印制电路板中加成法制备技术的研究进展

周正勇，陈旭东，2

(1 西南大学化学化工学院，重庆 400715；2 中山大学化学学院，广东广州 510275)

印制电路板中加成法制备技术的研究进展

周正勇1，陈旭东1，2

(1 西南大学化学化工学院，重庆 400715；2 中山大学化学学院，广东广州 510275)

自从1946年美国炮弹引信上使用银浆印制陶瓷基印制板以来，印制电路板是电子器件最重要的组成部分之一，甚至称为电子信息产业的心脏。该文基于加成法制备技术，分析目前主流及文献报导的制作工艺及其前景，更加全面地了解印制线路板领域及投资环境。

印制电路板，加成法，制备技术

1 前言

印制电路板(printed circuit board，PCB)作为电子元件的载体起到支撑和实现电气连接的作用，是电子器件甚至整个电子信息产业中最重要的组成部分之一。同时中国与全球的印制电路板产值在2008年金融危机后稳步上升，在全球产值中国内产值百分比逐步提高，见表1[1]。

表1 国内和全球印制电路板产值Table 1 Output of domestic and global printed circuit board

由表1可知印制电路板行业前景明朗，但如何制备高性价比的印制电路板，是目前研究者的工作目标。因此研究者在材料和工艺步骤等方面进行创新，使得制作工艺日新月异。按照印制电路板的制备技术，主要有减成法、半加成法和加成法三类，本文将基于加成法制备技术，分析目前主流及文献报导的制作工艺及其前景，更加全面地了解印制电路板领域及投资环境。

2 加成法制备技术

全加成法制备技术首先在基底上选定区域沉积金属，不需整体金属化，适合制作超精细线路(线宽线间距小于30μm/30μm)。研究者在现有技术条件下研发新材料或开发新工艺步骤，增强加成法的实用性，尽快地实现工业化。目前制作技术中，根据新材料与新工艺步骤的不同，可将加成法制备技术分为传统印刷电子技术、基底表面处理技术、3D打印技术、图形转移技术、激光柔性布线技术及新材料研发。

2.1 基于加成法的传统印刷电子技术

近年来基于加成法的印刷电子技术引起了越来越多的注意，学术界和产业界的研究者对该技术的工艺问题进行了大量的研究。印刷电子技术是基于印刷原理的电子制造技术，通过将电子材料溶解在溶剂中，将其制成类油墨，借助传统的印刷技术，将可导电油墨转移到承印物上面，通过相应的图形化方案，形成导电图形，用以制备电子元件或电子电路。可见其成本更低，并且具有大量的新技术特性，更加灵活可定制，可以与多种类型以及不同表面结构的承印物快速兼容。是一类更加廉价、更加便捷的电子电路技术。

按照转移类油墨的方式不同，印刷电子技术可分为多种类型，如丝网印刷[2]、喷墨打印[3-4]、凹版印刷[5]、凸版印刷、胶头移印[6-7]以及微接触印刷[8]等等。这些印刷方式的区别不仅仅在于其转移类油墨的方式，其所适配的油墨类型、印刷速度、印刷精度以及设备工作原理等都有各自的特点，用户往往会根据不同的需求进行选择。

2.2 基于加成法制备技术的基底表面处理技术

利用传统的印刷电子技术，主要是选取与类油墨兼容的承印物，其他不兼容的承印物表面无法吸附类油墨，很难与油墨粘结和结合，致使无法形成选定导电图形。因此研究者对绝缘基底表面选定区域进行改性，然后在改性后的区域沉积催化剂层，再经活化，化学镀在绝缘基底上形成导电的金属图案。改性方法主要有以下几种：如光致共价接枝、X射线辐射接枝、电晕处理、等离子改性、物理化学粗化等。

2.3 基于加成法制备技术的3D打印技术

3D打印即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。由定义可知，3D打印技术本身就具有加成法特性，将各类导电金属按指定图案直接打印在基底表面上，形成导电图案[9]。

2.4 基于加成法制备技术的图形转移技术

“线路转移法”属于“加成法”的范畴，但又不同于以往市场上各种加成法，它们都是考虑在基底上直接做出线路，而该方法是在导体上做出线路，然后转移到一个中间的过渡体上，再用覆铜板的生产方法把线路粘合在基底上，形成印制电路板。其后加工工艺和现行印制电路板厂一致。

2.5 基于加成法制备技术的的激光柔性布线技术

图1 激光柔性布线技术分类Fig.1 Classification of laser flexible wiring technology

激光技术自上个世纪发明以来，已经在各行各业得到了广泛的应用。之所以它能够广泛应用，与其本身具有的特点和优势是密不可分的。在线路板的激光柔性布线技术中，它具有如下明显的特点：(1)制板精度高，激光束光斑小，易于控制，理论上可以使导线达到微米级；(2)灵活，适应于多样化和柔性化的场合，与计算机控制相结合，可以很方便地生成复杂图案线路；(3)可进行单件或小批量生产，可大大降低成本。正是这些特点，使得线路板的激光柔性布线技术蓬勃发展起来。其分类见图1。

2.6 基于加成法制备技术的新材料研发

上述基于加成法的改进型技术都是改变工艺中一步或多步工艺，解决印制电路板制作过程中的问题。与此同时研发者大力研发新材料，改进、完善和开发新型加成法制备技术，以下介绍几种新材料。

2.6.1 导电油墨

印刷油墨(浆料、墨水等)是印刷电子技术不可或缺的一部分，其通常是将功能材料溶液化(如无机材料、有机材料、半导体材料等)或者粉末化(金属粉末、半导体材料粉末等)分散在一定的溶剂或者树脂粘结剂中，制成具有一定黏度和流动性的材料，可适用于印刷技术，印刷油墨的发展是印刷电子技术发展中最为重要的一环，事实上，正是对半导体材料的油墨化的研究推动了印刷电子技术的发展[10]。

2.6.2 聚3，4-乙撑二氧噻吩(EDOT)溶液

将基底(聚酰亚胺膜)经过氧化氢和氯化铁溶液浸泡，可生成mmol/m2量级的氯化亚铁和过氧基团，浸入溶有EDOT的溶液中，与其反应形成PEDOT膜，使PI的表面电阻降至400Ω，真空紫外线照射使PEDOT的导电性下降，可透过掩膜制作导电图案。在电解池中导电PEDOT可传递电子使铜离子还原，沉积于导电PEDOT表面，形成针状晶核，再生长成织晶、纺锤晶和连续铜箔，将导电图案转变为铜线图案。

2.6.3 新型高效沉积金属的光敏聚合物

陈旭东课题组[11]合成新型光敏聚合物，将其制成自支撑或基底支撑的干膜。光敏聚合物干膜在365nm～436nm紫外光源发生光致变化，因此可通过光掩模或激光直写的方式直接曝光。曝光完成后，用含有化学镀催化剂(钯离子)的溶液显影在25℃～60℃下浸泡10s～120s，冲洗，吹干，然后用含有化学还原剂的活化液浸泡或者加热活化的方法对催化剂图案层进行活化处理，随后浸入镀液进行化学镀，由此在聚合物表面获得金属图案。

由上述光敏聚合物材料可知，光敏聚合物经曝光能够吸附贵金属离子，从而化学镀铜形成导电图案。同时也可将光敏聚合物溶解在溶剂中，制成类油墨，通过基于加成法制备技术的传统印刷技术承印在兼容基底上，经显影、活化，进而化学镀，得到金属图案。

3 总结与展望

基于加成法制备技术，改进工艺步骤或研发新材料以开发新的制作技术，并分析了其优缺点及市场前景。其优点是：工艺流程短，加工简单，成本低，无污染；采用化学沉铜，镀层分散能力好，适合多层板和小孔径高密度板的生产。其缺点是：只采用化学镀，速度慢；其次化学镀与基材表面结合力很弱。因此，目前加成法制备技术还不成熟，可靠性水平有待进一步提高，但也是最具前瞻性的精细线路制备技术之一。

我国印制电路板产值逐步上升，应该抓住目前可穿戴电子和智能设备的小型化的发展趋势及大规模集成电路产业转型的机遇，瞄准印制线路板产业的发展方向，开发相关材料及包括模型化及计算机模拟在内的系统综合设计技术，使我国的印制线路板产业跃上新台阶。

[1] 2015年全球印制电路板行业发展现状[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.一种光敏性聚酰亚胺树脂及其制备方法和应用：中国，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