在基片上沉积导电层的方法 本发明涉及在基片上形成导电层的方法，特别涉及在用作电子组件中电路板的基片上形成导电层的方法。
传统方法是，将硅器件安装在印刷电路板(PCB)上。印刷电路板通常是由玻璃纤维层压板上蚀刻的铜，镀覆的锡以及还可能有保护和标记用的漆层组成。在其制造过程中，涉及剪修、钻孔、蚀刻及镀覆等多种操作工序。因而成本并不低廉，而且生产方法对环境有重大影响。
PCB生产使人困惑的两个重要环境污染源是酸性的和含重金属(尤其是铜)的流出废流，和在光刻胶显影剂和涂层剥除剂(stripper)中使用的烃类。水管理部门对污染的严格限制是减少流出废液中铜的驱动力。在理论上，流出废液是能够通过用于铜沉淀的总添加剂方法加以消除，这种方法还能节省很大的成本费，但是仍然需要开发出满意的方法。
避免使用这种电路板的尝试包括使用通常与高成本费用有关的厚膜和薄膜技术。电阻器是通过沉积适当薄膜的线路而形成在陶瓷基片上，有时通过激光蚀刻修整到精确值。高导电率的薄膜通常用作相互联接。
WO97/48257，与本申请具有共同申请人，其公开内容已引入本文中，披露了形成电路板的另一种方法。按照该方法，导电油墨通过平板印刷术被印刷到基片上以便形成电路。油墨包括导电粒子(如金属银)，粒子是悬浮在有机树脂如醇酸树脂中，其中还描述了一些电子组件如电阻器，电容器和天线等。
虽然在WO97/48257中所公开的电路印刷技术是对以前技术地重大改进，但它还有许多缺点。
第一，其优点是电镀第二导电层到导电油墨上(已公开在WO97/48257中)以便电组件能够以后焊接到基片上和/或减少电路的电阻。然而问题是，油墨不能足够好地粘附于基片上，使能进行电镀。
第二，为了制备导电油墨，需要使用有颗粒表面处理的颗粒导电材料(例如长链脂肪酸涂层)，能使粒子分散在树脂中，使得干燥后的油墨成为导电的。然而，这种表面处理会妨碍干燥的油墨的进一步处理，例如它会妨碍用无电沉积法进一步沉积导电层。
第三，难于焊接电组件到由导电油墨层形成的电路上，因为这些导电油墨层不含有足够高的金属载量来提供适当的焊接。这意味着电组件必须使用导电聚合物粘合剂或机械连接加以固定。然而，可以想像，这些连接方法的粘接寿命不如焊接那样长，并且会出现较高的电阻。而且，在油墨中导电粒子含量的增加有害于油墨的流变性能。
按照本发明的第一个方面，提供了一种在片基上形成导电层的方法，包括的步骤有：通过平板印刷方法将油墨沉积在基片上以形成晶种层，以及通过无电沉积法在晶种层上沉积第一导电层。
无电沉积(或镀覆)是已知技术，它涉及用化学还原方法来涂覆物体(或部分物体)，沉积一旦开始，是催化性的。过程类似于电镀，只是无需外部电流。为了对物体进行无电镀覆，必须在物体上先形成适当的几何形和电及化学特性的晶种层，以便对要沉积的金属提供成核位。这是设想，晶种层的作用为催化剂，它能减低沉积步骤中的活化能。
本文中的术语“平板印刷”是指一种印刷方法，它利用印刷板的表面化学的差别，包括亲水性能和疏水性能。它不是指普通所用的方法，这种方法涉及在生产蚀刻电路板和/或硅半导体微电子学过程中的光刻胶和蚀刻。术语“油墨”意指适用于印刷的任何材料。
在本发明中所使用的油墨，优选包含一种悬浮在树脂和有机溶剂混合物中的颗粒材料。最优选的颗粒材料是颗粒金属或碳。特别适用的材料包括银、金、铜、锌或镍。粒径可为0.1-10微米，优选0.25-1微米，更优选大于0.1微米和小于(但不等于)1微米，以及最优选为0.25-0.75微米。
颗粒材料在油墨中的用量，优选为50-90％W/W并且最优选约为75％W/W。
用在油墨中的树脂可以是与各种油类共混的聚合物。优选，树脂含有带有酰胺基团的聚合物，例如一种尼龙基聚合物。
已发现一种特别适用的树脂可以商品购自Lawter International公司(Ketensislaan IC-Haven 1520，B-9130 Kallow，比利时)商品名为“Nypol3”。Nypol3含有改性的聚酰胺和桐油和植物油的混合物。
具有可接受性能的其它树脂包括酚醛改性树脂和醇酸树脂，它们与改性的矿物油和植物油相混合。
为形成油墨，将树脂与溶剂混合并形成一种颗粒材料的悬浮液。溶剂(或稀积剂)可以是具有沸点约为250℃的任何适合的有机溶剂。
在其上印刷导电层的基片，优选是由聚合物制成，并优选含有一种柔性薄片。适合的聚合物包括聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚酰胺、聚酰亚胺或聚砜。基片可加以处理以改善油墨在基片表面上的粘附作用。例如，基片可涂覆以一种共聚物粘合剂层，或者将表面进行化学处理或进行电晕处理。
优选，基片由聚酯、聚乙烯、聚丙烯或聚酰胺制作，带有或没有共聚物粘合剂层。在一具体优选实施方案中，基片是一种共聚物涂覆了的聚酯，例如商品可得自GBC(英国)Ltd of rutherford Road，Basingstoke，Hampshire，RG248PD。
已经发现，改性的聚酰胺树脂能够与由聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺和聚砜制成的基片一道使用。改性的酚醛树脂能够很好地与聚酯、聚酰亚胺或聚砜基片一道使用。醇酸树脂能合理地粘附于聚酯基片。
如上所述，油墨是用平板印刷的方式沉积到基片上，以便形成用于无电沉积的晶种层，在本发明中晶种层的厚度优选为3-5微米。
第一导电层的无电沉积是用普通方法进行，导电层可由任何适合的导电材料形成，它可用无电沉积法来沉积。例如导电材料可为铜、银、镍或金。
第一导电层的厚度可为厚达4微米，优选约为1微米(虽然厚度是由所需要的电气规格来决定)。
本发明的方法可包括向第一导电层上电镀第二导电层的步骤。
电镀是已知的方法，其中用电解沉积法来涂覆物体或部分物体。为了电镀，物体必须具有一个呈现适当几何和电及化学特性的电极。在本发明的情况下，被沉积在晶种层上的第一导电层被用作电镀过程中的电极，以此使第二导电层电解沉积在第一导电层上。
增加第二导电层可以改进电路轨迹的电导率，并改进电组件直接焊接到基片上，以便形成电组件(组件可直接被焊接到第一导电层上)。
如果第二层打算电镀到第一层上，则第一层无需1微米厚；使基片导电所需要的厚度，例如可为0.25-0.5μm。
与第一导电层一样，第二层可包含有任何能够电镀的适合导电材料。第二导电层的厚度可达35微米，这依电路板的所需规格而定。
虽然导电层能够电镀到按照在WO97/48257中揭示的方法所制造的电路上，然而所得到的电路板由于导电油墨与基片的粘合强度较差而在结构上不稳定。
反之，电路组件能够直接焊接到以本发明方法所制造的电路上，特别是如果第二导电层通过电镀步骤的方法沉积的话，因为通过这一步骤足够的导电层能够沉积形成，在其上能够形成一种良好焊接链节。
本发明的一应用例子是用于生产电路板。以平板印刷或沉积的晶种层被印刷成电路的图形。该晶种层然后用铜进行无电镀覆并进一步再形成锡层或其它保护层。这些导电层可改进电路径迹的导电率并且可使它们通过现有的焊接技术直接焊接。
产生晶种层的平板印刷方法，其优点是生产速度快，并有很精细的线路径迹和间隙宽度分辨力。
本发明的一实施方案如下述，这仅为解释说明方式。为了容易理解，该实施方案将以其各组成部分的方式加以描述。
油墨：
通过优选的平板印刷术的印刷方法所沉积的油墨层约为5微米(5×10-6m)厚。这与其它方法相比，用屏蔽印刷法沉积的导电层约为25微米，而典型地层压在传统印刷电路板上的铜电路为20-75微米厚。
所采用的方法使用悬浮在有机树脂中的金属粒子来配制的油墨。对树脂配方进行调整能够对油墨的某些机械特性(例如粘度)进行一定程度的控制。
正如上述，颗粒材料应当能用于无电沉积步骤。适用的材料包括银、铜、碳和钯。
烃类溶剂和其它适当的添加剂可用来调节印刷层的印刷、耐磨及干燥性能。优选加入抗氧化剂(例如eugenol)使自由基与其反应并以此来防止树脂的自身氧化。换言之，抗氧化剂可防止树脂干燥太快。
可包括例如钴盐的干燥剂，在抗氧化剂用尽时干燥树脂。
油墨的优选配方例子如下表：组份物质用量颗粒物平均粒径为1微米的银粒子约75％W/W树脂尼龙基烃类约23％W/W溶剂中到高沸点有机溶剂约2％W/W干燥剂钴盐痕量抗氧化剂Eugenol痕量
所得到的油墨配方呈现出牛顿特性，在25℃时其粘度约为54-104mPaS。油墨配方的适当粘度被认为处于103mPaS@25℃至105mPaS@25℃的范围内。基片：
是使用购自GBC(英国)股份有限公司的涂覆有共聚物的聚酯。印刷方法：
首先，将需要的原图或布线图(亦即要变成电路的图案)用平板印刷方法中所使用的标准光刻胶方法施加于阳极氧化(anodised)铝板。其次，将铝板用作平板印刷过程中的模板来将油墨涂布于所需原图案的基片上。无电镀覆：
无电镀覆过程涉及将印有油墨的基片放入无电镀覆浴中(例如由shipley Ronal Limited所提供的无电镀浴)，该镀浴含有商品可购得的无电镀液。它含有铜盐的溶液(如硫酸铜)；螯合剂如EDTA；稳定剂如硫化合物或重金属；碱水溶液，例如氢氧化钠水溶液；还原剂如甲醛；以及，任选一种表面活性剂。这已知为商标“CP78方法”。
使用这种商业方法可达到的典型沉积速率大约为每小时4微米金属。因而，一般对于1微米的金属层来说，基片放入无电镀浴中只需10-15分钟。
如上所述，如果基片随后要镀覆，则无需进行无电沉积1微米层。在电镀过程中充当电极的具有足够厚度的沉积层可通过将基片放入无电镀浴中约3至7分钟来产生。电镀过程：
电镀过程在技术上是已知的。例如，硫酸铜溶液被用作电解质。铜沉积的速率决定于阴极的表面积和电流密度。典型的电流密度为每平方10米25安培。
阳极是铜和阴极是要镀覆的物体(亦即导电径迹)。电路板的生产：
如上所述，电组件可以直接焊接到由上述过程所形成的基片上的导电层上。另一方面，还可以使用导电聚合物粘合剂如环氧化物粘合剂。
本发明的方法可用来形成包括电路的各种器件。利用上述方法制造的电组件的例子包括电池组互联电路，微波集成电路，天线如微波天线、平面天线或回路天线结构。
本发明另一方面提供了一种向基片导电层上沉积导电层的方法，该基片是按照WO97/48257中所公开的方法制备的，沉积是通过电镀、无电镀覆或它们相结合的方法。
本申请要求优先权的英国专利申请第GB9826446.8和GB9826447.6号中公开的内容及其摘要中公开的内容引入本文作为参考。