專利名稱：用作電鍍連接件的聚合物厚膜銀電極組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用作電鍍連接件的聚合物厚膜(PTF)銀導(dǎo)體組合物。在一個(gè)實(shí)施方案中，PTF銀組合物被用作包銅印刷線路板(PWB)頂部的絲網(wǎng)印刷圖案，并且將其與標(biāo)準(zhǔn)光致抗蝕劑結(jié)合以減少PWB上電路的電鍍堆積中的工序。
背景技術(shù)：
歷史上，印刷電路板的生產(chǎn)者已使用了若干種選擇性電鍍電路的技術(shù)。較常用的實(shí)施方法之一是在初始導(dǎo)體圖案形成工序之后留下電連接的電路。電鍍選擇性電路之后，需要用額外的遮蔽和蝕刻步驟來去除電連接。有時(shí)，使用不是最終電路功能部件的埋藏導(dǎo)體進(jìn)行電連接。埋藏的連接通常會(huì)限制可用于對(duì)功能電路進(jìn)行路徑選擇的區(qū)域并導(dǎo)致高頻應(yīng)用中信號(hào)干擾方面的問題。持續(xù)需要一種組合物，這種組合物可被用于形成用于印刷線路板電鍍應(yīng)用的可移除導(dǎo)電連接件。發(fā)明概沭本發(fā)明涉及聚合物厚膜銀組合物，包含(a) 60-92重量％的銀薄片；和(b) 8-40重量％的有機(jī)介質(zhì)，包含i. 1-6重量％的丙烯酸類樹脂；和ii.有機(jī)溶劑；其中丙烯酸類樹脂溶解在有機(jī)溶劑中，銀薄片分散在有機(jī)介質(zhì)中，并且其中重量百分比基于組合物的總重量。本發(fā)明還涉及此類組合物在包銅電路板上的電極形成中的用途和實(shí)施方法，以及由此類方法和組合物形成的制品。使用此類組合物可以無需使用匯流條和其它與銅連接的連接件。發(fā)明詳沭本發(fā)明提供了聚合物厚膜銀組合物，其用作包銅印刷線路板上的電鍍連接件，即，可形成用于電鍍工藝的電極。通常用它提高印刷線路板構(gòu)造的層構(gòu)造效率。在包銅基底上印刷銀圖案并干燥以用作電極。該產(chǎn)品無需使用匯流條和其它與銅連接的連接件。該電鍍連接件提供臨時(shí)的銀連接件，并且隨后可以將其移除。因此，它通過去除電鍍工藝中的步驟而降低了電路積層的成本。因?yàn)镻WB中所用的基底不能承受高溫，所以必須在低于200°C的溫度下對(duì)該銀組合物電鍍連接件和PWB電路進(jìn)行加工。將PTF Ag組合物用作電鍍連接件符合該要求，因?yàn)镻TF組合物本身只在最高大約200 °C下才穩(wěn)定。一般來講，厚膜組合物包含賦予組合物適當(dāng)電功能性質(zhì)的功能相。功能相包含分散在有機(jī)介質(zhì)中的電功能粉，所述有機(jī)介質(zhì)為功能相充當(dāng)載體。一般通過焙燒組合物來燒盡有機(jī)物并賦予電功能性質(zhì)。然而，就聚合物厚膜而言，聚合物或樹脂組分可以在干燥后仍作為組合物的整體部分，只將溶劑去除。
厚膜導(dǎo)體組合物的主要組分為分散在有機(jī)介質(zhì)中的導(dǎo)電粉末，其中有機(jī)介質(zhì)包含聚合物樹脂和溶劑。所述組分將在下文中詳細(xì)討論。A.導(dǎo)電粉末本發(fā)明厚膜組合物中的導(dǎo)電粉末為銀導(dǎo)體粉末，其可包括銀金屬粉末、銀合金金屬粉末或它們的混合物。可以設(shè)想金屬粉末顆粒的多種粒徑和形狀。在一個(gè)實(shí)施方案中，導(dǎo)電粉末可以包括任何形狀的銀粉，包括球形顆粒、薄片條、錐體、板、以及它們的混合物。在一個(gè)實(shí)施方案中，導(dǎo)電粉末包含銀薄片。在一個(gè)實(shí)施方案中，薄片是指薄而平的顆粒，其中薄片的兩個(gè)橫向尺寸分別為厚度的至少10倍。本文所公開的粒度為橫向尺寸中的那些。在一個(gè)實(shí)施方案中，銀粉的粒度分布為I-IOOiim ;在另一個(gè)實(shí)施方案中為2-12 V- m,并且在又一個(gè)實(shí)施方案中為2-10 V- m。在一個(gè)實(shí)施方案中，銀顆粒的表面積/重量比在0. 1-1. 0m2/g的范圍內(nèi)。 此外，已知的是，可以在銀導(dǎo)體組合物中添加少量其它金屬，以提高導(dǎo)體的性能。此類金屬的一些實(shí)例包括金、銀、銅、鎳、鋁、鉬、鈀、鑰、鎢、鉭、錫、銦、鑭、釓、硼、釕、鈷、鈦、釔、銪、鎵、硫、鋅、硅、鎂、鋇、鈰、鍶、鉛、銻、導(dǎo)電性碳以及它們的組合，以及厚膜組合物領(lǐng)域中的其它常見金屬。附加的金屬可以包含總組合物的至多約1.0重量％。在多個(gè)實(shí)施方案中，銀薄片含量為60-92重量％，72-90重量％，或75_87重量％，其中重量百分比(重量％)基于組合物的總重量。B.有機(jī)介質(zhì)通常將粉末與有機(jī)介質(zhì)(載體)進(jìn)行機(jī)械混合，以形成具有適于印刷的稠度和流變性的糊狀組合物(稱為“漿料”)。有機(jī)介質(zhì)包含溶解在有機(jī)溶劑中的聚合物樹脂。有機(jī)介質(zhì)必須使固體能夠以適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性程度在其中分散。介質(zhì)的流變性質(zhì)必須使得它們賦予組合物良好的應(yīng)用性能。此類特性包括具有適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性程度的固體分散、良好的組合物施涂、適當(dāng)?shù)恼扯?、觸變性、基底與固體適當(dāng)?shù)目蓾?rùn)濕性、良好的干燥速率、以及足以抵擋粗糙處理的干燥薄膜強(qiáng)度。在多個(gè)實(shí)施方案中，有機(jī)介質(zhì)含量基于組合物的總重量為8-40重量％，10-28重量％，或13-25重量％。聚合物樹脂選自丙烯酸類樹脂，因?yàn)檫@些丙烯酸類樹脂允許負(fù)載高重量的銀薄片，從而有助于在電鍍過程中獲得與PWB基底(如FR4基底)的良好粘附性，并且獲得低電阻率，這是電鍍連接件應(yīng)用中銀電極的兩個(gè)重要特性。FR-4為阻燃劑4的縮寫，它是一種用于制備印刷線路板(PWB)的材料。它是指沒有銅層的板基底。另外，組合物必須是可用pH> 10的典型光致抗蝕劑溶液剝離或移除的。在多個(gè)實(shí)施方案中，丙烯酸類樹脂含量基于組合物的總重量為1-6重量％，I. 4-5. 6重量％，或I. 5-2. 5重量％。在另一個(gè)實(shí)施方案中，總樹脂含量基于組合物的總重量為I. 6-2. 2重量％。多種惰性液體可用作溶劑。適用于聚合物厚膜組合物的溶劑是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的，包括乙酸酯和萜烯，如a -或e -萜品醇，或它們與其它溶劑的混合物，其它溶劑如煤油、鄰苯二甲酸二丁酯、丁基卡必醇、丁基卡必醇乙酸酯、己二醇和高沸點(diǎn)醇以及醇酯。此夕卜，在載體中可包含揮發(fā)性液體，以促進(jìn)載體在涂覆到基底上之后快速硬化。在本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施方案中，可以使用溶劑例如乙二醇醚、酮、酯和相似沸點(diǎn)(即在180°C -250°c的范圍內(nèi))的其它溶劑，以及它們的混合物。優(yōu)選的有機(jī)介質(zhì)包含乙二醇類醚、P -萜品醇和醇酯。對(duì)這些溶劑和其它溶劑的各種組合進(jìn)行配制，以獲得所需的粘度和揮發(fā)性要求。增塑劑也可以被用作有機(jī)介質(zhì)的一部分。盡管絲網(wǎng)印刷被預(yù)期是沉積聚合物厚膜銀組合物的常用方法，但也可以使用其它常規(guī)方法，包括孔版印刷、注射式滴涂或者其它沉積或涂覆技術(shù)。厚膜的涂覆聚合物厚膜銀組合物也被稱為“漿料”，通常將它沉積在不可滲透氣體和水分的基底上，如包銅FR-4板?；滓部梢允侨嵝圆牧掀?，即不可滲透的塑料，如聚酯，例如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯，或者由塑料片與沉積在其上面的任選的金屬或介電層的組合組成的復(fù)合材料。在一個(gè)實(shí)施方案中，基底可以是由金屬化銅表面FR-4板和沉積在所需區(qū)域內(nèi)的聚合物厚膜銀導(dǎo)體層構(gòu)成的積層，然后將其干燥形成電極。干燥聚合物厚膜銀組合物以除去溶齊U。涂覆光致抗蝕劑，成像并顯影以暴露將接受電鍍的基底區(qū)域。不接受電鍍的銅表面區(qū)域和電鍍連接電極繼續(xù)被剩余的光致抗蝕劑完全覆蓋。然后讓基底在需要電路積層的暴露 的銅表面區(qū)域中經(jīng)受電鍍。然后用單一溶劑除去剩余的光致抗蝕劑和PTF銀電鍍連接件。在一個(gè)實(shí)施方案中，該溶液為PH > 10的堿溶液，如碳酸鈉溶液。獲得與具體電路上的所需圖案對(duì)應(yīng)的電路積層。優(yōu)選地通過絲網(wǎng)印刷進(jìn)行聚合物厚膜銀組合物的沉積，但也可以使用其它沉積技術(shù)，如孔版印刷、注射式滴涂或涂覆技術(shù)。在使用絲網(wǎng)印刷的情況下，篩網(wǎng)的目尺寸控制沉積的厚膜的厚度。通常通過在80_90°C下加熱10-15分鐘來干燥沉積的厚膜。將通過給出實(shí)際實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更為詳細(xì)的討論。然而，本發(fā)明的范圍并不以任何方式受到這些實(shí)施例的限制。
實(shí)施例實(shí)施例I通過將銀薄片與有機(jī)介質(zhì)混合來制備PTF銀電極漿料，其中有機(jī)介質(zhì)包含有機(jī)溶劑中的丙烯酸類樹脂溶液。將兩種丙烯酸類樹脂，即聚丙烯酸類共聚物XPD1234(購(gòu)自Noveon，Inc)和Elvacite 2051 (聚甲基丙烯酸甲酯,購(gòu)自Lucite International, Inc.)溶解于3_職品醇(購(gòu)自JT Baker)溶劑中以形成有機(jī)介質(zhì)。第一種樹脂的分子量為大約6，000，而第二種樹脂的分子量為大約400，000。將平均粒度為5 u m并且粒度在2_12 y m的范圍內(nèi)的銀薄片與有機(jī)介質(zhì)混合。然后加入其它成分。以下給出了銀導(dǎo)體電鍍連接件的組成
重量％
83.0 Ag薄片
11.36 P-萜品醇溶劑
3.50 Santicizer 160，丁基千基鄰苯二曱酸(Ferro Corp.)
1.74 聚丙烯酸類共聚物XPD1234 0.20 Elvacite 樹脂 2051 0.17 硅酮流動(dòng)助劑 0.03 草酸
將該組合物放入行星式攪拌器中混合30分鐘。然后將該組合物轉(zhuǎn)移到三輥磨上，以100和200磅/平方英寸的壓力研磨兩次。這時(shí)，用組合物在包銅FR4板基底的頂部絲網(wǎng)印刷銀圖案。用325目的不銹鋼篩網(wǎng)印刷一系列的線條，然后在強(qiáng)制風(fēng)箱爐中將銀漿在90 V下干燥10分鐘。然后測(cè)得薄膜電阻率為60毫歐/平方單位/密耳。涂覆Ri ston (DuPontCo.)光致抗蝕劑，并對(duì)應(yīng)于沉積的銀電鍍連接件的開放區(qū)域成像。涂覆光致抗蝕劑，成像并顯影以暴露要接受電鍍的基底區(qū)域。這時(shí)將進(jìn)行電鍍。使用PH > 10的碳酸鈉反萃取溶液徹底清除光致抗蝕劑和銀導(dǎo)體電鍍連接件，不留任何殘留痕跡。實(shí)施例2通過將銀薄片與有機(jī)介質(zhì)混合來制備PTF銀電極漿料，其中有機(jī)介質(zhì)包含有機(jī)溶劑中的丙烯酸類樹脂溶液。將兩種丙烯酸類樹脂，即聚丙烯酸類共聚物XPD1234(購(gòu)自Noveon, Inc)和Elvacite 2051 (聚甲基丙烯酸甲酯,購(gòu)自 Lucite International, Inc.)溶解于 Eastman Texanol 酯醇(購(gòu)自Eastman Chemical Company)溶劑中以形成有機(jī)介質(zhì)。第一種樹脂的分子量為大約6，000，而第二種樹脂的分子量為大約400，000。將平均粒度為5 y m并且粒度在2-12 的范圍內(nèi)的銀薄片與有機(jī)介質(zhì)混合。然后加入其它成分。以下給出了銀導(dǎo)體電鍍連接件的組成
重量％
79.7 Ag薄片
18.28 Eastman Texanol 旨醇
1.62 聚丙烯酸類共聚物XPD1234
0.20 Elvacite 樹脂 2051
0.17 硅酮流動(dòng)助劑
0.03 草酸將該組合物放入行星式攪拌器中混合30分鐘。然后將該組合物轉(zhuǎn)移到三輥磨上，以100和200磅/平方英寸的壓力研磨兩次。這時(shí)，用組合物在包銅FR4板基底的頂部絲網(wǎng)印刷銀圖案。用325目的不銹鋼篩網(wǎng)印刷一系列的線條，然后在強(qiáng)制風(fēng)箱爐中將銀漿在90 V下干燥10分鐘。然后測(cè)得薄膜電阻率為60毫歐/平方單位/密耳。涂覆Ri ston (DuPontCo.)光致抗蝕劑，并對(duì)應(yīng)于沉積的銀電鍍連接件的開放區(qū)域成像。涂覆光致抗蝕劑，成像并顯影以暴露要接受電鍍的基底區(qū)域。這時(shí)將進(jìn)行電鍍。使用PH > 10的碳酸鈉反萃取溶液徹底清除光致抗蝕劑和銀導(dǎo)體電鍍連接件，不留任何殘留痕跡。
權(quán)利要求
1.一種聚合物厚膜銀組合物，包含 (a)60-92重量％的銀薄片；和 (b)8-40重量％的有機(jī)介質(zhì)，包含 i) 1-6重量％的丙烯酸類樹脂；和 )有機(jī)溶劑； 其中所述丙烯酸類樹脂溶解于所述有機(jī)溶劑中，所述銀薄片分散在所述有機(jī)介質(zhì)中，并且其中所述重量百分比基于所述組合物的總重量。
2.權(quán)利要求I的組合物，所述組合物包含72-90重量％的銀薄片，10-28重量％的有機(jī)介質(zhì)和I. 5-2. 5重量％的丙烯酸類樹脂。
3.權(quán)利要求2的組合物，所述組合物包含75-87重量％的銀薄片，13-25重量％的有機(jī)介質(zhì)和I. 6-2. 2重量％的丙烯酸類樹脂。
4.權(quán)利要求I的組合物，其中所述有機(jī)溶劑選自こニ醇類醚、酷醇、β-萜品醇、以及它們的混合物。
5.權(quán)利要求I的組合物，其中所述銀薄片具有1-100μ m的粒度分布。
6.權(quán)利要求5的組合物，其中所述銀薄片具有2-12μ m的粒度分布。
7.權(quán)利要求I的組合物，其中所述銀薄片具有O.1-1. 0m2/g的范圍內(nèi)的表面積/重量比。
8.權(quán)利要求I的組合物，其中所述組合物在干燥后，可以用pH> 10的反萃取溶液將其從包銅基底上完全移除。
9.權(quán)利要求9的組合物，其中所述pH> 10的反萃取溶液為碳酸鈉溶液。
10.一種用于印刷線路板的改進(jìn)的電鍍方法，所述改進(jìn)包括使用聚合物厚膜銀組合物，所述聚合物厚膜銀組合物作為可形成所述電鍍方法中所用電極的電鍍連接件，包含 (a)60-92重量％的銀薄片；和 (b)8-40重量％的有機(jī)介質(zhì)，包含 i) 1-6重量％的丙烯酸類樹脂；和 )有機(jī)溶劑； 其中所述丙烯酸類樹脂溶解于所述有機(jī)溶劑中，所述銀薄片分散在所述有機(jī)介質(zhì)中，并且其中所述重量百分比基于所述組合物的總重量。
11.權(quán)利要求10的改進(jìn)的方法，其中所述印刷線路板是包銅的。
12.權(quán)利要求10的改進(jìn)的方法，所述組合物包含72-90重量％的銀薄片，10-28重量％的有機(jī)介質(zhì)和I. 5-2. 5重量％的丙烯酸類樹脂。
13.權(quán)利要求12的改進(jìn)的方法，所述組合物包含75-87重量％的銀薄片，13-25重量％的有機(jī)介質(zhì)和I. 6-2. 2重量％的丙烯酸類樹脂。
14.權(quán)利要求10的改進(jìn)的方法，其中所述有機(jī)溶劑選自こニ醇類醚、酷醇、β-萜品醇、以及它們的混合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及聚合物厚膜銀組合物，包含(a)導(dǎo)電銀薄片，和(b)有機(jī)介質(zhì)，所述有機(jī)介質(zhì)包含(1)聚丙烯酸類有機(jī)聚合物粘合劑，和(2)有機(jī)溶劑?？梢栽谧阋砸瞥腥軇┑臅r(shí)間和能量條件下加工所述組合物。本發(fā)明還涉及在印刷線路板構(gòu)造上形成電路的一種或多種新型方法。
文檔編號(hào)H01B1/00GK102667959SQ201080043019
公開日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2010年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月24日
發(fā)明者J·C·克倫普頓, J·R·多爾夫曼 申請(qǐng)人:E.I.內(nèi)穆爾杜邦公司