CN104885576B - 柔性印刷电路基板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于柔性印刷电路基板制造方法制造的柔性印刷电路基板，具体而言，通过用导电性焊膏在基材的一面上形成电路图案，在290℃～420℃温度下塑形所述电路图案并制成柔性印刷电路基板，该方法操作工艺简单容易从而能够节约制造成本提高生产效率，无镀金工艺的电路图案形成方法，解决了镀金工艺中发生的电路图案剥离问题，提高了产品的可靠性。

Description

柔性印刷电路基板及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种柔性印刷电路基板及其制造方法，更为具体地，涉及一种利用导电性焊膏印刷后低温塑形并形成电路图案的柔性印刷电路基板及其制造方法。
本发明主张对2012年12月31日申请的韩国专利第10-2012-0158512号和 2013年12月31日申请的韩国专利第10-2013-0168119号专利的优先权，其内容皆属于本说明书。
背景技术
通常情况下，柔性印刷电路基板是在薄型绝缘薄膜上形成电路图案并且能够柔软地且弯曲的基板，广泛应用于便携式电子设备、安装时需要弯曲和柔软度的自动化设备或者显示用产品等。
特别地，所述柔性印刷电路基板广泛应用于近来需求激增的、包括智能手机在内的便携式终端产品中。例如，柔性印刷电路基板广泛应用于便携式终端的近距离无线通信(NFC；Near Field Communication)天线或者数字转换器等。
所述数字转换器作为识别和显示触摸移动电话、PDA、笔记本电脑等电子设备的显示屏时的坐标信息的装置，能够识别自由地写在显示屏上的笔记。
该数字转换器应用于近来尺寸日益增大的智能手机的显示屏、平板计算机(Tablet PC)的研发、户外广告用显示器中，因此随着显示屏的变大数字转换器也随之变大。
通常情况下，柔性电路基板是通过蚀刻附着在柔性绝缘薄膜上的铜箔而制得，或者利用导电性焊膏或者导电性墨水在柔性绝缘薄膜上印刷电路图案后镀金电路图案而制得。
但是如上所述，普通柔性印刷电路基板需要经过蚀刻过程或者镀金过程，存在制造工序复杂，制造成本高的问题。
发明内容
本发明目的在于，提供一种柔性印刷电路基板及其制造方法，该柔性印刷电路基板采用在基材上利用导电性焊膏印刷形成电路图案并塑形的屏幕印刷方式制造，该制造方法制造工序简单且制造成本低。
本发明的另一个目的在于，提供一种柔性印刷电路基板及其制造方法，通过屏幕印刷方式制造柔性印刷电路基板，同时通过控制导电性焊膏的组成及塑形温度等，即能满足所需的电特性(例如，电阻)又由于电路图案粘贴在基材的附着力优秀能够提高产品的可靠性。
本发明一实施例涉及的柔性印刷电路基板包括基材；以及用导电性焊膏印刷于基材的一面上的电路图案；所述电路图案是导电性焊膏在290℃～420℃中塑形而形成。
本发明所述基材可为聚酰亚胺薄膜。
本发明所述电路图案可为坐标输入图案，所述坐标输入图案包括相互交叉的多个X轴和Y轴且形成格子形状。
本发明所述导电性焊膏可为含有73wt％～88wt％的银粉末、5.9wt％～ 9.5wt％的树脂聚合物及5.7wt％～18.0wt％的溶剂的银焊膏。
本发明所述银焊膏还可以含有0.35wt％～2.90wt％的分散剂。
本发明所述银粉末的粒径范围可为0.1～4.5μm，优选为0.2～3.0μm。
本发明所述银粉末的平均粒径范围可为0.5～2.3μm，优选为0.5～1.2μm。
本发明所述树脂聚合物可包括聚酯基。
本发明所述电路图案可以具有4.0μΩ·cm以上且6.5μΩ·cm以下的电阻率。
此外，本发明一实施例涉及的柔性印刷电路基板制造方法包括在基材的一面用导电性焊膏形成电路图案的步骤；以及在290℃～420℃温度下塑形所述电路图案的步骤。
本发明所述塑形步骤是在310℃～410℃温度下塑形所述电路图案。
本发明所述塑形步骤是加热所述电路图案10分钟～35分钟，优选加热20 分钟～30分钟。
本发明制造方法相比于传统的蚀刻费用昂贵的软性铜箔基板(FCCL, FlexibleCopper Clad Laminate)铜箔的方法，操作工艺简单容易，从而节约了制造成本，且提高了生产效率。
本发明通过无镀金工艺形成电路图案，解决了镀金工艺过程中发生的电路图案剥离的问题，从而提高了产品的可靠性。
本发明尽管采用低温塑形仍能充分满足低电阻标准，从而解决了发热和功率消耗的问题。
附图说明
图1是采用本发明涉及的柔性印刷电路基板的数字转换器的示意图。
图2是显示本发明涉及的柔性印刷电路基板的制造方法的工艺流程图。
附图标识说明
10：基材 20：电路图案
具体实施方式
以下参照附图对本发明涉及的优选实施例进行详细说明。
本发明涉及的柔性印刷电路基板包括：基材；以及用导电性焊膏印刷于基材的一面上的电路图案。
所述电路图案是导电性焊膏在290℃～420℃中塑形而形成。
所述基材优选为聚酰亚胺(PI)薄膜。聚酰亚胺薄膜价格低廉、由于耐热性优秀，所述电路图案可以在290℃～420℃的温度条件下进行塑形、具有形状薄且可弯曲性优秀。
290℃～420℃的塑形温度是作为柔性印刷电路基板的基材的合成树脂薄膜 (即，所述聚酰亚胺薄膜)的、无变形或者损坏地且能够安全地塑形电路图案的温度范围，是使采用导电性焊膏印刷并塑形的电路图案具备预设范围的电阻率，使所述电路图案的附着力达到标准以上的温度范围。通过本发明涉及的柔性印刷电路基板制造方法的实验数据，对所述塑形温度范围进行进一步说明。
作为一例，所述电路图案为坐标输入图案，所述坐标输入图案包括相互交叉的多个X轴和Y轴且形成格子形状。
参照图1，作为一例，本发明涉及的柔性印刷电路基板是作为坐标输入图案 21的数字转换器(Digitizer)，所述坐标输入图案21包括相互交叉的多个X轴和Y轴的。即，作为一例，所述电路图案20为所述坐标输入图案21。
所述数字转换器安装于显示屏上并且包括与显示屏尺寸相对应尺寸的基材 10用以准确识别触摸发生时的坐标，坐标输入图案21优选均匀地形成于所述基材10的表面上。
所述电路图案在电阻率高的情形下，发热和功率消耗比较高，优选具有 6.5μΩ·cm以下的电阻率，电阻率越低越为优选。特别地，由于坐标输入图案21 均匀地形成于基材10的表面上，数字转换器可优选具有预设的电阻率值(即， 6.5μΩ·cm)以下的电阻率。
本发明涉及的柔性印刷电路基板中，所述电路图案的电阻率优选为 4.0μΩ·cm以上且6.5μΩ·cm以下。所述电阻率范围是能够满足在所述塑形温度范围内，所述电路图案附着于所述基材的附着强度及镀金后剥离强度的需求的范围，以下通过本发明涉及的柔性印刷电路基板制造方法的实验数据，对其进一步详细说明。
本发明的柔性印刷电路基板优选还包括形成于所述电路图案的端子部表面的镀金层。所述电路图案的端子部是与其他柔性电路基板或者其他电子部件等进行电连接的部分，所述镀金层通过增强所述电路图案的连接部分的强度从而提高连接部分的可靠性。
参照图2，本发明涉及的柔性印刷电路基板制造方法包括在基材的一面用导电性焊膏形成电路图案的步骤200；以及在290℃～420℃温度下塑形所述电路图案的步骤300。
此外，本发明涉及的柔性印刷电路基板制造方法还包括基于所述基材准备聚酰亚胺薄膜的步骤100。
所述形成电路图案的步骤200优选通过屏幕印刷形成所述电路图案。所述屏幕印刷是通过使用导电性焊膏形成所述电路图案的方法，该方法制造成本低廉，并且能够提高生产效率。
此外，作为一例，所述形成电路图案的步骤200在所述电路图案上形成包括相互交叉的多个X轴和Y轴的坐标输入图案。
所述聚酰亚胺薄膜在290℃～420℃的温度下加热时不发生变形和坏损，将所述导电性焊膏印刷并塑形仍能保持原形，而且能够稳定地保持与塑形电路图案的粘贴状态。
所述基材是在塑形温度为400℃以上的高温条件下不发生变形、且具有柔性的合成树脂材料的薄膜，可以采用各种类的材料。
所述导电性焊膏优选含有银粉末、树脂聚合物、溶剂的银焊膏。所述银焊膏含有73wt％～88wt％的银粉末、5.9wt％～9.5wt％的树脂聚合物及5.7wt％～ 18.0wt％的溶剂。
所述银焊膏还可以含有0.35wt％～2.90wt的分散剂。
作为一例，所述树脂聚合物包括聚酯基，分子量为25，000。
聚酰亚胺薄膜虽然作为高温用薄膜得以开发，但是在预定温度以上的温度下塑形则会发生收缩、变形及发生碳化等不良现象。而且，如果塑形温度越高，含有银粉末的导电性焊膏塑形后银粉末间互相粘贴，且去除树脂聚合物、溶剂等能够提高电传导率的物质，使电阻变低。
因此，考虑到聚酰亚胺薄膜和导电性焊膏的特性，预定塑形温度。
290℃～420℃的温度下塑形是为了降低屏幕印刷于聚酰亚胺薄膜上形成的坐标输入图案的电阻。
作为一例，所述塑形步骤300是通过利用BTU Tunnel或者Lindberg Box高温炉，在290℃～420℃温度下塑形基材和屏幕印刷所述基材的一面形成电路图案。
本发明涉及的柔性印刷电路基板制造方法还可以包括在所述塑形步骤300 后对所述电路图案的端子部进行镀金的步骤。
所述镀金端子部的步骤是用铜、银、金等导电性优秀的金属对所述端子部进行镀金的步骤。所述电路图案的端子部是与其他柔性印刷电路基板或者其他电子部件等电连接的部分，所述镀金层通过增强所述电路图案的连接部分的强度，从而提高连接部分的可靠性。
下表1是使用相同的银焊膏在聚酰亚胺薄膜上形成电路图案，在不同塑形温度条件下塑形所述电路图案后，表示塑形电路图案的电阻率，以及表示塑形于聚酰亚胺薄膜上的电路图案的附着强度及镀金后剥离强度的良好或者不良的实验数据。
下表1中，实施例1至实施例13、比较例1至比较例2是利用含有87wt％的银粉末、6wt％的树脂聚合物及7wt％的溶剂，而且银粉末的粒径范围、粉末平均粒径及平均密度均相同的银焊膏在聚酰亚胺薄膜上形成相同的电路图案，在不同塑形温度下塑形的柔性印刷电路基板的例子。
【表1】
如表1所示，在不足290℃的条件下塑形所述电路图案时，电阻率高于标准值6.5μΩ·cm显示为不良，在420℃的条件下塑形所述电路图案时，电阻率虽降低，与聚酰亚胺薄膜间的附着强度虽良好，但镀金后剥离强度则显示为不良。此外，在超过420℃条件下塑形所述电路图案时，电阻率虽降低，与聚酰亚胺薄膜间的附着强度及镀金后剥离强度则表现不良，可知其为非优选条件。
参照表1，所述塑形步骤300可以在290℃～420℃的温度下塑形并形成电路图案，优选在310℃～410℃的温度下进行塑形。从而即能够使塑形后电路图案的电阻率满足预设范围，又能满足与聚酰亚胺薄膜间的附着强度及镀金后剥离强度的要求。
所述附着强度是指在所述塑形步骤300后，附着于所述聚酰亚胺薄膜的所述电路图案附着强度，利用粘附力为750f/cm～1250f/cm的胶带判断其为良好或者不良。
所述镀金后剥离强度是指在镀金所述端子部的步骤后，所述电路图案的端子部和所述聚酰亚胺薄膜间的剥离强度，利用粘附力为750f/cm～1250f/cm的胶带判断其为良好或者不良。
所述附着强度的良好及不良的判断是通过将粘附力为750f/cm～1250f/cm的胶带粘贴在印刷于聚酰亚胺薄膜上塑形的电路图案后，撕下所述胶带时电路图案没有粘贴在胶带上时，则判断其为良好，如果部分电路图案粘贴在胶带上并从所述聚酰亚胺薄膜脱落时，则判断其为不良。
此外，所述镀金后剥离强度的良好及不良的判断是通过将粘附力为 750f/cm～1250f/cm的胶带粘贴在印刷于聚酰亚胺薄膜上并塑形的电路图案的镀金部分后，撕下所述胶带时，如果镀金部分没有粘贴在胶带上则其为良好，如果部分镀金部分粘贴在胶带上从所述聚酰亚胺薄膜脱落，则判断其为不良。
因此，所述塑形步骤300优选在290℃～420℃温度下塑形所述电路图案，更优选在310℃～410℃温度下塑形。
此外，所述塑形步骤300优选在290℃～420℃间的温度下,加热所述电路图案10分钟～35分钟。
下表2是使用相同的银焊膏在聚酰亚胺薄膜上形成电路图案，在相同塑形温度及不同的塑形时间条件下塑形所述电路图案后，表示塑形电路图案的电阻率，以及表示塑形于聚酰亚胺薄膜上的电路图案的附着强度及镀金后剥离强度的良好或者不良的实验数据。
下表2中，实施例14至实施例19、比较例3及比较例4是利用包含87wt％的银粉末、6wt％的树脂聚合物及7wt％的溶剂，而且银粉末的粒径范围、粉末平均粒径及平均密度均相同的银焊膏在聚酰亚胺薄膜上形成相同的电路图案，根据不同塑形时间，分别制造的柔性印刷电路基板的例子。
【表2】
如表2所示，如果塑形时间不足10分钟，则电路图案的电阻率高于标准值6.5μΩ·cm显示为不良，如果塑形时间超过35分钟，则电路图案的电阻率低虽满足电阻率标准范围要求，但镀金后剥离强度显示为不良。此外，如果塑形时间为40分钟，则电路图案的电阻率低虽满足电阻率标准范围，但电路图案和聚酰亚胺薄膜间的附着强度及镀金后剥离强度显示为不良，为非优选条件。
即，所述塑形步骤300优选在290℃～420℃间的温度下，塑形所述电路图案10分钟～35分钟，更优选塑形20分钟～30分钟。
另外，表3是利用含有不同重量百分比的银粉末、树脂聚合物及溶剂的银焊膏，在聚酰亚胺薄膜上形成电路图案，塑形所述电路图案后，表示所述电路图案的电阻率，表示塑形于聚酰亚胺薄膜的电路图案的附着强度及镀金后剥离强度为良好或者不良的实验数据。
下表3中，实施例20至实施例31、比较例5至比较例16是利用包含73wt％～ 90wt％的银粉末、2.5wt％～12.5wt％的树脂聚合物及5.7wt％～18.5wt％溶剂的银焊膏，在聚酰亚胺薄膜上形成相同的电路图案，在350℃温度下塑形的柔性印刷电路基板的例子。
【表3】
如表3所示，如果所述银焊膏包含73wt％～88wt％的银粉末、5.9wt％～ 9.5wt％的树脂聚合物及5.7wt％～18.0wt％溶剂，则同时满足电阻率在4.0μΩ·cm 以上且6.5μΩ·cm以下，以及与聚酰亚胺薄膜间的附着强度及镀金后剥离强度显示为良好。
所述银焊膏中所述银粉末的含量不足73wt％时，在290℃～420℃的温度下塑形时，导电性降低，电阻率变大，存在获得超出预设范围的电阻率的问题。
此外，所述银粉末含量超过88wt％时，树脂聚合物和溶剂重量百分比相对减少，存在与聚酰亚胺薄膜间的附着强度及镀金后剥离强度显示为不良的问题。
所述银焊膏中树脂聚合物的含量不足5.9wt％时，通过屏幕印刷印刷后塑形的电路图案与聚酰亚胺薄膜间的附着力表显示为不良，为非优选条件。而且，所述银焊膏中树脂聚合物的含量超出9.5wt％时，电阻率升高，为非优选条件。
此外，所述银焊膏为了降低粘度以及混合所述银粉末和所述树脂聚合物，优选含有5.7wt％～18.0wt％的溶剂，该重量百分比使印刷时能够形成准确的电路图案，并且在290℃～420℃温度塑形时蒸发，最小化对电阻率的影响。
表4是利用相同重量百分比的银粉末和树脂聚合物，以及不同重量百分比的分散剂和溶剂的银焊膏，在聚酰亚胺薄膜上形成电路图案，塑形所述电路图案后，表示所述电路图案的电阻率，表示塑形于聚酰亚胺薄膜的电路图案的附着强度及镀金后剥离强度的良好或者不良的实验数据。
下表4中，实施例32至实施例44、比较例17和比较例18是利用含有85wt％的银粉末和5wt％的树脂聚合物，不同重量百分比的分散剂和溶剂的银焊膏，在聚酰亚胺薄膜上形成相同的电路图案后，在350℃温度下塑形的柔性印刷电路基板的例子。
【表4】
参照表4可知，所述分散剂不对电阻率产生很大的影响。所述分散剂对银焊膏的流变性(Rheology)和粘度产生影响，特别是对电路图案和聚酰亚胺薄膜间的附着强度及镀金后剥离强度产生影响。
所述实施例32至实施例44、比较例17和比较例18虽然包含5wt％的树脂聚合物，但是受分散剂的影响电路图案与聚酰亚胺薄膜间的附着强度及镀金后剥离强度显示为良好。
所述银焊膏还优选包含0.35wt％～2.90wt％范围的分散剂，该范围能够增强塑形于聚酰亚胺薄膜的电路图案的附着强度及镀金后剥离强度。
表5是利用相同组成比例而不同的银粉末的粒径范围的银焊膏在聚酰亚胺薄膜上形成电路图案，塑形所述电路图案后，表示所述电路图案的电阻率，表示塑形于聚酰亚胺薄膜的电路图案的附着强度及镀金后剥离强度的良好或者不良的实验数据。
下表5中，实施例45的银粉末的粒径范围为0.1～3.0μm，平均粒径为1.0～ 1.2μm，实施例46的银粉末的粒径范围为0.1～3.0μm，平均粒径为0.5～0.6μm，实施例47的银粉末的粒径范围为0.2～4.0μm，平均粒径为1.0～1.2μm，实施例 48的银粉末的粒径范围为0.2～4.0μm，平均粒径为0.5～0.6μm，实施例49的银粉末的粒径范围为0.3～4.5μm，平均粒径为1.0～1.2μm，实施例50的银粉末的粒径范围为0.3～4.5μm，平均粒径为0.5～0.6μm。此外，比较例19的银粉末的粒径范围为0.5～5.0μm，平均粒径为1.5～2.0μm。
【表5】
参照表5，所述银焊膏的银粉末的粒径范围优选为0.1～4.5μm。上述范围能够同时满足电阻率为4.0μΩ·cm以上且6.5μΩ·cm以下，以及与聚酰亚胺薄膜间的附着强度及镀金后剥离强度均为良好的要求。
银粉末的粒子小时移动顺畅，烧结时银粉末之间粘合牢固，因此电阻值低，但是当尺寸不足0.1μm时，降低电阻的效果已经饱和，存在性价比上升的问题，尺寸超过5μm范围时，由于银粉末间不粘合，很难降低电阻至预定值以下。
所述银粉末的粒径范围优选在0.2～3.0μm，这是为了通过低廉的费用有效地降低电阻率，以及为了通过低廉的制造成本获得合适的电阻率。
此外，银粉末的形状优选为球形。由于所述坐标输入图案的线宽度和线间距离狭窄，为了印刷精密的坐标输入图案，银粉末优选为球形。
表6是利用相同组成比例及相同银粉末的粒径范围、不同的银粉末平均粒径的银焊膏，在聚酰亚胺基板上形成电路图案，在相同的塑形温度下塑形所述电路图案后，表示塑形的电路图案的电阻率，表示塑形于聚酰亚胺薄膜的电路图案的附着强度及镀金后剥离强度的良好或者不良的实验数据。
下表6中，实施例51的银粉末平均粒径范围为0.5～0.6μm，实施例52的银粉末平均粒径为1.0～1.2μm，实施例53的银粉末平均粒径为1.8～2.0μm，实施例54的银粉末平均粒径为2.1～2.3μm，比较例20的平均粒径为2.5～2.7μm。
【表6】
参照表6，所述银焊膏的银粉末平均粒径范围优选为0.5～2.3μm。该范围能够同时满足电阻率为4.0μΩ·cm以上且6.5μΩ·cm以下，以及与聚酰亚胺薄膜间的附着强度及镀金后剥离强度显示良好的要求。此外，所述银粉末的平均粒径范围优选为0.5～1.2μm。该范围能够有效地降低电阻率，能够通过低廉的费用获得合适的电阻率。
本发明制造方法相比于传统的蚀刻费用昂贵的软性铜箔基板铜箔的方法，操作工艺简单容易，从而节约了制造成本，且提高了生产效率。
本发明通过无镀金工艺形成电路图案，解决了镀金工艺过程中发生的电路图案剥离的问题，从而提高了产品的可靠性。
本发明尽管采用低温塑形仍能充分满足低电阻标准，从而解决了发热和功率消耗的问题。
本发明声明不局限于所述具体一个例子，在不超出本发明的主旨的范围内，可以通过各种变形来实施，该实施也属于本发明。

Claims (14)

1.一种柔性印刷电路基板，包括：
基材；以及
用导电性焊膏印刷于基材的一面上的电路图案；
所述电路图案是导电性焊膏在290℃～420℃中塑形而形成的；
其中，所述导电性焊膏为含有73wt％～88wt％的银粉末、5.9wt％～9.5wt％的树脂聚合物及5.7wt％～18.0wt％的溶剂的银焊膏；
所述银粉末的平均粒径范围为0.5～2.3μm；
所述电路图案具有4.0μΩ·cm以上且6.5μΩ·cm以下的电阻率。
2.如权利要求1所述的柔性印刷电路基板，其特征在于，
所述基材为聚酰亚胺薄膜。
3.如权利要求1所述的柔性印刷电路基板，其特征在于，
所述电路图案为坐标输入图案，所述坐标输入图案包括相互交叉的多个X轴和Y轴且形成格子形状。
4.如权利要求1所述的柔性印刷电路基板，其特征在于，
所述银焊膏还包括0.35wt％～2.90wt％的分散剂。
5.如权利要求1所述的柔性印刷电路基板，其特征在于，
所述银粉末的粒径范围为0.1～4.5μm。
6.如权利要求1所述的柔性印刷电路基板，其特征在于，
所述银粉末的粒径范围为0.2～3.0μm。
7.如权利要求1所述的柔性印刷电路基板，其特征在于，
所述银粉末的平均粒径范围为0.5～1.2μm。
8.如权利要求1所述的柔性印刷电路基板，其特征在于，
所述树脂聚合物包括聚酯基。
9.一种柔性印刷电路基板制造方法，其步骤包括：
在基材的一面用导电性焊膏形成电路图案的步骤；以及
在290℃～420℃温度下塑形所述电路图案的步骤；
其中，所述导电性焊膏为含有73wt％～88wt％的银粉末、5.9wt％～9.5wt％的树脂聚合物及5.7wt％～18.0wt％的溶剂的银焊膏；
所述银粉末的平均粒径范围为0.5～2.3μm；
所述电路图案具有4.0μΩ·cm以上且6.5μΩ·cm以下的电阻率。
10.如权利要求9所述的柔性印刷电路基板制造方法，其特征在于，
所述基材为聚酰亚胺薄膜。
11.如权利要求9所述的柔性印刷电路基板制造方法，其特征在于，
所述塑形步骤是在310℃～410℃温度下塑形所述电路图案。
12.如权利要求9所述的柔性印刷电路基板制造方法，其特征在于，
所述塑形步骤是加热所述电路图案10分钟～35分钟。
13.如权利要求9所述的柔性印刷电路基板制造方法，其特征在于，
所述塑形步骤是加热所述电路图案20分钟～30分钟。
14.如权利要求9所述的柔性印刷电路基板制造方法，其特征在于，
所述银焊膏还包括0.35wt％～2.90wt％的分散剂。
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