CN106604531A - 一种柔性可挠曲的复合陶瓷散热pcb基板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种柔性可挠曲的复合陶瓷散热PCB基板，包括依次设置的导电层、绝缘层和散热层，所述导电层包括预镀金属层和镀铜层，所述镀铜层上镀在所述预镀金属层上，所述绝缘层由陶瓷浆料烧结形成，所述散热层为柔性铝基板，所述陶瓷浆料包括下述组分：70‑80重量份的陶瓷粉，10‑15重量份的粘接剂，0.8‑1重量份的分散剂，0.8‑1重量份的消泡剂，0.8‑1重量份的偶联剂，1.5‑2重量份的固化剂。本发明解决了硬基陶瓷基PCB铝基板可塑性差，柔性可挠曲时易发生断裂的问题。本发明制备PCB基板的方法简单，制备效率高。

Description

一种柔性可挠曲的复合陶瓷散热PCB基板及其制备方法
技术领域
本发明属于PCB基板技术领域，具体涉及一种柔性可挠曲的复合陶瓷散热PCB基板及其制备方法。
背景技术
PCB板又称印刷电路板，是电子元器件电气连接的提供者。它的发明大大减少布线和装配的差错，提高了自动化水平和生产劳动率。
传统的PCB板包括以环氧树脂基为代表的有机类复合材料基板和以铝基板为代表的无机类复合材料基板。但是，以环氧树脂为代表的有机类复合材料基板导热性能差、比较脆和可塑封性差，制约了PCB板在大功率复杂集成电路中的应用，而以铝基板为代表的无机类复合材料基板导热性不理想、可塑性较差、散热层表面粗糙毛刺多，不够轻薄、贴附困难等问题。
随着技术的发展，研究人员发现，陶瓷材料具有高的导热、散热，耐高压、耐高温、耐老化。陶瓷基PCB铝基板，不仅具有优良电绝缘性能，高导热特性，优异的软钎焊性和高的附着强度，并可像PCB板一样能刻蚀出各种图形，具有很大的载流能力,目前正逐步成为大功率电力电子电路结构技术和互连技术的基础材料，广泛应用于大功率电力半导体模块、汽车电子、智能功率等领域。然而，硬基陶瓷基PCB铝基板可塑性差，柔性可挠曲时易发生断裂，影响材料的性能。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种柔性可挠曲的复合陶瓷散热PCB基板，能够解决硬基陶瓷基PCB铝基板可塑性差，柔性可挠曲时易发生断裂的问题。本发明还提供了一种柔性可挠曲的复合陶瓷散热PCB基板的制备方法。
本发明是这样实现的：
一种柔性可挠曲的复合陶瓷散热PCB基板，包括依次设置的导电层、绝缘层和散热层，
所述导电层包括预镀金属层和镀铜层，所述镀铜层上镀在所述预镀金属层上，所述预镀金属层由导电浆丝网印刷制成,
所述绝缘层由陶瓷浆料烧结形成，
所述散热层为柔性铝基板，
所述陶瓷浆料包括下述组分：
70-80重量份的陶瓷粉，
10-15重量份的粘接剂，
0.8-1重量份的分散剂，
0.8-1重量份的消泡剂，
0.8-1重量份的偶联剂，
1.5-2重量份的固化剂。
优选地，所述陶瓷粉为氧化铝陶瓷粉，所述粘接剂为双酚A型环氧树脂。
优选地，所述分散剂为醇类、酮类和酯类中的一种或几种。
优选地，所述消泡剂为聚醚类消泡剂和/或有机硅类消泡剂。
优选地，所述偶联剂为KH560、KH570和KH550中的一种或几种。
优选地，所述固化剂为苯胺类、咪唑类或酸酐类。
优选地，所述柔性铝基板的厚度为1-6mm。
一种制备上述柔性可挠曲的复合陶瓷散热PCB基板的方法，包括以下步骤：
S1：陶瓷粉体制备：
S11：将氧化铝陶瓷粉加入水溶剂，球磨，得到浆液，
S12：将浆液过滤除水，冷冻干燥，得到陶瓷粉体，
S2：陶瓷浆料制备：将陶瓷粉体、粘接剂、分散剂、消泡剂、偶联剂和固化剂放入形星机中混合，后转至超声搅拌釜中搅拌，制得陶瓷浆料，
S3：涂板：用碱性金属清洗液在压力为800psi下高压雾化清洁铝基板表面，再进行清水清洗，之后干燥除水，得到预处理基板，将陶瓷浆料灌入自动涂布机，并将预处理基板放入自动涂布机进行自动涂覆，
S4：第一次烧结：涂覆后的预处理基板放入烘箱中烧结，得到烧结好的基板，
S5：预镀金属层：将导电浆倒入自动丝网印刷机中，并将烧结好的基板置于自动丝网印刷机的标准格内进行丝网印刷，得到预镀金属层，
S6：第二次烧结：将覆有预镀金属层的基板放入烘箱烧结，
S7：上镀：将第二次烧结后的基板放入含铜离子的次磷酸碱性溶液中进行化学镀铜，得到柔性可挠曲的复合陶瓷散热PCB基板。
优选地，所述球磨时间为3-10小时，所述冷冻干燥时间至少为24小时，所述混合时间为5-10小时，所述搅拌时间为1-2小时，所述陶瓷粉体的粒径为1-10um，所述陶瓷粉体的含水量小于1％。
优选地，第一次烧结的温度为200±20℃，烧结时间为4-6小时，
第二次烧结的温度为200±20℃，烧结时间为1-3小时。
与现有技术相比，本发明解决了硬基陶瓷基PCB铝基板可塑性差，柔性可挠曲时易发生断裂的问题。本发明制备PCB基板的方法简单，制备效率高。
附图说明
图1是柔性可挠曲的复合陶瓷散热PCB基板示意图。
图2是柔性可挠曲的复合陶瓷散热PCB基板的制备工艺。
所有附图中的标记如下：
1-导电层，11-镀铜层，12-预镀金属层，2-绝缘层，3-散热层。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本发明的示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的部件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
对于本领域的技术人员而言，应当清楚本申请中提及的“前、后、上、下、左、右”等方向用词仅是为了能够更直观地解释本发明，因此在文中的上述的方向用词并不构成对本发明的保护范围的限制。
如图1所示，一种柔性可挠曲的复合陶瓷散热PCB基板，包括依次设置的导电层1、绝缘层2和散热层3。导电层1包括镀铜层11和预镀金属层12。镀铜层11通过化学沉积的方法上镀在预镀金属层12上。绝缘层2由陶瓷浆料烧结形成。优选散热层3为柔性铝基板，并优选柔性铝基板的厚度为1-6mm。当然，导电层1也可以为其他形式的金属层，能实现导电连接即可。绝缘层2也可以由其他绝缘材料制成，制备的方法不局限于烧结。散热层3也可以为复合其他功能材料的柔性铝基板，如导热系数大的陶瓷复合的柔性铝基板等，以实现散热功能。
如图2所示，为一种柔性可挠曲的复合陶瓷散热PCB基板的制备工艺，依次包括粉料制备、浆料制备、涂板、第一次烧结、预镀金属层、第二次烧结和上镀等7个步骤。
实施例1
陶瓷浆料包括下述组分：
80重量份的氧化铝陶瓷粉，
15重量份的双酚A型环氧树脂，
1重量份的丙酮，
1重量份的聚醚类消泡剂，
1重量份的KH570偶联剂，
2重量份的苯胺固化剂。
S1：陶瓷粉体制备：
S11：选取粒径D50数值为20um氧化铝陶瓷粉加入水溶剂，球磨5小时得到的浆液，
S12：将浆液过滤除水后进行冷冻干燥24小时，得到D50数值为5um含水量低于1％的陶瓷粉体，
S2：陶瓷浆料制备：称取80重量份的氧化铝陶瓷粉、15重量份的双酚A型环氧树脂、1重量份的丙酮、1重量份的聚醚类消泡剂、1重量份的KH570偶联剂和2重量份的苯胺固化剂放入形星机常温混合8小时，再转至超声搅拌釜中搅拌2小时，制得陶瓷浆料，
S3：涂板：选取3mm厚铝基板，利用碱性金属清洗液在压力为800psi下高压雾化对铝基板表面清洁，清水清洗之后再干燥除水，得预处理基板，将陶瓷浆料灌入自动涂布机，放入预处理基板进行自动涂覆，
S4：第一次烧结：将涂覆后的基板放进200℃烘箱中烧结5小时，得到烧结好的基板，
S5：预镀金属层：取导电浆倒入自动丝网印刷机中，将烧结好的基板置于自动丝网印刷机的标准格内，进行丝网印刷，得预镀金属层。
S6：第二次烧结：将覆有预镀金属层的陶瓷复合铝板放进烘箱并200℃下烧结2小时，
S7：上镀：将待镀件放入含铜离子的次磷酸碱性溶液中进行化学镀铜，在银浆上镀上铜层，得到柔性可挠曲的复合陶瓷散热PCB基板。
得到的厚度为3mm，金属基为铝基的表面覆铜的可挠曲的复合陶瓷散热PCB基板。
实施例2
陶瓷浆料包括下述组分：
70重量份的氧化铝陶瓷粉，
10重量份的双酚A型环氧树脂，
0.8重量份的乙酸乙酯，
0.8重量份的有机硅类消泡剂，
0.8重量份的KH560偶联剂，
1.5重量份的酸酐类固化剂。
S1：陶瓷粉体制备：
S11：选取粒径D50数值为20um氧化铝陶瓷粉加入水溶剂，球磨5小时得到的浆液，
S12：将浆液过滤除水后进行冷冻干燥24小时，得到D50数值为5um含水量低于1％的陶瓷粉体，
S2：陶瓷浆料制备：称取70重量份的氧化铝陶瓷粉、10重量份的双酚A型环氧树脂、0.8重量份的乙酸乙酯、0.8重量份的有机硅类消泡剂、0.8重量份的KH560偶联剂和1.5重量份的酸酐类固化剂放入形星机常温混合8小时，再转至超声搅拌釜中搅拌2小时，制得陶瓷浆料，
S1：陶瓷粉体制备：
S11：选取粒径D50数值为20um氧化铝陶瓷粉加入水溶剂，球磨10小时得到的浆液，
S12：将浆液过滤除水后进行冷冻干燥24小时，得到D50数值为2um含水量低于1％的陶瓷粉体，
S2：陶瓷浆料制备：称取氧化铝陶瓷粉、粘接剂、分散剂、消泡剂、偶联剂、固化剂放入形星机常温混合10小时，再转至超声搅拌釜中搅拌2小时，制得陶瓷浆料，
S3：涂板：选取5mm厚铝基板，利用碱性金属清洗液在压力为800psi下高压雾化对铝基板表面清洁，清水清洗之后再干燥除水，得预处理基板；将陶瓷浆料灌入自动涂布机，放入预处理基板进行自动涂覆。
S4：第一次烧结：将涂覆后的基板放进200℃烘箱中烧结5小时，制得烧结好的基板，
S5：预镀金属层：取导电浆倒入自动丝网印刷机中，将烧结好的基板置于自动丝网印刷机的标准格内，进行丝网印刷，得预镀金属层，
S6：第二次烧结：将覆有预镀金属层的陶瓷复合铝板放进烘箱并200℃下烧结2小时，
S6：上镀：将待镀件放入含铜离子的次磷酸碱性溶液中进行化学镀铜，在银浆上镀上铜层，得到柔性可挠曲的复合陶瓷散热PCB基板。
得到的厚度为5mm，金属基为铝基的表面覆铜柔性可挠曲的复合陶瓷散热PCB基板。
与现有技术相比，本发明解决了硬基陶瓷基PCB铝基板可塑性差，柔性可挠曲时易发生断裂的问题。本发明制备PCB基板的方法简单，制备效率高。
最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种柔性可挠曲的复合陶瓷散热PCB基板，其特征在于：包括依次设置的导电层、绝缘层和散热层，
所述导电层包括预镀金属层和镀铜层，所述镀铜层上镀在所述预镀金属层上，所述预镀金属层由导电浆丝网印刷制成,
所述绝缘层由陶瓷浆料烧结形成，
所述散热层为柔性铝基板，
所述陶瓷浆料包括下述组分：
70-80重量份的陶瓷粉，
10-15重量份的粘接剂，
0.8-1重量份的分散剂，
0.8-1重量份的消泡剂，
0.8-1重量份的偶联剂，
1.5-2重量份的固化剂。
2.根据权利要求1所述的柔性可挠曲的复合陶瓷散热PCB基板，其特征在于：所述陶瓷粉为氧化铝陶瓷粉，所述粘接剂为双酚A型环氧树脂。
3.根据权利要求1所述的柔性可挠曲的复合陶瓷散热PCB基板，其特征在于：所述分散剂为醇类、酮类和酯类中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的柔性可挠曲的复合陶瓷散热PCB基板，其特征在于：所述消泡剂为聚醚类消泡剂和/或有机硅类消泡剂。
5.根据权利要求1所述的柔性可挠曲的复合陶瓷散热PCB基板，其特征在于：所述偶联剂为KH560、KH570和KH550中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的柔性可挠曲的复合陶瓷散热PCB基板，其特征在于：所述固化剂为苯胺类、咪唑类或酸酐类。
7.根据权利要求1所述的柔性可挠曲的复合陶瓷散热PCB基板，其特征在于：所述柔性铝基板的厚度为1-6mm。
8.一种制备权利要求1-7任一项所述柔性可挠曲的复合陶瓷散热PCB基板的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：陶瓷粉体制备：
S11：将氧化铝陶瓷粉加入水溶剂，球磨，得到浆液，
S12：将浆液过滤除水，冷冻干燥，得到陶瓷粉体，
S2：陶瓷浆料制备：将陶瓷粉体、粘接剂、分散剂、消泡剂、偶联剂和固化剂放入形星机中混合，后转至超声搅拌釜中搅拌，制得陶瓷浆料，
S3：涂板：用碱性金属清洗液在压力为800psi下高压雾化清洁铝基板表面，再进行清水清洗，之后干燥除水，得到预处理基板，将陶瓷浆料灌入自动涂布机，并将预处理基板放入自动涂布机进行自动涂覆，
S4：第一次烧结：涂覆后的预处理基板放入烘箱中烧结，得到烧结好的基板，
S5：预镀金属层：将导电浆倒入自动丝网印刷机中，并将烧结好的基板置于自动丝网印刷机的标准格内进行丝网印刷，得到预镀金属层，
S6：第二次烧结：将覆有预镀金属层的基板放入烘箱烧结，
S7：上镀：将第二次烧结后的基板放入含铜离子的次磷酸碱性溶液中进行化学镀铜，得到柔性可挠曲的复合陶瓷散热PCB基板。
9.根据权利要求8所述的制备柔性可挠曲的复合陶瓷散热PCB基板的方法，其特征在于：所述球磨时间为3-10小时，所述冷冻干燥时间至少为24小时，所述混合时间为5-10小时，所述搅拌时间为1-2小时，所述陶瓷粉体的粒径为1-10um，所述陶瓷粉体的含水量小于1％。
10.根据权利要求8所述的制备柔性可挠曲的复合陶瓷散热PCB基板的方法，其特征在于：
第一次烧结的温度为200±20℃，烧结时间为4-6小时，
第二次烧结的温度为200±20℃，烧结时间为1-3小时。
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