CN104014940A - 陶瓷基板的涂覆钻孔方法、涂层溶胶及涂覆装置 - Google Patents

陶瓷基板的涂覆钻孔方法、涂层溶胶及涂覆装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及陶瓷基板的激光加工领域，具体涉及一种陶瓷基板的涂覆钻孔方法，包括以下步骤：配制涂层溶胶；将涂层溶胶涂覆于陶瓷基板上，并形成薄膜；采用激光器对陶瓷基板进行钻孔；分离陶瓷基板上的薄膜。本发明还涉及一种用于陶瓷基板的涂层溶胶和一种陶瓷基板涂层的涂覆装置。本发明通过陶瓷基板的涂覆钻孔方法、涂层溶胶以及涂覆装置，采用涂覆装置将涂层溶胶涂覆于陶瓷基板上再进行钻孔，该涂层溶胶增加陶瓷基板对激光的吸收率，使激光钻孔加工避免漏钻现象，且溶胶涂覆均匀，钻孔后容易从陶瓷基板上分离下来，不会出现清洗不净的现象。

Description

陶瓷基板的涂覆钻孔方法、涂层溶胶及涂覆装置
技术领域
本发明涉及陶瓷基板的激光加工领域，具体涉及陶瓷基板的涂覆钻孔方法、涂层溶胶及涂覆装置。
背景技术
陶瓷材料是用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料，它具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等优点，故在电子工业中大量作为电容器、电阻器、高温高频器件、变阻器、电路基板及散热基板等领域。许多陶瓷基板上存在大量微孔，如散热陶瓷基板上的导热微孔，或手机、平板电脑等电子产品上听筒、话筒的微孔。这些陶瓷基板微孔的孔径约为80～150μm，若采用机械方式钻孔，一方面受限于机械钻头的尺寸而难以加工，另外一方面由于陶瓷材料是脆性材料，机械钻头与陶瓷直接接触加工，陶瓷易出现开裂、崩边的现象。
若采用激光加工工艺，现有陶瓷基板的激光钻孔方法主要有CO2激光器钻孔和光纤激光器钻孔两种。对陶瓷基板进行CO2激光器钻孔，由于陶瓷基板表面对CO2激光吸收率比较高，可直接进行激光钻孔，但是其具有加工速度相对较慢、热影响区域过大和熔渣较多等问题。而采用光纤激光器钻孔，由于陶瓷基板表面对光纤激光聚焦光束具有较强的反射性，使激光能量不能有效聚集，导致光纤激光器加工陶瓷基板时因激光能量反射过多而出现漏钻孔现象，进而降低了陶瓷激光加工的良品率，具体漏钻孔现象参考图1。
为了提高陶瓷的切割速度及改善其切割效果，传统的加工方法如图2所示，在陶瓷基板表面涂刷一层有色油墨，以增强其对光的吸收作用，保证陶瓷基板的正常加工。但是光纤激光器加工陶瓷基板的过程中，前期的油墨涂覆会出现涂层不均，激光加工过程中会出现漏孔等现象，后期会有陶瓷基板清洗不干净等问题，影响到产品的质量和性能，且整个流程效率低下。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种陶瓷基板的涂覆钻孔方法，克服激光钻孔出现漏孔现象和覆膜难清洗等问题。
本发明要解决的另一技术问题是：提供一种用于陶瓷基板的涂层溶胶，克服现有技术中的陶瓷基板上的涂层不均匀，且清洗不干净的缺陷。
本发明要解决的又一技术问题是：提供一种陶瓷基板涂层的涂覆装置，克服现有技术中的陶瓷基板涂层不均匀的缺陷。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种陶瓷基板的涂覆钻孔方法，包括以下步骤：
S1、配制涂层溶胶；
S2、将涂层溶胶涂覆于陶瓷基板上，并形成薄膜；
S3、采用激光器对陶瓷基板进行钻孔；
S4、分离陶瓷基板上的薄膜。
本发明还提供一种用于陶瓷基板的涂层溶胶，包括聚氯乙烯、碳纳米颗粒、分散剂和偶联剂混合形成的混合物，以及过量的溶剂；
其中，所述混合物中的聚氯乙烯的质量百分比是92％～95％，碳纳米颗粒的质量百分比是4％～6％，分散剂的质量百分比是0.3％～0.8％，偶联剂的质量百分比是0.6％～1.2％。
本发明还提供一种陶瓷基板涂层的涂覆装置，包括控制系统，还包括用于承载陶瓷基板的旋转平台，该旋转平台与一动力装置相连接；用于盛装涂层溶胶的盛液箱，该盛液箱包括一液嘴，该液嘴设置于旋转平台的上方。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明通过陶瓷基板的涂覆钻孔方法、涂层溶胶以及涂覆装置，采用涂覆装置将涂层溶胶涂覆于陶瓷基板上再进行钻孔，该涂层溶胶增加陶瓷基板对激光的吸收率，使激光钻孔加工避免漏钻现象，且溶胶涂覆均匀，钻孔后容易从陶瓷基板上分离下来，不会出现清洗不净的现象。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是现有陶瓷漏钻的示意图；
图2是现有陶瓷油墨钻孔方法的示意图；
图3是本发明溶胶材料的示意图；
图4是本发明碳纳米颗粒的示意图；
图5是本发明涂覆装置的结构示意图；
图6是本发明旋涂台的结构示意图；
图7是本发明光纤激光钻孔方法的流程图；
图8是本发明光纤激光钻孔方法的工艺流程图；
图9是本发明电磁搅拌器的结构示意图。
具体实施方式
现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。
本发明通过一种陶瓷基板的涂覆钻孔方法、涂层溶胶以及涂覆装置，对所述的陶瓷基板进行激光钻孔处理。
如图3和图4所示，提供本发明一种用于陶瓷基板的涂层溶胶，所述的涂层溶胶用于涂敷在陶瓷基板上，克服现有技术中的陶瓷基板上的涂层不均匀，且清洗不干净的缺陷。
所述的涂层溶胶配置过程包括：
(1)聚氯乙烯、碳纳米颗粒、分散剂和偶联剂按一定质量百分比进行混合，通过搅拌器搅拌均匀形成混合物；
(2)将上述混合物溶于四氢呋喃中，该四氢呋喃的量大于混合物的量，在20～55℃的温度下加热，形成黑色悬浊液溶胶；
所述混合物中的聚氯乙烯的质量百分比是92％～95％，碳纳米颗粒的质量百分比是4％～6％，分散剂的质量百分比是0.3％～0.8％，偶联剂的质量百分比是0.6％～1.2％。
进一步优选地，所述的聚氯乙烯、碳纳米颗粒、分散剂和偶联剂按质量百分比为93.9％：4.69％：0.47％：0.94％进行混合。
其中，聚氯乙烯用于在陶瓷基板表面形成一层薄膜，在加工完成后易将此薄膜清除；四氢呋喃用于溶解聚氯乙烯，且其具有挥发性，在配置溶胶涂覆在陶瓷基板表面并挥发完全后，形成薄膜；碳纳米颗粒用于配置溶胶染色，增加激光的吸收率；分散剂用于改善配置溶胶的润滑性和热稳定性，将碳纳米颗粒均匀分散于聚氯乙烯中，形成稳定悬浊液；偶联剂用于提高碳纳米颗粒在聚氯乙烯中的分散度，获得良好的表面质量以及机械性能。
参考图3，由于碳纳米颗粒是无机物，聚氯乙烯是有机溶剂，碳纳米颗粒在聚氯乙烯易发生团聚现象；为了防止所述团聚现象，加入分散剂，将碳纳米颗粒分散到聚氯乙烯中，消除团聚现象；同时加入偶联剂，使碳纳米颗粒在聚氯乙烯分散均匀且稳定。
参考图4，碳纳米颗粒在聚氯乙烯易发生团聚现象，加入分散剂后，碳纳米颗粒分散到聚氯乙烯中并形成较弱的化学键，参考图4-B，分散的碳纳米颗粒不稳定，易受温度和放置时间等因素影响，再次发生团聚现象；参考图4-C，同时加入偶联剂，偶联剂的一端连接碳纳米颗粒，另一端连接聚氯乙烯分子，形成较强的化学键，使碳纳米颗粒在聚氯乙烯分散均匀且稳定。
进一步地，本实施例中的四氢呋喃可用乙醇、乙醚及丙酮等挥发性的有机溶剂代替；所述的分散剂优选硬脂酰胺，所述的偶联剂优选铝酸脂。
如图5和图6所示，提供一种陶瓷基板涂层的涂覆装置，用于将涂层溶胶涂敷在陶瓷基板上，克服现有技术中的陶瓷基板涂层不均匀的缺陷。
所述的涂覆装置包括控制单元311、用于承载陶瓷基板1的旋转平台32和用于盛装涂层溶胶2的盛液箱331；旋转平台32上设置有用于吸附并固定陶瓷基板1的吸附孔321，并与一动力装置34和一真空泵35相连接，盛液箱331包括一液嘴332并设置于旋转平台32的上方。其中，涂覆装置还包括用于回收多余涂层溶胶2的收液箱37和用于防止涂层溶胶2四溅的外罩36。
进一步的，所述的控制单元311包括：用于控制动力装置34的电机转速的电机控制模块；用于控制真空泵35产生负压吸附陶瓷基板1的真空泵控制模块；以及用于控制盛液箱331内涂层溶胶2滴出量的溶胶控制模块。控制单元311还与控制面板312连接，控制面板312用于人机交互，并向控制单元311发送操作信号，控制单元311通过操作信号控制电机控制模块、真空泵控制模块和溶胶控制模块工作，完成涂覆操作。
其中，电机控制模块中动力装置34的电机使旋转平台32旋转，电机转速范围是2500～3000转/min，本发明优选3000转/min。
其中，溶胶控制模块中设有丝杆传动电机333，丝杆的一端连接一电机，另一端连接盛液箱331内部的圆形滑块，丝杠通过电机的圆周运动，驱动圆形滑块在盛液箱331做纵向运动，将涂层溶胶2滴从液嘴332滴出。液嘴332滴出涂层溶胶2的量优选10ml/min。
如图7和图8所示，本发明提供一种陶瓷基板涂覆钻孔方法的优选实施例。包括以下步骤：
S1、配制涂层溶胶；
S2、将涂层溶胶涂覆于陶瓷基板上，并形成薄膜；
S3、采用激光器对陶瓷基板进行钻孔；
S4、分离陶瓷基板上的薄膜。
其中，所述的涂层溶胶的配置流程已在上述实施例中阐述说明，在此就不一一描述。
参考图8，步骤S2具体包括：准备一表面光滑平整的陶瓷基板1，陶瓷基板1放置在旋涂装置中，将涂层溶胶2涂覆在陶瓷基板1一侧表面，形成黑色薄膜4。
进一步地，所述涂覆方式包括：通过涂覆装置，将陶瓷基板1以垂直于自身表面的轴进行旋转，同时将涂层溶胶2滴在陶瓷基板1表面上，等待涂层溶胶2中溶剂挥发之后，在陶瓷基板1表面形成黑色薄膜4。其中，所述的涂覆装置已在上述实施例中阐述说明，在此就不再一一描述。
步骤S3具体包括：设定激光器5的参数，通过激光器5对陶瓷基板1的覆膜面进行激光钻孔加工，形成如图8-F中的陶瓷基板完成品。
进一步地，所述参数包括：激光频率是0.3～0.5kHz，激光脉宽是0.1～0.3ms，钻孔速度是300～500孔/s；激光器5设有气嘴，气嘴的孔径是0.8mm，气嘴与陶瓷基板1覆膜表面的距离是0.5mm；激光加工辅助气体采用氮气，其气压是2.0MPa；激光器5采用QCW150/1500的光纤激光器，该光纤激光器的平均功率为150W，峰值功率为1500W，实际使用的功率为26％。
其中，由于本发明采用特制的涂层溶胶2，故涂层溶胶2形成的黑色薄膜4与陶瓷基板1的吸附力强，在激光加工过程中不易掉落；黑色薄膜4的韧性好，易直接与陶瓷基板1分离，去除黑色薄膜4后，陶瓷基板完成品干净无污染。
如图9所示，提供一种搅拌器，搅拌器优选电磁搅拌器。
电磁搅拌器包括加热模块和搅拌模块，加热模块包括加热控制面板611、水浴温控探针612、溶液温控探针613、加热板614和测温针615，加热板614上设有用于水浴加热的烧瓶631和水浴缸632，搅拌模块包括电磁搅拌装置621和小磁棒622。其中，加热板614用于对水浴缸632内的液体加热，水浴温控探针612与溶液温控探针613用于探测水浴缸632盛装的液体和烧瓶631盛装的液体的温度是否一致，通过加热模块的温控系统进行恒温调节，测温针615探测烧瓶631盛装的液体的温度，小磁棒622通过电磁搅拌装置621在烧瓶631对液体进行搅拌。其中，本发明将聚氯乙烯、碳纳米颗粒、分散剂和偶联剂按一定质量百分比放入烧瓶631中。
进一步地，水浴温度设置范围是40～60℃，小磁棒622旋转速度为200～500转/min，加热时间为1～3小时，使碳纳米颗粒充分分散到聚氯乙烯中。其中，所述水浴温度会在加热控制面板611上显示。
本发明还提供一种碳纳米颗粒的制备流程，包括步骤：
(1)将氮化钠和聚四氟乙烯按摩尔比为4：1的比例混合；
(2)将上述混合后的氮化钠和聚四氟乙烯装入反应釜中至500～600℃后恒温8～12小时，优选至550℃后恒温10小时；
(3)冷却至室温后洗涤，再在50～70℃温度下真空干燥4～6小时，得到碳纳米颗粒，优选干燥5小时。
其中，碳纳米颗粒的颗粒粒径是50～150nm。
以上所述者，仅为本发明最佳实施例而已，并非用于限制本发明的范围，凡依本发明申请专利范围所作的等效变化或修饰，皆为本发明所涵盖。

Claims (13)

1.一种陶瓷基板的涂覆钻孔方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、配制涂层溶胶；
S2、将涂层溶胶涂覆于陶瓷基板上，并形成薄膜；
S3、采用激光器对陶瓷基板进行钻孔；
S4、分离陶瓷基板上的薄膜。
2.根据权利要求1所述的涂覆钻孔方法，其特征在于：所述S1步骤中涂层溶胶配制包括：
(1)聚氯乙烯、碳纳米颗粒、分散剂和偶联剂按一定质量百分比进行混合，通过搅拌器搅拌均匀形成混合物；
(2)将上述混合物溶于四氢呋喃中，该四氢呋喃的量大于混合物的量，形成黑色悬浊液溶胶；
其中，所述混合物中的聚氯乙烯的质量百分比是92％～95％，碳纳米颗粒的质量百分比是4％～6％，分散剂的质量百分比是0.3％～0.8％，偶联剂的质量百分比是0.6％～1.2％。
3.根据权利要求2所述的涂覆钻孔方法，其特征在于：所述的聚氯乙烯、碳纳米颗粒、分散剂和偶联剂按质量百分比为93.9％：4.69％：0.47％：0.94％进行混合。
4.根据权利要求2所述的涂覆钻孔方法，其特征在于：所述碳纳米颗粒的制备方法包括：
(1)将氮化钠和聚四氟乙烯按摩尔比为4：1的比例混合；
(2)将上述混合后的氮化钠和聚四氟乙烯装入反应釜中至500～600℃后恒温8～12小时；
(3)冷却至室温后洗涤，再在50～70℃温度下真空干燥4～6小时，得到碳纳米颗粒。
5.根据权利要求2所述的涂覆钻孔方法，其特征在于：所述的搅拌器是电磁搅拌器，该电磁搅拌器的转速为250～350转/分。
6.根据权利要求1所述的涂覆钻孔方法，其特征在于：所述的S2步骤中，所述涂层溶胶通过涂覆装置涂覆于陶瓷基板上，该涂覆装置包括旋转平台，陶瓷基板放置于该旋转平台上，该旋转平台的旋转速度为2500～3500转/分。
7.根据权利要求1所述的涂覆钻孔方法，其特征在于：所述S3步骤的激光频率是0.3～0.5kHz，脉宽的是0.1～0.3ms，钻孔速度是300～500孔/s。
8.一种用于陶瓷基板的涂层溶胶，其特征在于：包括聚氯乙烯、碳纳米颗粒、分散剂和偶联剂混合形成的混合物，以及过量的溶剂；
其中，所述混合物中的聚氯乙烯的质量百分比是92％～95％，碳纳米颗粒的质量百分比是4％～6％，分散剂的质量百分比是0.3％～0.8％，偶联剂的质量百分比是0.6％～1.2％。
9.根据权利要求8所述的涂层溶胶，其特征在于：所述的聚氯乙烯、碳纳米颗粒、分散剂和偶联剂按质量百分比为93.9％：4.69％：0.47％：0.94％进行混合。
10.根据权利要求9所述的涂层溶胶，其特征在于：所述溶剂是四氢呋喃，分散剂是硬脂酰胺，偶联剂是铝酸脂。
11.一种陶瓷基板涂层的涂覆装置，包括控制单元，其特征在于：还包括用于承载陶瓷基板的旋转平台，该旋转平台与一动力装置相连接；用于盛装涂层溶胶的盛液箱，该盛液箱包括一液嘴，该液嘴设置于旋转平台的上方。
12.根据权利要求11所述的涂覆装置，其特征在于：所述的旋转平台上连接有一真空泵，旋转平台上设置有吸附并固定陶瓷基板的吸附孔。
13.根据权利要求12所述的涂覆装置，其特征在于：所述的控制单元包括：
用于控制电机转速的电机控制模块；
用于控制真空泵产生负压吸附陶瓷基板的真空泵控制模块；
以及用于控制盛液箱内涂层溶胶滴出量的溶胶控制模块。
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