一种水溶性导电纳米银碳浆的制造及其应用方法与流程

本发明涉及纳米银粉应用技术领域，尤其是涉及PCB板孔黑孔工艺制程的一种水溶性导电纳米银碳浆的制造及应用。

背景技术：

在PCB板制造中过程中，双面或多层PCB板层间导线的联通，是通过对PCB板层间导线联通孔金属化的技术来实现的。

PCB板层间导线联通孔金属化制程的技术，经历了化学镀铜制程技术、黑孔制程技术及黑影制程技术的发展过程。由于黑孔制程技术及黑影制程技术克服了化学镀铜技术在环保、安全、品质、成本、效率等诸方面存在的缺陷，现已成为PCB板层间导线联通孔金属化的新兴技术。

黑孔制程技术是利用碳的吸附性，通过物理的电性相吸作用，在PCB板已经钻好的联通孔的玻纤板孔壁上吸附一层碳黑作为导电碳膜；而黑影制程技术则是在PCB板已经钻好的联通孔的玻纤板孔壁上吸附一层石墨作为导电碳膜；二者的目的都是为在联通孔的孔壁上镀铜提供一个基础衬层；PCB板黑孔制程或黑影制程水平生产线工艺流程为：

清洁→一次黑孔→ 整孔→二次黑孔→微蚀→

抗氧化→出料。

所述工艺流程各工步的基本功能是：

1、清洁

清洁镀槽内为弱碱性溶液与微弱的复合剂（是一种界面活性剂）的混合溶液，PCB板入槽后，混合溶液利用复合剂的输水基深入孔壁，将孔壁上的污物清洗掉，混合溶液复合剂中的亲水基则将PCB板孔壁的树脂与玻璃纤维调整为带正电荷的表面；

2、一次黑孔

一次黑孔镀槽内主要包括精细石墨与炭黑粉、液体分散剂（去离子水）和表面活性剂等组成的混合溶液，混合溶液中的精细石墨与炭黑粉带负电荷；经清洁后的PCB板入槽后，在PCB板孔壁表面正电荷的吸附作用下，PCB板孔壁表面形成一层石墨或炭黑导电碳膜；

3、整孔

所述整孔，实质是重复“清洁”工序，原因是：PCB板的玻纤板的电性不易改变，第一次黑孔制程不能在PCB板的玻纤板层孔壁表面形成符合要求的石墨或炭黑导电碳膜，故须再次清洁处理进行二次黑孔制程；

4、二次黑孔

所述二次黑孔，实质是重复“一次黑孔”工序，目的是确保PCB板孔壁表面形成一层符合要求的石墨炭黑导电碳膜；

5、微蚀

经二次黑孔后的PCB板入槽后，微蚀槽内的微蚀液通过喷洒和涌动透过导电碳膜的间隙接触到PCB板覆铜层孔壁，并腐蚀覆铜层孔壁，使处于该处的导电碳膜与覆铜层孔壁分离而脱落，同时覆铜层孔壁因微蚀而粗化；

6、抗氧化

经微蚀后的PCB板入槽后，利用铜面钝化药水，对微蚀后的PCB板覆铜层孔壁进行钝化处理；

7、出料

将经抗氧化处理后的PCB板转入镀铜工序。

黑孔制程技术与黑影制程技术虽然克服了化学镀铜技术的缺陷，但两者本身也存在着不同的缺陷，特别是在双面PCB板和PCB厚板孔金属化制程中，由于黑孔制程技术以碳黑为导电介质，受碳黑材料导电性低的局限，在PCB板玻纤板层孔壁上形成导电碳膜后再电镀铜时，穿镀能力不够，所以只能局部用在薄板或软板领域；而黑影制程以石墨为介质，导电性虽然比碳黑好，但是因为石墨粒径较大（＞1000纳米），容易在PCB板覆铜层孔壁上形成残墨，造成后续的信赖性缺陷；而这两者具有的共同缺陷是制程工序长，即需要二次清洁和二次黑孔工序，生产效率低。

技术实现要素：

为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种水溶性导电纳米银碳浆的制造技术方案如下：

一种水溶性导电纳米银碳浆的制造方法，所述方法包括如下步骤：

①选一种水溶性纳米银溶液，所述水溶性纳米银溶液包括：粒径范围为5～60纳米、浓度为0.05～8克/升的纳米银粉，还包括水和至少5种浓度为0.5～10克/升的界面活性剂、浓度为0.05～1克/升的有机还原剂；

②选一种水溶性纳米级导电碳黑溶液，所述水溶性纳米级导电碳黑溶液包括：粒径为100～900纳米、浓度为10～50克/升的纳米级导电碳黑，还包括水和至少5种浓度为0.5～10克/升的界面活性剂；

③将步骤①所述水溶性纳米银溶液与步骤②水溶性纳米级导电碳黑溶液按1：100的比例混合形成水溶性导电纳米银碳溶液；

④将步骤③所述水溶性导纳米电银碳浆送入研磨机进行研磨，使纳米银粉颗粒分散镶嵌入碳黑颗粒内，形成水溶性导电纳米银碳浆。

优选的，所述研磨机为纳米砂磨机，转速1000转/分，研磨时间为2小时。

优选的，所述纳米银粉的粒径为40纳米；所述纳米级导电碳黑的粒径为700纳米；所述界面活性剂包含湿润剂，渗透剂，分散剂，高分子阻隔剂，触变剂，消泡剂。

优选的，水溶性导电纳米银碳浆为非牛顿流体， 动黏度为20 ~ 4000 CPS具有良好的悬浮安定性。

一种应用水溶性导电纳米银碳浆对PCB板孔进行黑孔制程的方法，所述方法包括如下步骤：

a、清洁

清洁镀槽内为弱碱性溶液与微弱的复合剂的混合溶液，将按设计要求完成钻孔的PCB板浸入镀槽，混合溶液中复合剂的输水基深入孔壁，将孔壁上的污物清洗掉，混合溶液中复合剂的亲水基则将PCB板的玻纤层孔壁的表面调整为带正电荷；

b、黑孔

黑孔镀槽内主要包括水溶性导电纳米银碳浆、液体分散剂和表面活性剂等组成的混合溶液，混合溶液中的水溶性导电纳米银碳浆带负电荷；经清洁后的PCB板浸入镀槽，在PCB板的玻纤板层孔壁表面正电荷的吸附作用下，在PCB板的玻纤板层孔壁表面及覆铜层孔壁表面均沉积有一层导电纳米银碳膜；

c、微蚀

将表面沉积有导电纳米银碳膜的PCB板浸入微蚀镀槽，微蚀镀槽内的微蚀液通过喷洒和涌动透过导电纳米银碳膜的间隙接触到PCB板覆铜层孔壁，并腐蚀覆铜层孔壁，使处于该处的导电纳米银碳膜与覆铜层孔壁分离而脱落，而在PCB板的玻纤板层孔壁表面的导电纳米银碳膜则固定保留，同时覆铜层孔壁因微蚀而粗化；

d、抗氧化

经微蚀后的PCB板入浸入抗氧化镀槽，利用铜面钝化药水，对微蚀后的PCB板覆铜层孔壁进行钝化处理；

e、水洗

去除过多抗氧化剂；

f、烘干

去除水份，使板面干燥。

所述应用水溶性导电纳米银碳浆对PCB板孔玻纤板层孔壁进行黑孔制程的方法中，至步骤c，PCB板孔的黑孔制程即已完成，后续步骤d 、e、f都是为下一道镀铜准备的工步。

优选的，所述PCB板厚度为0.05～3.5毫米，孔径0.1～1.0毫米。

优选的，步骤b所述水溶性导电纳米银碳浆黑孔镀槽内设有纳米均质研磨设备。

优选的，步骤b所述水溶性导电纳米银碳浆黑孔镀槽内的纳米均质研磨设备为离心珠磨、或高频振动研磨、或超声波破碎机、或前述二种以上研磨设备并用。

优选的，所述纳米均质研磨设备可连续运行，或间歇运行。

本发明所述导水溶性导电纳米银碳浆形成的机理：所述纳米银粉的粒径为10～30纳米；纳米级导电碳黑的粒径为100～800纳米；纳米级导电碳黑的其微观结构为带侧链之高结构中空导电碳黑，即纳米级导电碳黑的颗粒像海绵一样有很多的空隙，其比表面积为600～1500平方米/克，所述水溶性纳米级导电碳黑溶液与所述水溶性纳米银溶液按1：100的比例混合后，经过研磨机进行研磨分散，使纳米银粉颗粒便被镶嵌入碳黑颗粒内，形成水溶性纳米导电银碳浆。

本发明的有益效果是：为PCB板玻纤层孔壁黑孔制程提供了一种优于炭黑或石墨形成的导电碳膜的纳米导电银碳膜，并简化黑孔制程工艺，提高生产效率。

附图说明：

图1是一种PCB板孔内的导电纳米金属碳膜衬管示意图，其中：

图1a是图1所示PCB板的上面示意图；

图1b是图1所示PCB板的下面示意图。

图2是图1a所示PCB板孔的剖面示意图，其中：

图2a是图1所示PCB板钻孔后的示意图；

图2b是图2a所示PCB板孔内制成导电纳米金属碳膜的示意图。

图3是图2b所示PCB板孔金属化后的示意图，其中：

图3a是图2b所示PCB板内的导电纳米金属碳膜微蚀后的示意图；

图3b是3a所示PCB板孔金属化后的示意图。

附图标记说明

1 PCB板上面，11 PCB板上面导线；

2 PCB板下面，21 PCB板下面导线；

3 PCB板上面与下面导线联通孔，31导电纳米金属碳膜；

32 PCB板金属化孔；

4 PCB板玻纤层板。

具体实施方式

下面结合具体的实施方式来对本发明进行说明。

实施例1：

一种水溶性导电纳米银碳浆的制造方法，所述方法包括如下步骤：

①选一种水溶性纳米银溶液，所述水溶性纳米银溶液包括：粒径范围为5～60纳米、浓度为0.05～8克/升的纳米银粉，还包括水和至少5种浓度为0.5～10克/升的界面活性剂、浓度为0.05～1克/升的有机还原剂；

②选一种水溶性纳米级导电碳黑溶液，所述水溶性纳米级导电碳黑溶液包括：粒径为100～900纳米、浓度为10～50克/升的纳米级导电碳黑，还包括水和至少5种浓度为0.5～10克/升的界面活性剂；

③将步骤①所述水溶性纳米银溶液与步骤②水溶性纳米级导电碳黑溶液按1：100的比例混合形成水溶性导电纳米银碳溶液；

④将步骤③所述水溶性导纳米电银碳浆送入研磨机进行研磨，使纳米银粉颗粒分散镶嵌入碳黑颗粒内，形成水溶性导电纳米银碳浆。

实施例2：

本实施例与实施例1的区别是：所述研磨机为纳米砂磨机，转速1000转/分，研磨时间为2小时。

实施例3：

本实施例与实施例1的区别是：所述纳米银粉的粒径为40纳米；所述纳米级导电碳黑的粒径为700纳米；所述界面活性剂包含湿润剂，渗透剂，分散剂，高分子阻隔剂，触变剂，消泡剂。

实施例4：

本实施例与实施例1的区别是：所述水溶性导电纳米银碳浆为非牛顿流体， 动黏度为20～4000 CPS具有良好的悬浮安定性。

应用实施例1

一种应用水溶性导电纳米银碳浆对PCB板孔进行黑孔制程的方法，所述方法包括如下步骤：

a、清洁

清洁镀槽内为弱碱性溶液与微弱的复合剂的混合溶液，将按设计要求完成钻孔的PCB板浸入镀槽，混合溶液中复合剂的输水基深入孔壁，将孔壁上的污物清洗掉，混合溶液中复合剂的亲水基则将PCB板的玻纤层孔壁的表面调整为带正电荷；

b、黑孔

黑孔镀槽内主要包括水溶性导电纳米银碳浆、液体分散剂和表面活性剂等组成的混合溶液，混合溶液中的水溶性导电纳米银碳浆带负电荷；经清洁后的PCB板浸入镀槽，在PCB板的玻纤板层孔壁表面正电荷的吸附作用下，在PCB板的玻纤板层孔壁表面及覆铜层孔壁表面均沉积有一层导电纳米银碳膜；

c、微蚀

将表面沉积有导电纳米银碳膜的PCB板浸入微蚀镀槽，微蚀镀槽内的微蚀液通过喷洒和涌动透过导电纳米银碳膜的间隙接触到PCB板覆铜层孔壁，并腐蚀覆铜层孔壁，使处于该处的导电纳米银碳膜与覆铜层孔壁分离而脱落，而在PCB板的玻纤板层孔壁表面的导电纳米银碳膜则固定保留，同时覆铜层孔壁因微蚀而粗化；

d、抗氧化

经微蚀后的PCB板入浸入抗氧化镀槽，利用铜面钝化药水，对微蚀后的PCB板覆铜层孔壁进行钝化处理；

e、水洗

去除过多抗氧化剂；

f、烘干

去除水份，使板面干燥。

所述应用水溶性导电纳米银碳浆对PCB板孔PCB板孔进行黑孔制程的方法中，至步骤c，PCB板孔的黑孔制程即已完成，后续步骤d 、e、f都是为下一道镀铜准备的工步。

应用实施例2

本应用实施例与应用实施例1的区别是：所述PCB板厚度为0.05～3.5毫米，孔径0.1～1.0毫米。

应用实施例3

本应用实施例与应用实施例1的区别是：步骤b所述水溶性导电纳米银碳浆黑孔镀槽内设有纳米均质研磨设备。

应用实施例4

本应用实施例与应用实施例3的区别是：步骤b所述水溶性导电纳米银碳浆黑孔镀槽内的纳米均质研磨设备为离心珠磨、或高频振动研磨、或超声波破碎机、或前述二种以上研磨设备并用。

应用实施例5

本应用实施例与应用实施例3、4的区别是：所述纳米均质研磨设备可连续运行，或间歇运行。

本发明所述导水溶性导电纳米银碳浆形成的机理：所述纳米银粉的粒径为10～30纳米；纳米级导电碳黑的粒径为100～800纳米；纳米级导电碳黑的其微观结构为带侧链之高结构中空导电碳黑，即纳米级导电碳黑的颗粒像海绵一样有很多的空隙，其比表面积为600～1500平方米/克，所述水溶性纳米级导电碳黑溶液与所述水溶性纳米银溶液按1：100的比例混合后，经过研磨机进行研磨分散，使纳米银粉颗粒便被镶嵌入碳黑颗粒内，形成水溶性纳米导电银碳浆。

本发明的有益效果是：为PCB板玻纤层孔壁黑孔制程提供了一种优于炭黑或石墨形成的导电碳膜的纳米导电银碳膜，并简化黑孔制程工艺，提高生产效率。

实验1及结果对比：

制作两块60×100毫米、板厚1.6毫米的FR-4双面板上， 分别钻20个0.3毫米的孔、 20个0.5毫米的孔、20个1.0毫米的孔；

应用现有技术石墨或炭黑制程黑孔，镀膜用时5分钟， 有7个孔未能镀通，再镀5分钟，仍有5个孔轻微孔破，微蚀后测试石墨或炭黑导电碳膜表面电阻为3500欧姆。

应用本发明银碳浆制程黑孔，镀膜用时不到5分钟，60个孔全部镀通， 微蚀后测试纳米银碳导电碳膜表面电阻为50欧姆。

实验2及结果对比：

以截面积为1cm²长度为10cm的高密度海绵，浸泡湿润于石墨或炭黑浆中，并施以充分挤压，充分干燥后，测其两端电阻值大于100KΩ；再次湿润浸泡1分钟后充分干燥，测其电阻为30KΩ。

以截面积为1cm²长度为10cm的高密度海绵，充分挤压浸泡湿润于纳米银碳浆中1分钟，经充分干燥后，测其两端电阻值为4KΩ。

对比实验1的结果可以发现：与现有技术相比，在同等条件下，本发明所述纳米导电银碳浆形成的纳米导电银碳膜的电阻至少降低至七十分之一；对比实验2的结果可以发现：与现有技术相比，在同等条件下，本发明所述纳米导电银碳浆形成的纳米导电银碳膜的电阻至少降低至二十五分之一；在特别条件下，本发明所述纳米导电银碳浆形成的纳米导电银碳膜的电阻至少降低至七分之一。

实验证明：本发明所述纳米导电银碳浆形成的纳米导电银碳膜达到导电级水平，为PCB板玻纤层孔壁表面黑孔制程提供了一种优于炭黑或石墨形成的导电碳膜的纳米导电银碳膜，简化黑孔制程工艺，提高生产效率。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。