用于PCB埋嵌電阻的Ni-P金屬薄膜及噴墨打印油墨材料研究.pdf

1、電子產品智能化、多功能集成、高可靠性與便攜式的發(fā)展要求，催生了系統(tǒng)集成技術的出現(xiàn)，將電子元器件埋入 PCB（Printed Circuit Board，印制電路板）內是實現(xiàn)系統(tǒng)集成的基本技術手段，也是目前高端電子產品制造領域的研究熱點，其范圍涉及加工手段、新型材料研制等。將有/無源器件（如電阻、電容等）埋嵌到PCB內部既可以大大減小PCB的面積、降低PCB的重量，也可以提升電子產品的可靠性。本文針對 PCB埋嵌電阻技術存在的問題，研究了

2、 PCB埋嵌電阻用的Ni-P金屬薄膜和噴墨打印油墨等兩種新型材料，研究內容如下。
　?。?）添加硫酸錳下化學沉積 Ni-P薄膜的結構電阻性能研究。實驗發(fā)現(xiàn)，在應用化學鍍技術制備 Ni-P薄膜電阻材料過程中，加入硫酸錳可有效地控制 Ni-P金屬薄膜的電阻值，Ni-P薄膜的方塊電阻隨著硫酸錳的濃度呈二次關系增長。通過對添加硫酸錳下化學沉積Ni-P金屬薄膜的形貌、化學組分、元素化學態(tài)、晶體狀態(tài)等進行研究，證實獲得的電阻材料為 Ni、P二

3、元組成，制備中添加的Mn元素并未與 Ni-P共沉積。另外，對于添加硫酸錳下Ni-P電阻率提高的原因，證實了是由于硫酸錳影響了形成材料的微觀結構。硫酸錳的添加使得Ni-P顆粒之間產生了低密度的界面，該界面的電阻決定了Ni-P金屬薄膜的電阻率。硫酸錳的濃度越高，界面電阻越大，Ni-P薄膜的電阻率也就越高。
　?。?）硫酸錳在化學沉積 Ni-P反應中的作用機理研究。硫酸錳的加入會改變Ni-P沉積的化學環(huán)境，研究表明，硫酸錳提高了化學沉積

4、Ni-P溶液的壽命，硫酸錳是作為穩(wěn)定劑作用于化學沉積 Ni-P反應的。在硫酸錳的穩(wěn)定作用下，pH值的提高降低了 Ni-P的沉積反應速率，該結論與常規(guī)性 pH影響規(guī)律相矛盾。其可能作用機理如下：在酸性溶液中，二價錳離子水化成 MnOH+后，吸附在活性 Ni表面，進而對Ni-P膜的生長產生影響。其影響主要來源于以下幾個方面：首先，吸附物占據了Ni表面活性點，減少了吸附在活性 Ni表面的H2PO2?量；其次，吸附物 MnOH+中錳元素在 Ni

5、的吸附方向阻止了H2PO2?中的H朝活性 Ni表面移動；其三，吸附物改變了原基板的表面活性，提高了H2PO2?在活性 Ni表面的吸附能，從而降低了 Ni-P化學沉積的反應速率。對于 Ni-P顆粒之間出現(xiàn)低密度界面的原因，是由吸附在Ni-P顆粒周圍的MnOH+穩(wěn)定劑滯留了反應中產生的H2而形成的。
　?。?）添加硫酸錳下化學沉積 Ni-P薄膜應用于 PCB埋嵌電阻技術研究。在PCB中埋嵌電阻不僅要求阻值可控，更要求阻值穩(wěn)定、具有高可

6、靠性?？煽啃詫嶒灲Y果表明，埋嵌電阻在288℃高溫熱沖擊下沒有出現(xiàn)分層現(xiàn)象，電阻溫度系數（TCR）小于±100 ppm/℃，阻值在0到100 mA電流范圍內恒定不變，說明了該Ni-P材料具有良好的熱、電穩(wěn)定性能。將 Ni-P薄膜沉積在 PCB基板上，形成尺寸不同的埋嵌電阻器。對其進行電阻誤差分析，結果表明，Ni-P埋嵌電阻外形尺寸越大，電阻的阻值誤差越小，對方塊電阻值產生的影響也越小。
　?。?）炭黑—環(huán)氧樹脂噴墨打印油墨的研制及性

7、能研究。以環(huán)氧樹脂、溶劑及炭黑導電顆粒為主要成分，研制出了一種埋嵌電阻打印油墨。通過在炭黑的表面進行樹脂嫁接反應，形成與油墨溶劑相溶性良好的嫁接層，解決了炭黑顆粒在油墨中的分散性問題。使用差示掃描量熱（DSC）和熱重損耗（TGA）等方法，研究了埋嵌電阻噴墨打印油墨的固化條件，得到新研制油墨的固化條件為180℃、4 h。固化后得到油墨 TCR為600 ppm/℃、熱膨脹系數（CTE）為47 ppm/℃。炭黑質量含量從5％增加到17%時，制