CN103087478B - 一种导电膜复配促进剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种促进剂，提供一种导电膜复配促进剂，当其应用于非导体基材上，经过烘干处理后，能够形成一层导电膜，使该基材表面的方块电阻较低，上铜速率较快，成膜镀铜后背光评级较高，热应力测试效果较好，能够达到印制电路板生产测试的各项技术性能要求，所述导电膜复配促进剂包括水性分散体，所述水性分散体中含有导电聚合物单体及磺酸衍生物，所述水性分散体中添加有促进剂。
Description
技术领域
本发明涉及一种促进剂，尤其涉及一种导电膜复配促进剂。
背景技术
一般来说，聚合物是绝缘体。但有一组特殊的聚合物，即本质导电聚合物（如：EDOT与磺酸衍生物聚合而成的导电聚合物），其导电性介于半导体和金属之间。近年来兴起的，由于兼具金属和聚合物的性能，很多研究和应用正迅速展开。
现有技术中的导电膜，常与非导电基材结合，使非导体基材具有导电功能，在导电聚合物单体3,4-乙烯二氧噻吩(简称：EDOT)与磺酸衍生物的水性分散体中浸入经过前期处理后的非导体基材，再取出后对其进行烘干等工艺处理，从而得到相应的一层导电膜；最后再对附着有导电膜的非导体基材进行各种性能测试。磺酸衍生物通常为聚苯乙烯磺酸钠，所述导电膜具有半导体和金属的双重属性。这层导电膜需要具备两个条件：一方面导电膜要牢固且嵌入式的吸附于非导体基材表面，另一方面在附着的基础上聚合并枝节形成致密的多层级网状互联的导电薄膜层，这样才能保证导电膜附着于印制电路板非导电基材上导电性能、上铜速率、背光及热应力的测试满足要求。但由于非导体基材表面粗糙而不均匀，形成的导电膜不致密、不均匀，这就使得这层导电膜吸附于非导体基材微观表面联通效果差，结合不牢固，从而导致导电性差、上铜速率不理想、热应力测试不理想及背光效果差，导致无法真正满足印制电路板生产的相关性能指标。由导电聚合物单体3,4-乙烯二氧噻吩与磺酸衍生物的水性分散体形成的导电膜，其方块电阻高达4.0×104～5.0×104Ω/□ , 上铜速率仅为0.5cm/min，成膜镀铜后背光评级仅为5-6级，热应力测试效果较差，无法达到印制电路板生产测试的各项技术性能要求。因此，为满足市场需求，急需开发一种试剂，当其应用于非导体基材上后，能够形成一层导电膜，使该基材的方块电阻较低，上铜速率较快，成膜镀铜后背光评级较高，热应力测试效果较好，能够达到印制电路板生产测试的各项技术性能要求。
发明内容
因此，针对以上内容，本发明提供一种导电膜复配促进剂，当其应用于非导体基材上，经过烘干处理后，能够形成一层导电膜，使该基材的方块电阻较低，上铜速率较快，成膜镀铜后背光评级较高，热应力测试效果较好，能够达到印制电路板生产测试的各项技术性能要求。
为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：一种导电膜复配促进剂，包括水性分散体，所述水性分散体中含有导电聚合物及磺酸衍生物，所述水性分散体中添加有促进剂。
进一步的改进是：所述促进剂为聚乙烯磺酸钠、聚乙烯醇、多元胺聚氧乙烯醚表面活性剂、多元醇聚氧丙烯醚表面活性剂中的任意一种或两种以上的混合物。
进一步的改进是：所述促进剂为聚乙烯醇，其分子量为1～50万。
进一步的改进是：所述促进剂为聚乙烯磺酸钠，其分子量为1～50万。
进一步的改进是：所述促进剂为聚乙烯磺酸钠与多元胺聚氧乙烯醚表面活性剂的混合物，所述聚乙烯磺酸钠与多元胺聚氧乙烯醚表面活性剂的质量百分比=（91～96）：（4～9）。
进一步的改进是：所述促进剂为聚乙烯磺酸钠与多元醇聚氧丙烯醚表面活性剂的混合物，所述聚乙烯磺酸钠与多元醇聚氧丙烯醚表面活性剂的质量百分比为=（91～96）：（4～9）。
进一步的改进是：所述促进剂与所述磺酸衍生物的质量百分比=（5～35）：（65～95）。
进一步的改进是：所述磺酸衍生物为聚苯乙烯磺酸钠，其分子量为1～50万。
通过采用前述技术方案，本发明的有益效果是：本发明通过在含有导电聚合物单体及磺酸衍生物的水性分散体中添加促进剂，使聚合物与非导电基材接触时，聚合物导电膜与非导电基材表面的湿润性得到改善，降低了表面张力，从而实现导电膜牢固的嵌入式吸附于非导体基材表面，进一步提高了聚合物导电膜的致密性、均匀性，同时也提高了导电膜与非导体基材表面的结合强度。在导电性方面：导电方块电阻从4.0×104～5.0×104Ω/□减低到100～200Ω/□；热应力方面：在有铅焊料温度为288℃，浸锡三次，每次10s的条件下，未添加促进剂在浸锡之后其导电膜表面与镀铜层就开始出现开裂现象；添加促进剂之后，在有铅焊料288℃，浸锡三次，每次10s的条件下，其导电膜表面与镀铜层仍不开裂。上铜速率方面从0.50cm/min提高到2.5cm/min；背光测试从6-7级提高到9-10级。
具体实施方式
以下将结合具体实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。
实施例一：
一种导电膜复配促进剂，包括水性分散体，所述水性分散体中含有导电聚合物单体及磺酸衍生物，所述导电聚合物为3,4-乙烯二氧噻吩，所述磺酸衍生物为聚苯乙烯磺酸钠，所述水性分散体中添加有促进剂，所述促进剂为聚乙烯磺酸钠（分子量：1～ 50万）及多元胺聚氧乙烯醚表面活性剂的混合物，以制备100g的导电膜复配促进剂为例，各组分的含量如下：
蒸馏水 95g
3，4-乙烯二氧噻吩 2.5g
聚苯乙烯磺酸钠 1.65g
聚乙烯磺酸钠（分子量：20万） 0.8g
多元胺聚氧乙烯醚表面活性剂 0.05g。
所述聚乙烯磺酸钠与多元胺聚氧乙烯醚表面活性剂的质量百分比在（91～96）：（4～9）范围内皆可实现本发明的目的。
将以上各组分混合，即制得导电膜复配促进剂。
实施例二：
本实施例中，促进剂的各组分及其含量换成如下所示，其余步骤与实施例一致。
组分名称 添加量
蒸馏水 95g
3，4-乙烯二氧噻吩 2.5g
聚苯乙烯磺酸钠 1.87g
聚乙烯磺酸钠（分子量：30万） 0.63g。
实施例三：
本实施例中，促进剂的各组分及其含量换成如下所示，其余步骤与实施例一致。
组分名称 添加量
蒸馏水 95g
3，4-乙烯二氧噻吩 2.5g
聚苯乙烯磺酸钠 1.62g
聚乙烯磺酸钠（分子量：40万） 0.88g。
实施例四：
本实施例中，促进剂的各组分及其含量换成如下所示，其余步骤与实施例一致。
组分名称 添加量
蒸馏水 95g
3，4-乙烯二氧噻吩 2.5 g
聚苯乙烯磺酸钠 2.375 g
聚乙烯醇（分子量：50万） 0.125 g。
实施例五：
本实施例中，促进剂的各组分及其含量换成如下所示，其余步骤与实施例一致。
组分名称 添加量
蒸馏水 95g
3，4-乙烯二氧噻吩 2.5g
聚苯乙烯磺酸钠 2.25g
聚乙烯醇（分子量：35万） 0.25g。
实施例六：
本实施例中，促进剂的各组分及其含量换成如下所示，其余步骤与实施例一致。
组分名称 添加量
蒸馏水 95g
3，4-乙烯二氧噻吩 2.5g
聚苯乙烯磺酸钠 1.875g
聚乙烯磺酸钠（分子量：10万） 0.6g
多元胺聚氧乙烯醚表面活性剂 0.025g。
其中，所述聚乙烯磺酸钠与多元胺聚氧乙烯醚表面活性剂的质量百分比在（91～96）：（4～9）范围内皆可实现本发明的目的。
实施例七：
本实施例中，促进剂的各组分及其含量换成如下所示，其余步骤与实施例一致。
组分名称 添加量(质量百分比)
蒸馏水 95g
3，4-乙烯二氧噻吩 2.5g
聚苯乙烯磺酸钠 1.65g
聚乙烯磺酸钠（分子量：17万） 0.8g
多元醇聚氧丙烯醚表面活性剂 0.05g。
其中，所述聚乙烯磺酸钠与多元醇聚氧丙烯醚表面活性剂的质量百分比在（91～96）：（4～9）范围内皆可实现本发明的目的。
实施例八：
本实施例中，促进剂的各组分及其含量换成如下所示，其余步骤与实施例一致。
组分名称 添加量
蒸馏水 95g
3，4-乙烯二氧噻吩 2.5g
聚苯乙烯磺酸钠 1.875g
聚乙烯磺酸钠（分子量：1万-50万） 0.6g
多元醇聚氧丙烯醚表面活性剂 0.025g
其中，所述聚乙烯磺酸钠与多元醇聚氧丙烯醚表面活性剂的质量百分比在（91～96）：（4～9）范围内皆可实现本发明的目的。
实施例九：
传统的促进剂的各组分及其含量如下：
组分名称 添加量
蒸馏水 95g
3，4-乙烯二氧噻吩 2.5g
聚苯乙烯磺酸钠 2.5g
在本实施例中对印制电路板非导体基材进行处理时，所用促进剂没有添加促进剂，其催化材料仅为以上蒸馏水、3，4-乙烯二氧噻吩、聚苯乙烯磺酸钠。
印制电路板非导体基材通常要经过膨胀、除胶、酸碱中和、整孔、氧化、催化等步骤处理，催化步骤中的催化材料主要由有机导电聚合物单体、促进剂和有机多元酸的混合水溶液组成，本发明的导电膜复配促进剂,能够提高导电膜在非导体基材上的润湿性,降低表面张力，提高导电膜的结合强度及导电膜的致密性、均匀性，有机导电聚合物单体在该促进剂的强酸性环境下通过与氧化步骤提供的二氧化锰薄膜反应，在很短的时间内选择性地在印制线路板孔中基材的树脂和玻璃纤维上聚合成一层高导电性聚合物薄膜。本发明对附着有导电膜的非导体基材在75～85℃的环境下烘干1h，进行相应的性能测试，其各方面的性能测试方法及所需用到的器材，试剂如下所述：
本发明方块电阻测试选取固定沉膜厚度的导电薄膜来进行方块电阻的测定，选取固定沉膜厚度的导电薄膜来进行测定，采用四探针科技有限公司生产的方块电阻测试仪进行测试。
上铜速率的测试步骤为： 1）取1.5L电镀液分析调整至：硫酸铜70±5g/L、硫酸200±10g/L、氯离子60±10ppm；2）用哈氏槽片将光剂调整到最佳值；将专用测试片用20ASF电流密度(电流约1.1A)电镀5分钟后取出烘干；3）测量基材两面（每面三点）的上铜长度mm。
上铜速率的计算方法：上铜速率（mm/min）=所有测量数据之和÷6÷5min。
需要用到的主要仪器有：
1）哈林槽（长250mm x 宽65mm x 高120mm）和 RS-148 打气泵；
2）整流器：电流范围在1-20A ；
3）两片阳极片：长150mm x 宽60mm x 厚度5mm；
4）上铜速率专用测试片，尺寸：4英寸×1英寸，一端带双面铜皮，其余为基材。
背光测试的步骤：
1）取1.5L电镀液分析调整至：硫酸铜70±5g/L、硫酸200±10g/L、氯离子60±10ppm；
2）用哈氏槽片将光剂调整到最佳值；
3）将专用测试片用20ASF电流密度(电流约2．6A)电镀10分钟后取出烘干；
4）用金相抛光机切片抛光，200倍显微镜背光观察测试孔，根据孔中亮点情况，评级；
5）评级从差到好分别为1级到10级。
背光测试需要的仪器：
1)哈林槽（长250mm x 宽65mm x 高120mm）和打气泵；
2)整流器：电流范围在1-20A ；
3)两片阳极片：长150mm x 宽60mm x 厚度5mm；
4)孔铜测试专用测试片（含0.4、0.6、0.8mm的孔），具体尺寸长100mm x 宽65mm x高2mm；
5)金相抛光机-双盘。
热应力测试：
需要用到的设备与材料：数显锡炉、松香型助焊剂、有铅60/40焊料。
测试温度：288℃，每次浸锡10S,浸三次,将专用测试片用20ASF电流密度(电流约1．8A)电镀60-80分钟后，镀铜厚度在20-30微米；浸锡后切片制作观察是否在非导体基材、导电薄膜与镀铜层、镀锡层出现开裂现象。
测试结果见表1。
表1 各实施例的测试结果
| 实验例 | 方块电阻（Ω/□） | 上铜速率（cm/min） | 背光（级） | 热应力测试 | 优选方案 |
| 实施案例一 | 1.39*102 | 2.36 | 10 | 无裂纹 | 优选方案 |
| 实施案例二 | 3.46*104 | 0.67 | 6 | 开裂 | ------ |
| 实施案例三 | 2.05*103 | 1.04 | 9 | 微裂 | ------ |
| 实施案例四 | 2.83*104 | 0.72 | 7 | 开裂 | ------ |
| 实施案例五 | 1.03*104 | 0.85 | 7 | 开裂 | ------ |
| 实施案例六 | 4.27*102 | 1.76 | 9.5 | 无裂纹 | 备选方案 |
| 实施案例七 | 4.71*102 | 1.69 | 9.5 | 微裂 | 备选方案 |
| 实施案例八 | 6.43*102 | 1.52 | 9 | 微裂 | ------ |
| 实施案例九 | 4.28*104 | 0.53 | 6 | 开裂 | ------ |
其中，实施例九为传统的导电膜的实施方式，实施例一为本发明的最优方案，其方块电阻值最低，上铜速率最快，背光等级最高，热应力测试：在有铅焊料288℃，浸锡10S三次，其导电膜表面与镀铜层仍不开裂。其他实施例的测试结果显示，添加了促进剂之后，方块电阻降低，上铜速率加快，热应力测试效果均有提升。
本发明中，所述聚乙烯磺酸钠、聚乙烯醇、聚苯乙烯磺酸钠的分子量在1～50万范围内、所述促进剂与所述磺酸衍生物的质量百分比在（5～35）：（65～95）范围内皆可实现本发明的目的。所述导电膜复配促进剂中促进剂与导电聚合物及磺酸衍生物的配比还可以有其他方式，本发明的实施例所公开的仅为效果较好的比例。
本发明通过在含有导电聚合物单体及磺酸衍生物的水性分散体中添加促进剂，使聚合物导电膜与非导电基材接触时，聚合物导电膜与非导电基材表面的湿润性得到改善，降低了表面张力，从而实现导电膜牢固的嵌入式吸附于非导体基材表面，进一步提高了聚合物导电膜的致密性、均匀性和导电膜与非导体基材的结合强度。在导电性方面：导电方块电阻从4.0×104～5.0×104Ω/□减低到100～200Ω/□；热应力方面：在有铅焊料温度为288℃，浸锡三次，每次10s的条件下，未添加促进剂在浸锡之后其导电膜表面与镀铜层就开始出现开裂现象；添加促进剂之后，在有铅焊料288℃，浸锡三次，每次10s的条件下，其导电膜表面与镀铜层仍不开裂。上铜速率方面从0.50cm/min提高到2.5cm/min；背光测试从6-7级提高到9-10级。
以上所记载，仅为利用本创作技术内容的实施例，任何熟悉本项技艺者运用本创作所做的修饰、变化，皆属本创作主张的专利范围，而不限于实施例所揭示者。
Claims (2)
1.一种导电膜复配促进剂，包括水性分散体，所述水性分散体中含有导电聚合物单体及磺酸衍生物，其特征在于：所述水性分散体中添加有促进剂，所述促进剂为聚乙烯磺酸钠与多元胺聚氧乙烯醚表面活性剂的混合物，所述聚乙烯磺酸钠与多元胺聚氧乙烯醚表面活性剂的质量比=（91～96）：（4～9）；或聚乙烯磺酸钠与多元醇聚氧丙烯醚表面活性剂的混合物，所述聚乙烯磺酸钠与多元醇聚氧丙烯醚表面活性剂的质量比为=（91～96）：（4～9）；
所述促进剂与所述磺酸衍生物的质量比=（5～35）：（65～95）。
2.根据权利要求1所述的导电膜复配促进剂，其特征在于：所述磺酸衍生物为聚苯乙烯磺酸钠，其分子量为1～50万。
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