CN106231819B - 一种透明玻璃基双层电路板的制备方法 - Google Patents

一种透明玻璃基双层电路板的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种透明玻璃基双层电路板的制备方法，在玻璃基板上开孔并安装空心铜管，在玻璃基板上依次印刷、固化导电浆料，最后将玻璃基板置于高温环境中维持一定时间，随后冷却至常温，使得导电浆料与玻璃基板熔融为一体形成导电线路，导电线路分布于玻璃基板的表面并且成为玻璃基板的一部分，两个导电线路通过空心铜管形成电导通，得到透明玻璃基双层电路板；本发明采用普通玻璃作为绝缘板，相比于现有的双面布线印制电路板，制作出来的玻璃基双层电路板能保证高透光率，透光率超过90％，并且成本低，玻璃基板上印刷的导电浆料采用先单面依次固化后同时熔融的制备工艺，使得双层导电线路一次成型，双层导电线路品质一致，保证产品质量。

Description

一种透明玻璃基双层电路板的制备方法
技术领域
本发明涉及一种双层电路板的制备方法，具体涉及一种透明玻璃基双层电路板的制备方法，属于电子器件技术领域。
背景技术
电子产业作为国民支柱行业，近年来的发展日新月异，特别是以轻、薄、短、小为发展趋势的终端产品，对其基础产业——印制线路板行业，提出了高密度、小体积、高导电性等更高要求。线路板技术在这种背景下迅速发展壮大，而各个弱电领域的行业，如电脑及周边辅助系统、医疗器械、手机、数码(摄)像机、通讯器材、精密仪器、航空航天等，都对印制线路板的工艺及品质提出了许多具体而明确的技术规范。
伴随电子器具的小型化、高集成化、高性能化的迅速发展，作为搭载IC芯片用的电路板，双面布线印制电路板受到注目。双面布线印制电路板的结构是，在绝缘层的上下(表里)两面上均具有导电层，进而在表里图案的任意位置上形成通孔或盲，对其内壁进行电镀处理或通过充填导电胶使其电导通。
然而双面布线印制电路板环氧玻璃或聚酰亚胺材料作为绝缘层，导电层为粘贴于绝缘层表面的铜箔，由于粘合剂的粘接效力在长时间使用后逐步下降，因此会导致导电层与绝缘层之间联系不紧密，导电层浮于玻璃板表面，整个电路板的表面不平滑，导电导电层易损坏脱落，最终导致导通能力差；并且电路板整体厚度较大，为使铜箔变薄虽尽量采用极薄的铜箔材料，但现状仍然是其极限达到厚度为12um左右。
传统的玻璃基电路板利用镀膜蚀刻工艺或低温银浆工艺制作。镀膜蚀刻工艺是在玻璃板表面镀一层导电浆，用蚀刻法制作电路，这种玻璃基电路板的电子线路通过粘合剂与玻璃板结合，由于玻璃分子除了与氟元素以外的任何元素都无法发生化学反应，所以这种镀膜工艺基本是一种喷涂工艺，是混合了导电金属颗粒的有机材料粘接过程，粘合剂使导电浆的纯度下降，使导电能力非常差，最好的材料也只有1×10-4Ω，难以焊接电子元件，也很难实现功能电路。而低温银浆工艺是在玻璃板表面丝印低温银浆电路，通过在200℃以内的烘烤固化方法实现，此方法由于银浆中还含有大量的有机粘接材料而无法达到高导能力，其导电能力只能达到3×10-5Ω，电子元件依然难以焊接，附着力差。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种透明玻璃基双层电路板的制备方法，能够实现透明玻璃基双层电路板的制备，制成的透明玻璃基双层电路板透光率超过90％，具有超导电能力，导电阻抗低于5×10-8Ω，制成的透明玻璃基双层电路板无介质结合，使电路层在大功率应用时具有良好的导热能力，并且电路层与玻璃板分子紧密熔合，可进行SMD电子元件贴片且元件不易剥落。
实现本发明目的所采用的技术方案为，一种透明玻璃基双层电路板的制备方法，包括如下步骤：
(1)在玻璃基板上开设均匀分布并且贯通玻璃基板的电导孔；
(2)在电导孔中安装与电导孔尺寸相匹配并且长度等于玻璃基板厚度的空心铜管，并使空心铜管的端面与玻璃基板的表面齐平；
(3)将导体粉末、低温玻璃粉、乙基纤维素、松油醇和顺丁烯二酸二丁酯按65～75：3：5～10：10～20：1～3的质量比配制成为导电浆料，将导电浆料印刷在玻璃基板的其中一个平面上；
(4)将单面印刷导电浆料的玻璃基板在120～150℃的温度下烘烤100～300秒，使得导电浆料固化；
(5)将导电浆料印刷在玻璃基板的另一个平面上，将双面印刷导电浆料的玻璃基板在120～150℃的温度下烘烤100～300秒，使得两个平面上的导电浆料均固化；
(6)将玻璃基板置于550～600℃温度环境中300～360秒，然后置于710～730℃温度环境中维持120～220秒，最后冷却至常温，使得导电浆料与玻璃基板熔融为一体形成导电线路，导电线路分布于玻璃基板的表面并且成为玻璃基板的一部分，两个导电线路通过空心铜管形成电导通，得到透明玻璃基双层电路板。
步骤(1)中电导孔为直径小于2mm的圆通孔。
步骤(3)和步骤(5)中采用打印移印技术、凹凸版印刷技术、丝网印刷技术、热转印技术或点胶式刷图技术将导电浆料印刷在玻璃基板上，丝网印刷技术中网板材质采用聚酯，网板目数为250，网版张力为23N，拉网角度为22.5度，乳胶厚度为10±2μm。
步骤(3)中导体粉末为石墨烯粉或者金属粉与石墨烯粉的混合物；若导体粉末为金属粉与石墨烯粉的混合物，则石墨烯粉占导电浆料的质量百分比为2‰～5％。
步骤(3)中金属粉为金、银、铜中的一种或两种以上的混合金属颗粒，颗粒粒度为300目以上。
步骤(3)中混合金属颗粒为球体、立方体或不规则多面体。
步骤(6)中在熔融完成后，利用丝网印刷技术将无色PCB有机阻焊漆在电路层上进行二次覆盖，使电路层中除去待焊接元件的焊盘以外的部分全部被PCB有机阻焊漆覆盖。
步骤(6)中熔融完成后或二次覆盖处理后，利用回流焊技术将待焊元件与焊盘焊接。
步骤(6)中对于不同厚度的玻璃基板处理时间不同：若玻璃基板厚度为5mm，则将玻璃基板置于550～600℃温度环境中360秒，然后置于710～730℃温度环境中维持120秒；若玻璃基板厚度为6mm，则将玻璃基板置于550～600℃温度环境中340秒，然后置于710～730℃温度环境中维持140秒；若玻璃基板厚度为8mm，则将玻璃基板置于550～600℃温度环境中320秒，然后置于710～730℃温度环境中维持180秒；若玻璃基板厚度为10mm，则将玻璃基板置于550～600℃温度环境中300秒，然后置于710～730℃温度环境中维持220秒。
步骤(6)中以30s内降温至常温的速率进行冷却以对玻璃基板进行钢化。
与现有技术相比，本发明基于其技术方案所具有的有益效果在于：
(1)本发明提供的透明玻璃基双层电路板的制备方法采用普通玻璃作为绝缘板，相比于现有的双面布线印制电路板，制作出来的玻璃基双层电路板能保证高透光率，透光率超过90％，并且成本低，玻璃基板上印刷的导电浆料采用先单面依次固化后同时熔融的制备工艺，使得双层导电线路一次成型，双层导电线路品质一致，保证产品质量；
(2)本发明制备的透明玻璃基双层电路板，玻璃基板与导电线路之间为熔融关系，无介质结合，联系紧密，具有超导电能力，导电阻抗低于5×10-8Ω，电路层在大功率应用时具有良好的导热能力，并且电路层与玻璃基板分子紧密熔合，可进行SMD电子元件贴片且元件不易剥落，玻璃基板的表面与导电线路的上表面平齐，整个高导通透明玻璃基电路板的表面平滑，导电线路不易损坏；
(3)本发明的导电浆料经过特殊配比，其中可以包含导电金属，也可以仅通过石墨烯粉导电，导电浆料与玻璃基板经过步骤(3)和步骤(5)的烘烤以及步骤(6)的熔融过程中，玻璃在500℃时开始软化，550℃时玻璃表面分子已开始处于活跃状态，此时导电浆料中的松油醇及顺丁烯二酸二丁酯都在高温下挥发，低温玻璃粉已经融化并带着导体粉末与玻璃表面处于活跃状态的玻璃分子进行熔合——这一过程中温度低于550℃则玻璃分子还不活跃，若高于600℃则玻璃基板易炸裂——通过五六分钟左右的熔合后进入720℃左右高温熔合，此时导体粉末分子也开始活跃，并与更加活跃的玻璃分子进行深入熔合，此过程需2至4分钟完成——这一阶段中温度不宜低于710℃或高于730℃以防止最终玻璃变形过度——此时玻璃表面已与导体粉末的分子充分熔合成为一体，这种熔合是分子级的，与传统工艺中利用粘合剂相比具有更强的结合力，并且玻璃表面与电路层表面能够成为一个整体，使整个玻璃基电路板光滑，适用于多种应用场合；
(4)本发明在步骤(6)熔融过程之后可以进行钢化过程，玻璃在高温时迅速冷却能够使玻璃钢化，快速冷却使融合在一起的导体粉末与玻璃分子产生负张力而结合更加牢固，钢化的过程可使有隐伤的玻璃破裂，使优质的玻璃完好，提高成品的品质，同时让玻璃基电路板更结实；
(5)本发明若导体粉末为金属粉与石墨烯粉的混合物，则在熔融完成后，进行二次覆盖，可以对电路层进行保护，防止金属表面氧化；传统的工艺都是材料表面的覆盖工艺，或粘接工艺(包括烧结、镀膜等)，本发明的二次覆盖使材料与材料结合，分子间互相渗透，因此实现了两种材料无法剥落，结合牢固，二次覆盖后预留的焊盘可以用于后期焊接电子元件。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细具体说明，本发明的内容不局限于以下实施例。
实施例1：一种透明玻璃基双层电路板的制备方法，包括如下步骤：
(1)在玻璃基板上开设均匀分布并且贯通玻璃基板的电导孔，电导孔为直径小于2mm的圆通孔；
(2)在电导孔中安装与电导孔尺寸相匹配并且长度等于玻璃基板厚度的空心铜管，并使空心铜管的端面与玻璃基板的表面齐平；
(3)将石墨烯粉、低温玻璃粉、乙基纤维素、松油醇和顺丁烯二酸二丁酯按65～75：3：5～10：10～20：1～3的质量比配制成为导电浆料，采用丝网印刷技术将导电浆料印刷在玻璃基板的其中一个平面上，丝网印刷技术中网板材质采用聚酯，网板目数为250，网版张力为23N，拉网角度为22.5度，乳胶厚度为10±2μm；
(4)将单面印刷导电浆料的玻璃基板在150℃的温度下烘烤240秒，使得导电浆料固化；
(5)采用与步骤(3)相同的丝网印刷技术将导电浆料印刷在玻璃基板的另一个平面上，将双面印刷导电浆料的玻璃基板在150℃的温度下烘烤240秒，使得两个平面上的导电浆料均固化；
(6)若玻璃基板厚度为5mm，则将玻璃基板置于550～600℃温度环境中360秒，然后置于710～730℃温度环境中维持120秒；若玻璃基板厚度为6mm，则将玻璃基板置于550～600℃温度环境中340秒，然后置于710～730℃温度环境中维持140秒；若玻璃基板厚度为8mm，则将玻璃基板置于550～600℃温度环境中320秒，然后置于710～730℃温度环境中维持180秒；若玻璃基板厚度为10mm，则将玻璃基板置于550～600℃温度环境中300秒，然后置于710～730℃温度环境中维持220秒，最后以30s内降温至常温的速率进行冷却至常温，使得导电浆料与玻璃基板熔融为一体形成导电线路，同时玻璃基板进行钢化，导电线路分布于玻璃基板的表面并且成为玻璃基板的一部分，两个导电线路通过空心铜管形成电导通，得到透明玻璃基双层电路板。
实施例2：一种透明玻璃基双层电路板的制备方法，包括如下步骤：
(1)在玻璃基板上开设均匀分布并且贯通玻璃基板的电导孔，电导孔为直径小于2mm的圆通孔；
(2)在电导孔中安装与电导孔尺寸相匹配并且长度等于玻璃基板厚度的空心铜管，并使空心铜管的端面与玻璃基板的表面齐平；
(3)将导体粉末、低温玻璃粉、乙基纤维素、松油醇和顺丁烯二酸二丁酯按65～75：3：5～10：10～20：1～3的质量比配制成为导电浆料，导体粉末为金属粉与石墨烯粉的混合物，金属粉为金、银、铜中的一种或两种以上的混合金属颗粒，混合金属颗粒为球体，颗粒粒度为300目以上，石墨烯粉占导电浆料的质量百分比为2‰～5％，采用丝网印刷技术将导电浆料印刷在玻璃基板的其中一个平面上，丝网印刷技术中网板材质采用聚酯，网板目数为250，网版张力为23N，拉网角度为22.5度，乳胶厚度为10±2μm；
(4)将单面印刷导电浆料的玻璃基板在150℃的温度下烘烤240秒，使得导电浆料固化；
(5)采用与步骤(3)相同的丝网印刷技术将导电浆料印刷在玻璃基板的另一个平面上，将双面印刷导电浆料的玻璃基板在150℃的温度下烘烤240秒，使得两个平面上的导电浆料均固化；
(6)若玻璃基板厚度为5mm，则将玻璃基板置于550～600℃温度环境中360秒，然后置于710～730℃温度环境中维持120秒；若玻璃基板厚度为6mm，则将玻璃基板置于550～600℃温度环境中340秒，然后置于710～730℃温度环境中维持140秒；若玻璃基板厚度为8mm，则将玻璃基板置于550～600℃温度环境中320秒，然后置于710～730℃温度环境中维持180秒；若玻璃基板厚度为10mm，则将玻璃基板置于550～600℃温度环境中300秒，然后置于710～730℃温度环境中维持220秒，最后以30s内降温至常温的速率进行冷却至常温，使得导电浆料与玻璃基板熔融为一体形成导电线路，同时玻璃基板进行钢化，导电线路分布于玻璃基板的表面并且成为玻璃基板的一部分，两个导电线路通过空心铜管形成电导通，利用丝网印刷技术将无色PCB有机阻焊漆在电路层上进行二次覆盖，使电路层中除去待焊接元件的焊盘以外的部分全部被PCB有机阻焊漆覆盖，得到透明玻璃基双层电路板。
需要在上述实施例制备的透明玻璃基双层电路板上焊接元件时，利用回流焊技术将待焊元件与焊盘焊接。
经验证，上述实施例制备的透明玻璃基双层电路板透光率超过90％，具有超导电能力，导电阻抗低于5×10-8Ω，制成的高导通透明玻璃基电路板中导电线路和玻璃基板无介质结合，使电路层在大功率应用时具有良好的导热能力，并且导电线路与玻璃基板分子紧密熔合，可进行SMD电子元件贴片且元件不易剥落。

Claims (9)

1.一种透明玻璃基双层电路板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在玻璃基板上开设均匀分布并且贯通玻璃基板的电导孔，所述电导孔为直径小于2mm的圆通孔；
(2)在电导孔中安装与电导孔尺寸相匹配并且长度等于玻璃基板厚度的空心铜管，并使空心铜管的端面与玻璃基板的表面齐平；
(3)将导体粉末、低温玻璃粉、乙基纤维素、松油醇和顺丁烯二酸二丁酯按65～75：3：5～10：10～20：1～3的质量比配制成为导电浆料，将导电浆料印刷在玻璃基板的其中一个平面上；
(4)将单面印刷导电浆料的玻璃基板在120～150℃的温度下烘烤100～300秒，使得导电浆料固化；
(5)将导电浆料印刷在玻璃基板的另一个平面上，随后将双面印刷导电浆料的玻璃基板在120～150℃的温度下烘烤100～300秒，使得两个平面上的导电浆料均固化；
(6)将玻璃基板置于550～600℃温度环境中300～360秒，然后置于710～730℃温度环境中维持120～220秒，最后冷却至常温，使得导电浆料与玻璃基板熔融为一体形成导电线路，导电线路分布于玻璃基板的表面并且成为玻璃基板的一部分，玻璃基板的表面与导电线路的上表面平齐，两个导电线路通过空心铜管形成电导通，得到透明玻璃基双层电路板。
2.根据权利要求1所述的透明玻璃基双层电路板的制备方法，其特征在于：步骤(3)和步骤(5)中采用打印移印技术、凹凸版印刷技术、丝网印刷技术、热转印技术或点胶式刷图技术将导电浆料印刷在玻璃基板上，丝网印刷技术中网板材质采用聚酯，网板目数为250，网版张力为23N，拉网角度为22.5度，乳胶厚度为10±2μm。
3.根据权利要求1所述的透明玻璃基双层电路板的制备方法，其特征在于：步骤(3)中导体粉末为石墨烯粉或者金属粉与石墨烯粉的混合物；若导体粉末为金属粉与石墨烯粉的混合物，则石墨烯粉占导电浆料的质量百分比为2‰～5％。
4.根据权利要求3所述的透明玻璃基双层电路板的制备方法，其特征在于：步骤(3)中金属粉为金、银、铜中的一种或两种以上的混合金属颗粒，颗粒粒度为300目以上。
5.根据权利要求4所述的透明玻璃基双层电路板的制备方法，其特征在于：步骤(3)中混合金属颗粒为球体、立方体或不规则多面体。
6.根据权利要求4或5所述的透明玻璃基双层电路板的制备方法，其特征在于：步骤(6)中在熔融完成后，利用丝网印刷技术将无色PCB有机阻焊漆在电路层上进行二次覆盖，使电路层中除去待焊接元件的焊盘以外的部分全部被PCB有机阻焊漆覆盖。
7.根据权利要求6所述的透明玻璃基双层电路板的制备方法，其特征在于：步骤(6)中熔融完成后或二次覆盖处理后，利用回流焊技术将待焊元件与焊盘焊接。
8.根据权利要求1所述的透明玻璃基双层电路板的制备方法，其特征在于：步骤(6)中对于不同厚度的玻璃基板处理时间不同：若玻璃基板厚度为5mm，则将玻璃基板置于550～600℃温度环境中360秒，然后置于710～730℃温度环境中维持120秒；若玻璃基板厚度为6mm，则将玻璃基板置于550～600℃温度环境中340秒，然后置于710～730℃温度环境中维持140秒；若玻璃基板厚度为8mm，则将玻璃基板置于550～600℃温度环境中320秒，然后置于710～730℃温度环境中维持180秒；若玻璃基板厚度为10mm，则将玻璃基板置于550～600℃温度环境中300秒，然后置于710～730℃温度环境中维持220秒。
9.根据权利要求1所述的透明玻璃基双层电路板的制备方法，其特征在于：步骤(6)中以30s内降温至常温的速率进行冷却以对玻璃基板进行钢化。
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