CN102667959B - 用作电镀连接件的聚合物厚膜银电极组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及聚合物厚膜银组合物，包含：(a)导电银薄片，和(b)有机介质，所述有机介质包含：(1)聚丙烯酸类有机聚合物粘合剂，和(2)有机溶剂。可以在足以移除所有溶剂的时间和能量条件下加工所述组合物。本发明还涉及在印刷线路板构造上形成电路的一种或多种新型方法。

Description

用作电镀连接件的聚合物厚膜银电极组合物
发明领域
本发明涉及用作电镀连接件的聚合物厚膜(PTF)银导体组合物。在一个实施方案中，PTF银组合物被用作包铜印刷线路板(PWB)顶部的丝网印刷图案，并且将其与标准光致抗蚀剂结合以减少PWB上电路的电镀堆积中的工序。
发明背景
历史上，印刷电路板的生产者已使用了若干种选择性电镀电路的技术。较常用的实施方法之一是在初始导体图案形成工序之后留下电连接的电路。电镀选择性电路之后，需要用额外的遮蔽和蚀刻步骤来去除电连接。有时，使用不是最终电路功能部件的埋藏导体进行电连接。埋藏的连接通常会限制可用于对功能电路进行路径选择的区域并导致高频应用中信号干扰方面的问题。
持续需要一种组合物，这种组合物可被用于形成用于印刷线路板电镀应用的可移除导电连接件。
发明概述
本发明涉及聚合物厚膜银组合物，包含：
(a)60-92重量％的银薄片；和
(b)8-40重量％的有机介质，包含：
i.1-6重量％的丙烯酸类树脂；和
ii.有机溶剂；
其中丙烯酸类树脂溶解在有机溶剂中，银薄片分散在有机介质中，并且其中重量百分比基于组合物的总重量。
本发明还涉及此类组合物在包铜电路板上的电极形成中的用途和实施方法，以及由此类方法和组合物形成的制品。
使用此类组合物可以无需使用汇流条和其它与铜连接的连接件。
发明详述
本发明提供了聚合物厚膜银组合物，其用作包铜印刷线路板上的电镀连接件，即，可形成用于电镀工艺的电极。通常用它提高印刷线路板构造的层构造效率。在包铜基底上印刷银图案并干燥以用作电极。该产品无需使用汇流条和其它与铜连接的连接件。该电镀连接件提供临时的银连接件，并且随后可以将其移除。
因此，它通过去除电镀工艺中的步骤而降低了电路积层的成本。因为PWB中所用的基底不能承受高温，所以必须在低于200℃的温度下对该银组合物电镀连接件和PWB电路进行加工。将PTFAg组合物用作电镀连接件符合该要求，因为PTF组合物本身只在最高大约200℃下才稳定。
一般来讲，厚膜组合物包含赋予组合物适当电功能性质的功能相。功能相包含分散在有机介质中的电功能粉，所述有机介质为功能相充当载体。一般通过焙烧组合物来烧尽有机物并赋予电功能性质。然而，就聚合物厚膜而言，聚合物或树脂组分可以在干燥后仍作为组合物的整体部分，只将溶剂去除。
厚膜导体组合物的主要组分为分散在有机介质中的导电粉末，其中有机介质包含聚合物树脂和溶剂。所述组分将在下文中详细讨论。
A.导电粉末
本发明厚膜组合物中的导电粉末为银导体粉末，其可包括银金属粉末、银合金金属粉末或它们的混合物。可以设想金属粉末颗粒的多种粒径和形状。在一个实施方案中，导电粉末可以包括任何形状的银粉，包括球形颗粒、薄片条、锥体、板、以及它们的混合物。在一个实施方案中，导电粉末包含银薄片。在一个实施方案中，薄片是指薄而平的颗粒，其中薄片的两个横向尺寸分别为厚度的至少10倍。本文所公开的粒度为横向尺寸中的那些。
在一个实施方案中，银粉的粒度分布为1-100μm；在另一个实施方案中为2-12μm，并且在又一个实施方案中为2-10μm。在一个实施方案中，银颗粒的表面积/重量比在0.1-1.0m2/g的范围内。
此外，已知的是，可以在银导体组合物中添加少量其它金属，以提高导体的性能。此类金属的一些实例包括金、银、铜、镍、铝、铂、钯、钼、钨、钽、锡、铟、镧、钆、硼、钌、钴、钛、钇、铕、镓、硫、锌、硅、镁、钡、铈、锶、铅、锑、导电性碳以及它们的组合，以及厚膜组合物领域中的其它常见金属。附加的金属可以包含总组合物的至多约1.0重量％。
在多个实施方案中，银薄片含量为60-92重量％，72-90重量％，或75-87重量％，其中重量百分比(重量％)基于组合物的总重量。
B.有机介质
通常将粉末与有机介质(载体)进行机械混合，以形成具有适于印刷的稠度和流变性的糊状组合物(称为“浆料”)。有机介质包含溶解在有机溶剂中的聚合物树脂。有机介质必须使固体能够以适当的稳定性程度在其中分散。介质的流变性质必须使得它们赋予组合物良好的应用性能。此类特性包括：具有适当的稳定性程度的固体分散、良好的组合物施涂、适当的粘度、触变性、基底与固体适当的可润湿性、良好的干燥速率、以及足以抵挡粗糙处理的干燥薄膜强度。
在多个实施方案中，有机介质含量基于组合物的总重量为8-40重量％，10-28重量％，或13-25重量％。
聚合物树脂选自丙烯酸类树脂，因为这些丙烯酸类树脂允许负载高重量的银薄片，从而有助于在电镀过程中获得与PWB基底(如FR4基底)的良好粘附性，并且获得低电阻率，这是电镀连接件应用中银电极的两个重要特性。FR-4为阻燃剂4的缩写，它是一种用于制备印刷线路板(PWB)的材料。它是指没有铜层的板基底。另外，组合物必须是可用pH＞10的典型光致抗蚀剂溶液剥离或移除的。在多个实施方案中，丙烯酸类树脂含量基于组合物的总重量为1-6重量％，1.4-5.6重量％，或1.5-2.5重量％。在另一个实施方案中，总树脂含量基于组合物的总重量为1.6-2.2重量％。
多种惰性液体可用作溶剂。适用于聚合物厚膜组合物的溶剂是本领域技术人员已知的，包括乙酸酯和萜烯，如α-或β-萜品醇，或它们与其它溶剂的混合物，其它溶剂如煤油、邻苯二甲酸二丁酯、丁基卡必醇、丁基卡必醇乙酸酯、己二醇和高沸点醇以及醇酯。此外，在载体中可包含挥发性液体，以促进载体在涂覆到基底上之后快速硬化。在本发明的多个实施方案中，可以使用溶剂例如乙二醇醚、酮、酯和相似沸点(即在180℃-250℃的范围内)的其它溶剂，以及它们的混合物。优选的有机介质包含乙二醇类醚、β-萜品醇和醇酯。对这些溶剂和其它溶剂的各种组合进行配制，以获得所需的粘度和挥发性要求。增塑剂也可以被用作有机介质的一部分。
尽管丝网印刷被预期是沉积聚合物厚膜银组合物的常用方法，但也可以使用其它常规方法，包括孔版印刷、注射式滴涂或者其它沉积或涂覆技术。
厚膜的涂覆
聚合物厚膜银组合物也被称为“浆料”，通常将它沉积在不可渗透气体和水分的基底上，如包铜FR-4板。基底也可以是柔性材料片，即不可渗透的塑料，如聚酯，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯，或者由塑料片与沉积在其上面的任选的金属或介电层的组合组成的复合材料。在一个实施方案中，基底可以是由金属化铜表面FR-4板和沉积在所需区域内的聚合物厚膜银导体层构成的积层，然后将其干燥形成电极。干燥聚合物厚膜银组合物以除去溶剂。涂覆光致抗蚀剂，成像并显影以暴露将接受电镀的基底区域。不接受电镀的铜表面区域和电镀连接电极继续被剩余的光致抗蚀剂完全覆盖。然后让基底在需要电路积层的暴露的铜表面区域中经受电镀。然后用单一溶剂除去剩余的光致抗蚀剂和PTF银电镀连接件。在一个实施方案中，该溶液为pH＞10的碱溶液，如碳酸钠溶液。获得与具体电路上的所需图案对应的电路积层。
优选地通过丝网印刷进行聚合物厚膜银组合物的沉积，但也可以使用其它沉积技术，如孔版印刷、注射式滴涂或涂覆技术。在使用丝网印刷的情况下，筛网的目尺寸控制沉积的厚膜的厚度。
通常通过在80-90℃下加热10-15分钟来干燥沉积的厚膜。将通过给出实际实施例，对本发明进行更为详细的讨论。然而，本发明的范围并不以任何方式受到这些实施例的限制。
实施例
实施例1
通过将银薄片与有机介质混合来制备PTF银电极浆料，其中有机介质包含有机溶剂中的丙烯酸类树脂溶液。
将两种丙烯酸类树脂，即聚丙烯酸类共聚物XPD1234(购自Noveon，Inc)和Elvacite2051(聚甲基丙烯酸甲酯，购自LuciteInternational，Inc.)溶解于β-萜品醇(购自JTBaker)溶剂中以形成有机介质。第一种树脂的分子量为大约6,000，而第二种树脂的分子量为大约400,000。将平均粒度为5μm并且粒度在2-12μm的范围内的银薄片与有机介质混合。然后加入其它成分。以下给出了银导体电镀连接件的组成：
将该组合物放入行星式搅拌器中混合30分钟。然后将该组合物转移到三辊磨上，以100和200磅/平方英寸的压力研磨两次。这时，用组合物在包铜FR4板基底的顶部丝网印刷银图案。用325目的不锈钢筛网印刷一系列的线条，然后在强制风箱炉中将银浆在90℃下干燥10分钟。然后测得薄膜电阻率为60毫欧/平方单位/密耳。涂覆Riston(DuPontCo.)光致抗蚀剂，并对应于沉积的银电镀连接件的开放区域成像。涂覆光致抗蚀剂，成像并显影以暴露要接受电镀的基底区域。这时将进行电镀。使用pH＞10的碳酸钠反萃取溶液彻底清除光致抗蚀剂和银导体电镀连接件，不留任何残留痕迹。
实施例2
通过将银薄片与有机介质混合来制备PTF银电极浆料，其中有机介质包含有机溶剂中的丙烯酸类树脂溶液。
将两种丙烯酸类树脂，即聚丙烯酸类共聚物XPD1234(购自Noveon，Inc)和Elvacite2051(聚甲基丙烯酸甲酯，购自LuciteInternational，Inc.)溶解于EastmanTexanolTM酯醇(购自EastmanChemicalCompany)溶剂中以形成有机介质。第一种树脂的分子量为大约6,000，而第二种树脂的分子量为大约400,000。将平均粒度为5μm并且粒度在2-12μm的范围内的银薄片与有机介质混合。然后加入其它成分。以下给出了银导体电镀连接件的组成：
将该组合物放入行星式搅拌器中混合30分钟。然后将该组合物转移到三辊磨上，以100和200磅/平方英寸的压力研磨两次。这时，用组合物在包铜FR4板基底的顶部丝网印刷银图案。用325目的不锈钢筛网印刷一系列的线条，然后在强制风箱炉中将银浆在90℃下干燥10分钟。然后测得薄膜电阻率为60毫欧/平方单位/密耳。涂覆Riston(DuPontCo.)光致抗蚀剂，并对应于沉积的银电镀连接件的开放区域成像。涂覆光致抗蚀剂，成像并显影以暴露要接受电镀的基底区域。这时将进行电镀。使用pH＞10的碳酸钠反萃取溶液彻底清除光致抗蚀剂和银导体电镀连接件，不留任何残留痕迹。

Claims (4)

1.一种印刷线路板的电镀方法，包括使用聚合物厚膜银组合物，所述聚合物厚膜银组合物作为可形成所述电镀方法中所用电极的电镀连接件，包含：
(a)72-90重量％的银薄片；和
(b)10-28重量％的有机介质，包含：
i)1.5-2.5重量％的丙烯酸类树脂；和
ii)有机溶剂；
其中所述丙烯酸类树脂溶解于所述有机溶剂中，所述银薄片分散在所述有机介质中，并且其中所述重量百分比基于所述组合物的总重量；
所述电镀连接件提供临时的银连接并随后被除去。
2.权利要求1的方法，其中所述印刷线路板是包铜的。
3.权利要求1的方法，所述组合物包含75-87重量％的银薄片和13-25重量％的有机介质，所述有机介质包含1.6-2.2重量％的丙烯酸类树脂。
4.权利要求1的方法，其中所述有机溶剂选自乙二醇类醚、酯醇、β-萜品醇、以及它们的混合物。
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