CN1023542C - 印刷电路板、其制造方法及在其上连接电子元件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电路板及其制造方法，该方法包括(a)在基底上用导电合成物形成电路图形和端子焊区，导电合成物包含导电粉末和可光固化树脂粘接剂；(b)掩蔽端子焊区；(c)使电路图形曝光而固化；(d)将导电颗粒涂到未曝光的端子焊区上，并通过使端子焊区曝光而将导电颗粒粘接到其上；然后(e)以绝缘粘接剂涂覆端子焊区。一种连接其他电路板或电子元件的新方法，先使电路板或电子元件与新电路板已涂覆的端子焊区对齐，然后对端子焊区加热以使其固化，于是电路板或元件就连接到端子焊区上。

Description

本发明涉及印刷电路板及这类电路板的制造方法，特别是涉及一种不用焊接工艺或非均质导电粘接工艺（anisotropic    electrically    conductive    adhesive    techniques）而可将电子元件连接在其上的印刷电路板。本发明还涉及将电子元件或其他电路板连接到一块电路板上的方法。

过去，电路基板上的电路图形主要以铜制成，为了将电子元件连接到铜电路图形上，这些元件是直接焊到电路图形上的。这些电路图形通常是以腐蚀的方法将层压在基板上的铜箔除去而制成的。目前，作为一种替代方法，可以通过将含有导电颗粒，例如银、铂或钯以及玻璃材料的导电糊状物印制在基板上，然后加以烧结而形成电路图形。

然而上述两种方法均有缺点。前一种制备方法包含复杂的腐蚀工序，还带来原材料的浪费，因为大部分铜箔被腐蚀丢弃掉了。后一种方法需要在600-900℃的高温范围进行烘烤，还要用昂贵和易损的陶瓷作为基板。再有，该方法还需使用又大又笨重的烘烤设备。

因此，曾尝试获取一种导电合成材料，使之能以较简单的工序制得可焊接的电路，并且所用的材料也不贵。一种试验是使用导电糊状合成物，即采用一种在较低温度下就能固化的合成树脂粘接剂。例如，可通过在环氧树脂中散布银粉或在粉醛树脂中散布铜粉而造成这种导电糊状物。然后将这种糊状物印制到合成树脂层压板或膜上并加以烘烤，就可做成固化的电路图形。

另一种试验所包括的方法不需要用焊接工序来使电子元件或其他电路板连接到电路上。这种方法包括使用非均质导电粘接剂，可参见日本专利申请公开51-21192。这些粘接剂是通过在粘接树脂合成材料中散布导电的金属颗粒或粉末而制成的。然后将这种粘接树脂和散布的颗粒制成薄膜状，并将其粘接到具有两组待连接的接线端子的一组上。然后用热压方法加热端子而使两组接线端子粘接在一起。然而这种方法以及用导电糊状物的方法具有以下所述的问题。

若使用导电糊状合成物，则树脂糊状物与焊料之间的粘接强度可能很低。当使用的树脂粘接剂的量很多时，大量导电颗粒外露的可能性则降低。这样，与焊料的接触也就降低了。再有，尽管有可能通过增加导电颗粒的量来增强与焊料的粘接强度，但这种实验是用较少量的树脂进行的，并且还带来了新的问题，即降低了绝缘基板与导电电路之间的粘接强度。另外，极低熔点的焊料其可焊接性很差，并且在使用这类方法时用不上，因为导电糊状物与这类焊料之间的粘接强度较小。若在这类糊状物中使用银粉作为导电颗粒，当银粉扩散到焊料中时，就会出现所谓“银蚀（silver    biting）”现象。这个缺点将导致由焊料固定的元件与电路的线路或焊区之间的导电性降低或丧失。当用铜粉作为导电颗粒时，则铜粉的表面可能氧化，因而很难获得稳定的焊料。

如上所述，使用非均质导电粘接剂的方法还会招致各种困难。例如，在制作这类粘接剂时，很难防止导电颗粒的聚集。在使相对两组接线端子之间连接的粘接工序过程中，也极难阻止这些颗粒的再聚集。由于这种聚集问题所造成的结果，特别是当电路极为精细时，很难完全防止与附近的接线端子短路。因此，有时在连接步骤完成之后需对产品中的缺陷进行彻底检查和修理。再有，对于非均质粘接剂，还需要一些附加的步骤，例如，如果有许多元件需要粘接到电路板上，就必须将非均质导电粘接剂由载膜处移送到要固定的元件所在的每一部位。还需要将粘接膜做成与要固定的元件所在部位形状相配的形状。这一步骤不仅要花费很多时间和工作量，同时也很难实现自动化。更严重的是，非均质的导电粘接剂由于含有导电颗粒，因而往往是不透明的。这种不透明性对元件的热压/粘接过程中进行位置对准带来很大困难，特别是当线路的间距很小时更加困难。

因此，本发明的目的是克服上述工艺中的缺点，并提供一种新颖的电路板;该电路板包括位于基板上的导电电路;其中导电电路又包括形成在基板上的端子焊区;而其中的端子焊区是被导电颗粒或粉末和被绝缘的粘接剂覆盖着的;其中粘接剂至少覆盖着导电颗粒或粉末和端子焊区。

本发明的又一目的是提供这样一种电路板;该电路板无需焊接或使用非均质导电粘接剂就能相互连接。

本发明的再一目的是提供制造这种印刷电路板的一种新的方法，该方法包括下列步骤：

（a）利用敷设在一基板上的导电基底来形成电路图形，其中电路图形具有端子焊区;

（b）掩蔽所述电路图形中的端子焊区，并将该电路图形中的未掩蔽部分曝光;

（c）将导电颗粒或粉末粘接到未曝光的端子焊区上;

（d）用一种绝缘粘接剂至少覆盖住端子焊区以及粘接于其上的导电颗粒或粉末上;和

（e）在完成步骤（c）或（d）之后固化尚未固化的端子焊区。

本发明还有一个目的是提供一种新的将电子元件和其他电路板相互连接到一块印刷电路上的方法。该方法包括上述制造电路板的工序，然后使被绝缘粘接剂覆盖的端子焊区对位，从而使端子焊区与电子元件的端子焊区或其他电路板上的端子焊区位置对准;加热电加路图形的端子焊区的背面，或者加热电子元件或其他电路板的端子焊区的背面;施加压力，以借助所述绝缘粘接剂使两组端子焊区连接。

以下对本发明的最佳实施例进行描述。

这里所描述的印刷电路板，如同过去所用的这类电路板一样，具有一印刷电路，该电路是通过将导电基底印制到一基板上而形成的。通常，该电路是由按要求而相互连接的端子焊区和线路的网络所构成的。端子焊区是为使电路与电子元件或其他电路板连接而设的，而互相连接的线路使这些元件或电路板与其他端子焊区相连接，后者可能也有元件或电路板固定在其上。

这里所述的电路板的结构也可以是这样的：即可将另外的导电颗粒或粉末粘接到端子焊区上，并且可将一种绝缘的粘接剂随后涂覆或印制在至少导电颗粒或粉末和端子焊区上。还可选择将电路图形的整个表面全涂以绝缘粘接剂。

如上所述，这类印刷电路板可通过以下步骤制成：

（a）利用一种含导电粉末和可光固化的树脂材料的导电合成物而在一基板上形成带有端子焊区的电路图形;

（b）在掩蔽电路图形上的端子焊区后使电路曝光;

（c）将导电颗粒或粉末粘接在未曝光的端子焊区上;

（d）用一种绝缘粘接剂至少覆盖住被导电颗粒或粉末覆盖着的端子焊区;以及

（e）在完成步骤（c）或（d）之后用光和/或热使尚未固化的端子焊区固化。

一些可用紫外光（UV）固化的合成物适宜作为可光固化的树脂，用以构成步骤（a）中的导电合成物。导电粉末可以是任何单一的导电金属。专用的金属将在下文中列出。最好以网印法将导电合成物印制到基板上，以形成适于装配电子元件或其他电路板的具有线路和端子焊区的电路图形。

适于作为电路板基板的材料包括聚酯、聚酰亚胺和环氧树脂（FR-4），但是并不限于这些材料。

在步骤（b），所述印刷电路最好是通过在波长为200-600A范围内的紫外光中曝光而固化。适宜的光源包括碳弧灯、水银蒸汽弧光灯、可发射紫外光的含磷荧光灯、氩和氙的辉光灯、钨丝灯和摄影泛光灯。曝光所需要的时间取决于多种因素，包括所用的光可固化的树脂种类、光源的类型，以及光源与可固化合成物之间的距离。给出这些参数，本领域的技术人员就会选择适当的曝光时间。

如上所述，在步骤（b）期间，电路图形上的端子焊区是被掩蔽而不曝光的。为使这些接线端子掩蔽，可使用能遮挡上述波长范围内的光的任何材料。下述实例中使用了铝片，但是也可用其他遮掩材料。

在步骤（c）中，任何单一的导电金属，例如Ni、Fe、Cr、Al、Sb、Mo、Cu、Ag、Pt或Au，这些单一金属的合金或氧化物、两种或多种这类单一金属的组合物，均可用作为导电颗粒或粉末。覆有上述金属的非导电材料例如玻璃和塑料亦可使用。最好是用喷射方法使这类颗粒涂覆于端子焊区上。

热塑性树脂和可热固化的树脂均可用于步骤（d）中作为绝缘粘接剂，倘若当加热时这种树脂材料呈现出粘接性能。这类热塑性树脂的实例包括聚酯聚合物、丙烯酸共聚物、苯乙烯/于二烯共聚物，这些共聚物的氢化产品、聚乙烯醇缩甲醛和聚酰胺树脂等等，但不限于这些。这些树脂可单独使用，也可使用其中两种或多种的混合物。市场上可买到的一种聚酯树脂是Toyo    Boseki    K.K制的Vilon30    SS产品。

还可加入增塑剂、交联剂、抗老化剂和抗氧化剂。亦可加入增粘剂，包括松香树脂，例如松香、氢化松香、松酯胶、马来酸改良松香等;石油树脂;二甲苯树脂;以及氧茚/茚树脂等。可热固化树脂的其他实例包括环氧树脂和酚醛树脂。这类可热固化树脂可单独使用，也可与热塑性树脂混合使用。

如上所述，绝缘粘接剂可涂覆或印制在电路图形的整个表面上，或者至少涂覆或印制在已敷有导电颗粒或粉末的端子焊区上。但是可采用一种方法，使绝缘粘接剂单独形成在支承基板上，然后层压到电路表面上。

其后最好以热或光使未固化的端子焊区固化。

上述印刷电路板可用下述方法将该电路板与电子元件或另外的印刷电路连接起来。首先，如上所述，按本说明书开始所说的（a）到（d）的步骤制成印刷电路板。然后，对已制成的印刷电路板的端子焊区进行对位工作，使绝缘粘接剂的表面与待连接的电子元件或电路板的端子相接触。接着，用一热的金属头或类似物压在端子焊区其中之一的背面，以便通过对绝缘粘接剂加热而使两个表面压接。用这种工艺，已粘接并固定在印刷电路板的端子焊区上的导电颗粒或粉末就能穿过绝缘粘接剂，从而形成与电子元件端子的电连接。以粘接剂来进行连接的任务也完成了。

由于使用上述电路板的制造方法，导电颗粒或粉末就有选择性地只粘接和固定在电路图形的端子焊区上。，这样，待连接的电子元件或电路板就只能在电路图形的端子焊区上进行相互电连接，而不会与端子焊区以外的其他部件互相连接。此外，在用绝缘粘接剂将印刷电路板的整个表面覆盖以后，这种印刷电路板有一个明显的优点，就是无需对电路进行防潮、绝缘等额外的处理工作。

本发明的其他优点如下：

（a）能用简单的热压方法将电子元件安装在印刷电路板上，从而避免了使用焊料或非均质导电粘接剂;

（b）不存在造成印刷电路板上邻近的端子间短路的危险;

（c）与使用非均质导电粘接剂时所需的对位步骤相比，本发明的对位工作更加容易，安装或互相连接过程得以简化。

以下是本发明的一个实施例。其目的是为了说明本发明，而不是以任何方式限制本发明或其后所述的权利要求的范围。

使用混有丙烯酸盐基的无溶剂银的可用紫外光固化的导电合成物来形成一个线性电路的电路图形。线路的厚度为10μm，宽为0.2mm，线路之间的间距为0.2mm，线路的长度为5cm，线路板的宽度是3cm，板上的线路数目为75。线路板的基底采用25微米厚的聚酯薄膜。电路是以丝网印刷法形成在基底上的。曝光之前，所形成的电路的两端长度为5mm的线路的端子部分以铝箔掩蔽。然后将印刷电路板放到OaK公司出的型号为J-2000喷射印刷机中曝光30秒钟。在除去铝膜之后，将由Kanebo    K.K制的Bellpearl    N-800镀镍聚合物颗粒喷射到印刷电路和未曝光的端子部分的表面上。用振动的方法把多余的颗粒从电路板上抖掉。然后将电路板放在紫外光下使敷有颗粒的端子部分的两面曝光。

由Toyo    Boseki    K.K单独制备的20微米厚的“Vilon    30    SS”聚酯薄膜，将其加热层压到这样获得的印刷电路的整个表面上，从而制得印刷电路板。然后通过下述测试方法对该电路板进行导电性能测试。

将按上述方法获得的电路上的端子部分的其中之一与形成在玻璃板上的清晰可见的导电端子对齐。再将另一个端子部分与作为电路中导电材料的、具有相同间隔的铜电路端子（镀金）对齐。然后将各端子部分用粘接剂在150℃温度下热压15秒钟。

电路、铜电路，以及透明导电电路的各个端子的电阻每个都分别小于30欧姆，并且每个都很稳定。

Claims (19)

1、一种电路板，包括处于基底上的一导电电路，其特征在于该导电电路包含端子焊区，而这些端子焊区是被导电颗粒或粉末以及被一种绝缘粘接剂所覆盖的，其中所述的粘接剂至少覆盖住所述导电颗粒或粉末以及所述端子焊区。

2、如权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述导电电路包括含有可光固化的树脂和导电颗粒或粉末的导电合成物。

3、如权利要求2所述的电路板，其特征在于，所述导电颗粒或粉末是一组由单一导电材料、不同导电金属的混合物，以及涂敷导电材料的非导电材料所组成的物质组中的一种物质。

4、如权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述绝缘粘接剂是一种热塑性树脂或可热固化的树脂。

5、如权利要求2所述的电路板，其特征在于，所述绝缘粘接剂是一种热塑性树脂或可热固化的树脂。

6、如权利要求4所述的电路板，其特征在于，所述绝缘粘接剂包括聚酯。

7、一种制造印刷电路板的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

（a）利用敷设在一基板上的导电合成物来形成电路图形，其中电路图形具有端子焊区;

（b）掩蔽所述电路图形中的端子焊区，并将该电路图形中的未掩蔽部分曝光;

（c）将导电颗粒或粉末粘接到所述的未曝光的端子焊区上;

（d）用一种绝缘粘接剂至少覆盖住所述端子焊区以及粘接于其上的导电颗粒或粉末上;和

（e）在完成步骤（c）或（d）之后用光和/或热使尚未固化的端子焊区固化。

8、如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述电路图形包括含有可光固化的树脂和导电颗粒或粉末的导电合成物。

9、如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述导电颗粒或粉末是一组由单一导电材料、不同导电金属的混合物，以及涂敷导电材料的非导电材料所组成的物质组中的一种物质。

10、如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述绝缘粘接剂是一种热塑性树脂或可热固化的树脂。

11、如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述绝缘粘接剂是一种热塑性树脂或可热固化的树脂。

12、如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述绝缘粘接剂包括聚酯。

13、一种使印刷电路板与电子元件或其他具有端子焊区的电路板相连接的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

（a）在一基底上形成含有导电合成物的电路图形，其中所述电路图形具有端子焊区;

（b）掩蔽所述电路图形中的端子焊区，并使该电路图形中的其余部分曝光;

（c）将导电颗粒或粉末粘接剂所述未曝光的端子焊区上;

（d）用一种绝缘粘接剂至少覆盖住所述端子焊区以及粘接于其上的导电颗粒或粉末上;

（e）使被所述绝缘粘接剂覆盖的端子焊区对位，从而使所述端子焊区与电子元件或其他电路板的端子焊区对齐;和

（f）从所述电路图形的端子焊区一侧或者从所述电子元件或其他电路板的端子焊区一侧加热，从而利用所述绝缘粘接剂连接两组端子焊区。

14、如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述电路图形包括含有可光固化树脂和导电颗粒或粉末的导电合成物。

15、如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述导电颗粒或粉末是一组由单一导电材料、不同导电金属的混合物，以及涂敷导电材料的非导电材料所组成的物质组中的一种材料。

16、如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述绝缘粘接剂是一种热塑性树脂或可热固化的树脂。

17、如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述绝缘粘接剂是一种热塑性树脂或可热固化的树脂。

18、如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述绝缘粘接剂包括聚酯。

19、如权利要求13所述的方法，其特征在于，在步骤（f）中所述的加热，是通过热压方式实现的。