CN103476204B

CN103476204B - 一种双面板的加成制备方法

Info

Publication number: CN103476204B
Application number: CN201310460080.4A
Authority: CN
Inventors: 杨振国; 常煜
Original assignee: Fudan University
Current assignee: Fudan University
Priority date: 2013-10-08
Filing date: 2013-10-08
Publication date: 2016-06-08
Anticipated expiration: 2033-10-08
Also published as: CN103476204A

Abstract

本发明属于印制电子领域。具体为一种双面板的加成制备方法。步骤可总结为：在基板上需要的部位进行钻孔，钻孔后使用浸涂的方式在基板表面与孔内涂覆上离子吸附油墨；烘干后使用印刷的方式在基板上印制掩膜，在掩膜覆盖下浸入催化离子溶液中吸附催化离子；使用溶剂溶解掉掩膜，置于化学镀液中使线路与通孔金属化，得到所需双面板。本发明为一种导电线路的加成制备工艺，不需要金属的腐蚀，大大减少了对环境的污染；线路与通孔在一个工序中制备完成，相较于传统工艺先制备线路，再制备通孔的方法，减少了工艺流程，降低了生产成本。

Description

一种双面板的加成制备方法

技术领域

本发明属于印制电子领域，具体为一种双面板的加成制备方法。

背景技术

印制电路板（PCB）是电子元器件二级封装的载板，是电子工业最重要的元部件之一。PCB上导电线路制造采用的是光刻腐蚀法，其具体过程是：将基材的单面或双面热压上铜箔，制成覆铜板；在覆铜板上涂覆光刻胶，在掩膜覆盖下进行选择性曝光；洗掉未曝光的光刻胶，露出下层的铜；将暴露出的铜腐蚀掉，再除掉剩下的光刻胶，就得到所需电路图形。但光刻腐蚀法存在材料消耗高、生产工序多、废液排放大、环保压力重等诸多缺点。我国作为PCB生产第一大国，2012年产值超过1560亿，这当中产生的浪费与污染是惊人的。十二五期间，节能减排，增效降耗仍是工业发展的主题，人们期待新工艺新材料能够解决传统PCB生产中产生的种种问题。而印制电子则是这当中最具潜力的一种方法。

印制电子是印刷技术与电子技术相结合而发展起来的一种新技术，其本质上是指：采用印刷工艺，把功能化的油墨或桨料快速地印制在有机或无机基板上，形成各种电子元器件和电子线路。通过喷墨印刷的方式，将纳米金属颗粒型导电油墨在基板上印制出线路图形，是现在研究最多的“加成”生产PCB的工艺。但是此工艺存在诸多问题：印制后的导电油墨需要在较高的温度下烧结，使得基板的选择限制在耐热性好的材料上，无法应用在聚酯等耐热性较差，但成本较低的基板上；为了使纳米颗粒在溶液中保持稳定，导电油墨中含有少量的有机添加剂，这使得烧结后的导电线路上残留很多杂质，影响导电性能。并且烧结后的导电线路上还存在很多的空洞、裂纹，这些因素使得导电线路电导率较低，远无法达到块体材料的电导率；由于纳米颗粒极高的比表面，使得导电油墨极易被氧化，所以纳米铜导电油墨在制备与烧结过程中需要特殊的装置以隔绝空气，这使得生产成本大大提高；喷墨印刷的制造方式只适合于制备单面印制电路板，而在使用范围更广的双面、多面印制电路板的制造中显得很乏力。

为了解决光刻腐蚀法与印刷导电油墨法当中的种种问题，我们将离子吸附与化学镀结合起来，发展了一种新型的PCB制备工艺，此工艺可用于双面印制电路板的绿色低成本加成制备。相较于传统的光刻腐蚀工艺，本工艺是一种印制电路板的“加成”制备法，不需要铜的腐蚀，避免了材料浪费的同时，防止了大量有毒腐蚀液的产生，减少了对环境的污染。化学镀铜液由于可以多次重复使用，废液处理起来也较为方便，因此对环境产生的污染较小。而与喷墨印刷纳米金属颗粒导电油墨相比，本工艺不需要高温烧结，扩大了基材的选择范围，使PET等材料的使用成为可能；化学镀得到的铜导线电性能优良，电导率与块体铜相近；整个工艺流程在常温常压空气氛围下进行，不需要特殊设备的支持；单面、双面印制电路板均可以通过此工艺一步生产，大大扩展了本工艺的应用范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双面板的加成制备方法。

本发明是将导电线路制备与通孔金属化整合到一个流程当中。在基板上所需部位打上通孔，清洗后干燥。将打孔后的基板浸入离子吸附油墨当中，取出后干燥，在基板表面与通孔内壁上均匀附着一层具有催化离子吸附功能的膜。这层膜具有吸附钯、铂、金、银、铜等具有催化功能的离子的能力。使用印刷的方式在基板上印制掩膜，暴露出所需的线路图形。印刷掩膜后的基板置于催化离子溶液当中，使催化离子均匀的吸附在线路图形的表面，取出后清洗。再将掩膜溶解去除，最后通过化学镀的方式，使线路图形与通孔内壁金属化，得到所需双面板电路。

本发明提出了一种双面板的加成制备方法，具体步骤如下：

（1）在基板需要联通的部位钻孔，除去飞边毛刺后浸入粗化液中20-50度粗化5-30分钟，取出后用清水清洗，烘干；

（2）将步骤（1）得到的钻孔后的基板浸入离子吸附油墨，5-60秒后取出，在50-70度下烘干；烘干后，在基板表面与通孔内壁上会形成一层薄膜。离子吸附油墨包含0.01~0.4的离子吸附树脂，0~0.5的强化树脂，0~0.3的填料，0.3~0.95的溶剂，其总质量为1；

（3）将步骤（2）中浸没离子吸附油墨的基板上印刷掩膜，暴露出线路图形与通孔开口；

（4）将步骤（3）印刷掩膜后的基板置于催化离子溶液中5-60秒，使催化离子吸附在暴露在外的基板与通孔内壁的表面。取出后清洗干燥；

（5）将步骤（4）吸附催化离子后的基板置于特定溶剂中，以溶解除去掩膜。取出后用清水清洗，烘干；

（6）将步骤（5）除去掩膜后的基板置于化学镀液中进行线路的金属化，化学镀时间为5min~120min。取出后清洗干燥，就得到所需的双面板电路。

本发明中，步骤（1）中所使用的基板为酚醛纸层压板、环氧纸层压板、聚酯纸层压板、环氧玻纤布层压板、聚酰亚胺玻纤布层压板、聚四氟乙烯玻纤布层压板、纸芯环氧玻纤布层压板、玻纤芯环氧玻纤布层压板、玻纤芯聚酯玻纤布层压板、聚酰亚胺、聚丙烯腈、聚碳酸酯、聚醚同、聚醚醚酮、聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚萘二甲酸乙二醇酯中的任一种。优选环氧纸层压板、环氧玻纤布层压板、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺基板。

本发明中，步骤（1）中所使用的粗化液为10-150g/LNaOH，10-120g/LKMnO₄，10-80g/L1,2-丙二醇的水溶液或10-150g/LH₂SO₄,10-120g/LKMnO₄的水溶液。

本发明中，步骤（2）中离子吸附油墨中所使用的离子吸附树脂是聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、壳聚糖、聚丙烯胺、聚甲基丙烯酸、聚丙烯酸钠或聚胺基硅氧烷中的一种或几种的混合。

本发明中，步骤（2）中离子吸附油墨中所使用的强化树脂为提高膜的强度与稳定性所加入的一种高分子化合物，具体为聚氨脂、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩醛、聚丙烯酸酯、醇酸树脂、聚氯乙烯、聚苯乙烯或低聚酚醛树脂中的一种或几种的混合。优选聚氨脂、聚乙烯醇缩醛与聚丙烯酸酯。

本发明中，步骤（2）中离子吸附油墨中所使用的填料为重质碳酸钙、氧化铝、炭黑、二氧化硅或二氧化钛中一种或几种的混合。

本发明中，步骤（2）中离子吸附油墨中所使用的溶剂为水、醇类溶剂、酮类溶剂、脂类溶剂或醚类溶剂中的一种或几种的混合。

本发明中，步骤（3）中印刷掩膜所使用的印刷方式为丝网印刷、凹版印刷、柔版印刷、热转印印刷、喷墨印刷或激光印刷中的任一种。

本发明中，步骤（4）中所使用的催化离子溶液为铜、镍、钯、银、金、钴或铂的可溶性盐的水溶液中的任一种。优选钯、金、银、铂、铜的可溶性盐。

本发明中，步骤（5）中溶解掩膜的溶剂为乙醇、乙酸乙酯、丙酮、乙醚、二甲苯、丁酮、丁醚、乙二醇甲醚、乙二醇丁醚或乙酸丁酯中的一种或几种的混合。

本发明中，步骤（6）中所使用的化学镀液为化学镀铜、化学镀镍、化学镀钴、化学镀银、化学镀钯、化学镀金或化学镀锡中的任一种。优选化学镀铜与化学镀镍。

本发明的有益效果在于：

1.本工艺为一种PCB的“加成”制备方法，相较于传统工艺，具有减少污染，减少材料浪费，降低成本等优点。

2.本工艺所需设备简单，可与现有孔金属化设备兼容，减轻企业设备购置压力。

3.本工艺可以将线路与通孔在一个工序内生产，减少了工艺流程，提高了制备速率，增加了生产效率。

附图说明

图1表示本工艺流程的具体步骤；

图2表示本工艺流程制备的40μm宽铜导电线路的光学显微镜图像；

图3表示本工艺流程制备的400μm直径通孔边缘的光学显微镜图像；

图4表示本工艺流程制备的80μm直径通孔截面的光学显微镜图像。

具体实施方式

下面的实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。

实施例1：

（1）选用玻纤布环氧层压板作为基板，在设计部位钻孔，除去飞边毛刺后用清水清洗，烘干。

（2）钻孔后的基板置于含100g/LH₂SO₄,120g/LKMnO₄的粗化液中50度粗化30分钟，取出后用清水清洗，烘干。

（3）粗化后的基板浸入离子吸附油墨中。离子吸附油墨包含0.1的聚丙烯酸、0.1的聚乙烯醇、0.8的水，30秒后取出，置于烘箱中70度下烘干30分钟。

（4）使用丝网印刷的方式，在离子吸附油墨浸涂后的基板上印刷出掩膜图形，暴露出线路与通孔部位。

（5）将印刷掩膜后的基板置于50度0.05mol/LNa₂PdCl₄水溶液中30秒，取出后用清水清洗，烘干。

（6）吸附催化离子的基板置于乙酸乙酯当中，溶解掉掩膜。

（7）去除掩膜后的基板置于化学镀镍液当中30分钟，配方如下：

试剂	浓度
		七水合硫酸镍	20g/L3 -->
氯化铵	30g/L
		次磷酸钠	30g/L
氨水（28%wt）	30ml/L
		柠檬酸钠	10g/L

化学镀温度为40℃，pH为9至10。

（8）镀镍完成后取出，用清水清洗，烘干。得到所需的以镍为导电介质的双面PCB板，镀镍厚度为8μm，粘附力为5B。

实施例2

（1）选用聚酰亚胺柔性基板，在设计部位钻孔，除去飞边毛刺后用清水清洗，烘干。

（2）钻孔后的基板置于含120g/LNaOH,120g/LKMnO₄的粗化液中50度粗化30分钟，取出后用清水清洗，烘干。

（3）粗化后的基板浸入离子吸附油墨中。离子吸附油墨包含0.05的聚丙烯酰胺、0.1的聚乙烯醇缩丁醛、0.35的水，0.5的乙醇30秒后取出，置于烘箱中70度下烘干30分钟。

（4）使用激光印刷的方式，在离子吸附油墨浸涂后的基板上印刷出掩膜图形，暴露出线路与通孔部位。

（5）将印刷掩膜后的基板置于50度0.05mol/LAgNO₃水溶液中30秒，取出后用清水清洗，烘干。

（6）吸附催化离子的基板置于乙酸乙酯当中，溶解掉掩膜。

（7）去除掩膜后的基板置于化学镀铜液当中30分钟，配方如下：

试剂	浓度
		五水合硫酸铜	15g/L
酒石酸钾钠	14.5g/L
		EDTA二钠	17.5g/L
氢氧化钠	16g/L
		甲醛	15ml/L

化学镀温度为40℃，pH为12至13。

（8）镀铜完成后取出，用清水清洗，烘干。得到所需的以镍为导电介质的双面PCB板。镀铜厚度为2μm，粘附力为5B。

实施例3

（1）选用聚对苯二甲酸乙二醇酯柔性基板，在设计部位钻孔，除去飞边毛刺后用清水清洗，烘干。

（2）钻孔后的基板置于含120g/LNaOH,60g/L1,2-丙二醇的粗化液中50度粗化30分钟，取出后用清水清洗，烘干。

（3）粗化后的基板浸入离子吸附油墨中。离子吸附油墨包含0.05的聚胺基硅氧烷、0.05的聚丙烯酸丁酯、0.05的聚氯乙烯，0.25的乙醇，0.25的乙酸丁酯，0.35的二甲苯。30秒后取出，置于烘箱中70度下烘干30分钟。

（4）使用喷墨印刷的方式，在离子吸附油墨浸涂后的基板上印刷出掩膜图形，暴露出线路与通孔部位。

（6）吸附催化离子的基板置于乙酸乙酯当中，溶解掉掩膜。

化学镀温度为50℃，pH为8至9。

（8）镀铜完成后取出，用清水清洗，烘干。得到所需的以铜为导电介质的双面PCB板。镀铜厚度为3μm，粘附力为4B。

Claims

1.一种双面板的加成制备方法，其特征在于具体步骤如下：

（2）将步骤（1）得到的钻孔后的基板浸入离子吸附油墨，5-60秒后取出，在50-70度下烘干；烘干后，在基板表面与通孔内壁上会形成一层薄膜；离子吸附油墨包含0.01~0.4的离子吸附树脂，0~0.5的强化树脂，0~0.3的填料，0.3~0.95的溶剂，其总质量为1；

（4）将步骤（3）印刷掩膜后的基板置于催化离子溶液中5-60秒，使催化离子吸附在暴露在外的基板与通孔内壁的表面；取出后清洗干燥；

（5）将步骤（4）吸附催化离子后的基板置于特定溶剂中，以溶解除去掩膜；取出后用清水清洗，烘干；

（6）将步骤（5）除去掩膜后的基板置于化学镀液中进行线路的金属化，化学镀时间为5min~120min；取出后清洗干燥，就得到所需的双面板电路。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）中所使用的基板为酚醛纸层压板、环氧纸层压板、聚酯纸层压板、环氧玻纤布层压板、聚酰亚胺玻纤布层压板、聚四氟乙烯玻纤布层压板、纸芯环氧玻纤布层压板、玻纤芯环氧玻纤布层压板、玻纤芯聚酯玻纤布层压板、聚酰亚胺、聚丙烯腈、聚碳酸酯、聚醚酮、聚醚醚酮、聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚萘二甲酸乙二醇酯中的任一种。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）中所使用的粗化液为10-150g/LNaOH，10-120g/LKMnO₄，0-80g/L1,2-丙二醇的水溶液或10-150g/LH₂SO₄，10-120g/LKMnO₄的水溶液。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）中离子吸附油墨中所使用的离子吸附树脂是聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、壳聚糖、聚丙烯胺、聚甲基丙烯酸、聚丙烯酸钠或聚胺基硅氧烷中的一种或几种的混合。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）中离子吸附油墨中所使用的强化树脂为提高膜的强度与稳定性所加入的一种高分子化合物，具体为环氧树脂、聚氨脂、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩醛、聚丙烯酸酯、醇酸树脂或不饱和聚酯中的一种或几种的混合。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）中离子吸附油墨中所使用的填料为重质碳酸钙、氧化铝、炭黑、二氧化硅或二氧化钛中一种或几种的混合。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）中离子吸附油墨中所使用的溶剂为水、醇类溶剂、酮类溶剂、脂类溶剂或醚类溶剂中的一种或几种的混合。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（3）中印刷掩膜所使用的印刷方式为丝网印刷、凹版印刷、柔版印刷、热转印印刷、喷墨印刷或激光印刷中的任一种。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（4）中所使用的催化离子溶液为铜、镍、钯、银、金、钴或铂的可溶性盐的水溶液中的任一种。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（5）中溶解掩膜的溶剂为乙醇、乙酸乙酯、丙酮、乙醚、二甲苯、丁酮、丁醚、乙二醇甲醚、乙二醇丁醚或乙酸丁酯中的一种或几种的混合。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（6）中所使用的化学镀液为化学镀铜、化学镀镍、化学镀钴、化学镀银、化学镀钯、化学镀金或化学镀锡中的任一种。