CN102112663B - 直接金属化法 - Google Patents

Abstract

一种在直接金属化法中在基板表面上提供碳分散液涂层的改良方法，其中该基板包含传导性部分和非传导性部分。该方法包含如下步骤：使基板与碳分散液接触，以用含碳分散液来涂布基板，并且在基板的基本平坦的表面的至少一部分上移动至少一个非吸收性滚筒，以从基板的基本平坦的表面上移除多余碳分散液，并且使基板通过真空抽取室，以抽出残留在基板表面上的多余碳分散液。该方法提供了更清洁的铜表面，以使对微蚀刻的需求降至最低，并且还可避免碳分散液令人不希望地再沉积到基板表面上。

Description

直接金属化法

技术领域

本发明涉及将碳分散液涂层固定在印刷线路板表面上的改良的方法。

背景技术

印刷线路板(也称为印刷电路板或PWB)通常为由两层或更多层面板或铜箔组成的层压材料，它们通过非传导材料层彼此隔开。虽然通常将铜用作电镀金属，但是例如镍、金、钯、银等的其它金属也可用于电镀。非传导层优选为有机材料，例如浸渍在玻璃纤维中的环氧树脂。非传导层还可由热固性树脂、热塑性树脂和它们的混合物组成，具有或不具有例如玻璃纤维和填充料的增强材料。合适的材料通常是本领域技术人员所熟知的。

在许多印刷线路板的设计中，电路径或图案需要在该图案中的特定点上将分开的铜面板之间连接，这可通过在想要的位置上穿透铜面板与非传导层的层压体而钻孔以将分开的金属面板连接而完成。印刷线路板中的典型孔径范围通常在直径约0.5～约10毫米之间。该些孔随后被金属化，以形成传导材料之间的连接，这通常是通过镀敷来完成。为了避免通孔的化学镀敷步骤(其需要多个步骤，包括预活化、以适当活化剂来活化、促进剂的涂布、化学镀金属(即铜)的沉积以及在电镀步骤发生前的多次清洗)，已经研发了各种“直接金属化”法，其在本领域是公知的，并且例如描述于Ferrier等人的美国第5,759,378号专利中，其主题以参照的方式全部并入于此。

直接金属化法的步骤简要描述如下：

在钻出通孔以后，对孔进行去毛刺处理，以使孔壁相对平滑。在多层印刷线路板的情形中，同样希望对板材进行去钻污或凹蚀操作，以清洁通孔的内部铜界面表面。合适的准备操作是本领域技术人员所熟知的，并且通过举例的方式而非限制性地包括常规的高锰酸盐去钻污操作。

一旦通孔表面已经相对平滑用于镀敷，就对PWB进行预清洁操作，从而使印刷线路板处于适合接受传导性碳分散液的状态。例如，可将印刷线路板放置在温度约45℃～70℃的清洁槽中大约1～10分钟，以从孔壁表面上移除油脂和其它杂质。

之后，对PWB进行清洗，以从板上移除多余的清洁剂，并与调节剂溶液接触。接触调节剂的优选方法为将清洁过的PWB浸入到室温的含水调节剂槽中一段时间(例如，约1～10分钟)。调节剂溶液确保基本上所有的孔壁玻璃/环氧表面做好适当准备，以接受传导性碳颗粒的连续层。

随后将液体碳分散液涂布到调节后的PWB上或与其接触。该分散液含有三种关键性成分——碳源如炭黑和/或石墨、能够分散炭黑的一种或多种表面活性剂以及液体分散介质如水。使分散液与PWB接触的优选方法包括浸渍和喷洒。其它方法对于本领域技术人员来说也是熟知的。

在制备液体碳分散液时，将这三种关键性成分与任何其它优选的成分彻底混合在一起以形成稳定的分散液。这可通过使浓缩形式的液体碳分散液接受球磨、胶体磨、高剪切磨、超声波技术，或通过高速混合或其它标准混合技术来完成。彻底混合的炭黑分散液随后通过搅拌用更多的水稀释成工作溶液所希望的浓度。

碳源通常选自石墨、炭黑和它们的组合。可使用许多种类的炭黑，包括一般可得到的炉黑。

用于液体碳分散液的液体分散介质包括水和极性有机溶剂，其包括低级醇(C₁-C₄)，如甲醇、乙醇、异丙醇和异丁醇；多元醇，如二醇(即三乙二醇)；或醇，如溶纤剂；有机酸，如甲酸和乙酸；酸衍生物，如三氯乙酸；以及磺酸，如甲磺酸；醛，如乙醛；酮，如丙酮；芳烃溶剂，如甲苯和矿油精；非质子卤代烃，如二氯氟甲烷和二氯二氟甲烷(FREON

)；二甲基甲酰胺(DMF)；N-甲基吡咯烷酮；二甲亚砜(DMSO)；以及羧酸酯，如甲酸甲酯、乙酸乙酯和乙酸溶纤剂。优选的液体分散介质是水，尤其是不含钙、氟、碘和通常在自来水中发现的其它杂质的去离子水，以便在随后的电镀步骤期间使外在离子的干扰减至最低。

分散液还含有能够将炭黑或石墨分散在液体分散介质中的表面活性剂。在分散液中添加一种或多种表面活性剂以便提高炭黑的润湿能力和稳定性，并且允许炭黑在非传导层的细孔和纤维内得到最大渗透。适当的润湿剂包括阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂和阳离子表面活性剂(或它们的组合，例如两性表面活性剂)。选择表面活性剂，以便在液体碳分散液中可溶解、稳定并优选不起泡沫。表面活性剂的优选类型主要取决于分散液的pH值。合适的表面活性剂对于本领域技术人员来说是熟知的，并且例如描述于Ferrier等人的美国第5,759,378号专利中，其主题以参照的方式全部并入于此。

分散液中的碳量通常小于分散液重量的约4wt％，优选小于约2wt％。同样，固含量(即，除液体分散介质之外的所有成分)优选小于分散液重量的10wt％。

分散液还可含有强碱性材料，如碱性氢氧化物，包括碱金属氢氧化物，如氢氧化钾、氢氧化钠和氢氧化锂，以及氢氧化铵。以足以将所得的含碳分散液的pH提高到约10～约14之间并优选约10～约12之间的比例，将充分的碱性氢氧化物添加到液体分散液中。

液体分散液通常放置在适度搅拌的容器中，而待处理的印刷线路板浸渍在液体分散液中，或用液体分散液喷洒或者与其接触。浸渍槽中液体分散液的温度维持在约15℃～约35℃之间的范围，同时经调节的印刷线路板则浸渍于其中。通常浸渍的时间在1～10分钟的范围内。在传送带化的方法中，可使用20～60秒的停留时间。在浸渍期间，液体含碳分散液穿透印刷线路板的孔，并且润湿并接触玻璃纤维以及形成绝缘层成分的环氧树脂。该浸渍后的板随后可从液体含炭黑分散液槽中移出。

涂碳的印刷线路板随后在干燥前经受固定步骤，以从PWB表面移除多余碳分散液，并且使碳分散液更有作用。固定可通过至少两种不同方式来完成，即，通过化学固定方法或物理固定方法。固定步骤通常在所述的碳分散液接触步骤之后实施，而没有介于其间的干燥步骤。

在化学固定中，固定溶液涂布到已通过碳分散液而润湿的表面上。固定溶液移除了多余的碳组合物沉积物，并因此通过除去***和通过使涂层更均匀而使凹表面上的碳涂层平滑化。

在物理固定中，已通过碳分散液而润湿的基板的凹处或其它表面经受机械力以在干燥之前移除碳涂层的多余沉积物。机械力可通过各种方式来施加。例如，可使用液体流束来接触已用碳分散液涂布的表面。该流束会吹走碳沉积物的任何多余聚积，特别是任何碳分散液的吸留物，其在某些情形中会阻塞通孔或其它凹处。该固定方法移除多余的碳沉积物，并通过除去***和通过使涂层更均匀而使凹表面上的碳涂层平滑化。固定还可使直接附着在基板上的第一单层碳或者使结合涂层的水性有机黏合剂交联。所得的涂层具有低电阻，并且坚韧到足以镀敷并曝露于熔融焊料而不会产生空隙或失去黏附性。或者，可提供呈“气刀”形式的气体流束——即，移动空气的帘幕。该帘幕由垂直于线路板表面行进的空气或另一气体形成，线路板穿过该幕帘以吹扫凹处，从而更加固定碳分散液。该空气帘幕还可加热，由此进一步有助于使基板干燥。

在涂布并固定碳分散液以后，通常将基板的涂碳部分干燥，由此使干燥的碳涂层沉积在基板上，该步骤的作用是使碳涂层更完整地交联。

此后，涂碳的印刷线路板经受一步骤，在该步骤中，在所涂布的分散液中基本上全部(即，超过约95wt％)的水被移除，且含炭黑和/或石墨的干燥沉积物留在孔中和非传导层的其它曝露表面上。这是通过包括室温蒸发、真空、高温下加热面板一小段时间、气刀或者本领域技术人员知晓的其它等同方式的各种方法来完成的。

为了确保孔壁的完整覆盖，将板浸渍在碳分散液中并随后干燥的程序会重复一次或多次。

一旦完成此步骤，PWB就完全地涂以炭黑和/或石墨分散液，这是因为该分散液不仅如所希望的那样涂布了所钻孔的表面，还如所不希望的那样完全涂布了铜板或铜箔的表面。因此，在许多后续操作之前，所有炭黑和/或石墨都必须从铜板或铜箔表面上移除。

在很多方法中，移除操作包含“微蚀刻”，其通过使涂碳的印刷线路板或其它基板曝露于蚀刻剂而实施，该蚀刻剂可从基板的覆铜表面上移除少量的铜而没有明显侵蚀基板的非涂铜部分上的碳涂层。

微蚀刻起作用的机理不是直接侵蚀沉积在铜箔上的炭黑材料或石墨材料，而是专门地直接侵蚀铜的最表面几原子的层，在该层下提供涂层用黏附力。因此，完全涂布的板浸渍于微蚀刻溶液或与其接触，以将炭黑和石墨以微小片的形式从铜表面上“剥落”。这些微小片随后可通过过滤或本领域已知的其它方式从微蚀刻槽中移除。

在微蚀刻步骤与随后的水清洗以后，PWB可行进到光成像步骤，稍后进行电镀或直接进行电镀。

已处理的印刷线路板可通过将PWB浸渍在合适的电镀槽中来电镀，以将铜涂层涂布在非传导层的所制备的孔壁上。

印刷线路板随后从铜电镀槽中移出，然后清洗并干燥，以提供可进行进一步处理的面板。例如，PWB可接受锡铅电镀操作。

直接金属化法通常使用自动化的水平处理设备，以将传导性碳涂层涂布到基板上，包括以上描述的方法中的步骤。

在印刷线路板上沉积传导性碳之后的固定步骤期间，在吹泄室中移除的多余溶液会在该室中进行空中传播，并且再沉积在基板表面上，从而在基板上产生不均匀的碳分散液的覆盖。因此，希望以另一种移除多余溶液的手段来替代吹泄室，该手段能够从基板和室中有效地移除多余溶液，还能避免溶液再沉积到基板上。

此外，还希望提供一种改良的手段，以移除留在基板表面上的多余碳沉积溶液，以使对微蚀刻的需求降至最低。

发明内容

本发明的目的是提供一种改良的手段，用于在直接金属化法期间从印刷线路板上移除多余碳分散液。

本发明的另一目的是提供一种改良的手段，用于移除多余碳分散液，使溶液在基板上的再沉积降至最少或消除该再沉积。

本发明的还一目的是在印刷线路板上提供更清洁的铜表面，以使对微蚀刻的需求降至最低。

为此目的，本发明一般性地涉及一种改良的直接金属化法，其包含以下步骤：

a)将传导性碳分散液涂布到含传导性部分和非传导性部分的基板的表面上；

b)使该基板与至少一个非吸收性滚筒接触，以从基板上移除多余含碳分散液；并且/或者

c)使基板通过真空抽吸室，以抽出残留在基板表面上的多余碳分散液。

具体实施方式

本发明一般性地涉及从印刷线路板基板表面移除多余碳分散液溶液，同时避免多余溶液再沉积于印刷线路板表面上的改良的方法。本发明还一般性地涉及一种改良的方法，其通过在印刷线路板或其它类似基板上提供更清洁的铜表面，以使对微蚀刻的需求降至最低。

在一实施方案中，本发明一般性地涉及一种改良的直接金属化法，其包含以下步骤：

a)将传导性碳分散液涂布到含传导性部分和非传导性部分的基板的表面上；

b)使该基板与至少一个非吸收性滚筒接触，以从基板上移除多余含碳分散液；并且/或者

c)使基板通过真空抽吸室，以抽出残留在基板表面上的多余碳分散液。

将传导性碳分散液涂布到基板表面上的步骤讨论如上，并且可通过使用本领域技术人员已知的各种含传导性碳的分散液来完成。此外，尽管基板可为含传导性部分和非传导性部分的印刷线路板，包含类似传导性部分和非传导性部分的其它基板也可使用本发明的方法来处理。同样，尽管基板的传导性部分通常为铜，其它传导性金属或金属合金也可用于本发明的实践。

本发明使用一个或多个非吸收性滚筒，其设计用来从基板的基本平坦的表面上移除多余碳分散液。即，该至少一个非吸收性滚筒与基板的基本平坦的表面相接触，并施加压力以将滚筒推向基板。该滚筒随后在基板的至少一部分上，优选在基板的整个基本平坦的表面上经过或滚过，以滚压出多余碳分散液。因为该滚筒为非吸收性并且不容易变形，所以该滚筒在该基板的基本平坦的表面上方停留，从而起到从基板的基本平坦的表面上推挤或“滚压”出多余材料的作用。

在本发明中“非吸收性”滚筒意味着该至少一个滚筒不吸收水或其它材料。此外，非吸收性滚筒还不容易变形，由此，该滚筒留在基板表面上，并起到从基板表面“滚压”出多余材料的作用。以此方式，实现了更清洁的铜表面，其使对后续微蚀刻步骤的需求降至最低。本发明的非吸收性滚筒可由例如吸收极少或不吸收碳分散液的模制聚氨酯的材料制成。适合滚筒制造并且为非吸收性的其它类似材料也可用于本发明的实践，并且这些材料对于本领域技术人员来说也是熟知的。通常，非吸收性滚筒构造成具有至少40度，优选约15～18度的邵氏(A)硬度。

注意到滚筒先前建议用于从开口——例如印刷电路板中的通孔——中移除材料，例如讨论于Florio等人的美国第6,231,619号专利，其主题以参照的方式全部并入于此。然而，在此方法中，该滚筒为吸收性滚筒，其在压力下变形以从通孔的开口中移除材料，并具有仅仅大约35～70硬度计数值的硬度。相比之下，本发明使用非吸收性滚筒，其在基板表面上充当橡胶滚筒，以提供更清洁的传导性部分(即，更清洁的铜表面)，以使对微蚀刻的需求降至最低。

一旦将碳分散液涂布到基板表面上，就使用一个或多个滚筒通过滚压将多余溶液移除，基板将进一步进行处理。

先前，残留在基板表面——包括在其中钻出的通孔——上的多余碳分散液通常已经过了吹泄室，以从基板的表面上和孔中移除多余溶液。吹泄操作的困难之一为该溶液在整个室中空中传播，随后可再沉积到基板表面上。因此，在一个实施方案中，本发明用真空抽吸室来替代吹泄室，以从基板的表面上和孔中移除多余溶液，同时避免溶液再沉积到基板上。

真空抽吸室邻近碳沉积室放置。一旦印刷线路板涂布了碳分散液，并且通过滚压滚筒将表面上的多余涂层移除，印刷线路板就轮转到真空抽吸室中，在此，抽吸真空达一段合适的时间，以移除残留在印刷线路板上的多余含碳溶液。通常，抽吸真空约0.01～约1分钟。本发明设计用来避免炭黑再沉积在铜基板表面上，从而减少了对移除它的微蚀刻步骤的依赖。一旦多余溶液已经移除，本方法就使用随后的干燥步骤以干燥残留在基板上的溶液。

最后，尽管本发明如上所述利用非吸收性滚筒和真空抽吸室两者以从印刷线路板或其它类似基板表面上移除多余碳分散液，但应理解的是，非吸收性滚筒和真空室也可单独使用。即，非吸收性滚筒与真空室中之一或另一个可用来从印刷线路板表面上移除多余碳分散液。尽管本发明发明人已发现非吸收性滚筒与真空室的组合就清洁表面而言可提供更好的结果，但这些步骤中的每一个单独使用也可产生良好的结果。

此外，本发明可应用于需要在电镀以前移除在铜或其它表面上的涂层的任何直接金属化法。

最后，尽管本发明已参考特定实施方案如上进行了说明，但很明显，可在不背离公开于此的发明范围内进行多种改变、变更和变化。因此，意图包含在所附权利要求书的精神与宽范围内的所有这些改变、变更和变化。在此所提及的所有专利申请、专利和其它文献以参照的方式并入于此。

Claims (15)

1.一种在直接金属化法中在基板表面上提供碳分散液涂层的方法，该基板具有传导性部分和非传导性部分，该方法包含以下步骤：

a)使该基板与该碳分散液接触，以用该含碳分散液涂布该基板；

b)在该基板的基本平坦的表面的至少一部分上移动非吸收性滚筒，以从该基板的基本平坦的表面上移除多余碳分散液；其中该非吸收性滚筒包含模制聚氨酯，并且之后；

c)使该基板通过真空抽吸室，以抽出残留在该基板表面上的多余碳分散液。

2.如权利要求1所述的方法，其中该非吸收性滚筒具有至少40度的邵氏(A)硬度。

3.如权利要求1所述的方法，其中该非吸收性滚筒具有15～18度的邵氏(A)硬度。

4.如权利要求1所述的方法，其中该碳分散液包含碳源、能够分散该碳源的一种或多种表面活性剂以及液体分散介质。

5.如权利要求4所述的方法，其中该含碳分散液是通过将该基板浸渍在该分散液中或是通过在该基板上喷洒该分散液来涂布的。

6.如权利要求1所述的方法，其中该基板为印刷线路板。

7.如权利要求6所述的方法，其中该印刷线路板具有钻穿该板的通孔。

8.如权利要求1所述的方法，还包含从该基板的传导性部分移除基本上所有的碳分散液的步骤。

9.如权利要求8所述的方法，其中该移除步骤包含使该基板与能够微蚀刻该基板的传导性部分的蚀刻剂接触的步骤。

10.一种在直接金属化法中在基板的基本表面的至少一部分上提供碳分散液的方法，该基板具有传导性部分和非传导性部分，该方法包含以下步骤：

a)将该碳分散液涂布到该基板的基本平坦的表面上；并且

b)使经涂布的基板与至少一个非吸收性滚筒接触，其中该非吸收性滚筒在该基板表面的至少该部分上移动，以从该基板的基本平坦的表面上移除多余碳分散液，该非吸收性滚筒包含模制聚氨酯。

11.如权利要求10所述的方法，其中该非吸收性滚筒具有至少40度的邵氏(A)硬度。

12.如权利要求10所述的方法，其中该非吸收性滚筒具有15～18度的邵氏(A)硬度。

13.如权利要求10所述的方法，其中该碳分散液是通过将该基板浸渍在该分散液中或是通过在该基板上喷洒该分散液来涂布的。

14.如权利要求10所述的方法，其中该基板为印刷线路板。

15.如权利要求14所述的方法，其中该印刷线路板具有钻穿该板的通孔。