CN101754586A - 印刷电路板的制备方法及由该方法制备的印刷电路板 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种通过直接印刷来制备印刷电路板(PCB)或柔性印刷电路板(FPCB)的方法，所述方法包括以下步骤：1)使用包含导电颗粒、作为粘合剂的聚酰胺酸和溶剂的糊料组合物在基板上印刷图案的步骤；2)烘烤经印刷的所述基板以酰亚胺化所述聚酰胺酸的步骤；以及3)对经印刷的所述基板进行电镀的步骤。本发明还提供由该方法制备的印刷电路板(PCB)或柔性印刷电路板(FPCB)。根据本发明，在简化工序、节省时间和成本并且使废物减至最少的同时，通过应用直接印刷的添加法来制造印刷电路板(PCB)或柔性印刷电路板(FPCB)。

Description

印刷电路板的制备方法及由该方法制备的印刷电路板
技术领域
本发明涉及一种通过使用糊料组合物在基板上直接印刷来制备印刷电路板(PCB)或柔性印刷电路板(FPCB)的方法。本发明还涉及由该方法制备的印刷电路板(PCB)或柔性印刷电路板(FPCB)。
背景技术
PCB或FPCB是带有经焊接或安装的各种元件以使装置功能化的最基本的电子元件。分别通过蚀刻覆铜箔层压板(CCL)或柔性覆铜箔层压板(FCCL)来制造PCB或FPCB以使其具有某些图案或电路。通过蚀刻的图案化方法称作“移除法(subtractive method)”。
另一方面，已经进行了研究和努力以便应用通过直接印刷的添加法而非通过蚀刻的移除法在显示器(包括液晶显示器(LCD)和等离子体显示屏(PDP))、触摸屏、RFID(射频识别技术)和抗电磁波屏蔽等中形成相对简单的图案，所述移除法造成了工艺的复杂性和工艺完成后大量待处理的废物。为了扩大上述努力的范围，已经尝试通过在板上直接印刷导电图案来经济地制造PCB或FPCB以避免移除法的复杂性和废物问题。然而，由于在PCB或FPCB上安装或焊接了许多元件，因此通过直接印刷来制造PCB或FPCB仍然有诸如耐热性、粘合强度和可焊性以及导电性等许多问题待克服。例如，韩国专利初步公开第10-2008-0013207号公报公开了使用主要由氨基甲酸银铵(silver ammonium carbamate)和粘合剂组成的银糊料通过直接印刷来形成导电图案，然后在图案上电镀金属以获得低电阻的金属图案。这种导电图案在粘合强度和耐热性方面具有根本问题，并且不能承受在其上通过焊接来安装元件。
发明内容
技术问题
本发明的目的是提供一种通过直接印刷来制备印刷电路板(PCB)或柔性印刷电路板(FPCB)的方法。
本发明的另一个目的是提供一种通过直接印刷来制备具有双面或多层的印刷电路板(PCB)或柔性印刷电路板(FPCB)的方法。
本发明的另一个目的是提供具有可与Rfid芯片结合的印刷天线的柔性板。
本发明的另一个目的是提供一种印刷电路板(PCB)或柔性印刷电路板(FPCB)，其中，通过直接印刷形成所述电路。
技术方案
根据本发明，提供了一种通过直接印刷来制备印刷电路板(PCB)或柔性印刷电路板(FPCB)的方法，所述方法包括以下步骤：
1)使用包含导电颗粒、作为粘合剂的聚酰胺酸以及溶剂的糊料组合物在基板上印刷图案的步骤；
2)烘烤经印刷的所述基板以酰亚胺化所述聚酰胺酸的步骤；以及
3)对经印刷的所述基板进行电镀的步骤。
根据本发明，还提供了一种制备具有多层的印刷电路板(PCB)或柔性印刷电路板(FPCB)的方法，所述方法进一步重复地包括印刷绝缘图案的步骤和步骤1)至步骤3)。
根据本发明，还提供了一种制备具有两面并具有导电性通路孔(via-hole)或通孔(through-hole)的印刷电路板(PCB)或柔性印刷电路板(FPCB)的方法，所述方法进一步包括在所述基板上打孔的步骤以及在所述基板的另一侧进行所述步骤1)至步骤3)。
根据本发明，还提供了根据上述方法通过直接印刷制备的具有单层、多层或双面的印刷电路板(PCB)或柔性印刷电路板(FPCB)。
“印刷电路板(PCB)”或“柔性印刷电路板”中的“电路”是指包括天线和电路在内的导电图案。
所述糊料组合物优选由0.01重量％～96重量％的导电颗粒、0.5重量％～96重量％的聚酰胺酸和残留溶剂组成。必要时所述糊料组合物还可包含金属前体。所述聚酰胺酸优选如下式1所定义。
式1
Figure G2009102245962D0000031
R1和R2分别为烃链或具有N、O和/或S的杂原子链，或者表示苯环之间的桥接或稠合。例如，R1和R2分别为-CO-、-SO2-、-CH2-、-C2H4-、-C3H6-或-O-。
所述聚酰胺酸通过如下式2所定义的芳香二酸酐和如下式3所定义的芳香二胺的加成聚合而获得。可以使用例如N，N-二甲基甲酰胺(“DMF”)、N，N-二甲基乙酰胺(“DMAc”)、N-甲基吡咯烷酮(“NMP”)、四甲基脲(“TMU”)、二甲亚砜(“DMSO”)或其混合物作为溶剂来溶解或分散芳香二酸酐和/或芳香二胺。在本发明中，“溶剂”广义上是指包括溶剂和分散介质在内的介质，而根据情况可用“溶液”来包括分散液。聚酰胺酸粘合剂通过将芳香二酸酐溶液和芳香二胺溶液混合来制备。优选的是，芳香二酸酐溶液的溶剂与芳香二胺溶液的溶剂相同且不经分离而作为所得粘合剂的溶剂引入。
      式2                                       式3
R1和R2分别为烃链或具有N、O和/或S的杂原子链，或者表示苯环之间的桥接或稠合。
如上式2所定义的芳香二酸酐例如为1，2，4，5-苯四甲酸二酐、3，3’，4，4’-二苯甲酮四甲酸二酐(“BTDA”)、氧双邻苯二甲酸酐(“ODPA”)、3，3’，4，4’-二苯基砜四甲酸酐(“DSDA”)、联苯四甲酸二酐(“BPDA”)、3-氢醌-o，o’-二乙酸酐(“HQDA”)或2，2-双[4-(3，4-二羧基苯氧基)苯基]丙烷二酐(“BPADA”)。
如上式3所定义的芳香二胺例如为间苯二胺、对苯二胺、氧联二苯胺、4，4’-二氨基二苯基砜或4，4’-二氨基二苯甲酮。
此处，“导电颗粒”是指导电材料的颗粒。所述材料没有限制，只要其在固态具有导电性即可。所述材料是包括如炭黑和石墨等碳质颗粒在内的金属或非金属及其氧化物、碳化物、硼化物、氮化物或碳氮化物。导电颗粒例如为金、铝、铜、铟、锑、镁、铬、锡、镍、银、铁、钛及其合金以及它们的氧化物、碳化物、硼化物、氮化物和碳氮化物的颗粒。作为碳质颗粒，例如有天然石墨片、膨胀石墨、石墨烯(graphene)、炭黑、纳米碳和碳纳米管。颗粒形状不受特别限制，可为例如平板状、纤维状或纳米尺寸。这些颗粒可以单独使用或组合使用。
此处，金属前体是指其中金属通过如P、S、O和N等杂原子与有机材料键合的有机金属化合物，且所述有机金属化合物在比相应金属的熔点低得多的温度被金属化。这样的有机金属包括例如与酮基、巯基、羧基、苯胺基、醚基或硫代硫酸基键合的金属。
直接印刷包括刷涂、喷涂、辊涂、丝网印刷、凹版印刷、胶版印刷、柔版印刷、滴涂(dispensing)、旋转丝网印刷和喷墨印刷。
除刚性板外，如纸、聚酯膜和聚酰亚胺膜等各种柔性基板也可用在本发明中。
在本发明中，经印刷图案可在较高温度或常温干燥，然后理想的是在150℃～350℃热处理或烘烤以在步骤2)酰亚胺化聚酰胺酸。当在所述糊料中使用金属前体时，可以在所述温度范围内分别或同时进行金属化用热处理和酰亚胺化用热处理。由于通过如此热处理使金属前体金属化且使聚酰胺酸粘合剂闭环，因而所述糊料被固定在基板上。酰亚胺化的粘合剂可耐受超过400℃。
根据本发明，可容易地制备具有多层或双面的印刷电路板(PCB)或柔性印刷电路板(FPCB)。对于具有双面的PCB或FPCB，形成了穿过基板的通路孔和通孔；或者，对于具有多层的PCB或FPCB，形成了穿过绝缘层的通路孔和通孔。除了第二层电路以外，还可以印刷使通路孔或通孔导电的导电图案，或与第二层电路一起印刷。在任何情况下，均仅通过数次印刷即可获得双面电路和多层电路。
有利效果
本发明可以在简化工序、节省时间和成本并且使废物减至最少的同时，通过应用直接印刷的添加法来制备印刷电路板(PCB)或柔性印刷电路板(FPCB)。
附图说明
图1是显示在制备例1中形成的图案的图。
图2是显示实施例1中的聚酰亚胺膜上的印刷电路及其局部放大图的照片。
图3是示意性地显示制备具有多层电路的FPCB的工序的流程图。
图4是示意性地显示制备具有双面电路的FPCB的工序的流程图。
图5是显示实施例4中的聚酰亚胺膜上的印刷天线的图。
图6是显示制备例1～7中所形成的图案的表面电阻率的图表。
具体实施方式
下文中将详细描述实施例，但不应认为本发明的范围受所述实施例的限制。可以对本发明进行各种改变或修改，这些改变或修改仍包含在本发明的范围内。
制备例1～7
粘合剂的制备
将19.2g 4，4’-二氨基二苯醚(“ODA”)溶于80g N-甲基吡咯烷酮中以制备ODA溶液。将20.9g均苯四甲酸二酐(“PMDA”)分散在80g N-甲基吡咯烷酮中以制备PMDA分散液。用2小时将PMDA分散液逐滴加入ODA溶液中。使混合物通过搅拌在室温反应24小时以制备聚酰胺酸粘合剂。
糊料的制备
将150g～210g平均粒径为2μm的板状(直径是厚度的50倍)银粉、0～30g的N-甲基吡咯烷酮和60g～150g如上制备的聚酰胺酸粘合剂根据如表1所示的比例充分混合在一起以制备银糊料。在聚酰亚胺膜(1)上，用所述银糊料作为油墨通过丝网印刷机如图1所示印刷图案。印刷包括将所述膜在200℃烘烤约10分钟以除去挥发性有机化合物并酰亚胺化聚酰胺酸粘合剂。对所形成图案的表面电阻率、粘合性、硬度和热稳定性进行测定并将其表示在表2中。实施例的表面电阻率如图6中的图表所示。表面电阻率通过四探针法测定，粘合力通过胶带法(ASTM-D3359B)测定，而硬度通过铅笔硬度测试(ASTM-D3369)来测定。通过观察在加热和焊接时的熔化和变形来对糊料的热稳定性进行如下评定：
◎：优秀，在与加热至400℃的烙铁接触1分钟时无变形
○：良好，用烙铁焊接后无变形
△：普通，在280℃的烘箱中保持30分钟后无变形，但在用烙铁焊接后变形
×：较差，在280℃的烘箱中保持30分钟后变形
表1
  制备例   糊料编号   PAA粘合剂(g)   NMP(g)   Ag粉(g)
  1   AP-A   60   30   210
  2   AP-B   75   15   210
  3   AP-C   90   -   210
  4   AP-D   105   -   195
  5   AP-E   120   -   180
  6   AP-F   135   -   165
  7   AP-G   150   -   150
表2
制备例 糊料编号   表面电阻率(×10-2O/□) 粘合性测试 硬度 热稳定性
  1   AP-A   4.094   5B   5H   ○
  2   AP-B   3.428   5B   5H   ○
  3   AP-C   2.287   5B   5H   ◎
  4   AP-D   3.512   5B   5H   ◎
  5   AP-E   5.254   5B   5H   ◎
  6   AP-F   7.882   5B   5H   ◎
  7   AP-G   9.883   5B   5H   ◎
◎优秀，○良好，△普通，×较差
实施例1
在聚酰亚胺膜(1)上，使用在制备例5中制备的银糊料作为油墨通过丝网印刷机如图1和图2所示印刷图案。印刷包括以下步骤：在200℃烘烤所述膜约10分钟以去除挥发性有机化合物并酰亚胺化聚酰胺酸粘合剂。
将220重量份的硫酸铜溶解在600重量份的纯水中。将2重量份的活性碳添加到所述溶液中，之后搅动该溶液3小时并过滤。将66重量份的硫酸、10重量份的5007-MU、0.5重量份的5000-A和0.5重量份的5007-B(由IBC制造)作为镀液干燥剂添加到溶液中之后搅动滤液。在添加了0.00166重量份的氯化钠和剩余的纯水后，获得了1000ml的最终镀覆液。
通过使电路图案与阴极接触并历时1分钟～30分钟施加0.5A/dm2～5A/dm2，在镀覆液中将铜镀覆在电路图案上。
使用400℃的烙铁将多层陶瓷电容器焊接到经镀覆的如图1所示的图案块(2)上。使用抗张强度测定仪测定粘合力，作为剥离强度为0.9kgf。
实施例2
在根据实施例1制备的柔性电路板上，印刷绝缘层并对其进行烘烤。按照与第一层电路相同的方式在绝缘层上印刷第二层电路。除了第二层电路以外，还可以印刷使通孔导电的导电图案。印刷包括以下步骤：在200℃烘烤所述膜约10分钟以酰亚胺化聚酰胺酸，并如实施例1那样对其进行电镀。在图3中图示了该工序。
使用400℃的烙铁将多层陶瓷电容器焊接到经镀覆的图案块(2)上。使用抗张强度测定仪测定粘合力为0.85kgf。
实施例3
在根据实施例1制备的柔性电路板的另一面，按照与第一层电路相同的方式在基板上印刷第二层电路。除了第二层电路以外，还可以印刷使通孔导电的导电图案。印刷包括以下步骤：在200℃烘烤所述膜约10分钟以酰亚胺化聚酰胺酸粘合剂，并如实施例1那样对其进行电镀。在图4中图示了该工序。
使用400℃的烙铁将多层陶瓷电容器焊接到经镀覆的图案块(2)上。使用抗张强度测定仪测定粘合力为0.91kgf。
实施例4
在聚酰亚胺膜(1)上，如图5所示，使用在制备例5中制备的银糊料作为油墨通过丝网印刷机来印刷移动电话的环形天线(4)。印刷包括以下步骤：在200℃烘烤所述膜约10分钟以酰亚胺化聚酰胺酸粘合剂。并如实施例1那样对印刷品进行电镀。
使用400℃的烙铁将多层陶瓷电容器焊接到经镀覆的图案块(2)上。使用抗张强度测定仪测定粘合力为1.1kgf。

Claims (9)

1.一种通过直接印刷来制备印刷电路板或柔性印刷电路板的方法，所述方法包括以下步骤：
1)使用包含导电颗粒、作为粘合剂的聚酰胺酸和溶剂的糊料组合物在基板上印刷图案的步骤；
2)烘烤经印刷的所述基板以酰亚胺化所述聚酰胺酸的步骤；以及
3)对经印刷的所述基板进行电镀的步骤。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述印刷步骤通过喷涂、辊涂、丝网印刷、凹版印刷、胶版印刷、柔版印刷、滴涂、旋转丝网印刷或喷墨印刷来进行。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述基板是纸、聚酯膜或聚酰亚胺膜。
4.如权利要求1所述的方法，制备具有多层的印刷电路板或柔性印刷电路板的方法还反复地包括印刷绝缘图案的步骤和所述步骤1)到步骤3)。
5.如权利要求1所述的方法，制备具有双面和导电性通路孔或通孔的印刷电路板或柔性印刷电路板的方法还包括在所述基板上打孔的步骤和在所述基板的另一面上进行所述步骤1)到步骤3)。
6.一种具有多层的印刷电路板或柔性印刷电路板，所述印刷电路板或柔性印刷电路板由权利要求4所述的方法制备。
7.一种具有双面和导电性通路孔或通孔的印刷电路板或柔性印刷电路板，所述印刷电路板或柔性印刷电路板由权利要求5所述的方法制备。
8.一种印刷电路板或柔性印刷电路板，所述印刷电路板或柔性印刷电路板由权利要求1所述的方法制备。
9.如权利要求8所述的印刷电路板或柔性印刷电路板，其中，所述印刷电路板或柔性印刷电路板中的电路是Rfid天线。
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