一種水溶性導電納米金屬碳漿及導電納米金屬碳膜襯管的製作方法
2023-09-21 22:07:05 1
本發明涉及納米金屬產品技術領域，尤其是涉及PCB板孔金屬化工藝製程的一種水溶性導電納米金屬碳漿及導電納米金屬碳膜襯管。
背景技術：
在PCB板製造中過程中，雙面或多層PCB板層間導線的聯通，是通過對PCB板層間導線聯通孔金屬化的技術來實現的。
PCB板層間導線聯通孔金屬化製程技術，經歷了化學鍍銅製程技術、黑孔製程技術及黑影製程技術的發展過程。由於黑孔製程技術及黑影製程技術克服了化學鍍銅技術在環保、安全、品質、成本、效率等諸方面存在的缺陷，現已成為PCB板層間導線聯通孔金屬化的新興技術。
黑孔製程技術是利用碳的吸附性，通過物理的電性相吸作用，在PCB板已經鑽好的聯通孔的玻纖板孔壁上吸附一層碳黑作為導電碳膜；而黑影製程技術則是在PCB板已經鑽好的聯通孔的玻纖板孔壁上吸附一層石墨作為導電碳膜；二者的目的都是為在聯通孔的孔壁上鍍銅提供一個基礎襯層；PCB板黑孔製程或黑影製程水平生產線工藝流程為：
清潔 → 一次黑孔→整孔→二次黑孔 →微蝕→
抗氧化→出料。
所述工藝流程各工步的基本功能是：
1、清潔
清潔鍍槽內為弱鹼性溶液與微弱的複合劑（是一種界面活性劑）的混合溶液，PCB板入槽後，混合溶液利用複合劑的輸水基深入孔壁，將孔壁上的汙物清洗掉，混合溶液複合劑中的親水基則將PCB板孔壁的樹脂與玻璃纖維調整為帶正電荷的表面；
2、一次黑孔
一次黑孔鍍槽內主要包括精細石墨與炭黑粉、液體分散劑（去離子水）和表面活性劑等組成的混合溶液，混合溶液中的精細石墨與炭黑粉帶負電荷；經清潔後的PCB板入槽後，在PCB板孔壁表面正電荷的吸附作用下，PCB板孔壁表面形成一層石墨或炭黑導電碳膜；
3、整孔
所述整孔，實質是重複「清潔」工序，原因是：PCB板的玻纖板的電性不易改變，第一次黑孔製程不能在PCB板的玻纖板層孔壁表面形成符合要求的石墨或炭黑導電碳膜，故須再次清潔處理進行二次黑孔製程；
4、二次黑孔
所述二次黑孔，實質是重複「一次黑孔」工序，目的是確保PCB板孔壁表面形成一層符合要求的石墨炭黑導電碳膜；
5、微蝕
經二次黑孔後的PCB板入槽後，微蝕槽內的微蝕液通過噴灑和湧動透過導電碳膜的間隙接觸到PCB板覆銅層孔壁，並腐蝕覆銅層孔壁，使處於該處的導電碳膜與覆銅層孔壁分離而脫落，同時覆銅層孔壁因微蝕而粗化；
6、抗氧化
經微蝕後的PCB板入槽後，利用銅面鈍化藥水，對微蝕後的PCB板覆銅層孔壁進行鈍化處理；
7、出料
將經抗氧化處理後的PCB板轉入鍍銅工序。
黑孔製程技術與黑影製程技術雖然克服了化學鍍銅技術的缺陷，但兩者本身也存在著不同的缺陷，特別是在雙面PCB板和PCB厚板孔金屬化製程中，由於黑孔製程技術以碳黑為導電介質，受碳黑材料導電性低的局限，在PCB板玻纖板層孔壁上形成導電碳膜後再電鍍銅時，穿鍍能力不夠，所以只能局部用在薄板或軟板領域；而黑影製程以石墨為介質，導電性雖然比碳黑好，但是因為石墨粒徑較大（＞1000納米），容易在PCB板覆銅層孔壁上形成殘墨，造成後續的信賴性缺陷；而這兩者具有的共同缺陷是製程工序長，即需要二次清潔和二次黑孔工序，生產效率低。
技術實現要素：
為解決現有技術存在的上述問題，本發明提供了一種水溶性導電納米金屬碳漿，本發明所述納米金屬是指具有良好導電性的有色金屬，如銅、鋁、錫等納米金屬粉；所述水溶性導電納米金屬碳漿是通過以下技術方案實現的：
一種水溶性導電納米金屬碳漿，其特徵在於：所述水溶性導電納米金屬碳漿包括粒徑範圍為10～60納米、濃度為0.05～8克/升的水溶性納米金屬溶液，粒徑為100～1000納米、濃度為10～50克/升的水溶性納米級導電碳黑溶液；所述水溶性納米金屬溶液與所述水溶性納米級導電碳黑溶液按1：100的比例混合，再添加水和至少5種濃度為0.5～10克/升的界面活性劑、濃度為0.05～1克/升的有機還原劑後，採用研磨機進行研磨分散，使納米金屬粉顆粒鑲嵌入碳黑顆粒內，形成所述水溶性導電納米金屬碳漿。
優選的，所述納米金屬粉的粒徑為15～50納米；所述納米級導電碳黑的粒徑為180～950納米；所述界面活性劑包含溼潤劑，滲透劑，分散劑，高分子阻隔劑，觸變劑，消泡劑。
優選的，所述研磨機為垂直式、臥式、或籃式砂磨機。
優選的，所述研磨機為納米砂磨機，轉速1000轉/分，研磨時間為2小時。
一種應用權利要求1所述水溶性導電納米金屬碳漿在PCB板孔的玻纖層孔壁表面製作的導電納米金屬碳膜襯管，所述導電納米金屬碳膜襯管的構成方法是：
a、清潔
鍍槽內為弱鹼性溶液與微弱的複合劑的混合溶液，將按設計要求完成鑽孔的PCB板浸入鍍槽，混合溶液中複合劑的輸水基深入孔壁，將孔壁上的汙物清洗掉，混合溶液中複合劑的親水基則將PCB板的玻纖層孔壁的表面調整為帶正電荷；
b、黑孔
黑孔鍍槽內主要包括水溶性導電納米金屬碳漿、液體分散劑和表面活性劑等組成的混合溶液，混合溶液中的水溶性導電納米金屬碳漿帶負電荷；經清潔後的PCB板浸入鍍槽，在PCB板孔壁表面正電荷的吸附作用下，在PCB板的玻纖板層孔壁表面及覆銅層孔壁表面形成了一個導電納米金屬碳膜襯管；
c、微蝕
將聯通孔表面有導電納米金屬碳膜襯管的PCB板浸入微蝕鍍槽，微蝕鍍槽內的微蝕液通過噴灑和湧動透過導電納米銀碳膜的間隙接觸到PCB板覆銅層孔壁，並腐蝕覆銅層孔壁，使處於該處的導電納米金屬碳膜與覆銅層孔壁分離而脫落；
d、抗氧化
經微蝕後的PCB板入浸入抗氧化鍍槽，利用銅面鈍化藥水，對微蝕後的PCB板覆銅層孔壁進行鈍化處理；
e、水洗
去除過多抗氧化劑；
f、烘乾
去除水份，使PCB板乾燥。
所述應用水溶性導電納米金屬碳漿在PCB板孔的玻纖層孔壁表面製作的導電納米金屬碳膜襯管的方法中，至工步c，PCB板孔的黑孔製程即已完成，後續步驟d 、e、f都是為下一道鍍銅準備的工步。
優選的，所述PCB板厚度為0.05～3.5毫米，孔徑0.1～1.0毫米。
優選的，步驟b所述水溶性導電納米金屬碳漿黑孔鍍槽內設有納米均質研磨設備；所述納米均質研磨設備為離心珠磨、或高頻振動研磨、或超聲波破碎機、或前述二種以上研磨設備並用。
優選的，所述納米均質研磨設備可連續運行，或間歇運行。
通過上述優選製作步驟，能夠使所述PCB板孔玻纖板層孔壁表面的導電納米金屬碳膜襯管獲得相對更優質的質量。
本發明所述水溶性導電金屬碳漿形成的機理：所述納米金屬粉的粒徑為10～30納米；納米級導電碳黑的粒徑為100～800納米；納米級導電碳黑的其微觀結構為帶側鏈之高結構中空導電碳黑，即納米級導電碳黑的顆粒像海綿一樣有很多的空隙，其比表面積為600～1500平方米/克，所述水溶性納米級導電碳黑溶液與所述水溶性納米銀溶液按1：100的比例混合後，經過研磨機進行研磨分散，使納米金屬粉顆粒便鑲嵌入碳黑顆粒內，形成水溶性納米導電金屬碳漿。
與導電石墨或碳黑塗層相比，本發明所述納米導電金屬碳漿形成的納米導電金屬碳膜襯管的電阻顯著降低，達到導電級材料水平，可廣泛應用PCB板孔金屬化工藝製程。
實驗證明：使用本發明所述水溶性納米導電金屬碳漿進行黑孔製程，PCB板孔玻纖板層孔壁表面形成的導電金屬碳膜襯管的導電率比使用石墨或炭黑黑孔製程技術有顯著提升，可以滿足各種PCB板黑孔製程，尤其是PCB厚板及多層板孔金屬化的需求，大大改善品質及提高效率，收到了很好的效果。
附圖說明：
圖1是一種PCB板孔內的導電納米金屬碳膜襯管示意圖，其中：
圖1a是PCB板的上面示意圖；
圖1b是PCB板的下面示意圖。
圖2是圖1所示PCB板孔的剖面示意圖，其中：
圖2a是圖1所示PCB板鑽孔後的剖面示意圖；
圖2b是圖2a所示PCB板孔內製成導電納米金屬碳膜襯管的示意圖。
圖3是圖2b所示PCB板孔金屬化後的示意圖，其中：
圖3a是圖2b所示PCB板內的導電納米金屬碳膜襯管微蝕後的示意圖；
圖3b是3a所示PCB板孔金屬化後的示意圖。
附圖標記說明
1 PCB板上面，11 PCB板上面導線；
2 PCB板下面，21 PCB板下面導線；
3 PCB板上面與下面導線聯通孔，31導電納米金屬碳膜襯管；
32 PCB板金屬化孔；
4 PCB板玻纖層板。
具體實施方式
下面結合具體的實施方式來對本發明進行說明。
實施例1：
一種水溶性導電納米金屬碳漿，其特徵在於：所述水溶性導電納米金屬碳漿包括粒徑範圍為10～60納米、濃度為0.05～8克/升的水溶性納米金屬溶液，粒徑為100～1000納米、濃度為10～50克/升的水溶性納米級導電碳黑溶液；所述水溶性納米金屬溶液與所述水溶性納米級導電碳黑溶液按1：100的比例混合，再添加水和至少5種濃度為0.5～10克/升的界面活性劑、濃度為0.05～1克/升的有機還原劑後，採用研磨機進行研磨分散，使納米金屬粉顆粒鑲嵌入碳黑顆粒內，形成所述水溶性導電納米金屬碳漿。
實施例2：
本實施例與實施例1的區別是：所述納米金屬粉的粒徑為15～50納米；所述納米級導電碳黑的粒徑為180～950納米；所述界面活性劑包含溼潤劑，滲透劑，分散劑，高分子阻隔劑，觸變劑，消泡劑。
實施例3：
本實施例與實施例1的區別是：所述研磨機為垂直式、臥式、或籃式砂磨機。
實施例4：
本實施例與實施例3的區別是：所述研磨機為納米砂磨機，轉速1000轉/分，研磨時間為2小時。
應用實施例1
一種應用權利要求1所述水溶性導電納米金屬碳漿在PCB板孔的玻纖層孔壁表面製作的導電納米金屬碳膜襯管，所述導電納米金屬碳膜襯管的構成方法是：
a、清潔
鍍槽內為弱鹼性溶液與微弱的複合劑的混合溶液，將按設計要求完成鑽孔的PCB板浸入鍍槽，混合溶液中複合劑的輸水基深入孔壁，將孔壁上的汙物清洗掉，混合溶液中複合劑的親水基則將PCB板的玻纖層孔壁的表面調整為帶正電荷；
b、黑孔
黑孔鍍槽內主要包括水溶性導電納米金屬碳漿、液體分散劑和表面活性劑等組成的混合溶液，混合溶液中的水溶性導電納米金屬碳漿帶負電荷；經清潔後的PCB板浸入鍍槽，在PCB板孔壁表面正電荷的吸附作用下，在PCB板的玻纖板層孔壁表面及覆銅層孔壁表面形成了一個導電納米金屬碳膜襯管；
c、微蝕
將聯通孔表面有導電納米金屬碳膜襯管的PCB板浸入微蝕鍍槽，微蝕鍍槽內的微蝕液通過噴灑和湧動透過導電納米銀碳膜的間隙接觸到PCB板覆銅層孔壁，並腐蝕覆銅層孔壁，使處於該處的導電納米金屬碳膜與覆銅層孔壁分離而脫落；
d、抗氧化
經微蝕後的PCB板入浸入抗氧化鍍槽，利用銅面鈍化藥水，對微蝕後的PCB板覆銅層孔壁進行鈍化處理；
e、水洗
去除過多抗氧化劑；
f、烘乾
去除水份，使PCB板乾燥。
所述應用水溶性導電納米金屬碳漿在PCB板孔的玻纖層孔壁表面製作的導電納米金屬碳膜襯管的方法中，至工步c，PCB板孔的黑孔製程即已完成，後續步驟d 、e、f都是為下一道鍍銅準備的工步。
應用實施例2
本應用實施例與應用實施例1的區別是：所述PCB板厚度為0.05～3.5毫米，孔徑0.1～1.0毫米。
應用實施例3
本應用實施例與應用實施例1的區別是：步驟b所述水溶性導電納米金屬碳漿黑孔鍍槽內設有納米均質研磨設備；所述納米均質研磨設備為離心珠磨、或高頻振動研磨、或超聲波破碎機、或前述二種以上研磨設備並用。
應用實施例4
本應用實施例與應用實施例3的區別是：所述納米均質研磨設備可連續運行，或間歇運行。
通過上述優選製作步驟，能夠使所述PCB板孔玻纖板層孔壁表面的導電納米金屬碳膜襯管獲得相對更優質的質量。
本發明所述水溶性導電金屬碳漿形成的機理：所述納米金屬粉的粒徑為10～30納米；納米級導電碳黑的粒徑為100～800納米；納米級導電碳黑的其微觀結構為帶側鏈之高結構中空導電碳黑，即納米級導電碳黑的顆粒像海綿一樣有很多的空隙，其比表面積為600～1500平方米/克，所述水溶性納米級導電碳黑溶液與所述水溶性納米銀溶液按1：100的比例混合後，經過研磨機進行研磨分散，使納米金屬粉顆粒便鑲嵌入碳黑顆粒內，形成水溶性納米導電金屬碳漿。
與導電石墨或碳黑塗層相比，本發明所述納米導電金屬碳漿形成的納米導電金屬碳膜襯管的電阻顯著降低，達到導電級材料水平，可廣泛應用PCB板孔金屬化工藝製程。
實驗證明：使用本發明所述水溶性納米導電金屬碳漿進行黑孔製程，PCB板孔玻纖板層孔壁表面形成的導電金屬碳膜襯管的導電率比使用石墨或炭黑黑孔製程技術有顯著提升，且簡化黑孔製程工藝，提高生產效率。
以上內容僅為本發明的較佳實施例，對於本領域的普通技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式及應用範圍上均會有改變之處，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。