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(chǎn)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(shù)的出現(xiàn)，將電子元器件埋入 PCB（Printed Circuit Board，印制電路板）內(nèi)是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成的基本技術(shù)手段，也是目前高端電子產(chǎn)品制造領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，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(nèi)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(chǎn)品的可靠性。本文針對 PCB埋嵌電阻技術(shù)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(nèi)容如下。
　?。?）添加硫酸錳下化學(xué)沉積 Ni-P薄膜的結(jié)構(gòu)電阻性能研究。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在應(yīng)用化學(xué)鍍技術(shù)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(guān)系增長。通過對添加硫酸錳下化學(xué)沉積Ni-P金屬薄膜的形貌、化學(xué)組分、元素化學(xué)態(tài)、晶體狀態(tài)等進(jìn)行研究，證實(shí)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(shí)了是由于硫酸錳影響了形成材料的微觀結(jié)構(gòu)。硫酸錳的添加使得Ni-P顆粒之間產(chǎn)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(xué)沉積 Ni-P反應(yīng)中的作用機(jī)理研究。硫酸錳的加入會(huì)改變Ni-P沉積的化學(xué)環(huán)境，研究表明，硫酸錳提高了化學(xué)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(xué)沉積 Ni-P反應(yīng)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(yīng)速率，該結(jié)論與常規(guī)性 pH影響規(guī)律相矛盾。其可能作用機(jī)理如下：在酸性溶液中，二價(jià)錳離子水化成 MnOH+后，吸附在活性 Ni表面，進(jìn)而對Ni-P膜的生長產(chǎn)生影響。其影響主要來源于以下幾個(gè)方面：首先，吸附物占據(jù)了Ni表面活性點(diǎn)，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(dòng)；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(xué)沉積的反應(yīng)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(yīng)中產(chǎn)生的H2而形成的。
　　（3）添加硫酸錳下化學(xué)沉積 Ni-P薄膜應(yīng)用于 PCB埋嵌電阻技術(shù)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?shí)驗(yàn)結(jié)果表明，埋嵌電阻在288℃高溫?zé)釠_擊下沒有出現(xiàn)分層現(xiàn)象，電阻溫度系數(shù)（TCR）小于±100 ppm/℃，阻值在0到100 mA電流范圍內(nèi)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(jìn)行電阻誤差分析，結(jié)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(chǎn)生的影響也越小。
　　（4）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(dǎo)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(jìn)行樹脂嫁接反應(yīng)，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?fù)p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(shù)（CTE）為47 ppm/℃。炭黑質(zhì)量含量從5％增加到17%時(shí)，制