專利名稱：：銅材線路板蝕刻油墨及其制備方法與應用的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種蝕刻銅的油墨，具體涉及一種應用于電子，半導體及精細化工等領域的銅線路板蝕刻油墨及其制備方法和應用。
背景技術：
：信息產業(yè)的飛速發(fā)展極大地刺激了印制電路的大規(guī)模生產，銅材線路板(PCB)已經成為電子系統(tǒng)的一個重要產品，它幾乎在所有的電子產品中得到使用。在銅材線路板的生產工藝中，化學蝕刻是其它蝕刻方法所不可代替的。傳統(tǒng)線路板蝕刻工藝絕大多數采用酸性或堿性蝕刻液，在蝕刻之前，需要使用保護油墨(絕大多數為油性油墨)把不需要蝕刻的銅箔保護，在完成蝕刻后再用強堿脫去保護油墨。雖然此類工藝已經非常成熟和大量應用，但存在的嚴重問題是由于需要印刷保護油墨所帶來的大量揮發(fā)性有機物，以及在蝕刻和除去保護油墨過程中產生的大量廢酸廢堿液對設備的腐蝕和環(huán)境的污染。這些問題給生產企業(yè)帶來很大的環(huán)境法規(guī)制約和經濟負擔。因此，解決蝕刻液及揮發(fā)性有機物對人、環(huán)境、設備的危害是PCB生產企業(yè)面臨的主要問題。除此之外，傳統(tǒng)蝕刻工藝由于自身因素的影響，在蝕刻材料形狀的限制、蝕刻精確度、PCB力學性能損害、側蝕閑擾等問題上亦有其固有的局限性。傳統(tǒng)銅表面蝕刻采用的蝕刻液有氯化鐵溶液，雙氧水一硫酸溶液、酸性氯化銅溶液以及堿性氯化銅溶液。氯化鐵溶液容易有沉淀，對設備腐蝕較嚴重，且廢液處理較為困難，環(huán)境污染嚴重，因此這種方法逐漸被其它蝕刻方法所取代；雙氧水一硫酸組成簡單、蝕刻速度快，但溶液不穩(wěn)定，蝕刻速度變化大，蝕刻工藝尚不夠成熟；酸性氯化銅溶液相對于氯化鐵蝕刻方法，溶銅量較大，蝕刻速度易于控制蝕刻液容易再生與回收，對環(huán)境污染較少，是目前應用較廣的蝕刻方法；堿性氯化銅溶液蝕刻速度快、側蝕小、溶銅量大、蝕刻液可以再生連續(xù)使用，因而得到較大范圍的應用?？偟膩碚f，雖然蝕刻油墨可以減少環(huán)境污染、提高產品質量、節(jié)省成本已成為企業(yè)界的一個共識，國內外現有技術目前仍然專注于各種銅蝕刻液配方的改進以及銅蝕刻廢液的合理利用和回收，由于蝕刻油墨所蘊含的技術難度，目前4鮮有蝕刻油墨產品的報道。
發(fā)明內容基于上述傳統(tǒng)工藝存在的問題，本發(fā)明的目的首先在于提供一種可通過絲網印刷蝕刻銅材線路板的油墨，通過使用所發(fā)明的蝕刻油墨，蝕刻過程中不需使用保護膠對未蝕刻部分進行保護，同樣也不存在脫保護膠問題，因而簡化了蝕刻工藝，并減少了廢液排放。本發(fā)明的另一目的提供上述蝕刻油墨的制備方法。本發(fā)明的再一目的是提供上述蝕刻油墨在蝕刻銅材線路板上的具體應用。本發(fā)明的目的通過以下技術方案來實現一種銅材線路板蝕刻油墨，主要由以下原料組分制備得到氧化性無機鹽、酸、粉體材料、水溶性高分子聚合物、油墨助劑和水，所述油墨助劑包括流平劑、消泡劑和潤濕劑中的至少一種。優(yōu)選地，上述銅材線路板蝕刻油墨，由以下重量百分比的原料組分制備得到氧化性無機鹽515%，酸1030%，粉體材料1030%，水溶性高分子聚合物1040%，流平劑0.11%，消泡劑0.11%，潤濕劑0.11%，余量為水。'更優(yōu)選地，上述銅材線路板蝕刻油墨，由以下重量百分比的原料組分制備得到氧化性無機鹽612%，酸1225%，粉體材料1525%，水溶性高分亍聚合物2035%，流平劑0.20.5%，消泡劑0.20.5%，潤濕齊U0.20.5%，余量為水。上述原料組分中，所述氧化性無機鹽優(yōu)選包括氯化銅、氯化鐵、硝酸鈉、硝酸鉀、硝酸銨和氯酸鈉中的至少一種；更優(yōu)選為氯化銅、氯化鐵和氯酸鈉中的至少一種。所述酸優(yōu)選包括硫酸、鹽酸、乙酸、磷酸和硝酸中的至少一種；更優(yōu)選鹽酸、硫酸或兩者的混合物。所述粉體材料優(yōu)選包括3003000目的石英粉、高嶺土、立德粉、碳酸鈣、鈦白粉和米粉中的至少一種；更優(yōu)選5002000目的高嶺土、石英粉或兩者的混合物。所述水溶性高分子聚合物包括水溶性聚氨酯、聚乙二醇、聚丙二醇、聚四氫呋喃、聚乙烯醇、糊精、明膠、阿拉伯膠和淀粉中的至少一種；更優(yōu)選水溶性聚氨酯、聚乙二醇、糊精、明膠、阿拉伯膠和聚乙烯醇中的至少一種；上述水溶性聚氨酯、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚丙二醇、聚四氫呋喃或聚乙烯醇的分子量優(yōu)選在100010000之間。所述的消泡劑優(yōu)選德國畢克化學公司的BYK—066N或BYK—024，所述流平劑優(yōu)選德國畢克化學公司的BYK—331或BYK—306，所述潤濕劑優(yōu)選德國畢克化學公司的BYK—161或BYK-163。本發(fā)明提供一種上述的銅材線路板蝕刻油墨的制備方法，包括以下歩驟首先將所述水溶性高分子聚合物、所述氧化性無機鹽和所述水均勻混合，然后在50100度下加入所述酸反應110小時，冷卻到3040度后，再加入粉體材料和油墨助劑，保溫15小時。上述制備方法，優(yōu)選包括以下步驟首先將所述水溶性高分子聚合物、所述氧化性無機鹽和所述水均勻混合，然后在6080度下加入所述酸反應24小時，冷卻到3040度后，再加入所述粉體材料和油墨助劑，保溫23小時。上述蝕刻油墨可應用于電子，半導體及精細化工等領域，主要是蝕刻銅材線路板或其它金屬材質線路板。其反應機理為在一定溫度下，所加氧化性無機鹽和酸對油墨組分起到一定的催化反應，從而使制備出的蝕刻油墨具有好的使用性能。本發(fā)明的蝕刻油墨在應用時所采用的蝕刻工藝與傳統(tǒng)工藝的對比如下以單面線路板為例，傳統(tǒng)蝕刻工藝先在線路板上需保留的線路部分絲網印刷保護油墨，油墨十燥后，放入蝕刻液腐蝕，然后清洗并利用堿液除去保護油墨，再經清洗和干燥后完成線路板的蝕刻。蝕刻油墨工藝只需在線路板不需保留的線路部分絲網印刷本發(fā)明的蝕刻油墨，再經干燥油墨、清洗和干燥的步驟即可完成線路板的蝕刻。而對于雙面板和多層電路板，采用本發(fā)明的蝕刻油墨進行絲網印刷蝕刻，可以大大簡化電路板的制備工序。例如在傳統(tǒng)雙面板工藝中，在完成孔金屬化后需加厚銅層，需要印刷保護感光油墨，曝光，顯影，而且絲印感光油墨后所需要的鍍銅、防蝕層電鍍、退除感光膜、蝕刻工序也是必不可少。而使用本發(fā)明的蝕刻工藝，只需要在完成孔金屬化后絲網印刷水性蝕刻油墨即可達到目的?；谝陨媳容^，可看出本發(fā)明的蝕刻油墨及蝕刻工藝小臂傳統(tǒng)蝕刻方法具有無可比擬的優(yōu)勢1、節(jié)省人工、降低物料消耗，縮短工藝流程，提高量產效率，提高產品競爭力，尤其可大大簡化雙面板和多層電路板的生產工藝。2、對比傳統(tǒng)工藝，減少多至80%廢液排放，整個工藝無揮發(fā)性有機物，所研發(fā)的蝕刻油墨以水為溶劑，使用過程對人體及環(huán)境不構成傷害。3、可用絲網(200400目)印刷，不腐蝕網版，使用過該油墨的網版可以方便清洗干凈。4、油墨有良好的清洗性能，可用自來水及噴淋方便清洗，且清洗后無油墨殘留于線路板上。具體實施例方式下面結合實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。實施例1:材料重量百分含量淀粉10%,氯化鐵10%，鹽酸20%，300目石英粉10%，水47%，消泡劑BYK—066N1%，流平劑BYK—3311%，潤濕劑BYK_1611%。在攪拌情況下，將10克淀粉、10克氯化鐵和47克水溶解，升溫到60度加入20克鹽酸反應1小時，冷卻到30度后，加入10克石英粉、市售1克消泡劑BYK—066N、市售1克流平劑BYK—331以及市售1克潤濕劑BYK—161，繼續(xù)保溫攪拌2小時，即得蝕刻油墨。實施例2:材料重量百分含量分子量1000的聚乙二醇30%，硝酸鈉10%，硫酸IO%，2000目的高嶺土30%，水19.7%，消泡劑BYK—0240.1%，流平劑BYK—3060.1%，潤濕劑BYK—1630.1%。在攪拌情況下，將30克聚乙二醇、IO克硝酸鈉和19.7克水溶解，升溫到80度加入10克硫酸反應5小時，冷卻至30度，加入30克高嶺土、市售0.1克消泡劑BYK—024、市售0.1克流平劑BYK—306以及市售0.1克潤濕劑BYK一163，繼續(xù)保溫攪拌3小時，即得蝕刻油墨。實施例3:材料重量百分含量水性聚氨酯10%，氯化銅15%，鹽酸10%，2000目的鈦白粉10%，水53.5%，消泡劑BYK—066N0.5%，流平劑BYK—3310.5%，潤濕劑BYK—1610.5%。在攪拌情況下，將10克分子量10000的聚氨酯、15克氯化銅加入到53.5克水溶解，升溫到100度加入10克鹽酸反應2小時，冷卻到40度后加入10克鈦白粉、市售0.5克消泡劑BYK—066N、市售0.5克流平劑BYK—331以及市售0.5克潤濕劑BYK—161，繼續(xù)保溫攪拌4小時，即得蝕刻油墨。實施例4:材料重量百分含量分子量為1000的聚丙二醇30%，氯酸鈉5%，硝酸鈉8%，乙酸10%，1000目的立德粉20%，水26%，消泡劑BYK—0240.3%，流平劑BYK—3060.4%，潤濕劑BYK—1630.3%。在攪拌情況下，將30克聚丙二醇、5克氯酸鈉、8克硝酸鈉加入到26克水溶解，升溫到70度加入10克乙酸反應6小時，冷卻到30度后加入20克立德粉、市售0.3克消泡劑BYK—024、市售0.4克流平劑BYK—306以及市售0.3克潤濕劑BYK—163，繼續(xù)保溫攪拌3小時，即得蝕刻油墨。實施例5:材料重量百分含量明膠10%，硝酸銨15%，磷酸15%，水48.5%，3000目的石英粉10%，消泡劑BYK—066N0.90%，流平劑BYK—330.30%,潤濕劑BYK—1610.30%。在攪拌情況下，將10克明膠、15克硝酸銨加入到48.5克水溶解，升溫到100度加入15克磷酸反應10小時，冷卻到30度后加入10克石英粉、市售0.9克消泡劑BYK—066N、市售0.3克流平劑BYK—331以及市售0.3克潤濕劑BYK一161，繼續(xù)保溫攪拌4小吋，即得蝕刻油墨。實施例6:材料重量百分含量氯化鐵5%，硝酸10%，1000目的碳酸鈣10%，阿拉伯膠40%，水34%，流平劑BYK—3060.2%，消泡劑BYK—0240.2%，潤濕劑BYK—1610.6%。在攪拌情況下，將40克阿拉伯膠、5克氯化鐵加入到34克水溶解，升溫到70度加入10克硝酸反應8小時，冷卻到30度后加入IO克碳酸鈣、市售0.2克消泡劑BYK—024、市售0.2克流平劑BYK—306以及市售0.6克潤濕劑BYK一161，繼續(xù)攪拌5小時，即得蝕刻油墨。實施例7:材料重量百分含量氯化銅10%，鹽酸30%，500目的米粉10%，分子量10000的聚乙烯醇10%，水39%，流平劑BYK—3060.2%，消泡劑BYK—0240.3%，潤濕劑BYK—1610.5%。在攪拌情況下，將10克聚乙烯醇、10克氯化銅加入到39克水溶解，升溫到80度加入30克鹽酸反應3小時，冷卻到40度后加入10克米粉、市售0.2克消泡劑、市售0.3克流平劑BYK—306以及市售0.5克潤濕劑BYK—161，繼續(xù)攪拌4小時，即得蝕刻油墨。實施例8:材料重量百分含量淀粉15%，硝酸鉀10%，硫酸10%，水53.5%，1000目的高嶺土10%，消泡劑BYK—0241.0%，流平劑BYK—3060.30%，潤濕劑BYK—1610.20%。在攪拌情況卜-，將15克淀粉、10克硝酸鉀加入到53.5克水溶解，升溫到50度加入10克硫酸反應4小時，冷卻到30度后加入10克高嶺土、市售1.0克消泡劑BYK—024、巿售0.3克流平劑BYK—306以及市售0.2克潤濕劑BYK—161，繼續(xù)保溫攪拌4小時，即得蝕刻油墨。實施例9材料的重量百分含量氯化銅6%，硝酸鉀6%，硝酸25%，500目高嶺土7%，3000目的石英粉8%，分子量1000的聚乙二醇35%，流平劑BYK—3060.2%，消泡劑BYK—0240.2%，潤濕劑BYK—1610.2%，余量為水。在攪拌情況下，將35克聚乙二醇、15聚乙烯醇、6克硝酸鉀和6克氯化銅加入到12.4克水溶解，升溫到80度加入25克硝酸反應2小時，冷卻到30度后加入7克高嶺土、和8克石英粉、市售0.2克消泡劑BYK—024、市售0.2克流平劑BYK—306以及市售0,2克潤濕劑BYK—161，繼續(xù)保溫攪拌2小時，即得蝕刻油墨。實施例10氯化銅3%，硝酸鉀3%，硝酸12%，1000目高嶺土12%，2000目的石英粉13%，分子量1000的聚丙二醇15%，分子量10000的聚乙烯醇5%，流平劑BYK—3060.5%,消泡劑BYK—0240.5%，潤濕劑BYK—1610.5%，余量為水。在攪拌情況下，將15克聚乙二醇、5克聚乙烯醇、3克硝酸鉀和3克氯化銅加入到35.5克水溶解，升溫到60度加入12克硝酸反應4小時，冷卻到40度后加入12克高嶺土、和13克石英粉、市售0.5克消泡劑BYK—024、市售0.5克流平劑BYK—306以及市售0.5克潤濕劑BYK—161，繼續(xù)保溫攪拌3小時，9即得蝕刻油墨。上述實施例所得蝕刻油墨的性能參數見表1。表1蝕刻油墨的性能參數<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>應用實施例將上述實施例1所制備蝕刻油墨，絲網印刷于銅材線路板上，印刷厚度為20微米，然后放入烘箱內于60度烘烤20分鐘，冷卻至30度用清水超聲波沖洗，所蝕刻線路板線寬可在20微米內，線路可在20微米內，公差在0.1微米內，優(yōu)于現有行業(yè)標準，良品率高。傳統(tǒng)線路板蝕刻工藝將堿溶性抗蝕油墨調配好后，絲網印刷于銅材線路板上，于80度烘箱干燥20分鐘，冷卻后將線路板裝掛以合適速度傳送經過蝕刻槽，大量清水沖洗通過蝕刻槽的線路板，再以合適速度通過堿液槽，以除去保護油墨，然后水洗脫掉保護油墨的線路板，在60度下干燥約20分鐘得到蝕刻完成的線路板。整個步驟繁瑣，精度和良品率均低于蝕刻油墨工藝，具體性能比較見表2。其它實施例所得蝕刻油墨用于蝕刻銅材線路板，具有相近的效果。表2采用蝕刻油墨的蝕刻工藝與傳統(tǒng)蝕刻工藝效果的比較<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>本發(fā)明的保護范圍并不限于上述實施例，而應以權利要求中限定的內容為準。本領域技術人員可以根據本發(fā)明的公開，對本發(fā)明的具體實例或參數等作各種改變以實施本發(fā)明，而不必付出創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明的保護范圍應當理解為包含這些常規(guī)的變化和改變。權利要求1、一種銅材線路板蝕刻油墨，其特征在于主要由以下原料組分制備得到氧化性無機鹽、酸、粉體材料、水溶性高分子聚合物、油墨助劑和水，所述油墨助劑包括流平劑、消泡劑和潤濕劑中的至少一種。2、根據權利要求1所述的銅材線路板蝕刻油墨，其特征在于由以下重量百分比的原料組分制備得到氧化性無機鹽515%，酸1030%，粉體材料1030%，水溶性高分子聚合物1040%，流平劑0.11%，消泡劑0.11%，潤濕劑0.11%，余量為水。3、根據權利要求2所述的銅材線路板蝕刻油墨，其特征在于由以下重量百分比的原料組分制備得到氧化性無機鹽612%，酸1225%，粉體材料1525%，水溶性高分子聚合物2035%，流平劑0.20.5%，消泡劑0.20.5%，潤濕劑0.20.5%，余量為水。4、根據權利要求1-3中任一項所述的銅材線路板蝕刻油墨，其特征在于所述氧化性無機鹽包括氯化銅、氯化鐵、硝酸鈉、硝酸鉀、硝酸銨和氯酸鈉中的至少一種；所述酸包括硫酸、鹽酸、乙酸、磷酸和硝酸中的至少一種；所述粉體材料包括3003000目的石英粉、高嶺土、立德粉、碳酸鈣、鈦白粉和米粉中的至少一種；所述水溶性高分子聚合物包括水溶性聚氨酯、聚乙二醇、聚丙二醇、聚四氫呋喃、聚乙烯醇、糊精、明膠、阿拉伯膠和淀粉中的至少一種；所述的消泡劑為德國畢克化學公司的BYK—066N或BYK—024，所述流平劑為德國畢克化學公司的BYK—331或BYK—306，所述潤濕劑優(yōu)選德國畢克化學公司的BYK—161或BYK-163。5、根據權利要求4所述的銅材線路板蝕刻油墨，其特征在于所述水溶性聚氨酯、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚丙二醇、聚四氫呋喃或聚乙烯醇的分子量在100010000之間。6、根據權利要求4所述的銅材線路板蝕刻油墨，其特征在于所述氧化性無機鹽為氯化銅、氯化鐵和氯酸鈉中的至少一種；所述酸為鹽酸、硫酸或兩者的混合物；所述粉體材料為5002000目的高嶺土、石英粉或兩者的混合物；所述水溶性高分子聚合物為水溶性聚氨酯、聚乙二醇、糊精、明膠、阿拉伯膠和聚乙烯醇中的至少一種。7、根據權利要求6所述的銅材線路板蝕刻油墨，其特征在于所述水溶性聚氨酯、聚乙二醇、或聚乙烯醇的分子量在100010000之間。8、一種權利要求1所述的銅材線路板蝕刻油墨的制備方法，其特征在于包括以下步驟首先將所述水溶性高分子聚合物、所述氧化性無機鹽和所述水均勻混合，然后在50100度下加入所述酸反應110小時，冷卻到3040度后，再加入粉體材料和油墨助劑，保溫15小時。9、根據權利要求8所述的銅材線路板蝕刻油墨的制備方法，其特征在于包括以下步驟首先將所述水溶性高分子聚合物、所述氧化性無機鹽和所述水均勻混合，然后在6080度下加入所述酸反應24小時，冷卻到3040度后，再加入所述粉體材料和油墨助劑，保溫23小時。10、權利要求1所述的銅材線路板蝕刻油墨應用于蝕刻銅材線路板。全文摘要本發(fā)明涉及蝕刻油墨，具體提供了一種銅材線路板蝕刻油墨及其制備方法和應用。本發(fā)明的蝕刻油墨主要由以下原料組分制備得到氧化性無機鹽、酸、粉體材料、水溶性高分子聚合物、油墨助劑和水，其中的油墨助劑包括流平劑、消泡劑和潤濕劑中的至少一種。上述油墨的制備方法是首先將所述的水溶性高分子聚合物、氧化性無機鹽和水均勻混合，然后在50～100度下加入酸反應1～10小時，冷卻到30～40度后，再加入粉體材料和油墨助劑，保溫1～5小時即得。該油墨主要用于蝕刻線路板，蝕刻過程中不需使用保護膠對未蝕刻部分進行保護，同樣也不存在脫保護膠問題，因而簡化了蝕刻工藝，并減少了廢液排放。文檔編號C09D11/10GK101508860SQ20091003762公開日2009年8月19日申請日期2009年3月6日優(yōu)先權日2009年3月6日發(fā)明者彭朝兵,李曉華,楊卓鴻申請人:華南農業(yè)大學;廣州市和攜化工科技有限公司;上達電子(深圳)有限公司