板的成本和復雜程度，這是人們所不希望的。
人們希望改進剛/柔性電路板的制造方法，在保持或提高電路板穩(wěn)定性的同時，降低其成本和復雜程度。
發(fā)明簡述本發(fā)明公開了一種剛/柔性電路板及其制造方法，其中，在剛性的外層電路結(jié)構(gòu)上蝕刻銅箔之前，避免了復雜且高成本的在柔性電路上形成掩模的步驟。由此使剛/柔性電路板的成本效應得以改善。
在本發(fā)明所公開的方法中，電路走線圖形是通過蝕刻一種柔性多層電路板構(gòu)件的外表面導電層得到的。在經(jīng)蝕刻得到的電路走線上附著一種保護性阻擋材料，以阻擋后面將使用的銅蝕刻液。例如包括錫和錫與氧化物的結(jié)合物的阻擋材料能夠阻擋氨基的銅蝕刻液。阻擋材料的附著采用“非電”方法，例如將柔性電路板浸在含有離子錫的水溶液中。保護性阻擋材料粘附于銅走線上，并且包封銅走線，以利于后續(xù)加工。
然后將電路板的外層構(gòu)件層壓在柔性構(gòu)件上。在一個實施例中，其外層構(gòu)件包括浸有還氧樹脂的粘結(jié)膜(預浸粘結(jié)膜)和銅箔層。所述預浸粘結(jié)膜在層壓于柔性構(gòu)件之前被挖出(亦可采取其它方法)一個“窗區(qū)”，該“窗區(qū)”確定了剛/柔性電路板的相對柔軟的柔性區(qū)域，使電路板能夠折疊、彎曲或呈其它形狀，以適合給定的包裝或安裝條件。
在外層蝕刻過程中，位于預浸粘結(jié)膜“窗區(qū)”上的銅箔用化學蝕刻劑去除。所用蝕刻劑對前面所加的保護性阻擋層不產(chǎn)生影響。銅箔被蝕刻之后，剝?nèi)ル娐钒迦嵝詤^(qū)域處的保護性阻擋層。然后在電路板上涂覆一層密封膜，覆蓋外層構(gòu)件與柔性區(qū)域的接合邊緣，將電路板密封，以防潮濕和其它污染物。
本發(fā)明公開的制造方法有幾個優(yōu)點。電路板剛性構(gòu)件被蝕刻時，柔性電路板銅走線上的保護性阻擋層能夠防止柔性區(qū)域的銅走線被蝕刻，從而保護銅走線。因而不需要單獨在內(nèi)層上進行涂覆焊料或覆蓋涂層的工序。最外層的涂層將電路板外層構(gòu)件與柔性區(qū)域鄰接的邊緣密封，在整個電路板上形成一個厚度相當均勻的連續(xù)涂層。此外，還省去了為去除柔性區(qū)域上的銅箔“塊(pouch)”所用的機加工工序。
本發(fā)明的其它情況、特性及優(yōu)點公開在下面的詳細說明中。
附圖的簡要說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明制造電路板的柔性內(nèi)層電路構(gòu)件的加工流程圖；圖2是示意圖，表示由圖1的工序制造的柔性內(nèi)部電路構(gòu)件；圖3是示意圖，表示圖2所示的柔性內(nèi)層電路構(gòu)件及要層壓的外層所形成的中間工件；圖4是示意圖，表示如圖3所示進行層壓、然后去除部分外銅箔層而將柔性內(nèi)層電路板構(gòu)件的柔性區(qū)域暴露在外的工件；圖5是示意圖，表示圖4所示的工件在柔性內(nèi)層電路板構(gòu)件的柔性區(qū)域處的浸錫層剝?nèi)ズ蟮那闆r；圖6是示意圖，表示圖5所示的工件上涂覆了密封涂層后的情況。
本發(fā)明的詳細說明申請?zhí)枮镹o.60/088,282、申請日為1998年6月5日、名稱為“剛/柔性印刷電路板”的美國臨時專利申請作為本發(fā)明的基礎(chǔ)。
圖1所示的是剛/柔性電路板所用的柔性內(nèi)層構(gòu)件或者說“內(nèi)層”的制造工藝。在步驟10中，對覆蓋有銅的柔性基片進行沖孔。所述基片可以是玻璃增強的還氧樹脂或聚酰亞胺“預浸”材料，即人們通常所說的“薄芯材 FR4”。柔性基片還可以是以粘結(jié)劑為基質(zhì)或無粘結(jié)劑的聚酰亞胺薄膜。在步驟12中，在基質(zhì)的兩個覆銅面按一定圖形涂覆光致抗蝕材料，所述圖形與此種柔性基材制作的電路內(nèi)連接裝置相關(guān)。上述圖形在步驟14中用紫外線暴光并在步驟16中顯影。在步驟18中，沒有被暴光的光致抗蝕劑覆蓋的銅用合適的化學蝕刻劑進行蝕刻，例如用氨基蝕刻溶液。在步驟20中，剝?nèi)ス庵驴刮g劑。在步驟22中，檢驗所得到的內(nèi)連接銅走線。在步驟24中，銅走線上被覆蓋一層保護性阻擋材料，為后面的工序作準備。在所示的實施例中，所用阻擋材料為錫，這些錫通過將電路板構(gòu)件浸在含有離子錫的溶液中而附著到上面。
圖2所示的是由圖1的工序所得到的“內(nèi)層”。該“內(nèi)層”包括FR4芯層32、銅信號層34和36以及浸錫層38和40。圖2所示的層34、36、38和40看起來都是整塊的和光滑的，但是，實際上由于選擇性的蝕刻而在層34和36上分別形成電路走線，因此，這些層上都形成電路圖形。層38和40的浸錫粘附在層34和36的銅表面上，并將層34和36的銅走線包封起來，而中心層32不會被覆蓋，因為那里由層34和36所帶的銅已經(jīng)被蝕刻掉了。
在另一個實施例中，保護性阻擋材料不是錫而是其它材料如金。該保護性材料應充分包封層34和36上的銅走線，并能阻擋后面工序所使用的銅的化學蝕刻劑。此外，這種材料應能夠提供一種表面，該表面可與后面將涂覆的粘結(jié)膜充分粘結(jié)，如下所述。
圖3是一個分解示意圖，表示下一步制造工序。預浸粘結(jié)膜層50和52層壓于內(nèi)層30的外表面，銅箔層54和56被施于粘結(jié)膜層50和52的外表面。盡管一般說來上述粘結(jié)膜層50和52及銅箔層54和56都是柔性的，但是它們經(jīng)過層壓后得到的總體結(jié)構(gòu)的剛性卻明顯強于單獨的內(nèi)層30。在層壓于內(nèi)層30之前，預浸粘結(jié)膜層50和52分別被挖出(也可采用其它方法)“窗區(qū)”58和60。如下面更詳細描述的那樣，“窗區(qū)”58和60即為剛/柔性電路板的柔性區(qū)域，它具有相對較高的柔性。這部分也就是被稱作剛/柔電路板的“柔”區(qū)。在預浸粘結(jié)膜層50和52及銅箔層54和56層壓之后，“窗區(qū)”58和60周圍的材料圍成“盒子(pouches)”。這些“盒子”會在后面工序中被去除(如下面詳述)。
在另外一個實施例中，粘結(jié)膜層50和52可由不同的材料形成。例如1密耳的聚酰亞胺層和1密耳的丙烯酸粘結(jié)劑外層。這種粘結(jié)膜可通過購買杜邦(DuPont)公司的商標名稱為KAPTON LFO 111的產(chǎn)品而得到。
下一個步驟是選擇性地蝕刻外銅層54和56，方法類似于圖1所示的蝕刻內(nèi)銅層34和36(圖2)的方法。然而，外銅層54和56上的電路圖形是這樣的與“窗區(qū)”58和60鄰接的部分完全被去除，以形成剛/柔性電路板的柔性區(qū)域70(如圖4所示)。去除銅箔所使用的是化學蝕刻劑，例如氨基蝕刻劑，它對浸錫的“內(nèi)層”30不產(chǎn)生影響。去除層54和56的部分銅箔所用的蝕刻劑對層34和36(圖2)的整體走線不產(chǎn)生影響。
如圖5所示，下面的步驟是剝?nèi)ノ挥谌嵝詤^(qū)域的浸錫層38和40。剝除方法可用已知的方法，例如被許多電路板制造商使用的2部分(錫/鉛)剝離法。也可以使用1部分剝離法。
圖6所示的下一步驟是將柔性焊藥覆蓋層80和82附著于剛/柔性電路板上。該覆蓋層80和82從柔性區(qū)域70到剛性部分連續(xù)并均勻地覆蓋電路板。特別是與柔性區(qū)域鄰接的邊緣部分84和86被密封地覆蓋，以防止?jié)駳夂推渌廴疚镞M入層壓構(gòu)件內(nèi)。在一種工藝中，層80和82所使用的材料是以還氧樹脂為基質(zhì)的材料(如著名商標PALCOAT的產(chǎn)品)。所述材料使用時噴在剛/柔性電路板上。在另一種工藝中，使用的是光描摹掩模(如DuPont公司的著名商標PICTM的產(chǎn)品)。
盡管在所示的實施例中，保護性阻擋層38和40是均勻的錫層，而在其它實施例中可能柔性區(qū)域70處用錫層，剛性部分則使用另一種材料。例如對于剛性部分可以使用氧化物(如氧化錫)。
以上描述了一種剛/柔性電路板及其制造方法。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，很清楚，在不違背本發(fā)明思想的情況下，可以對所述方法和裝置進行各種調(diào)整和改變。因此本發(fā)明應由下面的權(quán)利要求來確定本發(fā)明的范圍和精神。
權(quán)利要求
1．一種制造剛/柔性印刷電路板的方法，包括下列步驟對柔性的第一構(gòu)件表層上的銅電路走線附著一種保護性阻擋層，該保護性阻擋材料能夠阻擋后面工序中將用到的銅蝕刻劑溶液；在上述保護性阻擋材料被附著之后，至少一個第二構(gòu)件被層壓在所述第一構(gòu)件的表面上，該第二構(gòu)件包括開有窗孔的絕緣層和外銅箔層，銅箔層的一部分覆蓋了所述的窗孔；用銅蝕刻劑溶液對外銅箔層進行蝕刻，有效地去除外銅箔層覆蓋在絕緣層窗孔上的部分，因此第一電路構(gòu)件的柔性區(qū)域暴露在外；剝?nèi)ジ街诘谝浑娐窐?gòu)件柔性區(qū)域的銅走線上的保護性阻擋材料，該柔性區(qū)域經(jīng)上述蝕刻工序而暴露在外；在前面工序制成的層壓構(gòu)件上涂覆密封膜，將第一構(gòu)件的柔性區(qū)域及與第二構(gòu)件的鄰接邊緣密封，以阻止潮濕和其它污染物；
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，附著保護性阻擋層的步驟包括以下步驟將第一構(gòu)件浸在一種水溶液中，這種水溶液含有離子形式的保護性阻擋材料。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，保護性阻擋材料是錫。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，第二電路構(gòu)件包括作為絕緣層的玻璃加強型粘結(jié)膜。
5．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，銅蝕刻劑溶液是氨基蝕刻溶液。
6．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，涂覆涂層的步驟包括以下步驟在剛/柔性電路板上噴涂以還氧樹脂為基質(zhì)的材料。
7．一種剛/柔性印刷電路板，包括一個具有一絕緣層和一導電層的柔性內(nèi)層，所述的導電層包括導電的電路走線，所述的內(nèi)層貫穿印刷電路板的相對柔性部分和相對剛性部分，其中剛性部分的導電電路走線上覆有保護性阻擋材料，柔性部分的導電電路走線上則沒有覆蓋上述保護性阻擋材料；至少有一個外層，被層壓于電路板內(nèi)層的剛性部分上，該外層包括一個絕緣層和一個導電層，絕緣層粘附在內(nèi)層的被覆蓋的電路走線上，導電層則粘附在所述的絕緣層上；以及覆蓋電路板剛性及柔性部分的密封膜，它有效地密封了柔性部分與剛性部分的邊界處，以阻止潮濕及污染物。
8．根據(jù)權(quán)利要求7所述的印刷電路板，其中，所述的保護性阻擋材料是錫；
9．根據(jù)權(quán)利要求7所述的印刷電路板，其中，所述的外層包括作為絕緣層的玻璃加強型粘結(jié)膜。
10．根據(jù)權(quán)利要求7所述的印刷電路板，其中，所述的密封涂層包括以還氧樹脂為基質(zhì)的材料。
全文摘要
一種剛/柔性印刷電路板及其制造方法,其中的電路走線圖形是通過蝕刻一種柔性多層電路構(gòu)件外表面上的導電層而形成的。采用“非電”方法將一種保護性阻擋材料(38,40)附著在蝕刻出的銅走線上,并將銅走線包封起來。外部電路構(gòu)件包括浸漬了還氧樹脂的玻璃纖維粘結(jié)膜層(預浸粘結(jié)膜)(50,52)和銅箔層(54,56),外層電路構(gòu)件被層壓在柔性電路構(gòu)件上。在層壓之前,預浸粘結(jié)膜層被挖出(或采用其它方法)一個“窗區(qū)”。相對柔軟的“窗區(qū)”確定了剛/柔性電路板的柔性區(qū)域(70)。在銅箔層被蝕刻之后,剝?nèi)ト嵝噪娐钒宓娜嵝詤^(qū)域的保護性阻擋材料。
文檔編號H05K1/02GK1304535SQ9980704
公開日2001年7月18日 申請日期1999年6月2日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月5日
發(fā)明者達里爾·麥肯尼, 阿瑟·德馬紹, 克雷格·威爾遜 申請人:帕利克斯公司