CN102883543B - 一种采用加成工艺制备导电线路的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于印制电路板制备领域，具体为一种采用加成工艺制备导电线路的方法。具体步骤为：采用环氧树脂、聚酯树脂作为成膜相基体树脂，添加填料、溶剂与助剂制备成膜相，采用丝网印刷、凹版印刷、喷墨印刷方式印刷出线路图形，采用热固化的方式加热固化，然后将线路浸入含有钯、铂、金、银、铜、钴、镍、铁纳米颗粒或者离子的溶液中，通过去离子水洗涤除去过量的纳米颗粒或金属离子，置入化学镀液中进行化学镀，从而达到线路金属化的目的。本发明相较于传统印制电路线路制备方法具有步骤简单、节省材料、成本降低优点，相较于采用纳米银油墨或银导电胶印刷导电线路具有成本降低、电性能优良、对基板粘附力强优点。

Description

一种采用加成工艺制备导电线路的方法

技术领域

本发明属于印制电子领域，具体为一种采用加成工艺制备导电线路的方法。

背景技术

传统印刷电路板中线路制造工艺是运用减成蚀刻法在覆铜板上刻蚀出线路图形，其存在材料消耗高、生产工序多、废液排放大、环保压力重等诸多缺点。新兴的印制电子工艺是采用印制工艺，把功能性的油墨或桨料，快速地印制在有机或无机基材上，形成各种电子元器件和电子线路，具有生产工序少，生产成本低，环境友好，设计灵活，功能多样化等优点，具有广阔的应用前景。

运用印制电子工艺制造导电线路，现在多使用的是喷墨、丝网印刷纳米银油墨或者导电银浆。使用银作为导电单元具有导电率高，性质稳定等优点，不过银的高价格也限制了印制电子工艺的大规模应用。用铜取代银可以解决成本问题，不过微细颗粒的金属铜极易被空气所氧化，导致无论是纳米铜油墨还是导电铜浆的电导率都不是很理想。

化学镀技术是在金属的催化作用下，通过可控制的氧化还原反应产生金属的沉积过程。化学镀常用溶液：化学镀银、镀镍、镀铜、镀钴、镀镍磷液、镀镍磷硼液等。在印制线路金属化中将使用化学镀铜、化学镀镍与化学镀镍磷。钯、铂、金、银、铜、钴、镍、铁等是具有催化作用的金属，对于聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯等薄膜来说，要实现化学镀需要先在其表面形成催化金属中心，又称为活性中心。要使用化学镀的方式制造印制电路板的线路，活化中心必须可以选择性的形成。

本发明运用了印制电子工艺，通过印刷的方式将成膜剂选择性的印刷在树脂基板上，固化后浸入催化金属离子溶液或者纳米粒子胶体中，成膜剂中的吸附物质可以吸附金属离子或者金属纳米颗粒，从而在表面上形成活性中心，再通过化学镀的方式使线路金属化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用加成工艺制备导电线路的方法，本发明使用印刷的方式将活化中心选择性的形成在树脂基体的表面，从而进行化学镀金属化。使用本工艺制备导电线路具有工艺简单、成本低廉、绿色高效等特点，可以得到低电阻线路，满足印制电路板的使用要求。本发明的原理是成膜剂中的硅烷偶联剂作为吸附物质，其巯基、氨基、环氧基、羰基可以作为吸附基团与催化金属单质或者离子通过络合的方式键合，使催化金属附着与成膜剂表面从而形成活性中心催化化学镀进行。由于在化学镀铜、化学镀镍、化学镀镍磷的过程中会在活性中心上产生大量氢气，如果活性中心位于成膜剂内部，产生的氢气将极大的影响膜的完整性与粘附性。所以本发明将活性中心吸附在成膜剂表面，化学镀过程中产生的氢气将不会影响膜的完整，所以可以长时间高温化学镀，从而获得更高导电性的线路。

本发明提出的一种采用加成工艺制备导电线路的方法，具体步骤如下：

（1）将0~0.9质量份的树脂、0~0.7质量份的填料、0.3~0.6质量份的溶剂、0.01~0.7质量份的硅烷偶联剂和0~0.05质量份的增稠剂以500转/min以上混合搅拌15~24小时，得到成膜剂；

（2）将步骤（1）得到的成膜剂在基板上印刷成设计的线路图形，得到线路基板；

（3）将步骤（2）得到的线路基板在60oC~120oC下加热烘干固化，固化时间为5min~120min；

（4）将步骤（3）固化的线路基板置于0.1mol/L的催化剂溶液或胶体中1h；

（5）将步骤（4）浸入催化剂后的线路基板置入去离子水中，洗去过量的催化剂；

（6）将步骤（5）清洗后的线路基板烘干，除去去离子水；

（7）将步骤（6）烘干后的线路基板置于化学镀镀液中进行化学镀5min~120min；

（8）将步骤（7）化学镀后的线路基板进行后处理，即得所需的导电线路。

本发明中，步骤（1）中所使用树脂为环氧树脂或聚酯树脂中的一种或者几种的混合。

本发明中，步骤（1）中所使用的填料为重质碳酸钙、炭黑、白炭黑或二氧化钛中的一种或几种的混合。

本发明中，步骤（1）中所使用的溶剂是水、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；醇类溶剂包括甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、正己醇、乙二醇、一缩二乙二醇或松油醇，酮类溶剂包括丙酮、丁酮、乙酰丙酮、环己酮、甲基异丁基酮或异佛尔酮，脂类溶剂包括乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯或二价酸酯，醚类溶剂包括***、四氢呋喃、异丙醚、乙二醇甲醚、乙二醇丁醚或乙二醇二甲醚。

本发明中，步骤（1）中所使用的硅烷偶联剂包括甲基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、丁基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷、N-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、脲丙基三乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷、N-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷或3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷中的一种或几种的混合。

本发明中，步骤（1）中所使用的增稠剂包括气相二氧化硅、有机膨润土、硅藻土、羟甲基纤维素、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮或聚丙烯酸钠中的一种或几种的混合。

本发明中，步骤（2）中所采用的印刷方式包括丝网印刷、凹版印刷或喷墨印刷。

本发明中，步骤（2）中所使用的基板包括聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚苯醚、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、纤维增强环氧树脂、聚四氟乙烯或纸中任一种。

本发明中，步骤（4）中所使用的催化剂为钯、铂、金、银、铜、钴、镍、铁纳米颗粒胶体，或者是含有钯、铂、金、银、铜、钴、镍、铁离子的水溶液。

本发明中，步骤（7）中所使用的化学镀液为化学镀铜液、化学镀镍液、化学镀镍磷液、化学镀银液、化学镀金液或化学镀锡液。

本发明的有益效果：

1、本发明使用加成印刷的方式制备印制电路板导线线路，节约了材料，简化了步骤，减少了环境污染。

2、本发明得到的线路电阻低，完全能够满足印制电路板线路的要求。

3、本发明得到的线路对聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚苯醚、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、纤维增强环氧树脂、聚四氟乙烯、纸基板粘附力优良。

4、本发明生产所需设备与现有的印制电路板孔金属化设备相似，减少了设备改进的费用。

5、本发明生产效率高，生产周期短，利于实现印制电路“卷对卷”的生产。

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）取10g聚氨脂树脂，加入5g纳米碳酸钙，0.5gγ-巯丙基三甲氧基硅烷，0.6g甲基三甲氧基硅烷，0.3gγ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，10g混合溶剂（水0.5g，甲醇0.2g，乙醇0.3g，乙酰丙酮0.1g，丙酮0.1g，乙酸丁酯7.5g，乙二醇甲醚0.5g，乙二醇丁醚0.8g），0.1g聚乙烯吡咯烷酮混合搅拌500转/min24小时，测量粘度大于6000厘泊，成膜剂制备完成；

（2）以聚酰亚胺为基板，基板使用前以1mol/L氢氧化钠溶液浸泡10min，再用去离子水清洗；

（3）采用500目的丝网用成膜剂在基板上印刷出电路图形；

（4）对印制好的线路在80oC下热处理1小时；

（5）处理后的基板浸入0.1mol/L的氯化钯溶液中1小时；

（6）用去离子水浸泡清洗掉多余的催化剂；

（7）在50oC下烘干10分钟；

（8）配置化学镀铜液，配方如下：

（9）将基板浸入化学镀铜液中在常温下进行化学镀铜30min；

（10）镀铜结束后将电路板用去离子水清洗，烘干，得到金属铜导电线路。

用四探针仪测量方阻为0.03Ω。粘附力为4B（ASTMD3359）。

实施例2：

（1）取5g二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷，5g甲基三甲氧基硅烷，15g混合溶剂（水3g，甲醇2g，乙醇1g，乙酰丙酮1g，乙二醇甲醚1g，乙二醇丁醚2g异丙醇3.5g，丙酮1.5g），混合搅拌500转/min24小时，测量粘度小于100厘泊，成膜剂制备完成；

（2）以聚对苯二甲酸乙二醇酯为基板，基板使用前以1mol/L氢氧化钠溶液浸泡10min，再用去离子水清洗；

（3）采用50um喷头喷墨打印机印刷出电路图形；

（4）对印制好的线路在70oC下热处理1小时；

（5）处理后的基板浸入0.1mol/L的硝酸银溶液中1小时；

（6）用去离子水浸泡清洗掉多余的催化剂；

（7）在50oC下烘干10分钟；

（8）配置化学镀铜液，配方如下：

（9）将基板浸入化学镀铜液中在常温下进行化学镀铜30min；

（10）镀铜结束后将电路板用去离子水清洗，烘干，得到金属铜导电线路。

用四探针仪测量方阻为0.08Ω。粘附力为5B（ASTMD3359）。

实施例3：

（1）取5g3-氨丙基三甲氧基硅烷，3g二甲基二甲氧基硅烷，2g苯基三甲氧基硅烷，15g混合溶剂（水3g，甲醇2g，乙醇1g，乙酰丙酮1g，乙二醇甲醚1g，乙二醇丁醚2g异丙醇3.5g，丙酮1.5g），混合搅拌500转/min24小时，测量粘度小于100厘泊，成膜剂制备完成；

（2）以聚对苯二甲酸乙二醇酯为基板，基板使用前以1mol/L氢氧化钠溶液浸泡10min，再用去离子水清洗；

（3）采用50um喷头喷墨打印机印刷出电路图形；

（4）对印制好的线路在70oC下热处理1小时；

（5）处理后的基板浸入0.1mol/L的硝酸银溶液中1小时；

（6）用去离子水浸泡清洗掉多余的催化剂；

（7）在50oC下烘干10分钟；

（8）配置化学镀铜液，配方如下：

（9）将基板浸入化学镀铜液中在常温下进行化学镀铜30min；

（10）镀铜结束后将电路板用去离子水清洗，烘干，得到金属铜导电线路。

用四探针仪测量方阻为0.02Ω。粘附力为5B（ASTMD3359）。

Claims (9)

1.一种采用加成工艺制备导电线路的方法，其特征在于具体步骤如下：

(1)、将0~0.9质量份的树脂、0~0.7质量份的填料、0.3~0.6质量份的溶剂、0.01~0.7质量份的硅烷偶联剂和0~0.05质量份的增稠剂以500转/min以上混合搅拌15~24小时，得到成膜剂；

(2)、将步骤（1）得到的成膜剂在基板上印刷成设计的线路图形，得到线路基板；基板为聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚苯醚、聚氯丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、纤维增强环氧树脂或聚四氟乙烯中任一种；

(3)、将步骤（2）得到的线路基板在60oC~120oC下加热烘干固化，固化时间为5min~120min；

(4)、将步骤（3）固化的线路基板置于0.1mol/L的催化剂溶液或胶体中1h；

(5)、将步骤（4）浸入催化剂后的线路基板置入去离子水中，洗去过量的催化剂；

(6)、将步骤（5）清洗后的线路基板烘干，除去去离子水；

(7)、将步骤（6）烘干后的线路基板置于化学镀镀液中进行化学镀5min~120min；

(8)、将步骤（7）化学镀后的线路基板进行后处理，即得所需的导电线路。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）中所使用树脂为环氧树脂或聚酯树脂中的一种或者几种的混合。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）中所使用的填料为重质碳酸钙、炭黑、白炭黑或二氧化钛中的一种或几种的混合。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）中所使用的溶剂是水、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。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）中所使用的硅烷偶联剂为甲基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、丁基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷、N-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、脲丙基三乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷、N-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷或3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷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（1）中所使用的增稠剂为气相二氧化硅、有机膨润土、硅藻土、羟甲基纤维素、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮或聚丙烯酸钠中的一种或几种的混合。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）中所采用的印刷方式为丝网印刷、凹版印刷或喷墨印刷中任一种。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（4）中所使用的催化剂为钯、铂、金、银、铜、钴、镍、铁纳米颗粒胶体，或者是含有钯、铂、金、银、铜、钴、镍、铁离子的水溶液。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（7）中所使用的化学镀液为化学镀铜液、化学镀镍液、化学镀镍磷液、化学镀银液、化学镀金液或化学镀锡液。