电子产品智能化、多功能集成、高可靠性与便携式的发展要求,催生了系统集成技术的出现,将电子元器件埋入PCB(Printed Circuit Board,印制电路板)内是实现系统集成的基本技术手段,也是目前高端电子产品制造领域的研究热点,其范围涉及加工手段、新型材料研制等。将有/无源器件(如电阻、电容等)埋嵌到PCB内部既可以大大减小PCB的面积、降低PCB的重量,也可以提升电子产品的可靠性。本文针对PCB埋嵌电阻技术存在的问题,研究了PCB埋嵌电阻用的Ni-P金属薄膜和喷墨打印油墨等两种新型材料,研究内容如下。(1)添加硫酸锰下化学沉积Ni-P薄膜的结构电阻性能研究。实验发现,在应用化学镀技术制备Ni-P薄膜电阻材料过程中,加入硫酸锰可有效地控制Ni-P金属薄膜的电阻值,Ni-P薄膜的方块电阻随着硫酸锰的浓度呈二次关系增长。通过对添加硫酸锰下化学沉积Ni-P金属薄膜的形貌、化学组分、元素化学态、晶体状态等进行研究,证实获得的电阻材料为Ni、P二元组成,制备中添加的Mn元素并未与Ni-P共沉积。另外,对于添加硫酸锰下Ni-P电阻率提高的原因,证实了是由于硫酸锰影响了形成材料的微观结构。硫酸锰的添加使得Ni-P颗粒之间产生了低密度的界面,该界面的电阻决定了Ni-P金属薄膜的电阻率。硫酸锰的浓度越高,界面电阻越大,Ni-P薄膜的电阻率也就越高。(2)硫酸锰在化学沉积Ni-P反应中的作用机理研究。硫酸锰的加入会改变Ni-P沉积的化学环境,研究表明,硫酸锰提高了化学沉积Ni-P溶液的寿命,硫酸锰是作为稳定剂作用于化学沉积Ni-P反应的。在硫酸锰的稳定作用下,pH值的提高降低了Ni-P的沉积反应速率,该结论与常规性pH影响规律相矛盾。其可能作用机理如下:在酸性溶液中,二价锰离子水化成MnOH+后,吸附在活性Ni表面,进而对Ni-P膜的生长产生影响。其影响主要来源于以下几个方面:首先,吸附物占据了Ni表面活性点,减少了吸附在活性Ni表面的2 2H PO-量;其次,吸附物MnOH+中锰元素在Ni的吸附方向阻止了2 2H PO-中的H朝活性Ni表面移动;其三,吸附物改变了原基板的表面活性,提高了2 2H PO-在活性Ni表面的吸附能,从而降低了Ni-P化学沉积的反应速率。对于Ni-P颗粒之间出现低密度界面的原因,是由吸附在Ni-P颗粒周围的MnOH+稳定剂滞留了反应中产生的H2而形成的。(3)添加硫酸锰下化学沉积Ni-P薄膜应用于PCB埋嵌电阻技术研究。在PCB中埋嵌电阻不仅要求阻值可控,更要求阻值稳定、具有高可靠性。可靠性实验结果表明,埋嵌电阻在288℃高温热冲击下没有出现分层现象,电阻温度系数(TCR)小于±100 ppm/℃,阻值在0到100 m A电流范围内恒定不变,说明了该Ni-P材料具有良好的热、电稳定性能。将Ni-P薄膜沉积在PCB基板上,形成尺寸不同的埋嵌电阻器。对其进行电阻误差分析,结果表明,Ni-P埋嵌电阻外形尺寸越大,电阻的阻值误差越小,对方块电阻值产生的影响也越小。(4)炭黑—环氧树脂喷墨打印油墨的研制及性能研究。以环氧树脂、溶剂及炭黑导电颗粒为主要成分,研制出了一种埋嵌电阻打印油墨。通过在炭黑的表面进行树脂嫁接反应,形成与油墨溶剂相溶性良好的嫁接层,解决了炭黑颗粒在油墨中的分散性问题。使用差示扫描量热(DSC)和热重损耗(TGA)等方法,研究了埋嵌电阻喷墨打印油墨的固化条件,得到新研制油墨的固化条件为180℃、4 h。固化后得到油墨TCR为600 ppm/℃、热膨胀系数(CTE)为47ppm/℃。炭黑质量含量从5%增加到17%时,制作的电阻阻值从100 M?/sq.降低到1.2 k?/sq.,说明该油墨的阻值覆盖范围广。同时,油墨的TCR与CTE性能参数与PCB环氧树脂基板有良好的兼容性,可提升埋嵌电阻的应用可靠性。这说明了该油墨材料具有良好的应用前景。