專利名稱：：印刷電路板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明總地涉及印刷電路板(PCB),更具體地，涉及通過在基板上印刷導(dǎo)電墨/膏并通過在其上無電鍍(electrolessplating)或者電解鍍(electrolyticplating)高熔點(diǎn)金屬而提供的具有雙層結(jié)構(gòu)的PCB以及其制造方法。背景纟支術(shù)近年來，已經(jīng)發(fā)展了用導(dǎo)電墨/膏(conductiveink/paste)來代替用作電路圖案材料的銅覆層(coppercladding)的技術(shù)，以試圖制造低價(jià)格的PCB。導(dǎo)電墨通過將直徑為幾到幾十納米的金屬顆粒常規(guī)地^:到溶劑中而制成。當(dāng)將導(dǎo)電墨印刷到基板上并在特定的溫度對其加熱時(shí)，諸如分散劑的有機(jī)添加劑將揮發(fā)，金屬顆粒之間的間隙收縮并燒結(jié)，從而形成彼此電機(jī)械連接的導(dǎo)體。導(dǎo)電膏通過將直徑為幾百到幾千納米的金屬顆粒常規(guī)地分散到粘合樹脂中而制成。當(dāng)將導(dǎo)電膏印刷到基板上并在特定的溫度對其加熱時(shí)，樹脂被固化，金屬顆粒之間的電機(jī)械接觸^皮固定，從而形成彼此連接的導(dǎo)體。具有由導(dǎo)電墨/膏制成的電路圖案的PCB示于圖1中。電路通過以預(yù)定圖案在聚酰亞胺基板1上印刷導(dǎo)電墨/膏2并通過在特定條件下對其加熱使導(dǎo)電墨燒結(jié)或?qū)щ姼喙袒纬?。然而，?dāng)采用焊料將部件粘結(jié)到電路圖案時(shí)，由于導(dǎo)電墨/膏的熔點(diǎn)較低，電路圖案會與焊料一起熔化。通常地，使用導(dǎo)電粘合劑將部件粘結(jié)到電路圖案的方法被用來解決該問題。在圖1中，通過將導(dǎo)電粘合劑3以滴涂方式(dispensingmanner)(未示出)涂敷到由導(dǎo)電墨/膏形成的電路圖案2上，然后通過施加熱或紫外線使導(dǎo)電粘合劑3固化而將部件4粘結(jié)到電路圖案2。然而，與釆用焊料實(shí)現(xiàn)的表面貼裝器件(SurfaceMountDevice,SMD)工藝相比，導(dǎo)電粘合劑的滴涂工藝導(dǎo)致顯著較低的產(chǎn)率。此外，用于導(dǎo)電粘合劑的材料的存儲性差，并且用于導(dǎo)電粘合劑的材料在價(jià)格上明顯比焊料高。對于具有由銅包線制成的電路圖案的常規(guī)PCB,已知有一種雙層結(jié)構(gòu)，該雙層結(jié)構(gòu)通過在電路圖案上鍍覆高熔點(diǎn)的金屬來防止電路圖案與焊料一起熔化，從而將部件粘結(jié)到電路圖案。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明旨在至少處理上述問題和/或缺點(diǎn)并至少提供如下所述的優(yōu)點(diǎn)。因此，本發(fā)明的一個(gè)方面是提供了一種通過采用焊料將部件粘結(jié)到基板上的由印刷導(dǎo)電墨/膏形成的電路圖案而制成的印刷電路板(PCB)及其制造方法。本發(fā)明的另一個(gè)方面是提供一種通過減少具有電路圖案(在基板上印刷導(dǎo)電墨/膏而形成)的電路的電阻而制成的PCB，從而改善產(chǎn)品的電性能，并提供該P(yáng)CB的制造方法。本發(fā)明的再一個(gè)方面是提供一種改善基板與通過在基板上印刷導(dǎo)電墨/膏而形成的電路圖案之間的粘附性(coherence)的方法。才艮據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種PCB。該P(yáng)CB包括電路圖案，該電路圖案通過在基板上印刷導(dǎo)電墨和導(dǎo)電膏中的至少一個(gè)，并通過加熱執(zhí)行燒結(jié)導(dǎo)電墨層和固化導(dǎo)電膏層中的至少一個(gè)而形成。該P(yáng)CB還包括第一鍍層，該第一鍍層通過在電路圖案上無電鍍或者電解鍍高熔點(diǎn)的金屬而形成。該P(yáng)CB還包括第二鍍層，該第二鍍層通過在第一鍍層上無電鍍或者電解鍍貴金屬而形成以改善與焊料的浸潤性。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種PCB的制造方法。導(dǎo)電墨和導(dǎo)電膏中的至少一個(gè)以預(yù)定圖案印刷在基板上。通過加熱執(zhí)行燒結(jié)導(dǎo)電墨層和固化導(dǎo)電膏層中的至少一個(gè)而形成電路圖案。通過在電路圖案上無電鍍或者電解鍍高熔點(diǎn)的金屬而形成第一鍍層。通過在第一鍍層上無電鍍或者電解鍍貴金屬而形成第二鍍層，以改善與焊料的浸潤性。通過絲網(wǎng)印刷在第二鍍層上涂敷焊料，在焊料上安裝至少一個(gè)部件，并在從150。C到300。C之間變化的高溫將焊料熔化以將該部件粘結(jié)到第一鍍層上。從下面的結(jié)合附圖的描述，本發(fā)明的上述和其它的方面、特征以及優(yōu)點(diǎn)將更加明顯，附圖中圖1是示出具有印刷在其上的導(dǎo)電墨/膏的傳統(tǒng)PCB的截面的示意圖；圖2是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有印刷在其上的導(dǎo)電墨/膏、具有鍍層的PCB的截面的示意圖3是由掃描電子顯微鏡(SEM)觀察得到的根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例形成的電路圖案的微結(jié)構(gòu)圖像；圖4是由SEM觀察得到的根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例形成的電路圖案的微結(jié)構(gòu)圖像。具體實(shí)施例方式本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例將參照附圖詳細(xì)地描述。在全部附圖中，相同或者相似的部件可以被指定相同或者相似的附圖標(biāo)記，盡管它們是在不同的附圖中示出。本領(lǐng)域中已知的構(gòu)造或工藝的詳細(xì)描述將被省略，以避免使本發(fā)明的主題模糊。在下面的描述和權(quán)利要求書中使用的術(shù)語和措辭并不局限于它們的字面意思，而僅僅是發(fā)明人用來使得對本發(fā)明的理解清楚和一致。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該知道，在下面提供對本發(fā)明實(shí)施例的描述僅僅是為了解釋的目的，而不是為了限制本發(fā)明的目的，本發(fā)明由所附權(quán)利要求書及其等同物來限定。應(yīng)當(dāng)理解，除非上下文另有明確表述，否則單數(shù)形式"一(a)"、"一(an)"和"該(the)"包括復(fù)數(shù)的指代物。因此，例如，參考"一(a)部件表面，，包括參考一個(gè)或多個(gè)該表面。如圖2所示，在具有鍍層的PCB中，電路圖案202通過在基板201上印刷導(dǎo)電墨/膏并通過對其加熱使導(dǎo)電墨燒結(jié)或者使導(dǎo)電膏固化而形成。PCB具有第一鍍層203和第二鍍層204。第一鍍層203通過在電路圖案202上無電鍍或者電解鍍高熔點(diǎn)的金屬而形成。第二鍍層204通過無電鍍或者電解鍍形成在第一鍍層203上，以增加焊料205的浸潤性。第一鍍層203由鎳、鎳-磷(Ni-P)合金、鎳-錫(Ni-Sn)合金、銅(Cu)和鎳-銅(Ni-Cu)合金等中的至少一個(gè)制成。這里，第一鍍層203可以包括具有高熔點(diǎn)的所有金屬。第二鍍層204由金(Au)制成。然而，當(dāng)?shù)谝诲儗邮擎?錫合金時(shí)，第二鍍層是可選的。這里，第二鍍層204可以包括能夠增加焊料205在第一鍍層203的表面處的浸潤性的所有金屬。通過經(jīng)由絲網(wǎng)印刷等涂敷焊料膏(soldercream)、在焊料膏上安裝部件、在150。C到300。C范圍之間的高溫熔化焊料、然后通過冷卻凝固焊料，焊料205形成為將部件206粘結(jié)到第一鍍層203上。如圖2所示，電路圖案202通過在由聚酰亞胺等制成的基板201上印刷導(dǎo)電墨/膏并通過在特定的條件下對其加熱使導(dǎo)電墨燒結(jié)或者使導(dǎo)電膏固化而形成。導(dǎo)電墨是通過將直徑為幾到幾十納米的金屬顆粒常規(guī)分散到溶劑中而提供的溶液。包括羥基碳酸鹽(hydroxylcarbonate)的有機(jī)添加劑通常被溶解在該溶液中，以提供墨的動(dòng)態(tài)印刷特性(即，涉及變壞和轉(zhuǎn)移的攪溶性)并調(diào)整金屬顆粒的均勻分散。具有低熔點(diǎn)和高導(dǎo)電率的銀(Ag)和銅(Cu)通常被選擇為金屬顆粒。當(dāng)將導(dǎo)電墨印刷到基板上并在特定的溫度對其加熱時(shí)，溶劑和有機(jī)添加劑首先揮發(fā)并干燥。如果連續(xù)加熱，金屬顆粒之間的間隙收縮并燒結(jié)，形成在金屬顆粒之間的彼此電機(jī)械連接的導(dǎo)體。然而，如果在干燥工藝中溶劑和有機(jī)添加劑沒有被完全去除，殘留的溶劑和有機(jī)添加劑會妨礙金屬顆粒之間的間隙的收縮和燒結(jié)。此外，當(dāng)去除溶劑的金屬顆粒在空氣中保持長的時(shí)間時(shí)，氧化層也會妨礙金屬顆粒之間的間隙的收縮和燒結(jié)。因此，優(yōu)選地，導(dǎo)電墨的干燥和燒結(jié)工藝連續(xù)進(jìn)行。更優(yōu)選地，可以在惰性氣體的氣氛或者真空的氣氛下加熱，以防止在干燥和燒結(jié)工藝中金屬顆粒表面上的氧化。此外，優(yōu)選地，干燥工藝在低溫下進(jìn)行較長時(shí)間，燒結(jié)工藝在高溫下持續(xù)較短的時(shí)間。更具體地，優(yōu)選地，干燥工藝在IO(TC到130。C范圍之間的溫度進(jìn)行從10到30分鐘范圍之間的時(shí)間。此外，優(yōu)選地，燒結(jié)工藝在13(TC到260。C范圍之間的溫度進(jìn)行從5到20分鐘范圍之間的時(shí)間。干燥工藝和燒結(jié)工藝之間的邊界溫度可以優(yōu)選地與有機(jī)添加劑的熱解溫度成比例地調(diào)整。此外，最優(yōu)選地，在干燥和燒結(jié)工藝中，通過維持N2、He和Ar氣的惰性氣氛或者真空氣氛而使氧氣的濃度控制在1000ppm以下。在導(dǎo)電墨的干燥和燒結(jié)工藝中，如果金屬顆粒的燒結(jié)進(jìn)行得不充分，電路圖案的電阻會增大。此外，在燒結(jié)工藝之后的鍍覆工藝中，鍍覆溶液會滲透到金屬顆粒之間的間隙中并使金屬顆粒和基板生銹，從而使基板和電路圖案之間的粘附性下降。為了解決該問題，通過最小化金屬顆粒之間的間隙以確保電路圖案具有精細(xì)的微結(jié)構(gòu)是非常重要的。在下面的表l中示出的第一實(shí)施例中，通過在聚酰亞胺基板上印刷導(dǎo)電墨、在150。C的溫度執(zhí)行10分鐘的干燥工藝并同時(shí)保持N2氣氛以及在150°C的溫度執(zhí)行10分鐘的燒結(jié)工藝并同時(shí)保持N2氣氛來形成電路圖案，其中導(dǎo)電墨通過分散平均直徑為30nm的金屬粉末來提供。圖3是通過掃描電子顯微鏡(SEM)觀察得到的第一實(shí)施例中形成的電路圖案的微結(jié)構(gòu)圖像。圖3的SEM圖像具有非精細(xì)的微結(jié)構(gòu)，因?yàn)榻饘兕w粒之間的間隙沒有完全去除。在表1中，第一實(shí)施例中的電路圖案具有1.5xlO-SQcm"的比電阻(specificelectricresistance)。此外，在電路圖案上電解鍍15pm厚的銅之后，通過180°的剝離測試得到與基板的粘附性為250gf/cm。在表l中示出的第二實(shí)施例中，通過在聚酰亞胺基板上印刷導(dǎo)電墨、在120°C的溫度執(zhí)行20分鐘的干燥工藝并同時(shí)保持N2氣氛以及在200°C的溫度執(zhí)行10分鐘的燒結(jié)工藝并同時(shí)保持N2氣氛來形成電路圖案，其中導(dǎo)電墨通過分散平均直徑為30nm的金屬粉末來提供。圖4是通過SEM觀察得到的第二實(shí)施例中形成的電路圖案的微結(jié)構(gòu)圖像。注意，圖4的SEM圖像具有精細(xì)的微結(jié)構(gòu)，因?yàn)榻饘兕w粒之間的間隙被完全去除。在表l中，第二實(shí)施例中的電路圖案具有(OxlO^Qcm-1的比電阻。此外，在電路圖案上電解鍍15i!m厚的銅之后，通過180。的剝離測試得到的與基板的粘附性為550gf/cm。因此，當(dāng)通過在導(dǎo)電墨形成的電路圖案的干燥和燒結(jié)工藝中施加特定的溫度、時(shí)間和氣氛來形成如上所述的^f鼓結(jié)構(gòu)時(shí)，在鍍覆工藝期間鍍覆溶液的滲透和電路圖案的腐蝕被抑制，從而使得可以改善基板的粘附性。<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>導(dǎo)電膏是通過將直徑為幾百到幾千納米的金屬顆粒常規(guī)分散在粘合樹脂中而提供的粘性溶液。具有低熔點(diǎn)和高導(dǎo)電率的銀(Ag)和銅(Cu)通常被選擇用作金屬顆粒。當(dāng)將導(dǎo)電膏印刷在基板上并在特定的溫度對其加熱時(shí)，樹脂被固化并且金屬顆粒之間的接觸被固定，從而形成彼此連接的導(dǎo)體。然而，對于粘性;容液的體積而言，當(dāng)金屬顆粒的比例在70%以下時(shí)，由于金屬顆粒之間的不充分接觸所以電阻是高的；當(dāng)樹脂的比例在10%以下時(shí)，因?yàn)榛迮c金屬顆粒的不足的附著力所以基板與電路圖案的粘附性較低。因此，最優(yōu)選地，金屬顆粒的比例在70%到90%之間的范圍，樹脂的比例在30%到10%之間的范圍。在下面的表2中示出的第三實(shí)施例中，當(dāng)對于粘性溶液的體積而言具有1500nm平均直徑的金屬顆粒的比例為70%并且樹脂的比例為30%時(shí)，通過印刷導(dǎo)電膏形成的電路圖案具有7.0xlO-SQcm"的比電阻。此外，在電路圖案上電解鍍15pm厚的銅之后，通過180。的剝離測試得到的與基板的粘附性為800gf/cm。在示于表2的第四實(shí)施例中，當(dāng)對于粘性溶液的體積而言具有1500nm平均直徑的金屬顆粒的比例為80%并且樹脂的比例為20%時(shí)，通過印刷導(dǎo)電膏形成的電路圖案具有3.5xlO^Qcm"的比電阻。此外，在電路圖案上電解鍍15pm厚的銅之后，通過180。的剝離測試得到的與基板的粘附性為800gf/cm。在示于表2的第五實(shí)施例中，當(dāng)對于粘性溶液的體積而言具有1500nm平均直徑的金屬顆粒的比例為90%并且樹脂的比例為10%時(shí)，通過印刷導(dǎo)電膏形成的電路圖案具有3.0xlO-SQcm"的比電阻。此外，在電路圖案上電解鍍15pm厚的銅之后，通過180。的剝離測試得到的與基板的粘附性為400gf/cm。因此，可以通過在制造導(dǎo)電膏期間將金屬顆粒的比例和樹脂的比例調(diào)節(jié)到特定的條件來降低電路的電阻并改善基板與電路圖案的粘附性。表2實(shí)施例3實(shí)施例4實(shí)施例5金屬顆粒的比例(％)708090樹脂的比例(％)302010比電阻(x-5Qcm")7.03.53.0剝離力(gf/cm)400盡管已經(jīng)參照本發(fā)明的某些優(yōu)選實(shí)施例示出并描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在其中進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種變化而不背離本發(fā)明的精神和范圍，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書及其等同物來限定。權(quán)利要求1、一種印刷電路板，包括電路圖案，通過在基板上印刷導(dǎo)電墨和導(dǎo)電膏中的至少之一，并通過加熱執(zhí)行燒結(jié)所述導(dǎo)電墨的層和固化所述導(dǎo)電膏的層中的至少之一而形成；第一鍍層，通過在所述電路圖案上無電鍍或者電解鍍高熔點(diǎn)的金屬而形成；第二鍍層，通過在所述第一鍍層上無電鍍或者電解鍍貴金屬而形成，以改善與焊料的浸潤性。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的印刷電路板，其中所述第一鍍層包括鎳、鎳-磷合金、鎳-錫合金、銅和鎳-銅合金中的至少一個(gè)的組合。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的印刷電路板，其中所述第二鍍層包括金。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的印刷電路板，其中所述焊料以焊料膏的形式涂敷在所述第二鍍層上，所述焊料在15(TC到300。C范圍之間的高溫熔化以將至少一個(gè)部件粘結(jié)到所述第一鍍層上。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的印刷電路板，其中所述基板包括聚酰亞胺、FR4(4型耐燃劑)和耐熱環(huán)氧樹脂中的至少一個(gè)的組合。6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的印刷電路板，其中當(dāng)所述第一鍍層包括鎳-錫合金時(shí)，所述第二鍍層是可選的。7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的印刷電路板，其中當(dāng)所述電路圖案通過印刷所述導(dǎo)電膏而形成時(shí)，金屬顆粒的體積比例在70%到90%之間的范圍內(nèi)并且樹脂的體積比例在30%到10%之間的范圍內(nèi)。8、一種制造印刷電路板的方法，該方法包括以下步驟(a)以預(yù)定圖案在基板上印刷導(dǎo)電墨和導(dǎo)電膏中的至少一個(gè)；(b)通過加熱執(zhí)行燒結(jié)所述導(dǎo)電墨的層和固化所述導(dǎo)電膏的層中的至少一個(gè)而形成電路圖案；(c)通過在所述電路圖案上無電鍍或者電解鍍高熔點(diǎn)的金屬而形成第一鍍層；(d)通過在所述第一鍍層上無電鍍或者電解鍍貴金屬而形成第二鍍層，以改善與焊料的浸潤性；(e)通過絲網(wǎng)印刷在所述第二鍍層上涂敷焊料，在該焊料上安裝至少一個(gè)部件，并在150。C到300。C范圍之間的高溫使所述焊料熔化以將所述部件粘結(jié)到所述第一鍍層上。9、根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中燒結(jié)所述導(dǎo)電墨的層包括在IO(TC到13(TC范圍之間的溫度執(zhí)行干燥工藝10到30分鐘范圍之間的時(shí)間；并且在13(TC到260°C范圍之間的溫度執(zhí)行燒結(jié)工藝5到20分鐘范圍之間的時(shí)間。10、根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中燒結(jié)所述導(dǎo)電墨的層包括通過保持N2、He和Ar氣的惰性氣氛或者通過保持真空氣氛而將氧氣濃度控制在1000ppm以下。全文摘要本發(fā)明提供了一種印刷電路板及其制造方法。電路圖案通過在基板上印刷導(dǎo)電墨/膏并通過加熱燒結(jié)導(dǎo)電墨層或固化導(dǎo)電膏層而形成。第一鍍層通過在電路圖案上無電鍍或者電解鍍高熔點(diǎn)的金屬而形成。第二鍍層通過在第一鍍層上無電鍍或者電解鍍貴金屬而形成，以改善與焊料的浸潤性。文檔編號H05K1/11GK101640974SQ200910160238公開日2010年2月3日申請日期2009年7月30日優(yōu)先權(quán)日2008年7月30日發(fā)明者姜錫明,樸世鎬,李榮敏,金起鉉申請人:三星電子株式會社