形成印刷电路装置的方法和装置

总的来说本发明有关于印刷电路板技术。

在现有技术中，印刷电路板是人们所熟知的。为了制造印刷电路板，在板状的非导电的板状材料（sheet    stock）（例如FR-4塑料）上粘合导电层（如铜）。利用掩模技术，在导电层上设置成对应于所需电路的形状的阻蚀化学物质。然后将该板放入化学槽中，没有经过这样化学处理的导电材料即被除去。

由上述工艺制备的电路板虽然在许多场合是令人满意的，但存在一定缺陷，如，铜的图形可因各种物理力（包括粘合力）而从基板上脱离，从而损坏电路。因此，必须注意在线路板上形成的导电走线不能太窄而影响粘结的铜的耐久性。另一个问题是成本，铜粘结工艺本身必须使用一定的塑料材料。结果，在使用现有制造技术的情况下，利用其它低成本的塑料是难以得到满意的电路板的。

模压电路板在现有技术中也是人们所知的，这里，非导电基板不是板状材料而是模压成所需形状的塑料。尽管所需的形状可以是板形电路板的平面形状，也可以具有三维特征（例如销式连接器可被传统地模压成板的一部分）利用上述的蚀刻工艺，导电走线（包括符合三维特征的导电走线）可被加于板之上。

除了能模压具有三维特征的电路板以外，该方法还具有使用低成本塑料材料的优点。但是该方法也具有以下明显的缺点;铜必须首先利用化学电镀工艺粘结到基板上。化学电镀也将遇到一些难题。该工 艺需要很多时间准备基板，然后才能进行抗蚀和蚀刻过程。该工艺方法也需要大量空间（场地和盛放各种化学物质的罐子的场地）。由于只有75%的铜最后被加于板上或以其它有用的方式加以利用，而其它部分作为废料损失掉了，因此，该方法效率相对较低。最后，该方法对环境会构成影响，该工艺方法需要大量的各种液体化学物质在这此物质使用前、使用中和使用后都需要适当地处理，出于对环境的考虑，对电镀废液的排放涉及许多法律问题。

因此，可行的印刷电路板生产方法提出了许多要求。具体地说，电镀工艺可以使用较低成本的基板材料，铜与基板有较高的结合度以及可以使用模压电路板等是非常希望的。电路板被广泛用于各种电子产品中，上述优点所体现的成本及质量优点是巨大的。

通过这里披露的制造印刷电路装置的方法，即可基本满足这些和其它需要。按照该方法，由非金属材料构成的基板上被喷镀上金属导电材料。然后，金属导电材料部分被有选择地去掉以形成电路走线。

在本发明的一个实施例中，所述喷镀是通过使用热喷镀方法实现的。

在各种实施例中，可以在大体平面的基板的一面或两面喷镀，或者在利用模压方法得到的三维基板上的一面或多面上喷镀。

图1为一个基板的侧面截面正视图;

图2为一个喷镀有导电材料的基板的侧面截面正视图;

图3为喷镀有第二金属导电层的基板的侧面截面正视图;

图4为形成的电路图形的顶部平面图;

图5为另一实施例的侧面截面正视图;

图6为又一实施例的侧面截面正视图;

图7为在随后的工艺步骤中的另一实施例的侧面截面正视图;

图8为另一实施例的透视详图;

图9为另一实施例的侧面截面正视图;

图10为又一实施例的侧面截面正视图;

图11为图10显示的另一实施例的顶部平面图;

图12为一无线电装置的方框图。

在开始之前，首先提供一个非金属材料的基板（100）（图1）。该基板（100）可以是例如FR-4或CEM塑料，或者是模压的基板，在此情况下，可以是Hoechst    Celenese-Fortron（PPS-树脂）甚至Amoco-Amodel（PPA-树脂），（本案发明人发现其它基板包括陶瓷和云母在本申请中亦工作很好）。为于适合于具体应用，根据人们熟知的印刷电路板技术，在基板（100）上可以有一个或多个孔（101）。

下一步，利用一个热喷镀枪（200）（图2）（例如DJ钻石喷射枪（Metco    Perkin    Elmer  生产），金属导电材料即被热（熔）喷镀（201）在基板（100）上，从而在基板（100）上提供了一个金属导电材料层（203）。在该具体实施例中，所述金属导电材料包括铜（在最佳实施例中，铜的纯度至少为98.5%）。

上述热喷镀技术包括这一个步骤，铜的粉末在与氧、丙烯和空气的混合物中被熔化。熔化的铜（温度在1649℃-1927℃之间）然后被以762-914m/s的速度从热喷镀枪（200）喷射到基板（100）上。比较典型地，在该过程中，喷镀枪（200）被定位于离基板（100）25.4-50.8cm的距离。枪（200）在任一位置保持的时间取决于在任何给定的区域铜的厚度的需要。该 过程在铜和基板之间产生了机械粘合力，如果没有化学蚀刻的话，二者基本上是难以分开的。

上述热喷镀工艺相对现有技术来讲具有许多显著的优点。例如，铜和基板之间的粘合力显著强于用现有技术得到的粘合力。而且该工艺更具效率;利用本领域技术人员所熟知的未利用材料回收系统，超过99%的铜都可有效利用于镀层工艺（与之相对比，化学电镀工艺将有25%的浪费）。此外，化学电镀要需要许多个小时，而该工艺制作一个典型的电路板只需几分钟既可全部完成（例如，一个10Cm×13cm的板只需90秒）。

另外的优点就是喷镀设备所需的空间远小于化学电镀设备所需的空间。而且，不需要危险的液体化学物质，因此对环境无害。此外，申请人发现，该工艺可用于多种塑料材料，包括非常便宜的可模压的塑料材料。因此，与传统板材材料相比，基板的成本可降低50%到70%。最后一点，申请人还发现，本工艺方法可以在基板（100）上的通孔（101）的内壁上形成满意的导电层，因为构成印刷电路装置经常需要这一特征。

如果需要，还可以包括第二热喷镀步骤（图3），允许在第一层（203）之上淀积一种金属导电材料（如90%纯的锡）的第二层（301）。利用该步骤，即也可以方便，高效、迅速对环境无害的方式在铜上镀锡。

在铜喷镀步骤或锡淀积步骤（根据具体应用的需要）之后，即按照现有技术将电路图形化学地成象于上表面，未经处理的部分即被化学地除去形成最后的导电材料图形（图4）。由于导电材料和基板（100）之间的高度结合性，导电图形（401，402和404） 可以根据需要作得很窄。这种情况在电流较低而电路板上的空间很宝贵时是很需要的。通过比较，利用本技术，至少为利用目前技术安全得到的导电走线一半宽度的导电走线可很容易地取得。

利用上述的基本步骤，可以得到印刷电路装置的各种实施例。例如，在基本上平面的基板（100）（图5）的两面都可以象上面那样热处理以便在基板（100）的两面提供铜层（203和500）和锡层（301和501）。为了取得这一点，基板（100）只需在第一面热喷镀以后翻转过来进行第二面热喷镀。在另一种情况下，可用相对的喷枪来同时完成二面的喷镀。这样，即可得到在每面都具有二维电路图形的双面电路板。

在另一个实施例中，铜材料（203）（图6）的热喷镀工艺可以进行控制以便在基板（100）的某些位置比其它位置淀积得更多。如图6中标号600所示。例如，在非常需要电路板的热性能特征时。在蚀刻步骤（图7）之后，导电材料增厚的区域（600）可作为装在那里的电路元件的一个小的散热片。类似地，增加厚度的区域也可用来作为增加电流密度的需要。

如前面所述，模压电路装置可具有三维特征。图8中，显示了一个通过模压方法与基板一体形成的四个边的盒子（800）的三维特征。利用上述的热喷镀技术，可在基板（100）包括三维特征（800）的外表面形成粘结的导电层。然后利用掩膜和蚀刻技术，导电层选择的部分被除去，留下与基板（100）的表面特征包括三维特征（800）相符的导电电路图形（801和802），于是在基板（100）的一面产生出三维的电路图形。

参见图9，一个特殊的基板（100）可不止在其一面具有三维 特征，例如，一个四边的盒子可出现于大体上平坦的基板（100）上的两面。通过对基板两面热喷镀，并再利用掩膜（masking）和蚀刻技术，即在在基板（100）的两边容易地形成三维电路图形（801和901），并与三维特征的轮廓相一致。

上述工艺也可用来制造多层电路装置。参见图10和11，构成第一电路层的电路图形（1000和1001）是通过向基板（100）喷镀铜（203）如上面所述形成的。然后，在第一电路层上提供一个绝缘层（1002）（可由任一种适合的绝缘材料构成）。接着，再进行热喷镀工艺在绝缘层（1002）上提供一个铜层，然后，利用化学蚀刻产生构成第二电路层的电路图形（1003）。当然，该程序可重复进行以产生另外的电路层。而后，最后一层可以按所述镀锡。

按上述工艺方法制造的印刷电路装置具有广泛的工业应用。例如，用于双向无线电设备（1200）（图12）。如果将典型的双向无线电设备（1200）中的板状印刷电路板换成相同特征的用上述方法喷镀的模压的印刷电路板，则印刷电路板基板的成本可容易地降低25%-75%。同时板的质量却显著提高。此外，由于该方法制造的模压电路装置具有诸多优点，目前的无线电设备（1200）可很容易地重新设计，吸取各种三维特征的优点，因此，可以作得更小、更便宜。

利用热喷镀的方法在非导电基板上取得镀层的方法对设计者来说具有显著优点和自由性。设计成本显著降低，空间也得以节省，设计自由度增加，而且对环境的影响也减轻。