СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ НА ПЕЧАТНУЮ СХЕМУ ТОКОПРОВОДЯЩИХ ДОРОЖЕК Российский патент 2003 года по МПК H05K3/18 

Настоящее изобретение относится к способу нанесения на печатную схему токопроводящих дорожек, а также к устройству, пригодному для реализации этого способа.

Хорошо известный и удобный способ производства печатных схем включает в себя нанесение на подложку токопроводящих дорожек (проводников), с использованием, например, техники трафаретной печати. Проводники наносят с использованием токопроводящего красителя, который обычно состоит из полимерного материала, содержащего токопроводящие частицы, например частицы меди, серебра или иного подходящего металла, диспергированные в полимерном составе. Полимерные материалы обычно подвергают отверждению с доведением до твердого состояния, применяя для этого, например, инфракрасное или ультрафиолетовое излучение.

Хотя применяемые токопроводящие красители обладают достаточной для их использования при определенных обстоятельствах электропроводностью, их электропроводность ни при каких обстоятельствах не достигает величины электропроводности меди или иных проводящих металлов. Даже токопроводящие красители с наилучшими характеристиками обладают электропроводностью, которая в большинстве случаев составляет всего лишь одну десятую от электропроводности меди. Предлагается повысить проводимость печатных проводников на сплошных печатных схемах путем нанесения дорожек путем гальванического покрытия слоем подходящего металла, например меди, однако, для применения гальванического покрытия, необходимо наличие замкнутой электрической цепи; это не всегда возможно в случае, когда печатные проводники печатной схемы являются дискретными и не соединяются между собой. Кроме того, гальваническое покрытие требует погружения подложки с печатными проводниками в ванну подходящего плакирующего раствора: этот прием ограничивает выбор подложек, которые могут быть подвергнуты обработке таким способом гальванического покрытия - погружением, например, подложки на бумажной основе в целом непригодны, поскольку подвергаются агрессивному воздействию плакирующего раствора и размягчению. Предлагается также наносить больше проводящего покрытия на печатные проводники, выполненные из печатного красителя, способом нанесения покрытия методом химического восстановления. Нанесение покрытия методом химического восстановления предусматривает использование плакирующих растворов, менее стабильных по сравнению с применяемыми обычно в способе гальванического покрытия, в связи с чем процесс труднее контролировать. Кроме того, нанесение покрытия методом химического восстановления также требует погружения подложки в плакирующий раствор с возможностью агрессивного воздействия на подложку, а также ограничением толщины нанесенного слоя.

Одной из задач настоящего изобретения является создание усовершенствованного способа нанесения токопроводящих дорожек на печатную схему методом гальванического покрытия.

Другой задачей настоящего изобретения является получение улучшенной печатной схемы.

Одним из аспектов изобретения является способ нанесения токопроводящих дорожек на печатную схему путем гальванического покрытия токопроводящих дорожек, полученных путем отпечатывания их на подложке, включающий в себя нанесение на подложку с токопроводящими дорожками покрытия из плакирующего раствора с помощью устройства, в котором первый электрод образован гальванической схемой, а второй электрод образуется токопроводящими дорожками, которые должны быть нанесены способом гальванического покрытия.

При реализации способа, являющегося предметом настоящего изобретения, краситель, образующий печатные проводники, предпочтительно состоит из отвержденного полимерного состава, содержащего электропроводящие частицы.

Желательно, чтобы при реализации способа, являющегося предметом настоящего изобретения, первый полюс гальванической схемы соединялся с первым электродом, а второй, противоположный полюс гальванической схемы соединялся со вторым электродом.

Предпочтительно при реализации способа, являющегося предметом настоящего изобретения, использовать устройство, содержащее инструмент, состоящий из поглощающего элемента, в котором может помещаться плакирующий раствор, в котором первый электрод имеет электрическую связь с плакирующим раствором, находящимся в поглощающем элементе, и в котором нанесение плакирующего раствора на подложку осуществляется путем проведения поглощающего элемента по подложке. Желательно, чтобы устройство содержало также второй электрод, электрически изолированный от первого электрода и находящийся на определенном расстоянии от поглощающего элемента, причем второй электрод приспособлен для проведения по поверхности подложки при проведении по поверхности подложки поглощающего элемента.

Согласно другому варианту способа, являющегося предметом настоящего изобретения, токопроводящие дорожки могут быть подвергнуты обработке сканирующим пучком электронов для ионизации токопроводящих дорожек и создания на них полярности, противоположной полярности первого электрода.

Желательно, чтобы при реализации способа, являющегося предметом настоящего изобретения, плакирующий раствор состоял из сульфата меди; однако, можно использовать любой плакирующий раствор, который может помещаться в поглощающем элементе. При реализации заявленного способа желательно покрывать токопроводящие дорожки плакирующим раствором в степени, достаточной для получения на них слоя меди нужной толщины, обычно толщиной 20 мкм.

Другим аспектом изобретения является устройство для осуществления покрытия электропроводящих участков подложки, содержащего поглощающий элемент, в котором может помещаться плакирующий раствор, первый электрод, приспособленный для образования электрического контакта с плакирующим раствором, находящимся в поглощающем элементе, и, по меньшей мере, один второй электрод, электрически изолированный от первого электрода и находящийся на определенном расстоянии от поглощающего элемента, причем второй электрод располагается таким образом, что при проведении поглощающего элемента по поверхности подложки можно проводить по указанной поверхности подложки вторым электродом.

При реализации заявленного способа предпочтительным является использование устройства, являющегося предметом настоящего изобретения.

Поглощающий элемент этого устройства может быть снабжен любым подходящим средством, которое может поглощать плакирующий раствор, например, поглощающий элемент может быть представлен щеткой или гибким пеноматериалом со взаимно соединенными порами.

Соответственно заявленное устройство содержит средство для подачи плакирующего раствора на поглощающий элемент.

В предпочтительном варианте заявленное устройство содержит два электрически связанных вторых электрода, установленных таким образом, что при проведении поглощающим элементом по поверхности подложки один из вторых электродов ведет поглощающий элемент, а другой второй электрод следует за поглощающим элементом. Желательно, чтобы этот или каждый второй электрод был снабжен гибким электропроводным полотном, например, гибким металлическим полотном, выполненным, например, из меди.

В другом аспекте изобретение может рассматриваться как создание печатной схемы, содержащей множество дискретных токопроводящих дорожек, причем каждая дорожка состоит из слоя отвержденного электропроводящего красителя на электрически изолирующей подложке, и слоя проводящего металла, нанесенного на отвержденный краситель путем гальванического покрытия.

При реализации заявленного способа нет необходимости погружать подложку с печатными проводниками в ванну для покрытия. Количество плакирующего раствора, входящего в соприкосновение с подложкой, очень мало, и заявленный способ представляет собой, по существу, способ сухого гальванического покрытия, поэтому, существует возможность покрытия дорожек на подложках, которые не могут быть подвергнуты гальваническому покрытию в системе погружения. Кроме того, при реализации предпочтительного варианта заявленного способа, нет необходимости, чтобы токопроводящие дорожки были непрерывными, поскольку применение инструмента, являющегося предметом настоящего изобретения, или устройства для сканирования пучка электронов позволяет подвергать гальваническому покрытию дискретные токопроводящие дорожки. Заявленный способ может управляться для получения покрытия с точным значением толщины: толщина слоя, нанесенного путем гальванического покрытия, является функцией силы тока и времени, в течение которого плакирующий раствор находится в контакте с участком, на который намечено нанести покрытие. Поэтому существует возможность подвергнуть гальваническому покрытию участки печатной схемы для получения покрытых участков различной толщины, что позволяет регулировать величину сопротивления участков печатной схемы для получения резисторов схемы. Такая система особенно удачно реализуется при использовании сканирующего пучка электронов, который может быть нацелен точно на заданную токопроводящую дорожку и быстро перемещаться для достижения нужной электропроводности.

Хотя, при реализации заявленного способа, устройство, с помощью которого наносится плакирующий раствор, можно держать в руке, желательно устанавливать это устройство на подходящем механизме, который может проводить устройством по поверхности подложки, на которой находятся токопроводящие дорожки.

На прилагаемых чертежах:
на фиг. 1 схематически показана печатная схема с дискретными токопроводящими дорожками, иллюстрирующая устройство в соответствии с настоящим изобретением; и
на фиг. 2 схематически показан вид сбоку устройства для осуществления способа в соответствии с представленным изобретением.

На фиг.1 показана печатная схема 10. Печатная схема состоит из подложки 12, на которую нанесено множество токопроводящих дорожек 14. Дорожки 14 нанесены на поверхность подложки 12 с помощью метода трафаретной печати, причем наносимый при печати краситель состоит из полимерного материала, содержащего электропроводные частицы серебра, и подвергнут отверждению путем облучения ультрафиолетовыми лучами для получения рисунка из дискретных токопроводящих дорожек. Первоначально нанесенные с использованием отверждаемого ультрафиолетовыми лучами красителя дорожки обладают относительно низкой электропроводностью.

Для повышения электропроводности дорожек, полученных методом трафаретной печати на подложке 12, подложку с токопроводящими дорожками 14 покрывают плакирующим раствором с помощью устройства 16, показанного пунктиром на фиг. 1 и схематически показанного в разрезе с торца на фиг.2.

Устройство 16 содержит поглощающий элемент 18, снабженный телом из гибкого пеноматериала со взаимно соединяющимися порами. Устройство 16 включает в себя также первый электрод (не показан), проникающий в поглощающий элемент 18. Кроме того, устройство включает в себя также два вторых электрода 20, установленных с каждой стороны поглощающего элемента 18 и близко прилегающих к наконечнику 22 поглощающего элемента 18, но все же отделенных от наконечника 22 и электрически изолированных от первого электрода и от поглощающего элемента.

Каждый из вторых электродов снабжен гибким, электропроводным пластинчатым элементом, выполненным из любого подходящего металлического материала, например медного сплава.

При реализации способа, который может рассматриваться как специализированный и технически прогрессивный вариант применения известного способа щеточного покрытия, поглощающий элемент 18 пропитывают плакирующим раствором таким образом, чтобы первый электрод находился в электрическом контакте с раствором. Затем устройство 16 вводят в соприкосновение с поверхностью подложки 12, так что наконечник 22 поглощающего элемента 18 слегка прижимается к поверхности подложки 12, а вторые электроды аналогичным образом слегка касаются поверхности подложки 12.

После ввода устройства 16 в соприкосновение с поверхностью подложки 12, им проводят по подложке 12 в направлении, указанном стрелкой А на фиг.1 и 2. Как показано на фиг.1, устройство 16 простирается на всю ширину подложки 12. Плакирующий раствор поступает в поглощающий элемент 18 в достаточном количестве, так что при проведении устройством 16 по поверхности подложки происходит нанесение устройством 16 плакирующего раствора на поверхность подложки. Первый электрод соединяется с положительным полюсом цепи гальванического покрытия, образуя анод, в то время как оба вторых электрода 20 соединяются с отрицательным полюсом цепи гальванического покрытия, образуя катод. Таким образом, при проведении устройством 16 по поверхности подложки происходит гальваническое покрытие токопроводящих дорожек 14. Сила электрического тока в цепи гальванического покрытия наряду со скоростью перемещения устройства по поверхности подложки позволяют контролировать количество плакирующего металла, отлагаемого на токопроводящих дорожках, и это средство контроля позволяет получить нужную толщину слоя металла, нанесенного на токопроводящие дорожки, обычно составляющую от 10 до 15 мкм. Можно использовать любой подходящий вид гальванического покрытия, но наиболее подходящим может быть обычный плакирующий раствор сульфата меди.

После обработки поверхности подложки 12 устройством 16 можно в случае необходимости смыть с поверхности подложки 12 весь избыточный плакирующий раствор.

Поскольку линии, отпечатанные на подложке 12 отверждаемым красителем, могут быть относительно хрупкими, давление, с которым устройство 16 воздействует на подложку, должно быть очень слабым, достаточным только для того, чтобы нанести достаточное количество плакирующего раствора и обеспечить электрический контакт между вторыми электродами 20 и токопроводящими дорожками 14.

Предлагаемый способ представляет собой легко управляемый способ гальванического покрытия дискретных токопроводящих дорожек, находящихся на поверхности подложки печатной схемы. Поскольку подложку не погружают в ванну гальванического покрытия, а способ является по существу "сухим" способом гальванического покрытия, при котором в соприкосновение с подложкой входит лишь незначительное количество раствора для гальванического покрытия, он может быть применен к таким подложкам, на которые оказало бы отрицательное воздействие погружение в ванну для гальванического покрытия. Кроме того, способ позволяет осуществлять гальваническое покрытие дискретных токопроводящих дорожек, что до сих пор не было возможно при любом обычном подходе.

Изобретение относится к способу нанесения на печатную схему токопроводящих дорожек и устройству для его реализации. Технический результат - создание усовершенствованного способа нанесения токопроводящих дорожек на печатную схему методом гальванического покрытия и получение улучшенной печатной схемы. Достигается тем, что в способе нанесения токопроводящих дорожек на печатную схему путем гальванического покрытия токопроводящих дорожек, полученных путем отпечатывания их на подложке, подложки с токопроводящими дорожками покрывают гальваническим раствором с помощью устройства, образующего первый электрод цепи гальванического покрытия, в то время, как второй электрод образован токопроводящими дорожками, которые подвергаются гальваническому покрытию. 4 с. и 14 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ нанесения токопроводящих дорожек на печатную схему путем гальванического покрытия токопроводящих дорожек, полученных путем отпечатывания их на подложке, по которому подложку с токопроводящими дорожками покрывают гальваническим раствором, с помощью устройства, образующего первый электрод цепи гальванического покрытия, и второго электрода цепи гальванического покрытия, образованного токопроводящими дорожками, которые подвергают гальванизации, по которому обеспечивают поглощающий элемент, который может нести гальванический раствор, обеспечивают электрическое соединение между первым электродом и гальваническим раствором, который несет поглощающий элемент, и проводят поглощающим элементом по подложке для нанесения гальванического покрытия, отличающийся тем, что обеспечивают по меньшей мере один второй электрод, электрически изолированный от первого электрода и расположенный на расстоянии от поглощающего элемента, причем вторым электродом проводят по поверхности подложки при проведении поглощающим элементом по поверхности подложки и осуществляют контакт второго электрода с обладающими электрической проводимостью участками подложки для образования второго электрода цепи гальванического покрытия.2. Способ по п.1, по которому токопроводящие дорожки образуют напечатыванием красителя, содержащего полимерный состав, насыщенный электропроводящими частицами на подложку, и который затем отверждают.3. Способ по любому из предшествующих пунктов, по которому токопроводящие дорожки покрывают гальваническим раствором, содержащим сульфат меди.4. Способ по п.3, по которому токопроводящие дорожки покрывают гальваническим раствором для того, чтобы отложить на них слой меди толщиной около 20 мкм.5. Способ по любому из предшествующих пунктов, по которому используют устройство по любому из пп.7-11.6. Устройство для гальванического покрытия обладающих электрической проводимостью участков подложки, содержащее поглощающий элемент, который переносит гальванический раствор, первый электрод цепи гальванического покрытия, выполненный с возможностью образования электрического контакта с гальваническим раствором, находящимся в поглощающем элементе, и, по меньшей мере, один второй электрод, электрически изолированный от первого электрода и расположенный на расстоянии от поглощающего элемента, причем второй электрод расположен таким образом, чтобы при проведении поглощающим элементом по поверхности подложки им можно было проводить по указанной поверхности подложки для контакта с обладающими электрической проводимостью участками подложки для образования второго электрода цепи гальванического покрытия.7. Устройство по п.6, в котором поглощающим элементом является щетка.8. Устройство по п.6, в котором поглощающий элемент выполнен из эластичного пеноматериала, имеющего взаимно соединенные поры.9. Устройство по любому из пп.6-8, которое содержит средство для подачи в поглощающий элемент гальванического раствора.10. Устройство по любому из пп.6-9, которое содержит два электрически соединенных вторых электрода, установленных таким образом, что при проведении поглощающего элемента по поверхности подложки один из электродов перемещается перед поглощающим элементом, а другой электрод следует за поглощающим элементом.11. Устройство по любому из пп.6-10, в котором один или каждый второй электрод снабжен гибким электропроводящим полотном.12. Способ нанесения токопроводящих дорожек на печатную схему путем гальванического покрытия токопроводящих дорожек, полученных путем отпечатывания их на подложке, по которому подложку с токопроводящими дорожками покрывают гальваническим раствором, с помощью устройства, образующего первый электрод цепи гальванического покрытия, и второго электрода цепи гальванического покрытия, образованного токопроводящими дорожками, которые подвергают гальванизации, отличающийся тем, что токопроводящие дорожки подвергают обработке сканирующим пучком электронов для ионизации дорожек и для создания на них полярности, противоположной полярности первого электрода.13. Способ по п.12, по которому токопроводящие дорожки образуют напечатыванием красителя, содержащего полимерный состав, насыщенный электропроводящими частицами на подложку и который затем отверждают.14. Способ по п.12 или 13, по которому обеспечивают поглощающий элемент, который может нести гальванический раствор, обеспечивают электрическое соединение между первым электродом и гальваническим раствором, который несет поглощающий элемент, и по которому гальваническое покрытие наносят на подложку при проведении по ней поглощающим элементом.15. Способ по любому из пп.12-14, по которому токопроводящие дорожки покрывают гальваническим раствором, содержащим сульфат меди.16. Способ по п.15, по которому токопроводящие дорожки покрывают гальваническим раствором для того, чтобы отложить на них слой меди толщиной около 20 мкм.17. Печатная схема, содержащая множество дискретных токопроводящих дорожек, отличающаяся тем, что токопроводящие дорожки нанесены на печатную схему в соответствии со способом по п.1.18. Печатная схема по п.17, которая содержит множество дискретных токопроводящих дорожек, отличающаяся тем, что токопроводящие дорожки нанесены на печатную схему в соответствии со способом по п.12.