0.25 微米线宽柔性电路板的研制及其关键问题研究

A "Fully-Additive Process" will be developed to manufacture flexible circuit board (FCB) with minimum line width of 0.25 micron in this project. The process is compatible with the operations performed for rigid silicon integrated circuit board. Then the intrinsic technology limits for other "Fully-Additive Process", such as screen printing, inkjet printing, microcontact printing and direct-writing pattern, will be overcome; and the weakness of low efficiency and high cost for maskless lithography technology will be avoided. The process, quality, cost and reliability of flexible circuit board will be regulated in this project through the following studies: (1) line width control for copper pattern; (2) "Fully-Additive Process" of copper line; (3) adhesion strength between the copper layer and the plastic substrate; (4) thermal problem for FCB with high density. In order to give theoretic and experimental proofs for FCB with minimum line width of 0.25 micron via this "Fully-Additive Process", the following mechanisms will be discussed: (1) the thermaldynamics and kinetics of modification layer forming on plastic substrate; (2) the growth of catalytic metal grains on modification layer; (3) the micro-structure and deposition modeling of copper line from electroless plating.

本项目拟发展一种"全加成法"工艺，制备0.25微米线宽柔性电路板，该工艺与刚性硅集成电路板制程相兼容，以克服丝网印刷、喷墨打印、微接触印刷及直写图形化等技术条件的限制，以及无掩模光刻技术低效率、高成本的问题；通过对柔性电路板图形线宽控制、"全加成法"制备工艺、铜电路与基板的粘合性、柔性电路板发热问题分析及对策等进行研究，解决柔性电路板的工艺、品质、成本以及可靠性等问题；本项目拟探讨塑料基板表面改性层的生成机制、金属催化粒子在改性层表面的生成机制、以及化学镀铜膜的微结构生成机制等基本问题，为0.25微米线宽柔性电路板的"全加成法"制备提供理论与实验依据。

本项目研究了用于可穿戴电子产品的柔性电路，提升柔性电路与可穿戴电子器件的兼容性，主要研究内容包括三个方面：塑料基柔性电路、纸基柔性电路以及织物基柔性电路。.塑料基柔性电路是本项目研究的重点。本项目开发了线宽0.30±0.05微米级的柔性电路板的“全加成”法制备工艺，包括塑料基板洗净、烘干、表面改性、光掩膜下紫外照射、选择性催化活化以及化学镀铜等。该工艺具有以下优点：电路图形的精度由光掩摸决定，可达线宽亚微米级；工艺过程大多在溶液中进行，无需大型仪器设备；电路图形与塑料基板的结合力牢，可容忍多次反复折叠；铜电路图形的导电性好，有利于降低使用过程中的能耗。本项目还探讨了塑料基板表面改性层、催化活化层以及导电铜膜层的生成机制；重点筛选改性试剂和催化剂的种类，探讨二者在化学镀铜过程中的协同效应，分析了问题及不足，提出了改进方向。此外，本项目还开发了铜合金柔性板，以提高同电路图形的耐腐蚀性，以聚酯PET板为基底，利用紫外臭氧化表面改性结合化学镀技术在塑料表面直接镀出高耐蚀性高导电率的铜钴磷覆铜板，在三种腐蚀环境（包括酸性，碱性和中性）中具有良好的抗蚀性能。.在纸基柔性电路方面，以纤维素纸为基底，利用蜡染打印结合化学镀技术在纸表面直接设计并打印所需要的金属电路图形，具体工艺包括纤维素纸表面清洁，表面改性，表面图形化打蜡，表面活化，化学镀铜和表面除蜡等。该技术采用针式打印机直接在纤维素纸表面设计并打出所需涂蜡图形，金属图形设计方便。在织物基柔性电路构建方面，以柔性织物为基体，利用针式打印与化学镀结合技术，在织物表面构建金属电路图形。具体工艺包括清洁织物、硅烷偶联剂自组装改性、针式打蜡、金纳米溶胶活化、化学镀铜以及除蜡等，该方法的优点在于：蜡纸上的蜡是以固体形式转移到织物表面，因此形成的蜡图案精度高，对应得到的线路精度可控；得到的铜导电线路连续、致密、电导率高，精度可控。