CN102271456B - 一种导热陶瓷基印刷电路板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种导热陶瓷基印刷电路板及其制备方法。本发明的导热陶瓷基印刷电路板的包括有一个陶瓷基板，在陶瓷基板表面上有激光扫描的印刷电路图型和一个被激光融化形成的颗粒状金属球和银粉共同烧结形成的导电层，在导电层上有防焊油墨和丝印文字。本发明的导热陶瓷基散热印刷电路板的制备方法为：电路图形编辑，金属粉涂覆，激光印刷烧结，涂覆导电银浆及热处理，印刷防焊油墨以及丝印文字。本发明的导热陶瓷基散热印刷电路板的陶瓷基板和导电层中间没有任何导热率低的材料加入，保证了电路板的散热效果，其制备方法方便简单，自动化程度高，工艺可靠，可重复性高。
Description
技术领域
本发明属于印刷电路板技术领域，具体涉及一种导热陶瓷基印刷电路板及其制备方法。
背景技术
随着科学技术的发展，在照明领域LED照明已经逐渐取代了传统的照明方式，成为未来照明的主流方式，LED具有功耗低、体积小、可靠性高、寿命长和响应快等优点。但随着功率的增加，LED所产生电流热的废热无法有效散出，对于单个LED而言,如果热量集中在尺寸很小的芯片内而不能有效散出，则会导致芯片的温度升高，引起热应力的非均匀分布、芯片发光效率和荧光粉激射效率下降。
LED散热主要是通过其封装基板进行散热的，但是随着封装技术的发展，封装基板尺寸越来越小，LED产生的热量不能有效的散发。目前一般采用FR4材料或采用树脂添加陶瓷粉作为基板，但是这种基板的导热效果不太理想；还有采用铝等金属板作为基板的，这种基板是在这些金属基板上均涂覆一层树脂类物质作为介电层，LED产生的热量必须先经过介电层再传到金属基板，由于介电层的导热性能比较差，所以不适合作为散热用的封装基板；也有使用玻璃相作为中间过渡材料的，连接陶瓷和金属，但是玻璃相同样存在导热系数低的问题，不宜作为散热基板，为此如何解决以陶瓷材料作为电路基板的生产工艺是个重大难题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种工艺简单，产品导热和散热效果好的导热陶瓷基印刷电路板及其制备方法。
本发明的导热陶瓷基印刷电路板其构成包括有一个陶瓷基板，要点是在陶瓷基板表面上有激光扫描的印刷电路图型和一个被激光融化形成的颗粒状金属球和银粉共同烧结形成的导电层，在导电层上有防焊油墨和丝印文字。
本发明一种导热陶瓷基印刷电路板的制备方法采用以下步骤：
（1）电路图形编辑
利用激光雕刻机自带的图形软件编辑好电路的图形文件；本专利中使用的软件为新立新龙软件；
（2）金属粉涂覆
将一定规格的陶瓷基板用蒸馏水清洗至表面无杂质，然后将金属粉均匀涂覆到陶瓷基板表面，涂覆过程为首先将金属粉装入到带有直径为0.5-1mm的孔洞的容器中，然后孔洞向下，轻轻摇动容器，金属粉靠重力作用均匀的洒落在陶瓷基板表面；
陶瓷基板为氧化铝陶瓷基板，或者为氮化铝陶瓷基板，氧化铝陶瓷基板的氧化铝含量在80-99wt%之间，氮化铝陶瓷基板的氮化铝含量在80-99wt%之间；金属粉为铜粉、铁粉、铝粉或镍粉，粒度均在0.5-5μm之间；
（3）激光印刷和烧结
将涂覆好金属粉的陶瓷基板放入激光雕刻机中，试光对位，将陶瓷基板放置在保证印刷图形在中央的位置上，点击开始按钮，开始印刷编辑好的电路图形，同时进行烧结，印刷速率为50 -150mm/s，激光电流保持5-15mA；
（4）涂覆导电银浆及热处理
将导电银浆涂覆在带有电路图形的陶瓷基板上，在烘箱中于80-120℃条件下干燥60-120min，干燥后在马弗炉中于600 -900℃下热处理60-120min；
（5）印刷防焊油墨以及丝印文字
将上述热处理后的陶瓷基板的导电层用酒精和蒸馏水分别进行清洗至表面无杂质，在烘箱中于100℃下烘干60min，然后在烘干后的陶瓷基板的导电层上无电子元件的地方印刷防焊油墨；再将其放入烘干箱中于100℃烘干预热60min后进行曝光和显影，然后在80℃的温度下再进行热固化60min，最后按照设计要求在导电层上印刷丝印文字后进行热固化，获得了导热陶瓷基印刷电路板产品；
印刷防焊油墨可以有效地防止焊接电子元件时，焊锡粘在非焊区，同时印刷防焊油墨也可以保护电路板上的一些导通层不受潮腐蚀，同时增加产品的美观程度，丝印文字便于生产加工在相应的地方焊接电子元件，为电路板的组装生产带来方便。
本发明与现有技术相比的优点和产生的有益效果是：
（1）本发明的一种导热陶瓷基印刷电路板的制备方法采用软件编辑图形，方便简单，编辑图形后直接拿到激光雕刻机中进行激光扫描烧结，自动化程度高，工艺可靠，可重复性高；
（2）本发明一种导热陶瓷基印刷电路板的制备方法是在涂覆金属粉的陶瓷基板表面进行激光扫描，融化的陶瓷基板将热量传递给金属粉，金属粉融化成球，镶嵌在陶瓷基板表面，结合牢固；由于金属球之间是孤岛形式存在，并不相互连接，所以不导电，涂覆导电银浆之后，导电银浆填充到孤岛状铜球的间隙中，使电路导电，导电银浆起到连接导电的作用，金属球起到与陶瓷基板冶金结合的作用，导电层和陶瓷基板中间没有任何导热率低的材料加入，保证了本的发明的陶瓷基印刷电路板具有良好的散热效果。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明：
本发明实施例采用的激光雕刻机使用二氧化碳激光器，型号为光岳激光岳4060 。
实施例1
（1）使用激光雕刻机自带的新立新龙软件编辑出电路图形；
（2）涂覆铜粉
选用规格为20mm×20mm×1mm氧化铝含量为80wt%的陶瓷基板，用蒸馏水清洗至表面无杂质，将粒度为0.5 -5μm铜粉装入到带有0.5-1mm直径的细微孔洞的容器中，然后将孔洞向下，轻轻摇动容器，铜粉靠重力作用均匀的洒落在陶瓷基板表面；
（3）激光印刷和烧结
将涂覆好铜粉的陶瓷基板放入激光雕刻机中，先试光对位，将陶瓷基板放置在能使印刷图形处于中央的位置上，然后点击开始按钮，开始印刷编辑好的电路图形，同时进行烧结，印刷速率保持在50mm/s，激光电流保持5mA；
（4）涂覆导电银浆以及热处理
将导电银浆涂覆在带有电路图形的陶瓷基板上，在烘箱中于80℃条件下干燥120min，待导电银浆干燥后，将陶瓷基板置于马弗炉中于600℃热处理120min，形成陶瓷基板表面上的导电层；
（5）印刷防焊油墨及丝印文字
将上述热处理后的陶瓷基板的导电层用酒精和蒸馏水分别进行清洗至表面无杂质，在烘箱中于100℃下烘干60min，然后在烘干后的陶瓷基板的导电层上无电子元件的地方印刷防焊油墨；再将其放入烘干箱中于100℃烘干预热60min后进行曝光和显影，然后在80℃的温度下再进行热固化60min，最后按照设计要求在导电层上印刷丝印文字后进行热固化，获得了导热陶瓷基印刷电路板产品。
实施例2
（1）使用激光雕刻机自带的新立新龙软件编辑出电路图形；
（2）铁粉涂覆
选用规格为20mm×20mm×1mm氧化铝含量为99wt%的陶瓷基板，用蒸馏水清洗至表面无杂质，将粒度均为0.5 -5μm的铁粉装入到带有直径0.5-1mm的细微孔洞的容器中，然后将孔洞向下，轻轻摇动容器，铁粉靠重力作用均匀的洒落在陶瓷基板表面，；
（3）激光烧结
将涂覆好铁粉的陶瓷基板放入激光雕刻机中，先试光对位，将陶瓷基板放置在能使印刷图形处于中央的位置上，然后点击开始按钮，开始印刷编辑好的电路图形，同时进行烧结，印刷速率保持在100mm/s，激光电流保持10mA；
（4）涂覆导电银浆以及热处理
将导电银浆涂覆在带有电路图形的陶瓷基板上，在烘箱中100℃条件下干燥100min，待导电银浆室温干燥后，将陶瓷基板置于马弗炉中于700℃热处理100min，形成陶瓷基板表面上的导电层；
（5）印刷防焊油墨及丝印文字
将上述热处理后的陶瓷基板的导电层用酒精和蒸馏水分别进行清洗至表面无杂质，在烘箱中于100℃下烘干60min，然后在烘干后的陶瓷基板的导电层上无电子元件的地方印刷防焊油墨；再将其放入烘干箱中于100℃烘干预热60min后进行曝光和显影，然后在80℃的温度下再进行热固化60min，最后按照设计要求在导电层上印刷丝印文字后进行热固化，获得了导热陶瓷基印刷电路板产品。
实施例3
（1）使用激光雕刻机自带的新立新龙软件编辑出电路图形；
（2）铝粉涂覆
选用规格为20mm×20mm×1mm氧化铝含量为80wt%的陶瓷基板，用蒸馏水清洗至表面无杂质的程度，将粒度为0.5 -5μm的铝粉装入到带有直径0.5-1mm的细微孔洞的容器中，然后将孔洞向下，轻轻摇动容器，铝粉靠重力作用均匀的洒落在陶瓷基板表面；
（3）激光烧结
将涂覆好铝粉的陶瓷基板放入激光雕刻机中，先试光对位，将陶瓷基板放置在能使印刷图形处于中央的位置上，然后点击开始按钮，开始印刷编辑好的电路图形，同时进行烧结，印刷速率保持在100mm/s，激光电流保持10mA；
（4）涂覆导电银浆以及热处理
将导电银浆涂覆在带有电路图形的陶瓷基板上，在烘箱中120℃条件下干燥60min，待导电银浆室温干燥后，将陶瓷基板置于马弗炉中于800℃热处理80min，形成陶瓷基板表面上的导电层；
（5）印刷防焊油墨及丝印文字
将上述热处理后的陶瓷基板的导电层用酒精和蒸馏水分别进行清洗至表面无杂质，在烘箱中于100℃下烘干60min，然后在烘干后的陶瓷基板的导电层上无电子元件的地方印刷防焊油墨；再将其放入烘干箱中于100℃烘干预热60min后进行曝光和显影，然后在80℃的温度下再进行热固化60min，最后按照设计要求在导电层上印刷丝印文字后进行热固化，获得了导热陶瓷基印刷电路板产品。
实施例4
本发明高导热陶瓷基电路板的生产方法，其包括以下步骤：
（1）使用激光雕刻机自带的新立新龙软件编辑出电路图形；
（2）镍粉涂覆
选用规格为20mm×20mm×1mm氮化铝含量为99wt%的陶瓷基板，用蒸馏水清洗至表面无杂质，将粒度均为0.5 -5μm的镍粉装入到带有直径0.5-1mm的细微孔洞的容器中，然后将孔洞向下，轻轻摇动容器，镍粉靠重力作用均匀的洒落在陶瓷基板表面；
（3）激光烧结
将涂覆好镍粉的陶瓷基板放入激光雕刻机中，先试光对位，将陶瓷基板放置在能使印刷图形处于中央的位置上，然后点击开始按钮，开始印刷编辑好的电路图形，同时进行烧结，印刷速率保持在150mm/s，激光电流保持15mA；
（4）涂覆导电银浆以及热处理
将导电银浆涂覆在带有电路图形的陶瓷基板上，在烘箱中于90℃条件下干燥110min，待导电银浆室温干燥后，将陶瓷基板置于马弗炉中于900℃热处理60min，形成陶瓷基板表面上的导电层；
（5）印刷防焊油墨及丝印文字
将上述热处理后的陶瓷基板的导电层用酒精和蒸馏水分别进行清洗至表面无杂质，在烘箱中于100℃下烘干60min，然后在烘干后的陶瓷基板的导电层上无电子元件的地方印刷防焊油墨；再将其放入烘干箱中于100℃烘干预热60min后进行曝光和显影，然后在80℃的温度下再进行热固化60min，最后按照设计要求在导电层上印刷丝印文字后进行热固化，获得了导热陶瓷基印刷电路板产品。
Claims (5)
1.一种导热陶瓷基印刷电路板，包括有一个陶瓷基板，其特征在于在陶瓷基板表面上有激光扫描的印刷电路图型和一个被激光融化形成的颗粒状金属球和银粉共同烧结形成的导电层，在导电层上有防焊油墨和丝印文字。
2.根据权利要求1所述的一种导热陶瓷基印刷电路板，其特征在于在导电层上无电子元件处印有防焊油墨。
3.根据权利要求1所述的一种导热陶瓷基印刷电路板，其特征在于在导电层上按设计要求印刷丝印文字。
4.根据权利要求1所述的一种导热陶瓷基印刷电路板的制备方法，其特征在于按如下步骤进行：
（1）利用激光雕刻机自带的图形软件编辑电路的图形文件；
（2）将陶瓷基板用蒸馏水清洗至表面无杂质，然后将金属粉均匀涂覆到陶瓷基板表面上；
（3）将涂覆好金属粉的陶瓷基板放入激光雕刻机中，先试光对位，将陶瓷基板放置在能使印刷图形处于中央的位置上，然后点击开始按钮，开始印刷编辑好的电路图形，同时进行激光烧结，控制印刷速率为50 -150mm/s，激光电流保持5-15mA；
（4）将导电银浆涂覆在烧结的电路图形上，在烘箱中于80-120℃条件下干燥60-120min，然后后在马弗炉中于600 -900℃下热处理60-120min；
（5）将上述热处理后的陶瓷基板的导电层用酒精和蒸馏水分别进行清洗至表面无杂质，在烘箱中于100℃下烘干60min，然后在烘干的陶瓷基板的导电层上无电子元件处印刷防焊油墨；再将其放入烘箱中于100℃烘干预热60min后进行曝光和显影，然后在80℃的温度下进行热固化60min，最后按照设计要求在导电层上印刷丝印文字后进行热固化。
5.根据权利要求4所述的一种导热陶瓷基印刷电路板的制备方法，其特征在于所述的陶瓷基板选用氧化铝陶瓷基板或氮化铝陶瓷基板，氧化铝陶瓷基板的氧化铝含量为80-99wt%，氮化铝陶瓷基板的氮化铝含量为80-99wt%；所述的金属粉为铜粉、铁粉、铝粉或镍粉，粒度均在0.5-5μm之间。
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