CN107858625A - 一种铝合金基板印制电路板的制备工艺及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝合金基板印制电路板的制备工艺及设备，制备工艺包括：在铝合金基板表面采用电弧喷涂铝涂层作为打底层；在铝涂层上采用等离子喷涂法喷涂陶瓷涂层；采用真空渗透完成陶瓷涂层的封孔；在陶瓷涂层表面喷涂水溶性陶瓷涂层，然后将水溶性陶瓷涂层进行烘烤，使陶瓷表面形成陶瓷薄膜层，完成陶瓷绝缘层的制备；采用激光在陶瓷绝缘层上布线。制备设备包括传动带、第一加热炉、电弧喷涂装置、等离子喷涂装置、真空炉、喷涂水溶性陶瓷装置、第二加热炉、激光器。本发明实现了高散热性、优异的电气性能、电磁屏蔽性能以及灵活的加工方式和规模化生产铝合金基板陶瓷电路板的制备，具有高稳定性、可靠性，并能在苛刻环境下使用，提高铝合金电路板的使用范围。

Description

一种铝合金基板印制电路板的制备工艺及设备

技术领域

本发明涉及铝合金基板印制电路板的领域，尤其涉及一种铝合金基板印制电路板的制备工艺及设备。

背景技术

随着电子产品功能上越来越强,重量上越来越轻,体积却越来越小，这就要求印制板上元件组装密度和集成度越来越高，造成单位面积上的功率消耗越来越大，因此对PCB基板的散热性要求越来越高。基板的散热性差，会导致印制电路板上元器件过热，从而使电子产品的可靠性下降。

金属基PCB由金属基层、绝缘层和导电层组成。由于在金属基板上涂覆较薄的绝缘层，大幅度的提高其散热效率。其次，金属基PCB可以实现电路中各个元器件间的电气连接，替代复杂的布线，减少传统方式下的接线工作量，简化了电子产品的装配、焊接和调试工作。其次，采用金属基PCB可以最大限度的缩小整机体积，降低了产品成本，提高了电子设备的质量和可靠性,具有良好的一致性，并可以采用标准化设计，有利于焊接的机械化，提高生产效率。因此，广泛的应用于集成电路、汽车、摩托车、办公自动化、大功率电器设备、电源设备等领域，特别是近年来的LED照明工程中。

铁基PCB质量大，且未经处理的铁基表面长时间暴露在空气中会生锈，产生的锈迹层疏松、多孔，吸水、吸气能力强，随着时间的推移，锈迹层越来越厚，造成铁基PCB绝缘性以及散热性下降，且产生的锈迹容易脱落到其它电器元件中，造成电路的短路和故障，轻则造成设备不能正常运行，重则造成设备烧毁。铜基PCB在重量上也不具备优势，并且长时间的暴露在空气中也会产生铜锈，造成的后果跟铁基PCB是一样的严重，因而，铁、铜等金属不太适合用于金属基PCB的基板。铝合金具有耐高温性、高散热性、高尺寸稳定性、良好的强度及柔韧性、耐离子迁移性和高的击穿强度和电磁屏蔽性能，且相对于铁、铜等金属具有重量轻，耐蚀性强，是金属基PCB中应用最广的一种金属基材。

铝合金基PCB主要由铝合金基板、绝缘层以及线路层所组成，按照绝缘层的种类可分为有机树脂、陶瓷及玻璃铝合金基PCB。有机树脂具有介电常数低，设计自由度高、加工方便及大批量生产和制造成本低廉等优点，是应用最为广泛的一种铝合金基板PCB，但高功率、狭小空间运行的设备在没有外部水冷散热的情况下，其内部环境的温度高达80～120℃，电气元件的温度超过200℃，大大的超过了有机树脂基板的承受(120℃以下)温度，限制其应用范围。在普通工况条件下，其制造成本远高于常规塑料PCB，因此有机树脂型铝合金基PCB的应用范围有限，很难发挥铝合金基板的优势。陶瓷材料具有耐热性高、尺寸稳定性高、耐离子迁移性和高的击穿强度等优点，是一种理想的绝缘层材料。但是陶瓷与铝合金在物理、化学等方面存在巨大的差异，尤其是两者的膨胀系数相差巨大，陶瓷型铝合金PCB处于一个不间断的冷-热循环过程中，由热膨胀差异导致的应力积累，长期的使用非常容易在铝合金与陶瓷绝缘层界面处产生裂纹，造成陶瓷型铝合金PCB失效。玻璃类陶瓷热膨胀系数及介电常数变化范围大、力学性能优良、电绝缘性好、结构致密、密封性好及化学温度性好等优点。不但具有有机塑料基电路板易成型、弯曲和冲孔等特点，而且该类电路基板在400℃下不发生任何热变现象，是一种非常有发展前景的材料，但是玻璃类陶瓷材料虽然克服了玻璃高温软化的问题，却遇到了与金属基板润湿性差的问题，是制造玻璃型铝合金PCB的一个难以逾越的瓶颈。

如上所述，目前几种铝合金基板PCB电路板的绝缘层难以综合设计自由度高、加工方便、大批量生产、制造成本低和耐热性高、耐离子迁移性和高的击穿强度等特点，存在稳定性、可靠性差等问题，造成电子产品性能下降，降低产品的质量。因此，必须改变目前铝合金基板PCB电路板绝缘层的制备工艺，以适应信息产业中对铝合金基板PCB电路板高可靠性、高稳定性以及高持久性的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种加工方便、可靠性强、稳定性好的铝合金基板印制电路板的制备工艺及设备。

本发明所采用的技术方案为：一种铝合金基板印制电路板的制备工艺，其特征在于：包括如下步骤：

S1、在铝合金基板表面采用电弧喷涂铝涂层作为打底层；

S2、在铝涂层上采用等离子喷涂法喷涂陶瓷涂层；

S3、采用真空渗透完成陶瓷涂层的封孔；

S4、在陶瓷涂层表面喷涂水溶性陶瓷涂层，然后将水溶性陶瓷涂层进行烘烤，使陶瓷表面形成陶瓷薄膜层，完成陶瓷绝缘层的制备；

S5、采用激光在陶瓷绝缘层上布线。

按上述技术方案，在电弧喷涂铝涂层前还需要操作的步骤为：将铝合金基板清洗去油污；将铝合金基板送入第一加热炉中加热至320°～380°，保温设定时间；保持铝合金基板的保持300°以上再进行电弧喷涂铝涂层。

按上述技术方案，步骤三具体为：将喷涂了陶瓷涂层的铝合金基板放入真空炉中，进行抽真空处理，使陶瓷涂层的孔隙为负压状态；在陶瓷涂层表面堆积球状粉末陶瓷，接着往真空炉中缓慢充气至大气压，在吸附的作用下，陶瓷粉末填充至陶瓷涂层中的孔隙。

按上述技术方案，球状陶瓷粉末为氧化铝和氧化钛两者的混合，两者的重量比例为为1:4～2:3。

按上述技术方案，步骤五中，真空炉中抽真空度为0.1～1Pa。

按上述技术方案，步骤四中，将喷涂了水溶性陶瓷涂层的基板放入第二加热炉中加热到70～100℃，保温30min～60min。

按上述技术方案，所述水溶性陶瓷的主要成分为ZnO、B₂O₃、TiO₂。

按上述技术方案，所述铝涂层的厚度为10～30μm，陶瓷涂层的厚度为40～60μm，铝涂层表面的粗糙度在3～15μm。

一种铝合金基板印制电路板的制备设备，其特征在于：包括传动带、第一加热炉、电弧喷涂装置、等离子喷涂装置、真空炉、喷涂水溶性陶瓷装置、第二加热炉、激光器，在传动带上设有铝合金基板，所述传动带依次通过第一加热炉、真空炉、第二加热炉，所述电弧喷涂和等离子喷涂装置依次设置，均安设与传动带的上方，位于第一加热炉和真空炉之间，所述喷涂水溶性陶瓷装置位于传动带的上方，并位于真空炉和第二加热炉之间，所述激光器位于传动带的上方，位于第二加热炉的下游。

按上述技术方案，还包括超声波清洗机，所述超声波清洗机位于第一加热炉的上游。

本发明所取得的有益效果为：

1、本发明使用免喷砂在线喷涂法在铝合金基板表明制备铝涂层作为打底层，采用等离子喷涂法在铝涂层上制备陶瓷涂层作为绝缘层，采用真空渗透完成陶瓷涂层的封孔，采用喷涂、烘烤水溶性陶瓷涂层的方法在陶瓷涂层上制备陶瓷薄膜，完成陶瓷绝缘层的制备，以及采用激光在陶瓷绝缘层上布线的方式，实现了高散热性、优异的电气性能、电磁屏蔽性能以及灵活的加工方式和规模化生产铝合金基板陶瓷电路板的制备，具有高稳定性、可靠性，并能在苛刻环境下使用，提高铝合金电路板的使用范围。

2、利用本工艺制备的铝合金基板印制电路板，具有导热性能好，尺寸稳定，耐高压以及制造成本低等特点，能满足电子行业轻、小、薄、高密度、多功能化的要求。

3、本发明采用免喷砂的方式替代其它前处理工艺提高铝合金表面的粗糙度，不仅能提高陶瓷涂层的结合强度，还可以减少铝合金的变形程度，提高效率，降低对环境的污染。

4、本发明提供的制备设备结构简单，能实现大批量铝合金基板印制电路板的生产，具有比较好的实用性。

附图说明

图1为本发明提供的铝合金基板印制电路板的制备设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1：2A16铝合金基板印制电路板制备工艺

本实施例提供了一种2A16铝合金基板印制电路板制备工艺，包括如下步骤：

首先、把厚度为0.5mm的2A16铝合金基板放入超声波清洗机中进行漂洗、清洗以及烘干；

然后，将烘干的2A16铝合金基板送入第一加热炉(普通工业电炉)中加热至320℃，保温8min；

其次，将2A16铝合金基板拿出，此时2A16铝合金基板的温度保持在300℃左右，直接在其上采用电弧喷涂工艺制备30μm的铝涂层，铝涂层表面的粗糙度在3μm，以提高陶瓷涂层的结合强度；

其次，采用等离子喷涂法在在铝涂层上制备陶瓷涂层，厚度为50μm；

其次，将铝合金基板放入真空炉中，抽真空至0.1Pa，时间长达30min，尽可能的去除陶瓷涂层空隙中的空气，造成孔隙始终为超低负压状态；

然后，在陶瓷涂层表面堆积AT球状陶瓷粉末(AT球状陶瓷粉末为氧化铝和氧化钛两者的混合，混合质量比为1:4)，接着往真空炉中缓慢充气至大气压，耗时10min，在吸附的作用下，AT状陶瓷粉末填充大部分陶瓷涂层中的空隙，以提高陶瓷涂层的绝缘性和电压击穿性能；

其次，在陶瓷涂层表面喷涂水溶性陶瓷，陶瓷的主要成分为ZnO、B₂O₃、TiO₂；然后将其放入工业电炉中加热到70℃，保温30min，在陶瓷涂层表面形成一层致密、均匀、平整的陶瓷薄膜，以提高陶瓷电路板击穿性能和绝缘性能，从而完成陶瓷绝缘层的制备；

最后，采用激光在陶瓷绝缘层上布线，完成2A16铝合金基板PCB电路板制备工艺。

如图1所示，本实施例根据以上制备工艺还提供了一种铝合金基板印制电路板的制备设备，包括传动带1、超声波清洗机(图中省略)、第一加热炉3、电弧喷涂装置4、等离子喷涂装置5、真空炉6、喷涂水溶性陶瓷装置7、第二加热炉8、激光器9，在传动带1上设有铝合金基板2，所述传动带1依次连接超声波清洗机、第一加热炉3、真空炉6、第二加热炉8，所述电弧喷涂4和等离子喷涂装置5依次设置，均安设与传动带1的上方，位于第一加热炉3和真空炉6之间，所述喷涂水溶性陶瓷装置7位于传动带1的上方，并位于真空炉6和第二加热炉8之间，所述激光器9位于传动带的上方，位于第二加热炉8的下游，其中，所述真空炉8为单室卧式真空炉，根据该制备设备可以进行本实施例制备工艺的实施。

实施例2：3003铝合金基板印制电路板制备工艺

本实施例提供了一种3003铝合金基板印制电路板制备工艺，包括如下步骤：

首先，把厚度为1mm的3003铝合金基板放入超声波清洗机中进行漂洗、清洗以及烘干；

然后，将烘干的3003铝合金基板送入第一加热炉中加热至330℃，保温5min；

其次，将3003铝合金基板拿出，此时3003铝合金基板的温度保持在310℃左右，直接在其上采用电弧喷涂工艺制备30μm的铝涂层，铝涂层表面的粗糙度在10μm，以提高陶瓷涂层的结合强度；

其次，采用等离子喷涂法在在铝涂层上制备陶瓷涂层，厚度为60μm；其次，将铝合金基板放入真空炉中，抽真空至0.5Pa,时间长达25min，尽可能的去除陶瓷涂层空隙中的空气，造成孔隙始终为超低负压状态；

然后，在陶瓷涂层表面堆积AT球状陶瓷粉末(AT球状陶瓷粉末为氧化铝和氧化钛两者的混合，混合质量比为1:2)，接着往真空炉中缓慢充气至大气压，耗时10min，在吸附的作用下，AT状陶瓷粉末填充大部分陶瓷涂层中的空隙，以提高陶瓷涂层的绝缘性和电压击穿性能；

其次，在陶瓷涂层表面喷涂水溶性陶瓷，陶瓷的主要成分为ZnO、B₂O₃、TiO₂；然后将其放入工业电炉中加热到90℃，保温45min，在陶瓷涂层表面形成一层致密、均匀、平整的陶瓷薄膜，以提高陶瓷电路板击穿性能和绝缘性能，从而完成陶瓷绝缘层的制备；

最后，采用激光在陶瓷绝缘层上布线，完成3003铝合金基板PCB电路板制备工艺。

本实施例中提供的铝合金基板印制电路板的制备设备与实施例1的结构相同。

实施例3：4A01铝合金基板PCB电路板制备工艺

本实施例提供了一种4A01铝合金基板印制电路板制备工艺，包括如下步骤：

首先，把厚度为2mm的4A01铝合金基板放入超声波清洗机中进行漂洗、清洗以及烘干；

然后，将烘干的4A01铝合金基板送入普通工业电炉中加热至380℃，保温2min；

其次，将4A01铝合金基板拿出，此时4A01铝合金基板的温度保持在300℃左右，直接在其上采用电弧喷涂工艺制备30μm的铝涂层，铝涂层表面的粗糙度在15μm，以提高陶瓷涂层的结合强度；

其次，采用等离子喷涂法在在铝涂层上制备陶瓷涂层，厚度为40μm；

其次，将铝合金基板放入真空炉中，抽真空至1Pa,时间长达30min，尽可能的去除陶瓷涂层空隙中的空气，造成孔隙始终为超低负压状态；

然后，在陶瓷涂层表面堆积AT球状陶瓷粉末(AT球状陶瓷粉末为氧化铝和氧化钛两者的混合，混合质量比为2:3)，接着往真空炉中缓慢充气至大气压，耗时10min，在吸附的作用下，AT状陶瓷粉末填充大部分陶瓷涂层中的空隙，以提高陶瓷涂层的绝缘性和电压击穿性能；

其次，在陶瓷涂层表面喷涂水溶性陶瓷，陶瓷的主要成分为ZnO、B₂O₃、TiO₂；

然后，将其放入工业电炉中加热到100℃，保温1h，在陶瓷表面形成一层致密、均匀、平整的陶瓷薄膜，以提高陶瓷电路板击穿性能和绝缘性能，从而完成陶瓷绝缘层的制备；

最后，采用激光在陶瓷绝缘层上布线，完成4A01铝合金基板PCB电路板制备工艺。

本实施例中提供的铝合金基板印制电路板的制备设备与实施例1的结构相同。

Claims (10)

1.一种铝合金基板印制电路板的制备工艺，其特征在于：包括如下步骤：

S1、在铝合金基板表面采用电弧喷涂铝涂层作为打底层；

S2、在铝涂层上采用等离子喷涂法喷涂陶瓷涂层；

S3、采用真空渗透完成陶瓷涂层的封孔；

S4、在陶瓷涂层表面喷涂水溶性陶瓷涂层，然后将水溶性陶瓷涂层进行烘烤，使陶瓷表面形成陶瓷薄膜层，完成陶瓷绝缘层的制备；

S5、采用激光在陶瓷绝缘层上布线。

2.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于：在电弧喷涂铝涂层前还需要操作的步骤为：将铝合金基板清洗去油污；将铝合金基板送入第一加热炉中加热至320°～380°，保温设定时间；保持铝合金基板的保持300°以上再进行电弧喷涂铝涂层。

3.根据权利要求1或2所述的制备工艺，其特征在于：步骤三具体为：将喷涂了陶瓷涂层的铝合金基板放入真空炉中，进行抽真空处理，使陶瓷涂层的孔隙为负压状态；在陶瓷涂层表面堆积球状粉末陶瓷，接着往真空炉中缓慢充气至大气压，在吸附的作用下，陶瓷粉末填充至陶瓷涂层中的孔隙。

4.根据权利要求1或2所述的制备工艺，其特征在于：球状陶瓷粉末为氧化铝和氧化钛两者的混合，两者的重量比例为1:4～2:3。

5.根据权利要求1或2所述的制备工艺，其特征在于：步骤五中，真空炉中抽真空度为0.1～1Pa。

6.根据权利要求1或2所述的制备工艺，其特征在于：步骤四中，将喷涂了水溶性陶瓷涂层的基板放入第二加热炉中加热到70～100℃，保温30min～60min。

7.根据权利要求4所述的制备工艺，其特征在于：所述水溶性陶瓷的主要成分为ZnO、B₂O₃、TiO₂。

8.根据权利要求1或2所述的制备工艺，其特征在于：所述铝涂层的厚度为10～30μm，陶瓷涂层的厚度为40～60μm，铝涂层表面的粗糙度在3～15μm。

9.一种铝合金基板印制电路板的制备设备，其特征在于：包括传动带、第一加热炉、电弧喷涂装置、等离子喷涂装置、真空炉、喷涂水溶性陶瓷装置、第二加热炉、激光器，在传动带上设有铝合金基板，所述传动带依次通过第一加热炉、真空炉、第二加热炉，所述电弧喷涂和等离子喷涂装置依次设置，均安设与传动带的上方，位于第一加热炉和真空炉之间，所述喷涂水溶性陶瓷装置位于传动带的上方，并位于真空炉和第二加热炉之间，所述激光器位于传动带的上方，位于第二加热炉的下游。

10.根据权利要求9所述的铝合金基板印制电路板的制备设备，其特征在于：还包括超声波清洗机，所述超声波清洗机位于第一加热炉的上游。