[發明專利]選擇性去除基板上導電材料并制造電路圖案的方法及系統

在審

• 申請號: 202110746462.8
• 申請日: 2021-07-01
• 公開（公告）號: CN113597120A
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 胡宏宇;石金永
• 申請（專利權）人: 德中（天津）技術發展股份有限公司
• 主分類號: H05K3/02
• 分類號: H05K3/02
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 劉玲

本發明涉及選擇性去除基板上導電材料并制造電路圖案的方法及系統，本發明基于數據獲取與處理系統、設備操作系統、激光光源、光束整形及傳輸系統、工件夾持系統和運動與控制系統，可實現對光蝕激光和加熱激光直徑調整，提出了新型加工方案，給出了重要加工參數的選擇依據，基于與特定的材料、特定的加工任務動態匹配關系，根據電路圖型結構，借助激光光蝕和激光加熱的共同作用，并在線改變激光與材料作用的光束直徑，去除不需要的導電材料，從而獲得更好的加工質量，同時還能提高加工效率。

技術領域

本發明屬于電路制造技術領域，尤其是選擇性去除基板上導電材料并制造電路圖案的方法及系統。

背景技術

直接用激光光束選擇性地去除覆銅箔絕緣基板上的銅，按設計要求，留下指定區域上銅箔作為導電圖案，是直接制造電路板技術的關鍵步驟之一。相比于傳統的間接制造方法，激光去除法不再需要使用抗蝕掩膜作為工藝性輔助材料，不再需要使用化學溶液蝕刻去除不需要的銅，加工精密度更高，流程更簡單，需要的設備和材料更少，生產柔性更大。目前，直接激光去除基板上銅的方法有兩種：光蝕逐點、逐層汽化材料去除，光蝕與加熱相結合的剝離材料去除。

光蝕法是一個用激光將材料汽化的去除過程。向基板上被選擇區域投照激光，整個激光脈沖的能量瞬間施加于面積極小的銅材料的淺表面層上，功率密度極大。其中，被吸收的能量導致材料淺表面層迅速變化，固態銅單獨或同時發生熔融、液化、汽化、離子化等現象，在外部抽吸作用下，或在形態改變的銅自身發生的噴射、爆炸、逸出作用下，或在兩者共同的作用下，以氣、液、固之一狀態或其混合物狀態被遷移，達到去除目的。激光光蝕法去除導電層，通常認為是一個以汽化為主的過程，技術較為簡單，應用較為廣泛，但存在下述問題，不能滿足對電路結構的質量要求，也不能達到經濟上可接受的加工效率。

第一，光蝕去除導電材料時可能損傷絕緣介質。

光蝕去除加工的前提，是投照到材料表面上的激光功率密度超過某數值。該數值被稱為材料激光去除門檻值P_threshold，該值與材料的品種有關。當被去除材料的門檻值小于其基材的門檻值時，即P_{thresholdtoberemoved}P_{thresholdbase}時，比如去除金屬上的有機涂覆層或有機薄膜，實現去除目標材料且不傷基板材料的加工過程比較容易，只要將激光功率控制在大于被去除材料且小于基材的門檻值即可，即：P_{thresholdtoberemoved}P_processP_{thresholdbase}。

制造電路，需要選擇性地光蝕去除絕緣基材上的導電材料。去除導電材料，一方面應該干凈，另一方面不應傷損絕緣基材。一般情況下，P_conductiveP_iso，汽化銅等導電材料所需的激光功率密度的最小值，往往大于汽化絕緣材料所需的激光功率密度的最小值。因為電路板材料是由導電材料與絕緣材料羅疊在一起形成復合材料，且導電材料在絕緣材料表面，基于上述的與激光相互作用的材料特征，使得在加工時，很難控制施加的激光功率。激光功率小，不足以徹底將導電材料層去除，導致部分導電材料僅僅被熔化，而未被去除，而熔化后的導電材料的堆積，又需要施加更大的激光能量；激光功率大，則會損傷位于銅等導電材料層下面的絕緣材料，難以避免導致加工質量缺陷。

第二，光蝕去除導電材料是逐點、逐層去除過程，效率低。