印制電路板中加成法制備技術的研究進展

周正勇，陳旭東，2

(1 西南大學化學化工學院，重慶 400715；2 中山大學化學學院，廣東廣州 510275)

印制電路板中加成法制備技術的研究進展

周正勇1，陳旭東1，2

(1 西南大學化學化工學院，重慶 400715；2 中山大學化學學院，廣東廣州 510275)

自從1946年美國炮彈引信上使用銀漿印制陶瓷基印制板以來，印制電路板是電子器件最重要的組成部分之一，甚至稱為電子信息產業的心臟。該文基于加成法制備技術，分析目前主流及文獻報導的制作工藝及其前景，更加全面地了解印制線路板領域及投資環境。

印制電路板，加成法，制備技術

1 前言

印制電路板(printed circuit board，PCB)作為電子元件的載體起到支撐和實現電氣連接的作用，是電子器件甚至整個電子信息產業中最重要的組成部分之一。同時中國與全球的印制電路板產值在2008年金融危機后穩步上升，在全球產值中國內產值百分比逐步提高，見表1[1]。

表1 國內和全球印制電路板產值Table 1 Output of domestic and global printed circuit board

由表1可知印制電路板行業前景明朗，但如何制備高性價比的印制電路板，是目前研究者的工作目標。因此研究者在材料和工藝步驟等方面進行創新，使得制作工藝日新月異。按照印制電路板的制備技術，主要有減成法、半加成法和加成法三類，本文將基于加成法制備技術，分析目前主流及文獻報導的制作工藝及其前景，更加全面地了解印制電路板領域及投資環境。

2 加成法制備技術

全加成法制備技術首先在基底上選定區域沉積金屬，不需整體金屬化，適合制作超精細線路(線寬線間距小于30μm/30μm)。研究者在現有技術條件下研發新材料或開發新工藝步驟，增強加成法的實用性，盡快地實現工業化。目前制作技術中，根據新材料與新工藝步驟的不同，可將加成法制備技術分為傳統印刷電子技術、基底表面處理技術、3D打印技術、圖形轉移技術、激光柔性布線技術及新材料研發。

2.1 基于加成法的傳統印刷電子技術

近年來基于加成法的印刷電子技術引起了越來越多的注意，學術界和產業界的研究者對該技術的工藝問題進行了大量的研究。印刷電子技術是基于印刷原理的電子制造技術，通過將電子材料溶解在溶劑中，將其制成類油墨，借助傳統的印刷技術，將可導電油墨轉移到承印物上面，通過相應的圖形化方案，形成導電圖形，用以制備電子元件或電子電路。可見其成本更低，并且具有大量的新技術特性，更加靈活可定制，可以與多種類型以及不同表面結構的承印物快速兼容。是一類更加廉價、更加便捷的電子電路技術。

按照轉移類油墨的方式不同，印刷電子技術可分為多種類型，如絲網印刷[2]、噴墨打印[3-4]、凹版印刷[5]、凸版印刷、膠頭移印[6-7]以及微接觸印刷[8]等等。這些印刷方式的區別不僅僅在于其轉移類油墨的方式，其所適配的油墨類型、印刷速度、印刷精度以及設備工作原理等都有各自的特點，用戶往往會根據不同的需求進行選擇。

2.2 基于加成法制備技術的基底表面處理技術

利用傳統的印刷電子技術，主要是選取與類油墨兼容的承印物，其他不兼容的承印物表面無法吸附類油墨，很難與油墨粘結和結合，致使無法形成選定導電圖形。因此研究者對絕緣基底表面選定區域進行改性，然后在改性后的區域沉積催化劑層，再經活化，化學鍍在絕緣基底上形成導電的金屬圖案。改性方法主要有以下幾種：如光致共價接枝、X射線輻射接枝、電暈處理、等離子改性、物理化學粗化等。

2.3 基于加成法制備技術的3D打印技術

3D打印即快速成型技術的一種，它是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。由定義可知，3D打印技術本身就具有加成法特性，將各類導電金屬按指定圖案直接打印在基底表面上，形成導電圖案[9]。

2.4 基于加成法制備技術的圖形轉移技術

“線路轉移法”屬于“加成法”的范疇，但又不同于以往市場上各種加成法，它們都是考慮在基底上直接做出線路，而該方法是在導體上做出線路，然后轉移到一個中間的過渡體上，再用覆銅板的生產方法把線路粘合在基底上，形成印制電路板。其后加工工藝和現行印制電路板廠一致。

2.5 基于加成法制備技術的的激光柔性布線技術

圖1 激光柔性布線技術分類Fig.1 Classification of laser flexible wiring technology

激光技術自上個世紀發明以來，已經在各行各業得到了廣泛的應用。之所以它能夠廣泛應用，與其本身具有的特點和優勢是密不可分的。在線路板的激光柔性布線技術中，它具有如下明顯的特點：(1)制板精度高，激光束光斑小，易于控制，理論上可以使導線達到微米級；(2)靈活，適應于多樣化和柔性化的場合，與計算機控制相結合，可以很方便地生成復雜圖案線路；(3)可進行單件或小批量生產，可大大降低成本。正是這些特點，使得線路板的激光柔性布線技術蓬勃發展起來。其分類見圖1。

2.6 基于加成法制備技術的新材料研發

上述基于加成法的改進型技術都是改變工藝中一步或多步工藝，解決印制電路板制作過程中的問題。與此同時研發者大力研發新材料，改進、完善和開發新型加成法制備技術，以下介紹幾種新材料。

2.6.1 導電油墨

印刷油墨(漿料、墨水等)是印刷電子技術不可或缺的一部分，其通常是將功能材料溶液化(如無機材料、有機材料、半導體材料等)或者粉末化(金屬粉末、半導體材料粉末等)分散在一定的溶劑或者樹脂粘結劑中，制成具有一定黏度和流動性的材料，可適用于印刷技術，印刷油墨的發展是印刷電子技術發展中最為重要的一環，事實上，正是對半導體材料的油墨化的研究推動了印刷電子技術的發展[10]。

2.6.2 聚3，4-乙撐二氧噻吩(EDOT)溶液

將基底(聚酰亞胺膜)經過氧化氫和氯化鐵溶液浸泡，可生成mmol/m2量級的氯化亞鐵和過氧基團，浸入溶有EDOT的溶液中，與其反應形成PEDOT膜，使PI的表面電阻降至400Ω，真空紫外線照射使PEDOT的導電性下降，可透過掩膜制作導電圖案。在電解池中導電PEDOT可傳遞電子使銅離子還原，沉積于導電PEDOT表面，形成針狀晶核，再生長成織晶、紡錘晶和連續銅箔，將導電圖案轉變為銅線圖案。

2.6.3 新型高效沉積金屬的光敏聚合物

陳旭東課題組[11]合成新型光敏聚合物，將其制成自支撐或基底支撐的干膜。光敏聚合物干膜在365nm～436nm紫外光源發生光致變化，因此可通過光掩模或激光直寫的方式直接曝光。曝光完成后，用含有化學鍍催化劑(鈀離子)的溶液顯影在25℃～60℃下浸泡10s～120s，沖洗，吹干，然后用含有化學還原劑的活化液浸泡或者加熱活化的方法對催化劑圖案層進行活化處理，隨后浸入鍍液進行化學鍍，由此在聚合物表面獲得金屬圖案。

由上述光敏聚合物材料可知，光敏聚合物經曝光能夠吸附貴金屬離子，從而化學鍍銅形成導電圖案。同時也可將光敏聚合物溶解在溶劑中，制成類油墨，通過基于加成法制備技術的傳統印刷技術承印在兼容基底上，經顯影、活化，進而化學鍍，得到金屬圖案。

3 總結與展望

基于加成法制備技術，改進工藝步驟或研發新材料以開發新的制作技術，并分析了其優缺點及市場前景。其優點是：工藝流程短，加工簡單，成本低，無污染；采用化學沉銅，鍍層分散能力好，適合多層板和小孔徑高密度板的生產。其缺點是：只采用化學鍍，速度慢；其次化學鍍與基材表面結合力很弱。因此，目前加成法制備技術還不成熟，可靠性水平有待進一步提高，但也是最具前瞻性的精細線路制備技術之一。

我國印制電路板產值逐步上升，應該抓住目前可穿戴電子和智能設備的小型化的發展趨勢及大規模集成電路產業轉型的機遇，瞄準印制線路板產業的發展方向，開發相關材料及包括模型化及計算機模擬在內的系統綜合設計技術，使我國的印制線路板產業躍上新臺階。

[1] 2015年全球印制電路板行業發展現狀[EB/OL].http：∥www.chyxx.com.

[2] Jost K，Stenger D，Perez C R，et al. Knitted and screen printed carbon-fiber supercapacitors for applications in wearable electronics [J]. Energ Environ Sci，2013，6(9)：2698-2705.

[3] Shen W，Zhang X，Huang Q，et al. Preparation of solid silver nanoparticles for inkjet printed flexible electronics with high conductivity [J]. Nanoscale，2014，6(3)：1622-1628.

[4] Liu M，Wang J，He M，et al. Inkjet printing controllable footprint lines by regulating thedynamic wettability of coalescing ink droplets [J]. ACS Appl Mater Inter，2014，6(16)：13344-13348.

[5] Hernandez Sosa G，Tekoglu S，et al. The compromises of printing organic electronics：a case study of gravure printed light emitting electrochemical cells [J]. Adv Mater，2014，26(20)：3235-3240.

[6] Carlson A，Elvikis P，et al. Active，programmable elastomeric surfaces with tunable adhesion for deterministic assembly by transfer printing [J]. Adv Funct Mater，2012，22(21)：4476-4484.

[7] Kim T-i，Kim M J，Jung Y H，et al. Thin film receiver materials for deterministic assembly by transfer printing [J]. Chem Mater，2014，26(11)：3502-3507.

[8] Tabatabai A，Fassler A，Usiak C，et al. Liquid-phase gallium-indium alloy electronics withmicrocontact printing [J]. Langmuir，2013，29(20)：6194-6200.

[9] Muth J T，Vogt D M，Truby R L，et al. Embedded 3d printing of strain sensors within highlystretchable elastomers [J]. Adv Mater，2014，26(36)：6307-6312.

[10] Lessing J，Glavan A C，Walker S B，et al. Inkjet Printing of Conductive Inks with High Lateral Resolution on Omniphobic—“RF Paper” for Paper Based Electronics and MEMS [J]. Adv Mater，2014，26(27)：4677-4682.

[11] 林菁菁.一種光敏性聚酰亞胺樹脂及其制備方法和應用：中國，CN201410052630[P].

Research on Additive Preparation Technology of Printed Circuit Board

ZHOU Zheng-yong1，CHEN Xu-dong1，2

(1 Southwest University，Chongqing 400715，China；2 Sun Yat-sen University，Guangzhou 510275，Guangdong，China)

Silver paste was used in printed circuit board (PCB) to make the fuses of US artillery since 1946. PCB is the most important part of electronic device，even called the heart of electronic industry. In the paper we had sequentially analyzed the production process of PCB and their prospect which is the currently mainstream and was reported in the literature based on additive process. It is beneficial to grasp the industry and invested environment of PCB across the board.

printed circuit board (PCB)，additive process，preparation technology

TB 33