CN1239658C - 一种导电粘结剂,一种多层印刷电路板和制作这种多层印刷电路板的方法 - Google Patents

一种导电粘结剂,一种多层印刷电路板和制作这种多层印刷电路板的方法 Download PDF

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Abstract

一种导电粘结剂，包括导电胶态粒子和一种用于分散导电胶态粒子的分散剂。一种多层印刷电路板，它包括多个基板，每个都至少在它的一个表面上具有导电图形。任意相邻的两个基板通过绝缘层隔开，而且两个基板中第一个基板的导电图形与该两个基板中的第二个基板的导电图形相对。第一个基板的导电图形具有一个或多个用来与第二个基板电子相连的凸出部分。凸出部分和第二个基板的导电图形通过提供到凸出部分顶端的导电粘结剂相互粘结。

Description

一种导电粘结剂，一种多层印刷电路板 和制作这种多层印刷电路板的方法
技术领域
本发明涉及一种导电粘结剂，当层叠每个都具有导电图形的两个基板时，它提供到一个基板的凸出部分上。本发明还涉及一种含有用这种导电粘结剂进行叠置衬底的多层印刷电路板，和一种用于制作这种多层印刷电路板的方法。
背景技术
制作多层印刷电路板的方法之一是增层法，它包括步骤：在一个内侧基板上加工一个导电图形，在此导电图形上加工一个绝缘层，重复上述步骤来加工多个导电层。如果在上述增层法的步骤中，任一层有缺陷，最后得到的多层印刷电路板都是无用的。因此，这种过程的生产效率低。克服这个问题的对策是一种用来制作多层印刷电路板的方法，它包括独立加工多个基板，其中每个基板都具有导电图形，并用提供在其间的绝缘层进行层叠和粘结。
在这种方法中，使用一种导电膏作为层与层之间紧密的电连接。由于导电膏包含，诸如粒子直径约10μm的铜粒子、环氧树脂粘合剂和一种固化剂，所以在一些情况下连接处的电阻可能会不稳定或很高。
另一种用作层与层之间电连接的方法包括在一个基板的连接位置应用的锡铅焊料。由于焊剂是锡铅焊料中的杂质，所以连接必须在不使用焊剂的情况下进行。这样，连接位置就没有令人满意粘合度。此外，低融点的锡铅焊料会在安装电子器件的回流步骤期间熔化和膨胀，因此，在这个步骤中，可能会发生层与层之间的断开。
另一种用作层与层之间电连接的方法包括用金作为粘结剂，通过热接触粘结法来粘结层叠的基板。由于这种方法中基板是用树脂收缩连接的，所以粘结部分不可靠。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种导电粘结剂，它可以在比已知方法中的温度低的温度下，通过热接触粘结来电连接多个基板。
本发明另一个目的是提供一种导电粘结剂，即便在凸出部分的高度不一致时，它也能够紧密粘结多个层。
本发明的还有一个目的是提供一种导电粘结剂，它可以提高多层印刷电路板的生产效率和连接的可靠性。
本发明的另一个目的是提供一种多层印刷电路板，其中的基板使用上述导电粘结剂来粘结。
本发明的另一个目的是提供一种制作这种多层印刷电路板的方法。
根据本发明，提供了一种导电粘结剂，它包括：导电胶态粒子，和一种用来分散导电胶态粒子的分散剂；其中，所述导电粘结剂提供到在基板上设置的至少一个凸出部分的顶端，用于在含有多个叠层基板的多层印刷电路板的生产中将一个基板电连接到另一个基板；所述导电粘结剂还包括用来提高两个基板之间的粘结强度的粘性微粒。
本发明还提供了一种多层印刷电路板，它包括：多个基板，每个都至少在它的一个表面上具有导电图形，任意两个相邻的所说的多个基板用绝缘层隔开，其特征在于，两个基板中第一个基板的导电图形与该两个基板中的第二个基板的导电图形相对；第一个基板的导电图形具有至少一个用于电连接到该第二基板的凸出部分；其特征在于，凸出部分和第二个基板的导电图形通过提供到凸出部分顶端的导电粘结剂相互粘结；导电粘结剂包括：导电胶态粒子和一种用于分散导电胶态粒子的分散剂，以及用来提高两个基板之间的粘结强度的粘性微粒。其中，多个基板和绝缘层通过热接触粘结相互粘结。
本发明还提供了一种制作多层印刷电路板的方法，它包括步骤：在第一个基板的至少一个表面的导电层上形成至少一个凸出部分；布图导电层以形成导电图形；在第二个基板的至少一个表面上布图导电层；将导电粘结剂提供到凸出部分的顶端；用提供在其间的绝缘层层叠第一个基板和第二个基板，使得第一个基板的导电图形与第二个基板的导电图形相对；通过热接触粘结用凸出部分电连接相对的导电图形，其特征在于，所述导电粘结剂包括：导电胶态粒子和一种用于分散导电胶态粒子的分散剂，以及用来提高第一个基板和第二个基板之间的粘结强度的粘性微粒。
其中，所述导电胶态粒子可以为银胶态粒子。
所述粘性微粒的平均粒子尺寸为10到100μm的范围。
所述导电粘结剂还包括用来促进导电粘结剂加热的加热微粒。
所述导电胶态粒子可以由诸如银、金和铜组成。导电胶态粒子具有较高的活性和较低的熔点，它可以降低粘结操作中的处理温度，并提高处理效率。与导电膏相比，导电粘结剂含有较少数量的树脂成分，因此，使用这种导电粘结剂形成的连接具有较低的电阻。
由于在多层印刷电路板的凸出部分和接合区(lands)之间使用了导电粘结剂来连接，所以多层印刷电路板可以在较高的效率下生产，而且这种连接具有较低的电阻。
附图说明
图1是依据本发明的多层印刷电路板主要部分的一个截面图；
图2是内侧基板主要部分的一个截面图，此内侧基板的两个表面上提供有铜箔导电层；
图3是内侧基板主要部分的一个截面图，此内侧基板在图2中的铜箔上提供有干膜；
图4是内侧基板主要部分的一个截面图，此内侧基板提供有图3中的干膜曝光和显影后形成的凹槽；
图5是内侧基板主要部分的一个截面图，此内侧基板提供有填充铜的凹槽；
图6是内侧基板主要部分的一个截面图，此内侧基板提供有在图5中的铜箔上形成的抗蚀剂；
图7是内侧基板主要部分的一个截面图，此内侧基板提供有选择性地从没有形成导电图形的区域中去除的抗蚀剂；
图8是内侧基板主要部分的一个截面图，此内侧基板提供有导电图形；
图9是外侧基板主要部分的一个截面图，此外侧基板在两个表面上提供有铜箔导电层；
图10是外侧基板主要部分的一个截面图，此外侧基板在图9所示的铜箔上提供有干膜；
图11是外侧基板主要部分的一个截面图，此外侧基板提供有选择性地从没有形成导电图形的区域中去除的干膜；
图12是外侧基板主要部分的一个截面图，此外侧基板提供有导电图形；
图13是描述基板之间设置有聚酯胶片的一个截面图。
具体实施方式
现在将参考附图来描述依据本发明的多层印刷电路板。
参考图1，依据本发明的多层印刷电路板1包括内侧基板2和3，外侧基板4和5。用聚酯胶片层6、7和8作为绝缘层叠置这些基板2、3、4和5，从而形成一个复合结构。
例如，内侧基板2、3和外侧基板4、5由渗入有环氧树脂的玻璃纤维的纤维增强树脂组成。内侧基板2的两个表面分别具有导电图形11和12，而内侧基板3的两个表面分别具有导电图形13和14。类似地，外侧基板4的两个表面分别具有导电图形15和16，而外侧基板5的两个表面分别具有导电图形17和18。内侧基板2的导电图形11和12通过一个充满导电膏21a的通孔21相连，内侧基板3的导电图形13和14通过一个充满导电膏22a的通孔22相连，外侧基板4的导电图形15和16通过一个充满导电膏23a的通孔23相连，外侧基板5的导电图形17和18通过一个充满导电膏24a的通孔24相连。作为另一种选择，两个导电图形还可以用诸如在通孔21、22、23、24的壁上形成的无电镀的镀铜层来连接。
在内侧基板2的上表面上提供的导电图形11上提供有凸出部分26，用于将导电图形11连接到外侧基板4上的导电图形16；内侧基板2和外侧基板4由提供在其间的聚酯胶片层6分隔。这些凸出部分电连接到外侧基板4的导电图形16上的接合区31。内侧基板3在导电图形13上提供有凸出部分27。凸出部分27将内侧基板3的导电图形13电连接到内侧基板2的导电图形12上的接合区32，内侧基板2和3由提供在其间的聚酯胶片层7分隔。凸出部分28将内侧基板3的导电图形14电连接到外侧基板5的导电图形17上的接合区33，内侧基板3和外侧基板5由提供在其间的聚酯胶片层8分隔。凸出部分26、27和28分别用依据本发明的导电粘结剂连接到接合区31、32和33上。凸出部分26、27和28分别延伸至聚酯胶片6、7和8中形成的通孔34、35和36中，并连接到接合区31、32和33。
下面参考附图来描述用于制作多层印刷电路板1的一种方法。首先，加工内侧基板2和3。参考图2，例如，内侧基板3具有两个表面，它们都具有铜箔制成的导电层13a和14a。内侧基板3上具有通孔22，用于导电层13a和14a之间的内层连接。通孔22可以通过例如钻孔并填充有导电膏22a形成。作为另一种选择，每个通孔22都可以具有用铜无电镀或铜电镀在其壁上形成的镀层。通孔22壁上的镀层连接导电层13a和14a。
参考图3，光敏干膜41和42分别粘贴在导电层13a和14a上。干膜41和42通过曝光膜曝光和显影，此曝光膜具有与要形成的凸出部分相对应的曝光图形。参考图4，由此凹槽41a和42a就分别形成在干膜41和42中。在凹槽41a和42a的底部导电层13a和14a。参考图5，用铜填充凹槽41a和42a，通过无电镀或电镀来沉积铜。在凹槽41a和42a中形成的铜柱分别作为连接着导电层13a和14a的凸出部分27和28。
参考图6，干膜41和42从内侧基板3分离。抗蚀剂43和44电解沉淀在导电层13a、14a和凸出部分27、28之上。通过曝光膜曝光和显影抗蚀剂43和44，此曝光膜具有与导电图形相对应的曝光图形。参考图7，从没有形成导电图形的区域中去除抗蚀剂43和44。参考图8，在去除了抗蚀剂43和44地区域中，有选择地蚀刻出导电层13a和14a。然后，去除仍保留在导电层13a和14a上的抗蚀剂43和44。这样，就在内侧基板3上分别加工出了导电图形13和14，并分别在导电图形13和14上加工出了凸出部分27和28。
下面来描述用于制作没有凸出部分的外侧基板4和5的一种方法。例如，参考图9，外侧基板4的两个表面具有铜箔制成的导电层15a和16a。在导电层15a和16a之间，外侧基板4具有用于内层连接的通孔23。通孔23可以通过诸如钻孔填充有导电膏23a形成。作为另一种选择，通孔23还可以具有通过铜无电镀或铜电镀在其壁上形成的镀层。通孔23壁上的镀层连接导电层15a和16a。
参考图10，光敏干膜45和46分别粘贴在导电层15a和16a上。通过曝光膜曝光和显影干膜45和46，此曝光膜具有与要形成的凸出部分相对应的曝光图形。参考图11，从没有形成导电图形的区域中去除干膜45和46。参考图12，在去除了干膜45和46的区域中，有选择地蚀刻出导电层15a和16a。然后，去除仍保留在导电层15a和16a上的干膜45和46。这样，就分别在外侧基板4的两个表面上加工出了导电图形15和16，而且导电图形16的暴露的表面作为接合区31。每个接合区31最好都用锡、银或它们的合金进行镀层或焊接。图1所示的其它接合区32和33也像接合区31那样电镀。
图1所示的外侧基板5也像在外侧基板4中那样处理。内侧基板2的导电图形12有接合区但没有凸出部分。内侧基板2的导电图形11可以像在内侧基板3中那样处理，而导电图形12可以像在外侧基板4中那样处理。
参考图13，在内侧和外侧基板2到5之间设置绝缘聚酯胶片层6、7和8。6、7和8是例如用浸入有环氧树脂的玻璃纤维的加强树脂薄层。聚酯胶片层6、7和8上具有通孔34、35和36，它们是通过例如钻孔形成。凸出部分26、27和28要插入到通孔34、35和36中。
依据本发明的一种导电粘结剂要应用到内侧基板2和3的凸出部分26、27和28上。导电粘结剂包括导电胶态粒子和用来均匀分散导电胶态粒子的分散剂。导电胶态粒子具有几纳米到数百纳米的范围的尺寸。例如，可以通过在诸如氦气或氩气的惰性气体中蒸发一种金属并通过气体分子的碰撞来冷凝气体金属，以快速冷却金属原子而形成这种导电胶态粒子。导电胶态粒子具有较高的活性和较低的熔点。例如，纯银的熔点为960.8℃，而胶态粒子的熔点为约260℃。这样，依据本发明的导电粘结剂就能够在较低的连接温度下，令人满意地分别将凸出部分26、27和28粘接到接合区31、32和33。
优选地，导电胶态粒子由几乎没有氧化的银组成。银的胶态粒子最好具有10nm到50nm的直径，以使得胶态粒子能够令人满意地分散到分散剂中。直径大于50nm的胶态粒子很难分散到分散剂中。虽然微粒的大小最好尽可能小，但是实际生产中最好的胶态粒子的下限是10nm。
这种导电粘结剂中含有上述胶态粒子和作为分散剂的树脂。一种用作分散剂的例示性的材料为丙烯酸树脂。通常，按干燥之后重量的6％以至胶态粒子占重量的94％混合分散剂。也就是说，依据本发明的导电粘结剂与已知的导电膏相比，含有较少的树脂成分，从而降低了凸出部分26、27和28和接合区31、32和33之间的粘接电阻。用作分散剂的树脂的分子量为约10000。
导电粘结剂可以含有诸如约10μm微粒大小的微粒，这些微粒比胶态粒子的尺寸要大。此微粒由例如锡银合金组成，它们可以提高接合区31、32和33的粘性。锡银合金由3.5％的银和96.5％的锡组成。由于这种导电粘结剂对锡银焊接或接合区31、32和33上的镀层展现出了较高的亲和力，所以将此导电粘结剂应用在凸出部分26、27和28的顶端上。这样就分别提高了凸出部分26、27和28和接合区31、32和33之间的粘性。即便这些凸出部分具有粗糙的表面，比导电胶态粒子大的银锡微粒也可以分别保证将凸出部分26、27和28粘结到接合区31、32和33。
在含有银胶态粒子、分散剂的银胶体溶液中，水对锡银合金的重量比例处在1∶1到10∶1的范围之内。此比例由凸出部分26、27和28对接合区31、32和33的粘性和凸出部分26、27和28在高度上的变化决定。
导电粘结剂还可以含有覆银的铜微粒，以代替或与锡银合金一起来分别提高凸出部分26、27和28到接合区31、32和33的粘性。覆银微粒具有诸如10到100μm的直径。这种含有覆银微粒的导电粘结剂对锡银焊料或应用在接合区31、32和33上的镀层和铜箔接合区31、32和33都具有较高的亲和力。即使在凸出部分26、27和28具有不同的高度时，此导电粘结剂也可以实现紧密的粘结。
此外，此导电粘结剂还可以含有加热微粒，以加速导电粘结剂的加热。加热微粒的大小约为10到100μm。当用热接触粘结的聚酯胶片层6、7和8来加热基板2、3、4和5时，加热微粒可以分别保证将凸出部分26、27和28粘结到接合区31、32和33。可以用于加热微粒的材料的实例包括石墨、铁、炭化硅、钛酸钡和铝。
含有上述成分的导电粘结剂可以搀进重量为25％的水，以得到10p(泊)的粘度，并储存在水箱中。凸出部分26、27和28的顶端浸入到水箱中的导电粘结剂中，然后在例如100℃下干燥一分钟。导电粘结剂粘附在凸出部分26、27和28的顶端上。将导电粘结剂应用在凸出部分26、27和28顶端上的其它方法包括喷墨处理、打印处理和分散处理等。
基板2、3、4和5通过设置在其间的聚酯胶片层6、7和8相互粘结。特别地，在外侧基板4和内侧基板2之间设置聚酯胶片层6，以保证导电图形16和导电图形11之间的绝缘；在内侧基板2和内侧基板3之间设置聚酯胶片层7，以保证导电图形12和导电图形13之间的绝缘；在内侧基板3和外侧基板5之间设置聚酯胶片层8，以保证导电图形14和导电图形17之间的绝缘。
将基板2、3、4和5的叠层板和聚酯胶片6、7和8放进最大压力至少为30kg/cm2、最大加热温度为300℃的压力容器中。在使用含有银胶态粒子的导电粘结剂制作多层印刷电路板1的方法中，叠层板在压力30kg/cm2、温度130℃下压制30分钟来熔解聚酯胶片层6、7和8中的环氧树脂，在同样的压力、180℃下用70分钟来固化环氧树脂，然后在同样的压力、260℃下用10分钟来熔解凸出部分26、27和28以及接合区32、33和34之间的连接。这样，就形成了如图1所示的多层印刷电路板1。
在高频加热中，叠层板在压力30kg/cm2、130℃下加热30分钟，然后在同样的压力、180℃下用70分钟来固化环氧树脂。此频率最好为2.45GHz，输出500W，RF加热时间为1到2分钟。
如上所述，在本发明的多层印刷电路板1中，导电粘结剂分别用于将凸出部分26、27和28粘结剂接合区31、32和33。因为胶态粒子具有较低的熔点，所以凸出部分26、27和28可以在较低的温度下粘结到接合区31、32和33，从而提高了生产效率。由于依据本发明的导电粘结剂与已知的导电膏相比具有较少的树脂含量，所以凸出部分26、27和28分别和接合区31、32和33之间的连接具有较低的电阻。此外，即便在凸出部分26、27和28具有不同的高度时，微小粒子与导电粘结剂中含有的纳米胶态粒子一起可以提高凸出部分26、27和28分别和接合区31、32和33之间的粘性，促进导电粘结剂的加热，帮助连接的熔化。
表1显示了凸出部分26、27和28(直径：0.1mm)和接合区31、32和33之间的连接电阻。
                表1
  导电粘结剂的类型   电阻(mΩ)
  镀铜层   1
  胶体银+锡银合金   23
  胶体银+覆银的铜微粒   2
  胶体银+覆银的铜微粒+石墨   10
  铜膏   180
表1显示出依据本发明的导电粘结剂(胶体银+锡银合金、胶体银+镀银铜微粒和胶体银+镀银铜微粒+石墨)与铜膏相比，具有显著较低的电阻。导电粘结剂的电阻与镀铜层的电阻非常相似。
在上述实施例中，导电粘结剂含有银胶态粒子。银胶态粒子可以用例如金胶态粒子或铜胶态粒子来代替。
在上述实施例中，导电粘结剂用来将凸出部分26、27和28分别粘结剂接合区31、32和33。导电粘结剂还可以用来将电子元件安装到印刷电路板上。

Claims (11)

1.一种导电粘结剂，它包括：
导电胶态粒子，和
一种用来分散导电胶态粒子的分散剂；
其中，所述导电粘结剂提供到在基板上设置的至少一个凸出部分的顶端，用于在含有多个叠层基板的多层印刷电路板的生产中将一个基板电连接到另一个基板；所述导电粘结剂还包括用来提高两个基板之间的粘结强度的粘性微粒。
2.依据权利要求1的导电粘结剂，其特征在于，导电胶态粒子为银胶态粒子。
3.依据权利要求1的导电粘结剂，其特征在于，粘性微粒的平均粒子尺寸为10到100μm的范围。
4.依据权利要求1的导电粘结剂，还包括用来加速导电粘结剂加热的加热微粒。
5.一种多层印刷电路板，它包括：
多个基板，每个都至少在它的一个表面上具有导电图形，任意两个相邻的所说的多个基板用绝缘层隔开，其特征在于，两个基板中第一个基板的导电图形与该两个基板中的第二个基板的导电图形相对；
第一个基板的导电图形具有至少一个用于电连接到该第二基板的凸出部分；
其特征在于，凸出部分和第二个基板的导电图形通过提供到凸出部分顶端的导电粘结剂相互粘结；
导电粘结剂包括：导电胶态粒子和一种用于分散导电胶态粒子的分散剂，以及用来提高两个基板之间的粘结强度的粘性微粒。
6.依据权利要求5的多层印刷电路板，其特征在于，粘性微粒的平均尺寸在10到100μm的范围内。
7.依据权利要求5的多层印刷电路板，其特征在于，多个基板和绝缘层通过热接触粘结相互粘结。
8.依据权利要求7的多层印刷电路板，其特征在于，导电粘结剂还包括用来加速导电粘结剂加热的加热微粒。
9.一种制作多层印刷电路板的方法，它包括步骤：
在第一个基板的至少一个表面的导电层上形成至少一个凸出部分；
布图导电层以形成导电图形；
在第二个基板的至少一个表面上布图导电层；
将导电粘结剂提供到凸出部分的顶端；
用提供在其间的绝缘层层叠第一个基板和第二个基板，使得第一个基板的导电图形与第二个基板的导电图形相对；
通过热接触粘结用凸出部分电连接相对的导电图形，
其特征在于，所述导电粘结剂包括：导电胶态粒子和一种用于分散导电胶态粒子的分散剂，以及用来提高第一个基板和第二个基板之间的粘结强度的粘性微粒。
10.依据权利要求9的用于制作多层印刷电路板的方法，其特征在于，此粘性微粒的平均尺寸在10到100μm的范围。
11.依据权利要求9的用于制作多层印刷电路板的方法，其特征在于，导电粘结剂还包括加速导电粘结剂加热的加热微粒。
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