修饰金属导电层的方法技术

用于修饰导电金属层(例如，铜金属层)的方法，包括在导电金属层上涂覆分子银油墨并分解银油墨以在导电金属层上形成银金属的可焊涂层。分子银油墨包括羧酸银、载体和聚合物粘结剂。该方法是增材的且使得能够在导电金属层上有成本效益地形成银金属修饰面，其既保护导电金属层免受氧化和进一步的腐蚀，又允许用铅和无铅焊料进行焊接。

The method of modifying metal conductive layer

A method for modifying a conductive metal layer, such as a copper metal layer, includes coating a conductive metal layer with molecular silver ink and decomposing the silver ink to form a solderable coating of silver metal on the conductive metal layer. Molecular silver ink includes silver carboxylate, carrier and polymer binder. The method is additive and can be cost-effective to form silver metal surface on the conductive metal layer. It can not only protect the conductive metal layer from oxidation and further corrosion, but also allow welding with lead and lead-free solder.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】修饰金属导电层的方法
本申请涉及修饰金属导电层，特别是修饰包括可焊金属的用于印刷电路的金属导电层的方法，以及涉及在金属导电层上焊接的方法，特别是在印刷电路的生产中。
技术介绍
位于印刷电路板(PCB)的顶层和底层的铜层氧化很快且表面上产生的CuO/CuO2氧化物抑制铜垫上的焊料的润湿作用。这种现象使得铜焊料层不适合于电子元件组装，因为它不能产生可接受且可靠的焊点。因此，铜需要表面修饰(surfacefinish)以使得PCB可用。表面修饰具有两个主要功能：第一是保护暴露的铜免受氧化；且第二是当将元件组装(焊接)到印刷电路板时提供可焊表面。存在几种PCB表面修饰且价格、可用性、保质期、可靠性以及组装工艺各异。虽然每种修饰都有其自身的优点和局限，但在大多数情况下，印刷电路板设计、应用领域(医疗、军事、航空航天、工业或其他)、环境暴露和组装工艺将决定最适合于该应用的表面修饰。例如，可以使用浸镀锡或浸镀银工艺保护PCB的铜顶部和底部焊料层免受氧化。特别地，银浸镀是一种提供良好性能和优异表面修饰面的工艺。在银浸镀工艺中，银金属选择性地沉积在需要被焊接和被保护免受氧化和腐蚀的铜表面上。银浸镀在铜上产生平滑均匀的沉积物，其厚度为约8-15μm。绝对需要具有平坦形貌的表面修饰面来焊接高密度电路，如细间距IC、高I/OBGA和非常小的电子元件。此外，根据PCB的存储条件，浸镀银表面修饰产生6个月至12个月的可接受PCB保质期。使用银离子或银盐溶液将实际的银浸镀表面修饰电沉积或化学镀到暴露的铜表面上。从制造的角度来看，该工艺对银盐浓度、溶液PH非常敏感，并且需要自动化工艺控制和测量以维持沉积速率和表面修饰质量。浸镀银工艺步骤是在搅拌的酸性溶液的罐中电镀板，然后超声处理并清洁所得的PCB。在这些步骤中可能发生硫污染，其对形成良好的焊点是有害的。实际工艺存在的其它问题是它使用大量的水，产生有毒废物并且必须需要水净化设施来处理工艺流出物。最后，在这些设施中工作的员工必须穿戴保护装备以确保他们的安全。考虑到所有上述情况，需要能够形成银表面修饰面的增材方法，其既保护导电金属层又允许使用铅和无铅焊料进行焊接。这样的增材工艺将会是用银修饰可焊金属的有成本效益的方法。
技术实现思路
在一方面，提供了用于修饰导电金属层的方法，该方法包括：将分子银油墨涂覆在导电金属层上，该分子银油墨包括羧酸银、载体和聚合物粘结剂；以及分解银油墨以便在导电金属层上形成银金属的可焊涂层。在另一方面，提供了用于焊接导电金属层的方法，该方法包括：将分子银油墨涂覆在导电金属层上，该分子银油墨包括羧酸银、载体和聚合物粘结剂；分解银油墨以便在导电金属层上形成银金属的可焊涂层；以及将焊料施加到涂覆在导电金属层上的可焊银金属上以形成与银金属的焊点。在另一方面，提供了叠层材料，包括沉积在基体的表面的至少一部分上的导电金属层，该导电金属层至少部分涂覆有包括羧酸银、载体以及聚合物粘结剂的分子油墨，该聚合物粘结剂包括聚酯、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺或其任何混合物，具有使得聚合物粘结剂与载体相容的官能团。在另一方面，提供了羟基和/或羧基封端的聚酯作为分子油墨中的粘结剂的用途。这些方法是增材的且使得在导电金属层上形成银金属修饰面，其既保护导电金属层又允许用铅和无铅焊料进行焊接。该方法是有成本效益的。其它特征将在以下具体实施方式中描述或变得显而易见。应该理解，本文所述的每个特征可以与任何一种或多种其它所述特征任意组合使用，并且每个特征不一定依赖于其它特征的存在，除对本领域技术人员显而易见的情况之外。附图说明为了更清楚的理解，现在结合附图，通过举例的方式详述优选实施方式，其中：图1A描绘了其上施加有焊料的镀银铜表面的示意图(左)和光学图像(右)。通过在铜表面上印刷分子银油墨然后烧结来形成银涂层。银涂层允许形成稳定且牢固的焊点。图1B描绘了其上已施加焊料的裸铜表面的示意图(左)和光学图像(右)。根据IPCA-610，焊料不能适当润湿铜表面，导致焊点不可接受。图2A示出了显示焊料和具有银修饰焊料的铜箔之间的金属间化合物层的截面SEM图像。图2B和2C示出了有沿着焊料层、金属间化合物层和铜箔的原子组成的EDS分析的截面SEM图像。具体实施方式待修饰、或已修饰和焊接的导电金属层可以为任何物理形式，例如作为自支撑结构，诸如片材(例如箔、板)、线、球(例如滚珠)等，或作为沉积在基体上的结构，诸如薄片、迹线、柱，以及沉积在基体的至少一部分上的类似结构。在制造印刷电路板(PCB)或者其他电子结构时，导电金属层可以沉积在合适的基体上，通常以迹线的形式。导电金属层可以包括可焊金属，例如铜、金、锡、钯、铝或其合金。该方法特别可用于铜或铜合金。合适的基体可包括例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)(例如MelinexTM)、聚烯烃(例如二氧化硅填充的聚烯烃(TeslinTM))、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚苯乙烯、丙烯腈/丁二烯/苯乙烯、聚碳酸酯、聚酰亚胺(如KaptonTM)、热塑性聚氨酯(TPU)、有机硅膜、羊毛、丝绸、棉、亚麻、黄麻、莫代尔、竹子、尼龙、聚酯、丙烯酸类、芳纶、氨纶、聚丙交酯、纸、玻璃、金属、介电涂层等。导电金属层在基体上的沉积可以通过任何合适的方法实现，例如电沉积(例如，电镀)、沉积和烧结分子油墨。刚性和柔性电路主要使用层压在表面上的纯金属箔制造，借助于胶粘剂和加热，然后蚀刻以产生所需的迹线和图案。当导电金属层沉积或层压在刚性或柔性基体上时，可以产生在基体表面的至少一部分上包括可焊金属层的叠层材料。导电金属层优选被分子银油墨完全涂覆，因为IPCA-610标准要求在刚性或柔性电路上没有暴露的铜以防止腐蚀。可以通过任何合适的方法将油墨涂覆在导电金属层上，例如印刷。印刷方法可以包括，例如丝网印刷、镂花印刷(stencilling)、喷墨印刷、柔版印刷、凹版印刷、胶版印刷、凸版印刷(stampprinting)、喷刷(airbrushing)、气溶胶印刷、排版或任何其他方法。该方法的一个优点是，诸如丝网印刷或镂花印刷的增材方法是特别有用的。增材涂覆方法允许使用增材制造技术，例如在印刷电路板上。在用分子银油墨涂覆导电金属层之后，可以干燥和分解导电金属层上的油墨以在导电金属层上形成银金属涂层从而修饰导电金属层。在导电金属层上干燥和分解羧酸银形成导电金属层上的导电可焊银金属涂层。干燥和分解可以通过任何合适的技术完成，其中技术和条件依据基体类型和羧酸银的类型。例如，干燥油墨和分解羧酸银可以通过加热和/或光子烧结来完成。在一种技术中，加热基体干燥并烧结羧酸银涂层以形成金属银。有利的是，加热可以在较高的温度范围下进行较长的时间。加热可以在约150℃或更高，或165℃或更高，或175℃或更高，或180℃或更高，或185℃或更高，或200℃或更高，或220℃或更高，或230℃或更高，或240℃或更高的温度下进行，同时产生具有良好机械性能的相对高导电性的银涂层。在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于修饰导电金属层的方法，所述方法包括：将分子银油墨涂覆在所述导电金属层上，所述分子银油墨包括羧酸银、载体和聚合物粘结剂；以及分解所述银油墨以便在所述导电金属层上形成银金属的可焊涂层。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170208 US 62/456,3101.一种用于修饰导电金属层的方法，所述方法包括：将分子银油墨涂覆在所述导电金属层上，所述分子银油墨包括羧酸银、载体和聚合物粘结剂；以及分解所述银油墨以便在所述导电金属层上形成银金属的可焊涂层。


2.一种用于在导电金属层上焊接的方法，所述方法包括：将分子银油墨涂覆在所述导电金属层上，所述分子银油墨包括羧酸银、载体和聚合物粘结剂；分解所述银油墨以便在所述导电金属层上形成银金属的可焊涂层；以及将焊料施加到涂覆在所述导电金属层上的可焊银金属上以形成与所述银金属的焊点。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述导电金属层包括铜、金、锡、钯、铝或其合金。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述聚合物粘结剂包括聚酯、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚醚或其任何混合物。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述聚合物粘结剂包括使所述聚合物粘结剂与所述载体相容的官能团。


6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述聚合物粘结剂包括羟基和/或羧基封端的聚酯。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述油墨中的所述羧酸银的量提供了所述油墨中银负载量为基于所述油墨总重量的约19wt％或更高。


8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述油墨中的所述羧酸银的量提供了所述油墨中银负载量为基于所述油墨总重量的约24wt％或更高。


9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，所述羧酸银包括新癸酸银。


10.根据权利要求9所述的方法，其中，新癸酸银以基于所述油墨总重量的约60wt％或更多的量存在于所述油墨中。


11.根据权利要求9所述的方法，其中，新癸酸银以基于所述油墨总重量的约80wt％...

【专利技术属性】
技术研发人员：西尔维·拉夫雷尼，巴瓦纳·代奥雷，尚塔尔·帕凯，阿诺德·J·凯尔，帕特里克·罗兰·卢西恩·马朗方，
申请(专利权)人：加拿大国家研究委员会，格雷厄姆集团国际公司，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA