CN115135037A - 一种通过激光辐照实现ptfe电路板孔金属化的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种通过激光辐照实现PTFE电路板孔金属化的方法，其步骤包括激光辐照、活化、烘干、激光再辐照、化学镀铜和电镀铜，红外激光对PTFE表面烧蚀两遍的方法来增强PTFE孔壁与铜层之间的结合力，第一遍激光烧蚀可以获得高粗糙度和高氧化度的表面，这有利于银活化液的在孔壁内的润湿，第二遍激光烧蚀将PTFE孔壁表面熔融以实现对全氟阴离子表面活性剂的包裹同时阴离子紧紧锁住活性银离子，通过两次烧蚀极大增加了孔壁与铜层结合力，这也极大提高了PTFE电路板制造的良率，红外激光器扫描速率高达5000mm/s，因此加工效率非常高，孔金属化背光等级在9.5以上。
Description
技术领域
本发明涉及电路板制作技术领域，具体涉及一种通过激光辐照实现PTFE电路板孔金属化的方法。
背景技术
PTFE（聚四氟乙烯）是一种性能优良的高分子材料，由于它具有优良的化学稳定性、电绝缘性、极低的动摩擦系数、不易燃烧、耐化学腐蚀等性能，被业内称为“塑料之王”。在PCB制造行业，随着高频、高速信号传输需求的日益增长，PTFE因其具有极低且稳定的介电性、耐候性、耐强酸强碱性能，被用作微波高频板印制电路板的介电层材料，PTFE电路板广泛应用于航空航天与卫星通讯、5G通讯基站等领域，要求信号在高频传输过程损耗小，电路板的孔金属化是制作中的关键技术之一，所以PTFE电路板的孔金属化也是制造中最关键的技术之一。
目前PTFE电路板孔金属化存在的主要问题是，由于PTFE表面能很低，临界表面张力只有 1.85×10-2 N／cm，化学铜药水不能沉积到孔壁，造成孔金属化困难，探究其原因，是由于PTFE是一种非极性直链型结晶性聚合物，尽管分子结构中每个碳原子都连接两个极性很强的氟原子，但由于其结构的对称性很高，其极性相互抵消，呈现非极性。
目前国内外为提高PTFE表面能主要是通过表面活化来提高其润湿性能，主要方法有：辐射接植法、等离子体活化法、醋酸钾活化法、金属钠的氨溶液法、钠-荼四氢呋喃溶液法等，其中最具代表性的方法是等离子体改性和萘钠处理液改性。低温等离子体对PTFE表面的作用包括物理作用和化学作用两个部分：物理作用：带电粒子高速撞击PTFE表面，在PTFE表面上产生斑点、侵蚀,以除去PTFE表面的污物及低分子化合物，使之成为凹凸表面，从而增加黏附性。化学作用：等离子体处理PTFE表面，在PTFE表面生成活性基团，如羟基、醚基、酯基、羧基及羰基等，等离子体改性所用仪器昂贵、条件苛刻、生产效率低。
钠萘溶液处理粘接法：钠萘溶液处理含氟材料，主要是通过腐蚀液与PTFE表面发生化学反应，扯掉材料表面上的部分氟原子，这样就在表面上留下了碳化层和某些极性基团，萘钠处理液改性要采用金属钠，不能含有水，容易产生氢气发生爆炸，其危险性很高。这些处理方法都会在PTFE材料表面造成极性分子的增加，最终会造成介质损耗增加。
公开号为CN112423491A的专利文献采用酒精石墨烯溶液去浸润PTFE材料表面，烘干后进行化学镀铜和电镀铜，从而实现PTFE电路板的孔金属化，然而仅靠石墨烯与PTFE之间的范德华力所形成镀层难有高结合力，因此该方法所制备的电路板很难通过热冲击测试。
公开号为CN111497097A的专利文献将PTFE、激光活化物质、成炭促进剂和无机填料混合均匀、压制、烧结后得到一种新材料，再通过激光活化工艺进行刻蚀、激活、化学镀后形成导电通路，该方法可以得到可靠线路板，然而将激光活化物质、成炭促进剂和无机填料混到PTFE，极大降低了PTFE的性能特别是介电性能。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种加工效率高，成本低的通过激光辐照实现PTFE电路板孔金属化的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种通过激光辐照实现PTFE电路板孔金属化的方法，其步骤如下：
（1）激光辐照：通过定位孔将钻孔完毕的PTFE覆铜板固定在波长1064nm的红外激光器下，启动红外激光器将每一个孔辐照一遍，辐照半径与钻孔半径一致，红外激光器的参数为：功率100-200W，扫描速率1000-5000mm/s，脉冲频率20-200KHz。
（2）活化：将辐照完毕的PTFE覆铜板浸入银活化液中30-60s；银活化液的组分为：5-20质量份全氟阴离子表面活性剂、5-20质量份醋酸银和90-60质量份去离子水。
（3）烘干：将活化完毕后的PTFE覆铜板在150℃烘箱中烘干3h。
（4）激光再辐照：通过定位孔将烘干完毕的PTFE覆铜板固定在波长1064nm的红外激光器下，启动红外激光器将每一个孔再辐照一遍，辐照半径与钻孔半径一致，红外激光器的参数为：功率50-80W，扫描速率1000-5000mm/s，脉冲频率20-200KHz。
（5）化学镀铜：将激光辐照完毕后的PTFE覆铜板放入化学镀铜溶液中进行镀铜。
（6）电镀铜：对化学铜沉积完成的PTFE覆铜板进行电镀加厚镀铜。
优选的，所述全氟阴离子表面活性剂选自全氟丁基磺酸（CAS:375-73-5）、全氟壬烯氧基苯磺酸钠（CAS：87-56-8）、全氟己基乙基磺酸（CAS：27619-97-2）、全氟己酸（CAS：307-24-4）或全氟丁基甲醚（CAS:163702-08-7）。
优选的，所述化学镀铜溶液的组分及含量为：五水硫酸铜10g/L，乙二胺四乙酸钠40 g/L，PEG-1000（CAS：25322-68-3） 1g/L，1，10-邻菲咯啉（CAS:5144-89-8） 20mg/L，甲醛5g/L，氢氧化钠15g/L，十二烷基苯磺酸钠（CAS：25155-30-0） 0.1 g/L。
本发明的有益效果是：
1、本发明相较于传统的PTFE孔金属化的加工方法，不使用昂贵的等离子体设备，没有采用危险性极高的萘钠处理液，也没有采用昂贵的等离子体设备，而是采用价格低廉的红外激光器（红外激光雕刻机），扫描速率高达5000mm/s，因此加工效率非常高。
2、本发明使用红外激光对PTFE表面烧蚀两遍的方法来增强PTFE孔壁与铜层之间的结合力，第一遍激光烧蚀可以获得高粗糙度和高氧化度的表面，这有利于银活化液的在孔壁内的润湿，第二遍激光烧蚀将PTFE孔壁表面熔融以实现对全氟阴离子表面活性剂的包裹同时阴离子紧紧锁住活性银离子，通过两次烧蚀极大增加了孔壁与铜层结合力，这也极大提高了PTFE电路板制造的良率。
3、本发明所使用的全氟阴离子表面活性剂具有极高的润湿铺展能力，即使是在PTFE表面，这使得使用该工艺实现的孔金属化背光等级在9.5以上。
具体实施方式
实施例1
采用厚度120μm，面积20×20cm的PTFE覆铜板，板面0.1mm孔100个、0.2mm孔100个、0.3mm孔100个，制作方法如下：
（1）激光辐照：将钻孔完毕的PTFE覆铜板，通过定位孔置于波长1064nm的红外激光器中，电脑端输入扫描文件，激光对焦完毕后对孔进行扫描，激光扫描半径与孔径一致。红外激光器参数为：功率200W，扫描速率5000mm/s，频率20KHz。
（2）活化：将激光辐照完成的PTFE覆铜板浸入银活化液中30s，取出后烘干。
所述银活化液由以下步骤制备完成（制备步骤以下实施例相同）：
（a）将5份全氟丁基磺酸、5份醋酸银和85份去离子水混合搅拌均匀。
（b）将上述混合溶液密封、搅拌的条件下，60-100℃保温1小时。
（c）过滤后所得溶液即为银活化液。
（3）烘干：将活化完毕后的PTFE覆铜板在150℃烘箱中烘干3h。
（4）激光再辐照：通过定位孔将烘干完毕的PTFE覆铜板固定在波长1064nm的红外激光器下，启动红外激光器将每一个孔再辐照一遍，辐照半径与钻孔半径一致，红外激光器的参数为：功率50W，扫描速率3000mm/s，频率120KHz。
（5）化学镀铜：激光辐照完毕后的PTFE覆铜板放入化学镀铜溶液中进行镀铜，镀铜厚度0.1μm，化学镀铜溶液的组分及含量为：五水硫酸铜10g/L，乙二胺四乙酸钠40 g/L，PEG-1000 1g/L，1，10-邻菲咯啉 20mg/L，甲醛5g/L，氢氧化钠15g/L，十二烷基苯磺酸钠0.1 g/L（化学镀铜溶液以下实施例相同）。
（6）电镀铜：对化学铜沉积完成的PTFE覆铜板进行电镀加厚镀铜，电镀铜厚度30μm。
（7）、水洗，保温烘干，烘干温度为150℃，烘干时间3h。
实施例2
采用厚度120μm，面积20×20cm的PTFE覆铜板，板面0.1mm孔100个、0.2mm孔100个、0.3mm孔100个，制作方法如下：
（1）激光辐照：将钻孔完毕的PTFE覆铜板，通过定位孔置于波长1064nm的红外激光器中，电脑端输入扫描文件，激光对焦完毕后对孔进行扫描，激光扫描半径与孔径一致。红外激光器参数为：功率100W，扫描速率1000mm/s，频率50KHz。
（2）活化：将激光辐照完成的PTFE覆铜板浸入银活化液中60s，取出后烘干。所述银活化液的组分为：10份全氟壬烯氧基苯磺酸钠、10份醋酸银和60份去离子水。
（3）烘干：将活化完毕后的PTFE覆铜板在150℃烘箱中烘干3h。
（4）激光再辐照：通过定位孔将烘干完毕的PTFE覆铜板固定在波长1064nm的红外激光器下，启动红外激光器将每一个孔再辐照一遍，辐照半径与钻孔半径一致，红外激光器的参数为：功率80W，扫描速率5000mm/s，频率200KHz。
（5）化学镀铜：激光辐照完毕后的PTFE覆铜板放入化学镀铜溶液中进行镀铜，镀铜厚度0.1μm。
（6）电镀铜：对化学铜沉积完成的PTFE覆铜板进行电镀加厚镀铜，电镀铜厚度30μm。
（7）、水洗，保温烘干，烘干温度为150℃，烘干时间3h。
实施例3
采用厚度120μm，面积20×20cm的PTFE覆铜板，板面0.1mm孔100个、0.2mm孔100个、0.3mm孔100个，制作方法如下：
（1）激光辐照：将钻孔完毕的PTFE覆铜板，通过定位孔置于波长1064nm的红外激光器中，电脑端输入扫描文件，激光对焦完毕后对孔进行扫描，激光扫描半径与孔径一致。红外激光器参数为：功率125W，扫描速率3000mm/s，频率110KHz。
（2）活化：将激光辐照完成的PTFE覆铜板浸入银活化液中60s，取出后烘干。所述银活化液的组分为：10份全氟己基乙基磺酸、10份醋酸银和80份去离子水。
（3）烘干：将活化完毕后的PTFE覆铜板在150℃烘箱中烘干3h。
（4）激光再辐照：通过定位孔将烘干完毕的PTFE覆铜板固定在波长1064nm的红外激光器下，启动红外激光器将每一个孔再辐照一遍，辐照半径与钻孔半径一致，红外激光器的参数为：功率80W，扫描速率5000mm/s，频率110KHz。
（5）化学镀铜：激光辐照完毕后的PTFE覆铜板放入化学镀铜溶液中进行镀铜，镀铜厚度0.1μm。
（6）电镀铜：对化学铜沉积完成的PTFE覆铜板进行电镀加厚镀铜，电镀铜厚度30μm。
（7）、水洗，保温烘干，烘干温度为150℃，烘干时间3h。
实施例4
采用厚度120μm，面积20×20cm的PTFE覆铜板，板面0.1mm孔100个、0.2mm孔100个、0.3mm孔100个，制作方法如下：
（1）激光辐照：将钻孔完毕的PTFE覆铜板，通过定位孔置于波长1064nm的红外激光器中，电脑端输入扫描文件，激光对焦完毕后对孔进行扫描，激光扫描半径与孔径一致。红外激光器参数为：功率200W，扫描速率5000mm/s，频率200KHz。
（2）活化：将激光辐照完成的PTFE覆铜板浸入银活化液中60s，取出后烘干。所述银活化液的组分为：20份全氟己酸、20份醋酸银和90份去离子水。
（3）烘干：将活化完毕后的PTFE覆铜板在150℃烘箱中烘干3h。
（4）激光再辐照：通过定位孔将烘干完毕的PTFE覆铜板固定在波长1064nm的红外激光器下，启动红外激光器将每一个孔再辐照一遍，辐照半径与钻孔半径一致，红外激光器的参数为：功率60W，扫描速率2500mm/s，频率80KHz。
（5）化学镀铜：激光辐照完毕后的PTFE覆铜板放入化学镀铜溶液中进行镀铜，镀铜厚度0.1μm。
（6）电镀铜：对化学铜沉积完成的PTFE覆铜板进行电镀加厚镀铜，电镀铜厚度30μm。
（7）、水洗，保温烘干，烘干温度为150℃，烘干时间3h。
实施例5
采用厚度120μm，面积20×20cm的PTFE覆铜板，板面0.1mm孔100个、0.2mm孔100个、0.3mm孔100个，制作方法如下：
（1）激光辐照：将钻孔完毕的PTFE覆铜板，通过定位孔置于波长1064nm的红外激光器中，电脑端输入扫描文件，激光对焦完毕后对孔进行扫描，激光扫描半径与孔径一致。红外激光器参数为：功率150W，扫描速率4000mm/s，频率150KHz。
（2）活化：将激光辐照完成的PTFE覆铜板浸入银活化液中60s，取出后烘干。所述银活化液的组分为：15份全氟丁基甲醚、15份醋酸银和90份去离子水。
（3）烘干：将活化完毕后的PTFE覆铜板在150℃烘箱中烘干3h。
（4）激光再辐照：通过定位孔将烘干完毕的PTFE覆铜板固定在波长1064nm的红外激光器下，启动红外激光器将每一个孔再辐照一遍，辐照半径与钻孔半径一致，红外激光器的参数为：功率50W，扫描速率1000mm/s，频率20KHz。
（5）化学镀铜：激光辐照完毕后的PTFE覆铜板放入化学镀铜溶液中进行镀铜，镀铜厚度0.1μm。
（6）电镀铜：对化学铜沉积完成的PTFE覆铜板进行电镀加厚镀铜，电镀铜厚度30μm。
（7）、水洗，保温烘干，烘干温度为150℃，烘干时间3h。
实施例1-5制作工艺生产所完成的孔金属化，背光等级在9.5以上，热冲击（288℃热浸锡10s）6次无爆板现象。
以上的实施方式不能限定本发明创造的保护范围，专业技术领域的人员在不脱离本发明创造整体构思的情况下，所做的均等修饰与变化，均仍属于本发明创造涵盖的范围之内。
Claims (3)
1.一种通过激光辐照实现PTFE电路板孔金属化的方法，其特征在于其步骤如下：
（1）激光辐照：将钻孔完毕的PTFE覆铜板固定在波长1064nm的红外激光器下，启动红外激光器将每一个孔辐照一遍，辐照半径与钻孔半径一致，红外激光器的参数为：功率100-200W，扫描速率1000-5000mm/s，脉冲频率20-200KHz；
（2）活化：将辐照完毕的PTFE覆铜板浸入银活化液中30-60s；银活化液的组分为：5-20质量份全氟阴离子表面活性剂、5-20质量份醋酸银和90-60质量份去离子水；
（3）烘干：将活化完毕后的PTFE覆铜板在150℃烘箱中烘干3h；
（4）激光再辐照：将烘干完毕的PTFE覆铜板固定在波长1064nm的红外激光器下，启动红外激光器将每一个孔再辐照一遍，辐照半径与钻孔半径一致，红外激光器的参数为：功率50-80W，扫描速率1000-5000mm/s，脉冲频率20-200KHz；
（5）化学镀铜：将激光辐照完毕后的PTFE覆铜板放入化学镀铜溶液中进行镀铜；
（6）电镀铜：对化学铜沉积完成的PTFE覆铜板进行电镀加厚镀铜。
2.根据权利要求1所述的通过激光辐照实现PTFE电路板孔金属化的方法，其特征在于所述全氟阴离子表面活性剂选自全氟丁基磺酸、全氟壬烯氧基苯磺酸钠、全氟己基乙基磺酸、全氟己酸或全氟丁基甲醚。
3.根据权利要求1所述的通过激光辐照实现PTFE电路板孔金属化的方法，其特征在于所述化学镀铜溶液的组分及含量为：五水硫酸铜10g/L，乙二胺四乙酸钠40 g/L，PEG-10001g/L，1，10-邻菲咯啉 20mg/L，甲醛5g/L，氢氧化钠15g/L，十二烷基苯磺酸钠 0.1 g/L。
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