阅读说明：本技术 一种在聚苯硫醚基材上制作金属线路的方法 (Method for manufacturing metal circuit on polyphenylene sulfide base material ) 是由 吴昊 曹海强 于 2019-09-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种在聚苯硫醚基材上制作金属线路的方法,该方法包括：S1：将只含有玻纤填料的聚苯硫醚基材的表面进行激光辐射,获得粗糙的表面,此时,会有玻纤填料暴露出来；S2：对基材的粗糙化的表面进行化学处理；S3：通过化学镀在所述步骤S2处理后的基材表面上制备所需的金属线路。该方法采用化学处理激光镭射后基材的粗糙表面,使基材表面改性进而容易化学镀,方法简单,大大简化了金属线路的制作流程,降低了成本。(The invention discloses a method for manufacturing a metal circuit on a polyphenylene sulfide base material, which comprises the following steps: s1: carrying out laser radiation on the surface of the polyphenylene sulfide base material only containing the glass fiber filler to obtain a rough surface, wherein the glass fiber filler is exposed; s2: chemically treating the roughened surface of the substrate; s3: the desired metal wiring is prepared on the surface of the base material treated in the step S2 by electroless plating. The method adopts the rough surface of the substrate after the chemical treatment of the laser, so that the surface of the substrate is modified and chemical plating is easy, the method is simple, the manufacturing process of the metal circuit is greatly simplified, and the cost is reduced.)

一种在聚苯硫醚基材上制作金属线路的方法

技术领域

本发明属于金属线路的制作方法的技术领域，尤其涉及一种在聚苯硫醚基材上制作金属线路的方法。

背景技术

随着电子行业的发展，人们对制备电子线路的原材料的电学性能要求越来越苛刻。其中，聚苯硫醚(PPS)由于其优异的介电性能和相比液晶聚合物(LCP)材料更低廉的价格，备受关注。另外，出于考虑获得更加优异的力学性能和耐热性能，PPS材料常常被添加进大量的玻纤填料。目前，含有玻纤填料的PPS材料正在开始被大量应用于5G基站中的塑料振子的制备当中。但即便如此，PPS材料仍有如下一些待解决的问题。

例如，众所周知，LDS工艺是当前终端天线等产品中的金属线路的主流制备工艺。如果要使用LDS工艺，必须先在原材料中专门添加适合LDS工艺的填料，常见的LDS填料为合适的重金属盐，例如次铬酸铜等。但人们发现，当在PPS材料中添加LDS填料时，即使添加极少量的LDS填料也会大大劣化PPS材料原本优异的介电性能，例如介电损耗大大升高，这就抵消了PPS的介电性能优势。为了解决该问题，现有的方案是，暂不在PPS中添加LDS填料，而是只添加玻纤填料，但是玻纤填料由于具有较低的表面能，不具有优异的上镀性，因此，这种只含有玻纤填料但不含LDS填料的PPS材料是无法直接应用于LDS工艺的。现有工艺按照如下流程在PPS材料上制备金属线路，具体是“整面喷砂粗化—化学镀薄镍—激光镭射金属线路的外轮廓—电镀加厚金属线路区域—化学蚀刻”。整面喷砂粗化的目的在于，由于没有添加LDS添加剂，化镀难度大大增大，例如专利CN102066473B就提到，“在没有铜铬氧化物尖晶石添加剂的情况下，该混配物在激光蚀刻之后根本就不能进行镀覆”。其中铜铬氧化物尖晶石添加剂即为所谓的LDS添加剂。有鉴于此，才利用喷砂的方法来粗糙化PPS材料的表面，目的是提高材料表面能，使材料更容易吸附化镀药水中的活性离子，降低化镀难度。但受限于喷砂工艺的特点，无法方便的进行选择性喷砂，只能整面全部喷砂粗化，而在随后进行的化学镀薄镍也将无法选择性的镀薄镍，而是整面镀薄镍。随后再利用与LDS类似但又有区别的方法，利用激光镭射金属线路的外轮廓，而不是金属线路本身的轮廓(详见示意图2)，从而将金属线路与其他区域隔离开，再利用电镀工艺对金属线路进行增厚，由于其他区域已经被隔离开，从而能够实现只对金属线路区域进行增厚的效果，最后再利用化学蚀刻工艺对整面金属层蚀刻，由于金属线路区域与其他区域的厚度存在差异，在蚀刻掉其他区域的金属薄镍层时，仍然会大部分保留金属线路区域的金属层，最终获得所需要的金属线路。由以上过程可知，现有的方案极其繁琐，成本难以进一步降低。另外，由以上描述可知，喷砂粗糙化PPS表面，但受限于喷砂工艺的特点，无法方便的进行选择性喷砂，只能整面全部喷砂粗化，而在随后进行的化学镀薄镍也将无法选择性的镀薄镍，而是整面镀薄镍，随后金属线路区域内的薄镍层并不会被化学蚀刻掉，而是要被保留下来，众所周知，由于镍的电导率低于铜，从而不利于高频高速电子信号的传输。因此需要针对现有的含有玻纤填料的PPS表面改性技术加以改进。另外，现有方案是利用激光镭射金属线路的外轮廓，而不是像LDS工艺那样镭射的是金属线路本身的轮廓，这会对镭射的对位精度和参数设定均提出更严格的要求。

发明内容

为了克服以上存在的问题，本发明提供了一种在聚苯硫醚基材上制作金属线路的方法，该方法采用化学处理激光镭射后获得基材的粗糙表面，使基材表面改性进而容易化学镀。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种在聚苯硫醚基材上制作金属线路的方法，包括：

S1：将只含有玻纤填料但不含有LDS填料的聚苯硫醚基材的表面进行激光辐射，获得粗糙的表面，此时，会有玻纤填料暴露出来；

S2：对基材的粗糙化的表面进行化学处理；

S3：通过化学镀在所述步骤S2处理后的基材表面上制备金属线路。

优选地，所述步骤S2具体包括：

S201：利用化学微蚀溶液清洗步骤S1所述基材的粗糙化表面，化学微蚀溶液还对暴露出来的玻纤进行微蚀；

S202：将经步骤S201处理后的基材浸泡在改性前处理溶液中，使基材获得具有改性后的粗糙化表面。

优选地，所述化学微蚀溶液至少包含硫酸钠、氟化氢铵以及去离子水，所述硫酸钠溶液的浓度为0.05～10mol/L，所述氟化氢铵溶液的浓度为0.05～10mol/L。

优选地，所述改性前处理溶液至少包含高锰酸钾以及去离子水，还可以包括双氧水，所述高锰酸钾的浓度为0.05～10mol/L，所述改性前处理溶液的pH值为7～10，在此范围的内的化学处理溶液具有较高的活度。

所述步骤S3具体包括：

S301：根据金属线路的总厚度以及化学镀的镀层速率，计算出化学镀所需要的时间t；

S302：对基材表面进行化学镀，控制化学镀的时间t/n，其中2≤n≤10,且n为整数；每次化学镀t/n时间后；

S303：将经过步骤S302化学镀后的基材浸泡在金属蚀刻溶液中蚀刻；

S304、重复m次所述步骤S302～S303，其中m≥n，且m为整数，获得金属线路。

优选地，所述金属蚀刻溶液至少包含硫酸溶液以及去离子水，所述硫酸的浓度为0.1～10mol/L，金属蚀刻溶液只要是对金属腐蚀的强酸都可以，但普遍采用硫酸。

优选地，在所述步骤S302化学镀之前还包括对基材进行化学沉浸进行钯活化。

优选地，本发明提供的方法还包括：S4：通过化学镀在所制备的金属线路上形成线路保护层，根据实际需要对金属线路做线路保护层，在有些金属线路区域需要用到焊接，做了保护层有利于焊接，另外做了保护层也有利于金属线路的保存寿命。

优选地，所述步骤S4具体包括：

S401：将所述步骤S3所制备的金属线路进行化学沉浸钯活化；

S402：将所述步骤401活化后的金属线路上化学镀线路保护层。

优选地，所述线路保护层为镍、金、银、钯中的一种或几种的组合。

优选地，所述金属线路的材质为铜、银、金、钯中的一种或几种的组合。

优选地，所述玻纤填料在所述聚苯硫醚基材中的比例为1wt％～50wt％。

优选地，所述金属线路的工作频率为3.3GHz～4.2GHz。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

本发明提供的在含有玻纤填料的PPS基材表面制作金属线路的方法，首先采用激光镭射金属线路本身的轮廓(而不是金属线路的外轮廓)，同时暴露出玻纤填料，获得粗糙化的表面，因此与现有的技术相比不需要对辐射时的对位精度和镭射参数设定提出额外的苛刻要求；然后对激光镭射后暴露的粗糙表面进行化学处理，使后续的金属线路更容易化学镀；最后在基材表面进行化学镀。因此本发明提供的整个方法中不需要提前在基材表面进行化学镀镍，进而金属线路层与PPS基材表面之间也不会有残留下来的薄镍层，不会对高频高速信号的传输产生不利的影响；同时该方法与现有的工艺方法相比，大大简化了制备流程，有利于降低成本。

在本发明优选的实施例方案中，将化学镀金属线路层的过程分解为多步来完成，并且在每一步之间额外加入一段短暂的蚀刻过程，优势在于可以抑制可能存在的溢镀问题。具体而言，由于每一步的化镀时间被缩短了，可能存在的溢镀将得到减轻，一般而言，溢镀区域均处于边缘地带，而且其镀层厚度往往也较常规区域的镀层厚度更薄，因此，在后续短暂的蚀刻过程中，溢镀区域的镀层更容易优先被蚀刻掉。因此，当重复多次“化镀—短暂蚀刻”的过程后，就可以实现溢镀区域的镀层生长始终被抑制，而常规区域的镀层得到逐步生长的效果。

本发明提出的方案与传统LDS工艺相比，不需要在PPS基材中额外添加LDS填料，因此能够保留PPS基材在电性能方面的优势，同时又具有与LDS工艺类似的特点，取得了原材料和工艺两方面的双重优势。

附图说明

图1为本发明的方法制备的金属线路的结构示意图；

图2为现有的激光镭射区域；

图3为本发明的激光镭射区域。

附图标记说明：1-聚苯硫醚基材；2-金属线路；3-线路保护层；4-激光镭射区域；5-金属线路区域。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种在聚苯硫醚基材上制作金属线路的方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。

一种在聚苯硫醚基材上制作金属线路的方法，包括：

S1：按照金属线路的走线设计，通过激光镭射对只含有玻纤填料但不含有LDS填料的聚苯硫醚基材的表面进行选择性蚀刻，高能激光将烧蚀基材从而获得粗糙化的表面以形成所需要的线路图案，此时，在粗糙化的表面会有大量玻纤填料被暴露出来；

S2：对基材的粗糙化的表面进行化学处理，即通过化学试剂对基材的粗糙化的表面进行活化；

S3：通过化学镀在步骤S2处理后的基材表面上制备所需的金属线路，金属线路的材质优选为铜、银、金、钯中的一种或几种的组合，考虑经济型和导电性，进一步优选为铜；

其中，聚苯硫醚基材内玻纤填料的比例优选为1wt％～50wt％。

本发明提供的在含有玻纤填料的PPS基材表面制作金属线路的方法，首先采用与传统的LDS工艺保持一致的激光镭射金属线路本身的轮廓(如图3所示)，即激光镭射区域4与金属线路区域5重合，获得粗糙化的表面，暴露出玻纤填料，而不是金属线路的外轮廓(如图2所示)，因此与现有的技术相比不需要对辐射时的对位精度和镭射参数设定提出额外的苛刻要求；然后对激光镭射后暴露的粗糙表面进行化学处理，使基材的粗糙表面改性，使后续的金属线路更容易化学镀；最后在基材表面进行化学镀。因此本发明提供的整个方法中不需要提前在基材表面进行化学镀镍，进而金属线路层与PPS基材表面之间也不会有残留下来的薄镍层，不会对高频高速信号的传输产生不利的影响。

本发明提出的技术方案与传统LDS工艺相比，不需要在PPS基材中额外添加LDS填料，只含有玻纤填料，还能采用传统的LDS工艺激光镭射金属线路本身的轮廓，最后化学镀金属线路，因此，不仅能够保留PPS基材在电性能方面的优势，同时又具有与LDS工艺类似的特点，取得了原材料和工艺两方面的双重优势。

具体地，步骤S2具体包括：

S201：利用化学微蚀溶液清洗步骤S1所述基材的粗糙化表面5～30min，化学微蚀溶液对暴露出来的玻纤进行微蚀；

S202：将将步骤S201处理后的基材浸泡在改性前处理溶液中5～40min，使基材表面获得具有改性后的粗糙化表面；

优选地，化学微蚀溶液至少包含硫酸钠、氟化氢铵以及去离子水，硫酸钠的浓度为0.05～10mol/L，氟化氢铵的浓度为0.05～10mol/L，还可以包含氢氟酸，但氢氟酸操作不方便，一般不直接使用。

优选地，改性前处理溶液至少包括高锰酸钾以及去离子水，还可以包括双氧水，高锰酸钾的浓度为0.05～10mol/L，改性前处理溶液的pH值为7～10，在此范围的内的化学处理溶液具有较高的活度。

具体地，步骤S3具体包括：

S301：根据金属线路的总厚度以及化学镀的镀层速率，计算出化学镀所需要的时间t，时间t等于金属线路的总厚度除以化学镀的镀层速率；

S302：对基材表面进行化学镀，控制化学镀的时间t/n，其中2≤n≤10,且n为整数；

S303：将经过步骤S302化学镀后的基材浸泡在金属蚀刻溶液中1～30min；

S304、重复m次所述步骤S302～S303，其中m≥n，且m为整数；

需要说明的是理论上m＝n，但是在实际生产过程中，每次的蚀刻可能会把需要的镀层部分蚀刻，使得镀层厚度减小，如果镀层厚度不在需要的公差范围之内，因此在循环n次之后，根据实际情况再循环一次，得到需要的镀层厚度。

化学镀过程中直接镀金属线路，不需要进行镀过渡层，假如金属线路的材料是铜，那么化学镀直接镀铜，不需要进行镀过渡层。

在本发明优选的实施例方案中，将化学镀金属线路层的过程分解为多步来完成，并且在每一步之间额外加入一段短暂的蚀刻过程，优势在于可以抑制可能存在的溢镀问题。具体而言，由于每一步的化镀时间被缩短了，可能存在的溢镀将得到减轻，一般而言，溢镀区域均处于边缘地带，而且其镀层厚度往往也较常规区域的镀层厚度更薄，因此，在后续短暂的蚀刻过程中，溢镀区域的镀层更容易优先被蚀刻掉。因此，当重复多次“化镀—短暂蚀刻”的过程后，就可以实现溢镀区域的镀层生长始终被抑制，而常规区域的镀层得到逐步生长的效果。

优选地，金属蚀刻溶液至少包含硫酸以及去离子水，硫酸的浓度为0.1～10mol/L，金属蚀刻溶液只要是对金属腐蚀的强酸都可以，但普遍采用硫酸。

优选地，在步骤S302化学镀之前，将基材进行化学沉浸进行钯活化。

优选地，本发明提供的方法还包括：S4：通过化学镀在所制备的金属线路上形成线路保护层，线路保护层优选为镍、金、银、钯中的一种或几种的组合，根据实际需要对金属线路做线路保护层，在有些金属线路区域需要用到焊接，做了保护层有利于焊接，另外做了保护层也有利于金属线路的保存寿命。

具体地，步骤S4具体包括：

S401：将所制备的金属线路进行化学沉浸钯活化；

S402：将所述步骤401活化后的金属线路上化学镀线路保护层。

优选地，金属线路的工作频率优选为3.3GHz～4.2GHz。

如图1所示，采用本发明提供的方法制作的金属线路，包括聚苯硫醚基材1、贴合于聚苯硫醚基材1表面的金属线路2以及覆盖在金属线路上的线路保护层3，聚苯硫醚基材中含有玻纤填料；所制得的金属线路应用于塑料振子。

实施例1

一种在聚苯硫醚基材上制作金属线路的方法，包括：

S1：准备含有玻纤填料但不含有LDS填料的聚苯硫醚基材；

S2：按照金属线路的走线设计，对步骤S1所述的聚苯硫醚基材的表面进行激光镭射，高能激光将烧蚀基材从而获得粗糙化的表面，此时，在粗糙化的表面会有大量玻纤填料被暴露出来；

S3：利用化学微蚀溶液清洗步骤S2所述基材的粗糙化表面30min，同时，化学微蚀溶液对暴露出来的玻纤进行微蚀；

S4：将步骤S3中所述聚苯硫醚基材浸泡在改性前处理溶液中10min，使PPS基材获得具有改性后的粗糙化表面；

S5：利用化学镀工艺在步骤S4所述的改性后粗糙化的表面制备出金属线路铜以及线路保护层镍和金。

其中，化学微蚀溶液中包含过硫酸钠、氟化氢铵以及去离子水，所述过硫酸钠的浓度为2.5mol/L，氟化氢铵的浓度为2mol/L，改性前处理溶液中包含高锰酸钾以及去离子水，高锰酸钾的浓度为0.5mol/L。改性前处理溶液还含有氨水和氢氧化钠，并利用氨水和氢氧化钠将化学处理药水的PH调整为8.5～9。

化学镀金属线路具体包括如下步骤:

S501：首先根据金属线路层的总厚度以及化学镀层的上镀速率，计算出化学镀所需要的总上镀时间为3h；

S502：将步骤S4蚀刻后的聚苯硫醚基材在钯活化溶液中浸泡10min，温度为45℃，钯活化溶液的组分包括氯化锡、氯化钯和盐酸，氯化锡的溶度为10g/L，氯化钯的浓度为0.1g/L，用37wt％盐酸调节氯化锡和氯化钯混合溶液的pH值为2～2.5；

S503：利用去离子水超声清洗步骤S502所述的聚苯硫醚基材，然后基材浸入镀铜溶液中，所述镀铜溶液的温度为55℃，控制上镀时间为1h，即n＝3，其中，镀铜溶液的组分包括无水硫酸铜、甲醛、酒石酸钠钾和氯化铵，五水硫酸铜的浓度为10g/L，甲醛的浓度为20ml/L，酒石酸钠钾的浓度为20g/L，氯化铵的浓度为1.5g/L；

S504：将步骤5.2中所述基材浸泡在金属蚀刻溶液中5min，金属蚀刻溶液为浓度为5mol/L的硫酸溶液，温度设定为75℃；

S505：重复3次步骤S503至S504，此时m值等于n值，得到金属线路铜；

S506：在金属线路层的表面继续化学镀线路保护层；

其中化学镀线路保护层的步骤具体包括：

将步骤S505完成化学镀金属线路的基材浸入预活化溶液中5min，温度为55℃,预活化溶液的组分包含次氯化钯、盐酸和EDTA，其中，氯化钯的浓度为0.05g/L，EDTA的浓度为3.5g/L，用37wt％盐酸调节氯化钯和EDTA混合溶液的pH值为2～2.5之间；

将上述步骤的聚苯硫醚基材浸入镀镍溶液中20min,温度为80℃,镀镍溶液的组分包含次亚磷酸钠、氯化镍和EDTA，其中，次亚磷酸钠的浓度为5g/L，氯化镍的浓度为12.9g/L，EDTA的浓度为6.5g/L；

将上述步骤化学镀镍后的基材浸入镀金溶液中20min，温度为80℃,镀金溶液的组分包含KAu(CN)₂和柠檬酸，其中，KAu(CN)₂的浓度为0.04g/L，柠檬酸浓度为12g/L。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。