CN114449771B - 一种双面过孔陶瓷覆铜板的制备方法及电路板 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种双面过孔陶瓷覆铜板的制备方法及电路板。该方法包括：在陶瓷片双面贴上一层或多层有机膜；根据预设的图形，用激光器在上述贴有有机膜的陶瓷片上开通孔，然后将导电浆料在真空环境下填平通孔；将上述填平通孔后的陶瓷片在氧化气氛下进行第一次排胶处理，第一次排胶处理后使用铜浆在陶瓷片上印刷相应的线路图形，然后烘干成型；将上述烘干成型的陶瓷片在氧化气氛下进行第二次排胶处理，第二次排胶处理后将陶瓷片放入气氛炉中，在非氧化气氛环境中烧结，得到双面过孔的陶瓷覆铜板，通过直接用导电浆料塞孔填充，然后在陶瓷片表面通过印刷直接图形化，不需沉铜或者溅射薄铜膜形成导电网络，再电镀增厚填孔，没有产生任何的废液。
Description
技术领域
本发明涉及电路板技术领域，具体为一种双面过孔陶瓷覆铜板的制备方法及电路板。
背景技术
随着电子产品向微型化、薄型化、数字化、高频化、高可靠性的方向发展，陶瓷基电路板不仅拥有比普通电路板更优的耐热性、散热性，而且更具有高频化、高强度和耐高的击穿电压优势，当前各行各业都提倡环保，降低污染，而随着电动车的推广与普及，大功率的功率芯片得到广泛的应用，功率密度越来越高，传统的芯片都是采用单面封装的方式，散热能力有限，制约了功率芯片向更高的功率密度发展，因此也出现了一些双面陶瓷覆铜板的制备技术。
在现有技术中，双面陶瓷覆铜板的制备通常使用机械钻孔，陶瓷做为一种高强度材质，机械钻孔容易导致基板破碎、崩边，通孔有毛刺等，良率大大降低，而且双面陶瓷覆铜板的制备在孔金属化的步骤中一般是采用沉铜、电镀增厚的传统PCB方法，这种方法会产生大量废气废水，非常不环保。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双面过孔陶瓷覆铜板的制备方法及电路板，以解决上述背景技术中提出的：在现有技术中，双面陶瓷覆铜板的制备通常使用机械钻孔，陶瓷做为一种高强度材质，机械钻孔容易导致基板破碎、崩边，通孔有毛刺等，良率大大降低，而且双面陶瓷覆铜板的制备在孔金属化的步骤中一般是采用沉铜、电镀增厚的传统PCB方法，这种方法会产生大量废气废水，非常不环保的技术问题。
为实现上述目的，根据本发公开的一个方面，提供了一种双面过孔陶瓷覆铜板的制备方法，所述方法包括：
在陶瓷片双面贴上一层或多层有机膜；
根据预设的图形，用激光器在上述贴有有机膜的陶瓷片上开通孔，然后将导电浆料在真空环境下填平通孔；
将上述填平通孔后的陶瓷片在氧化气氛下进行第一次排胶处理，第一次排胶处理后使用铜浆在陶瓷片上印刷相应的线路图形，然后烘干成型；
将上述烘干成型的陶瓷片在氧化气氛下进行第二次排胶处理，第二次排胶处理后将陶瓷片放入气氛炉中，在非氧化气氛环境中烧结，得到双面过孔的陶瓷覆铜板。
在一种可能的实现方式中，在所述陶瓷片双面贴上一层或多层有机膜的步骤之前，还包括：对陶瓷片表面使用酒精超声进行清洗处理。
在一种可能的实现方式中，所述陶瓷片的材质包括BeO、AlN、SiC、AL2O3和BN，所述陶瓷片的厚度范围为0.1mm~3mm。
在一种可能的实现方式中，所述有机膜包括PI、PE、PP、PET等材质有机膜的一种或多种组合，所述有机膜的厚度范围为10μm-300μm。
在一种可能的实现方式中，所述的导电浆料为银浆、铜浆、镍浆中的一种或多种组合。
在一种可能的实现方式中，所述第一次排胶处理和第二次排胶处理的步骤均具体包括：在氧化气氛300-600℃的温度下，排胶10-60min。
在一种可能的实现方式中，所述在非氧化气氛环境中烧结的步骤具体包括：在非氧化气氛环境400-850℃的温度中烧结10-120min。
在一种可能的实现方式中，所述的非氧化气氛为氩气、氮气、氢气中的一种或几种的混合气。
在一种可能的实现方式中，所述在陶瓷片双面贴上一层或多层有机膜的步骤中，具体包括：通过机械辊压方式在的陶瓷片双面贴上一层或多层有机膜。
根据本公开的另一方面，提供了一种印刷电路板，所述印刷电路板包括至少一个由上述任意一方面所述的一种双面过孔陶瓷覆铜板的制备方法制造而成的陶瓷覆铜板。
本申请实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：
在本发明实施例提供的一种双面过孔陶瓷覆铜板的制备方法，通过在陶瓷片表面贴有机膜，然后根据预设图案激光开通孔，用导电浆料直接在真空环境下填平通孔，导电浆料填平通孔后先经过第一次排胶处理去除有机膜，然后可以通过丝网或者钢网在第一次排胶处理后的陶瓷片表面印刷铜浆，并烘干成型，接着在氧化气氛炉中第二次排胶处理，让有机物充分燃烧分解，再在非氧化性气氛炉中烧结还原，得到电阻率低，附着力好，散热效果佳的双面过孔陶瓷覆铜板，同时，通孔中导电浆料排胶后会有5-10%的收缩，而有机膜的作用就是为了增加通孔中孔柱的厚度，排胶后，导电浆料收缩部分可以得到相应的补偿，这样烧结出来的陶瓷覆铜板，通孔内部和表面的导电浆料不会有裂纹和凹槽，表面就比较平整，该工艺方法简单，能耗低，易于操作，相比沉铜电镀增厚填孔的方法更环保无污染，不会产生废液，这种双面陶瓷覆铜板可以应用于高功率、对散热要求高的电子元器件中。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种双面过孔陶瓷覆铜板的制备方法流程图；
图2为本申请实施例提供的一种双面过孔陶瓷覆铜板的制备方法的工艺流程图；
图3为本申请实施例第一次排胶处理后的通孔正面示意图；
图4为对比例的通孔正面示意图；
图5为本申请实施例第一次排胶处理后的通孔截面示意图；
图6为对比例通孔截面示意图；
图7为本申请实施例的双面过孔的陶瓷覆铜板的截面示意图。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。
图1为根据一示例性实施例提供的一种双面过孔陶瓷覆铜板的制备方法流程图，如图1所示，该方法包括以下步骤：
在步骤S100中，在陶瓷片双面贴上一层或多层有机膜；
在步骤S200中，根据预设的图形，用激光器在上述贴有有机膜的陶瓷片上开通孔，然后将导电浆料在真空环境下填平通孔；
在步骤S300中，将上述填平通孔后的陶瓷片在氧化气氛下进行第一次排胶处理，第一次排胶处理后使用铜浆在陶瓷片上印刷相应的线路图形，然后烘干成型；
在步骤S400中，将上述烘干成型的陶瓷片在氧化气氛下进行第二次排胶处理，第二次排胶处理后将陶瓷片放入气氛炉中，在非氧化气氛环境中烧结，得到双面过孔的陶瓷覆铜板。
具体而言，本申请通过在陶瓷片表面贴有机膜，然后根据预设图案激光开通孔，用导电浆料直接在真空环境下填平通孔，导电浆料填平通孔后先经过第一次排胶处理去除有机膜，然后可以通过丝网或者钢网在第一次排胶处理后的陶瓷片表面印刷铜浆，并烘干成型，接着在氧化气氛炉中第二次排胶处理，让有机物充分燃烧分解，再在非氧化性气氛炉中烧结还原，得到电阻率低，附着力好，散热效果佳的双面过孔陶瓷覆铜板。
同时，通孔中导电浆料排胶后会有5-10%的收缩，而有机膜的作用就是为了增加通孔中孔柱的厚度，排胶后，导电浆料收缩部分可以得到相应的补偿，这样烧结出来的陶瓷覆铜板，通孔内部和表面的导电浆料不会有裂纹和凹槽，表面就比较平整。
该工艺方法简单，能耗低，易于操作，相比沉铜电镀增厚填孔的方法更环保无污染，不会产生废液，这种双面陶瓷覆铜板可以应用于高功率、对散热要求高的电子元器件中，本方法与其他传统的过孔制备方法不同的是，本方法直接用导电浆料塞孔填充，然后在陶瓷片表面通过印刷直接图形化，可操作性强，不需沉铜或者溅射薄铜膜形成导电网络，再电镀增厚填孔，没有产生任何的废液，环保无污染，对操作人员无危害，最主要的是成本低，工艺步骤简单，易于操作，容易大规模生产，使其更加具有商业性。
进一步的，所述陶瓷片的材质包括BeO、AlN、SiC、AL2O3和BN，所述陶瓷片的厚度范围为0.1mm~3mm所述有机膜包括PI、PE、PP、PET等材质有机膜的一种或多种组合，所述有机膜的厚度范围为10μm-300μm，所述的导电浆料为银浆、铜浆、镍浆中的一种或多种组合，所述的非氧化气氛为氩气、氮气、氢气中的一种或几种的混合气，所述通孔的孔径范围为0.1mm-2mm。
进一步的，在步骤S100中，在所述陶瓷片双面贴上一层或多层有机膜的步骤之前，还包括：对陶瓷片表面使用酒精超声进行清洗处理，从而去除陶瓷片表面的灰尘及油脂等污染物，防止陶瓷片表面的灰尘及油脂等污染物影响后续贴有机膜，使得生产更加稳定。
进一步的，在步骤S100中，所述在陶瓷片双面贴上一层或多层有机膜的步骤中，具体包括：通过机械辊压方式在的陶瓷片双面贴上一层或多层有机膜。
进一步的，在步骤S200中，在开有通孔的陶瓷片上将导电浆料通过铝片在真空环境下塞孔并填平通孔。
进一步的，在步骤S300和步骤S400中，所述第一次排胶处理和第二次排胶处理的步骤均具体包括：在氧化气氛300-600℃的温度下，排胶10-60min，更具体的，第一次排胶处理第一是为了将浆料中有机成分排除干净，预收缩填充，第二是为了将陶瓷片表面贴有的有机膜去除干净；第二次排胶处理是为了让浆料中有机成分充分燃烧分解挥发干净。
进一步的，在步骤S400中，所述在非氧化气氛环境中烧结的步骤具体包括：在非氧化气氛环境400-850℃的温度中烧结10-120min。
请查阅图2至图7，这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
实施例一
选取0.25mm厚的氧化铝陶瓷片，用酒精超声清洗，去除表面油脂，在鼓风干燥箱中烘干备用；
在以上清洗干净的陶瓷片双面分别贴上20μm厚的PE有机膜；
将以上双面贴有有机膜的陶瓷片用激光开孔，孔径为0.5mm；
将以上开有通孔的陶瓷片，用90%固含的铜浆在真空条件下，填平通孔；
将以上塞有铜浆的陶瓷片放入箱式炉，在氧化气氛下450℃排胶20min，即进行第一次排胶处理，将铜浆中有机成分燃烧排除干净，同时将陶瓷片表面的有机膜去除干净；
在上述排胶后的陶瓷片上用合适的铜浆丝网印刷相应的线路图形；
将以上印刷有图形化铜浆的陶瓷片在氧化气氛下450℃排胶10min，即进行第二次排胶处理。让浆料中有机成分充分然后分解挥发干净；
将以上排胶后的图形化陶瓷片放入气氛炉中，在20%氢气和80%氮气混合的气氛条件下保温烧结45min，得到双面过孔的图形化陶瓷覆铜板。
实施例二
选取0.38mm厚的氧化铝陶瓷片，用酒精超声清洗，去除表面油脂，在鼓风干燥箱中烘干备用；
在以上清洗干净的陶瓷片双面分别贴上50μm厚的PE有机膜；
将以上双面贴有有机膜的陶瓷片用激光开孔，孔径为1mm；
将以上开有通孔的陶瓷片，用90%固含的铜浆在真空条件下，填平通孔；
将以上塞有铜浆的陶瓷片放入箱式炉，在氧化气氛下450℃脱脂排胶20min，即进行第一次排胶处理，将铜浆中有机成分燃烧排除干净，同时将陶瓷片表面的有机膜去除干净；
在上述排胶后的陶瓷片上用合适的铜浆丝网印刷相应的线路图形；
将以上印刷有图形化铜浆的陶瓷片在氧化气氛下450℃排胶10min，即进行第二次排胶处理，让浆料中有机成分充分然后分解挥发干净；
将以上排胶后的图形化陶瓷片放入气氛炉中，在20%氢气和80%氮气混合的气氛条件下保温烧结45min，得到双面过孔的图形化陶瓷覆铜板。
实施例三
选取0.5mm厚的氧化铝陶瓷片，用酒精超声清洗，去除表面油脂，在鼓风干燥箱中烘干备用；
在以上清洗干净的陶瓷片双面分别贴上50μm厚的PE有机膜；
将以上双面贴有有机膜的陶瓷片用激光开孔，孔径为0.5mm；
将以上开有通孔的陶瓷片，用90%固含的铜浆在真空条件下，填平通孔；
将以上塞有铜浆的陶瓷片放入箱式炉，在氧化气氛下450℃脱脂排胶20min，即进行第一次排胶处理，将铜浆中有机成分燃烧排除干净，同时将陶瓷片表面的有机膜去除干净；
在上述排胶后的陶瓷片上用合适的铜浆丝网印刷相应的线路图形；
将以上印刷有图形化铜浆的陶瓷片在氧化气氛下450℃排胶10min，即进行第二次排胶处理，让浆料中有机成分充分然后分解挥发干净；
将以上排胶后的图形化陶瓷片放入气氛炉中，在20%氢气和80%氮气混合的气氛条件下保温烧结45min，得到双面过孔的图形化陶瓷覆铜板。
对比例一
选取0.5mm厚的氧化铝陶瓷片，用酒精超声清洗，去除表面油脂，在鼓风干燥箱中烘干备用；
将以上清洗干净的陶瓷片用激光开孔，孔径为0.5mm；
将以上开有通孔的陶瓷片，用90%固含的铜浆在真空条件下，填平通孔；
将以上塞有铜浆的陶瓷片放入箱式炉，在氧化气氛下450℃脱脂排胶20min，将铜浆中有机成分燃烧排除干净，同时将陶瓷片表面的有机膜去除干净；
在上述排胶后的陶瓷片上用合适的铜浆丝网印刷相应的线路图形；
将以上印刷有图形化铜浆的陶瓷片在氧化气氛下450℃排胶10min，让浆料中有机成分充分然后分解挥发干净；
将以上排胶后的图形化陶瓷片放入气氛炉中，在20%氢气和80%氮气混合的气氛条件下保温烧结45min，得到双面过孔的图形化陶瓷覆铜板。
具体而言，结合上述实施例和对比例，
图3为本申请实施例第一次排胶处理后的通孔正面示意图，可以看到通孔表面的导电浆料平整，无凹陷，没有裂纹。
图4为对比例的通孔正面示意图，即陶瓷片双面没有贴有机膜塞孔排胶后正面照片，可以看到塞孔表面有凹陷，裂纹产生，那是因为浆料排胶后收缩造成的。
图5为本申请实施例第一次排胶处理后的通孔截面示意图，可以看出填孔浆料排胶后与陶瓷片基板平齐，浆料收缩不明显，那是因为有机膜高度补偿了浆料收缩带来的高度差；
图6为对比例通孔截面示意图，即陶瓷片双面没有贴有机膜塞孔排胶后截面照片，填孔浆料排胶后收缩明显，与陶瓷片表面有明显的高度差，那是因为浆料收缩造成的。
图7为本申请实施例的双面过孔的陶瓷覆铜板的截面示意图，可以看到孔洞中没有气孔、凹陷和裂纹。
综上所述，本申请的一种双面过孔陶瓷覆铜板的制备方法可以很好的解决浆料填孔烧结后收缩造成的裂纹和凹陷问题。
本公开还提供一种印刷电路板，包括至少一个由上述任意一项所述的一种双面过孔陶瓷覆铜板的制备方法制造而成的陶瓷覆铜板，前述实施例中的各种变化方式和具体实施例同样适用于本实施例的一种印刷电路板，通过前述对一种双面过孔陶瓷覆铜板的制备方法的详细描述，本领域技术人员可以清楚的知道本实施例中一种印刷电路板的实施方法，为了说明书的简洁，所以此处不再详述。
本发明未详述之处，均为本领域技术人员的公知技术。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (9)
1.一种双面过孔陶瓷覆铜板的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
在陶瓷片双面贴上一层或多层有机膜；所述有机膜的厚度范围为10μm-300μm；
根据预设的图形，用激光器在上述贴有有机膜的陶瓷片上开通孔，然后将导电浆料在真空环境下填平通孔；
将上述填平通孔后的陶瓷片在氧化气氛下进行第一次排胶处理，将导电浆料中有机成分排除干净，预收缩填充，并将陶瓷片表面贴有的有机膜去除干净；第一次排胶处理后使用铜浆在陶瓷片上印刷相应的线路图形，然后烘干成型；
将上述烘干成型的陶瓷片在氧化气氛下进行第二次排胶处理，将铜浆中有机成分充分燃烧分解挥发干净，第二次排胶处理后将陶瓷片放入气氛炉中，在非氧化气氛环境中烧结，得到双面过孔的陶瓷覆铜板；
所述第一次排胶处理和第二次排胶处理的步骤均具体包括：在氧化气氛300-600℃的温度下，排胶10-60min。
2.根据权利要求1所述的一种双面过孔陶瓷覆铜板的制备方法，其特征在于，在所述陶瓷片双面贴上一层或多层有机膜的步骤之前，还包括：对陶瓷片表面使用酒精超声进行清洗处理。
3.根据权利要求1所述的一种双面过孔陶瓷覆铜板的制备方法，其特征在于，所述陶瓷片的材质包括BeO、AlN、SiC、AL2O3和BN中的任一种，所述陶瓷片的厚度范围为0.1mm~3mm。
4.根据权利要求1所述的一种双面过孔陶瓷覆铜板的制备方法，其特征在于，所述有机膜包括PI、PE、PP、PET材质有机膜的一种或多种组合。
5.根据权利要求1所述的一种双面过孔陶瓷覆铜板的制备方法，其特征在于，所述的导电浆料为银浆、铜浆、镍浆中的一种或多种组合。
6.根据权利要求1所述的一种双面过孔陶瓷覆铜板的制备方法，其特征在于，所述在非氧化气氛环境中烧结的步骤具体包括：在非氧化气氛环境400-850℃的温度中烧结10-120min。
7.根据权利要求1所述的一种双面过孔陶瓷覆铜板的制备方法，其特征在于，所述的非氧化气氛为氩气、氮气、氢气中的一种或几种的混合气。
8.根据权利要求1所述的一种双面过孔陶瓷覆铜板的制备方法，其特征在于，所述在陶瓷片双面贴上一层或多层有机膜的步骤中，具体包括：通过机械辊压方式在陶瓷片双面贴上一层或多层有机膜。
9.一种印刷电路板，其特征在于，包括由权利要求1-8任一项所述制备方法制造而成的陶瓷覆铜板。
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