CN108059485B - 一种微型超薄氮化铝陶瓷电路板及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微型超薄氮化铝陶瓷电路板及制备方法,本发明选用高强度高散热的氮化铝陶瓷为基板,改进现有的加工和烧结工艺,采用先进氮化铝陶瓷表面金属化工艺,生产厚度为0.1~0.25mm、长为1.0~10mm、宽为1.0~10mm的超薄、微型和高导热电路板。
Description
技术领域
本发明涉及电子电工技术领域,具体涉及一种微型超薄陶瓷电路板及制备方法。
背景技术
随着半导体制冷器应用越来越广,制冷由空间制冷向定点制冷转变,制冷器趋于小型化。制备厂商若要生产厚度小于1mm制冷器,就要提高制冷器两端的温差,同时还有考虑制冷器中基板的材质导热性能。现有技术中,氮化铝(AlN)陶瓷具有优异的导热性能,其热导率可达170W/m·K-230W/m·K,约为Al2O3的8-10倍,且热膨胀系数与硅接近,是取代Al2O3陶瓷的理想的基板材料。另外,氮化铝(AlN)陶瓷机械强度为350MPa,使得其成为超薄材料首选。如何将氮化铝陶瓷加工成微型超薄电路板是本领域技术人员急需解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述背景技术存在的缺陷,提供一种微型超薄氮化铝陶瓷电路板,该电路板将氮化铝陶瓷材质应用到电路板中,不仅实现了电路板微型化而且提高电路板导热性能,同时降低制备成本。
本发明的技术方案:
一种微型超薄氮化铝陶瓷电路板制备方法,包括如下步骤:
步骤1、对具有厚度为0.25~0.38mm、长5~60mm、宽5~60mm的氮化铝陶瓷基片进行磨削直至将其厚度加工到0.10~0.25mm;
步骤2、用激光对氮化铝陶瓷基片进行预切割在其上形成激光切割线图形;
步骤3、按照电路图和在氮化铝陶瓷基片上形成的激光切割图形制做相应厚度的丝印板;
步骤4、使用电子浆料将丝印板中电路图形印在氮化铝陶瓷基片上;
步骤5、将带有电路图形的氮化铝陶瓷基片进行真空烧结形成氮化铝陶瓷电路板;
步骤6、将烧结好的氮化铝陶瓷电路板沿其上的激光切割线分割成若干微型氮化铝陶瓷电路板。
所述步骤1中磨削过程采用粒度在220K以下的砂轮,每次砂轮对氮化铝陶瓷基片磨削量小于0.005mm。
所述步骤2中采用激光的光点直径小于0.03mm,切割深度为0.02~0.12mm。
所述步骤3中真空烧结过程中,真空炉在温度上升或下降时均控制在10℃/min以内。
本发明还采用如下技术方案:
一种微型超薄陶瓷电路板,包括基板,所述基板上印制有带电路图形的金属层,所述基板尺寸长为1.0~10.0mm;宽为1.0~10.0mm;厚度为0.1~0.25mm,所述金属层由若干导流块构成,导流块厚度为0.005~0.1mm,导流块宽度为0.15~0.7mm,所述导流块之间间距范围在0.05~0.25mm之间。
所述导流块为矩阵排列。
所述导流块为导铜条。
所述电路图形为pcb集成电路。
本发明采用专用磨床平台的技术方案为:
一种用于微型超薄氮化铝陶瓷电路板制备方法的专用磨床平台,由平台本体构成,所述平台本体包括带腔体的支撑体,所述支撑体端面上设置有带吸气孔的台面,所述支撑体一侧通过泵孔和连接管连接到真空泵;所述连接管上设置有调节阀。
与现有技术相比,本发明具有的优点:
1、本发明制备电路板方法克服了传统DBC方法中导铜条直接焊在瓷板上,且因导铜条易于变形、不平整的技术问题;本发明生产的导铜条平整、规则印制在瓷板上,导铜条与瓷板之间无缝隙连接。
2、本发明制备电路板方法的导铜条之间间距0.05~0.25mm之间,其厚度在0.1~0.25mm;克服了传统刻蚀方法敷铜厚度要大于0.12mm,导铜间距要大于0.3mm的技术难题。
3、本发明制备电路板方法克服了传统真空溅射方法,溅射时间长,加工速度慢,工艺复杂,成本高的技术问题。
4、本发明制备电路板方法工艺先进、节能环保,填补了世界上无法生产最薄的微型电路板的空白,国际市场前景乐观。
附图说明
图1为本发明一种微型超薄氮化铝陶瓷电路板结构示意图。
图2为本发明方法中对氮化铝基片激光切割图。
图3为本发明一种微型超薄陶瓷电路板的专用磨床平台结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例和附图对本发明作进一步的说明。本发明的实施例是为了更好地使本领域的技术人员更好地理解本发明,并不对本发明作任何的限制。
如图1所示,本发明提供一种微型超薄氮化铝陶瓷电路板,包括基片11,所述基片上印制有带电路图形14的金属层12,所述基片11长为1.0~10mm;宽为1.0~10mm;厚度为0.1~0.25mm,所述金属层12由若干导流13块构成,导流块13厚度为0.005~0.1mm,导流块13宽度为0.15~0.7mm,所述导流块13之间间距范围在0.05~0.25mm之间;所述电路图形为pcb集成电路。本发明优选的电路板为所述基片11尺寸长为3.2mm;宽为1.4mm;厚度为0.12mm,所述金属层12由若干导铜条13构成,所述导铜条13之间间距为0.1mm。所述导流铜13为矩阵排列。
实施例1
首先,制做专用磨床平台用吸附的方法,将氮化铝陶基片吸附在磨床平台上,瓷片选用厚度为0.20mm、长40mm、宽40mm氮化铝陶瓷,用粒度220K以下的砂轮,每次磨削量小于0.005mm,对氮化铝陶瓷基片进行磨削加工,直至将厚度加工到0.1mm。其次,用激光预切割氮化铝陶瓷基片形成激光切割线21,形状如图2,激光光点直径应小于0.03mm,切割深度为0.02mm。随后,照电路图和氮化铝陶瓷片激光切割的图形制做相应厚度的丝印板,丝印板厚度为20um。使用氮化铝陶瓷专用电子浆料将图形印在氮化铝陶瓷基片上。接着,在真空炉内烧结对氮化铝陶瓷基片进行烧结。在真空烧结前将印制好的陶瓷电路板进行150℃、保温20分钟烘干,进行首次排胶,为烧结做准备。在真空炉或者气氛炉内烧结时,主要考虑防止金属氧化、第二次排胶、烧结温度等,烧结最好是多温段自动控制。为了防止氧化,在真空炉烧结时,真空度必需达到0.0065Pa以下,才能加热,而且保证整个过程(从加热开始到电路板整个冷确)真空度达到0.0065Pa以下;第二次排胶温度一般为450℃,保温30分钟左右;烧结最高温度为850℃,保温时间一般为15分钟。考虑到陶瓷基片比较薄,加热时温度上升的速度要控制在5℃/min,降温冷却时,温度下降的速度也要控制在5℃/min。最后,将烧结好的40*40mm的电路板沿激光预切割线扳开,除掉边角,可以得到外形尺寸为3.0*1.2*0.12mm氮化铝陶瓷电路板。
实施例2
首先,制做专用磨床平台用吸附的方法,将氮化铝陶基片吸附在磨床平台上,瓷片选用厚度为0.25mm、长50mm、宽50mm氮化铝陶瓷,用粒度220K砂轮,每次磨削量为0.005mm,对氮化铝陶瓷基片进行磨削加工,直至将厚度加工到0.12mm。其次,用激光预切割氮化铝陶瓷基片形成激光切割线21,形状如图2,激光光点直径应小于0.03mm,切割深度为0.04mm。随后,照电路图和氮化铝陶瓷片激光切割的图形制做相应厚度的丝印板,丝印板厚度为25um。使用氮化铝陶瓷专用电子浆料将图形印在氮化铝陶瓷基片上。接着,在真空炉内烧结对氮化铝陶瓷基片进行烧结。在真空烧结前将印制好的陶瓷电路板进行150℃、保温20分钟烘干,进行首次排胶,为烧结做准备。在真空炉或者气氛炉内烧结时,主要考虑防止金属氧化、第二次排胶、烧结温度等,烧结最好是多温段自动控制。为了防止氧化,在真空炉烧结时,真空度必需达到0.0065Pa以下,才能加热,而且保证整个过程(从加热开始到电路板整个冷确)真空度达到0.0065Pa以下;第二次排胶温度一般为450℃,保温30分钟左右;烧结最高温度为850℃,保温时间一般为15分钟。考虑到陶瓷基片比较薄,加热时温度上升的速度要控制在5℃/min,降温冷却时,温度下降的速度也要控制在5℃/min。最后,将烧结好的50*50mm的电路板沿激光预切割线扳开,除掉边角,可以得到448片外形尺寸为3.2*1.4*0.14mm氮化铝陶瓷电路板。
实施例3
首先,制做专用磨床平台用吸附的方法,将氮化铝陶基片吸附在磨床平台上,瓷片选用厚度为0.28mm、长55mm、宽55mm氮化铝陶瓷,用粒度220K砂轮,每次磨削量为0.005mm,对氮化铝陶瓷基片进行磨削加工,直至将厚度加工到0.13mm。其次,用激光预切割氮化铝陶瓷基片形成激光切割线21,形状如图2,激光光点直径应小于0.03mm,切割深度为0.045mm。随后,照电路图和氮化铝陶瓷片激光切割的图形制做相应厚度的丝印板,丝印板厚度为28um。使用氮化铝陶瓷专用电子浆料将图形印在氮化铝陶瓷基片上。接着,在真空炉内烧结对氮化铝陶瓷基片进行烧结。在真空烧结前将印制好的陶瓷电路板进行150℃、保温20分钟烘干,进行首次排胶,为烧结做准备。在真空炉或者气氛炉内烧结时,主要考虑防止金属氧化、第二次排胶、烧结温度等,烧结最好是多温段自动控制。为了防止氧化,在真空炉烧结时,真空度必需达到0.0065Pa以下,才能加热,而且保证整个过程(从加热开始到电路板整个冷确)真空度达到0.0065Pa以下;第二次排胶温度一般为450℃,保温30分钟左右;烧结最高温度为850℃,保温时间一般为15分钟。考虑到陶瓷基片比较薄,加热时温度上升的速度要控制在5℃/min,降温冷却时,温度下降的速度也要控制在5℃/min。最后,将烧结好的50*50mm的电路板沿激光预切割线扳开,除掉边角,可以得到外形尺寸为3.3*1.45*0.145mm氮化铝陶瓷电路板。
实施例4
首先,制做专用磨床平台用吸附的方法,将氮化铝陶基片吸附在磨床平台上,瓷片选用厚度为0.30mm、长60mm、宽60mm氮化铝陶瓷,用粒度220K以下的砂轮,每次磨削量小于0.005mm,对氮化铝陶瓷基片进行磨削加工,直至将厚度加工到0.14mm。其次,用激光预切割氮化铝陶瓷基片形成激光切割线21,形状如图2,激光光点直径应小于0.02mm,切割深度为0.05mm。随后,照电路图和氮化铝陶瓷片激光切割的图形制做相应厚度的丝印板,丝印板厚度为30um。使用氮化铝陶瓷专用电子浆料将图形印在氮化铝陶瓷基片上。接着,在真空炉内烧结对氮化铝陶瓷基片进行烧结。在真空烧结前将印制好的陶瓷电路板进行150℃、保温20分钟烘干,进行首次排胶,为烧结做准备。在真空炉或者气氛炉内烧结时,主要考虑防止金属氧化、第二次排胶、烧结温度等,烧结最好是多温段自动控制。为了防止氧化,在真空炉烧结时,真空度必需达到0.0065Pa以下,才能加热,而且保证整个过程(从加热开始到电路板整个冷确)真空度达到0.0065Pa以下;第二次排胶温度一般为450℃,保温30分钟左右;烧结最高温度为850℃,保温时间一般为15分钟。考虑到陶瓷基片比较薄,加热时温度上升的速度要控制在5℃/min,降温冷却时,温度下降的速度也要控制在5℃/min。最后,将烧结好的60*60mm的电路板沿激光预切割线扳开,除掉边角,可以得到外形尺寸为3.5*1.6*0.16mm氮化铝陶瓷电路板。
如图3所示,本发明中一种微型超薄氮化铝陶瓷电路板制备方法的专用磨床平台,由平台本体31构成,所述平台本体31包括带腔体32的支撑体33,所述支撑体33端面上设置有带吸气孔34的台面35,所述支撑体33一侧通过泵孔36和连接管37连接到真空泵38;所述连接管37上设置有调节阀39。
应当理解的是,这里所讨论的实施方案及实例只是为了说明,对本领域技术人员来说,可以加以改进或变换,而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (2)
1.一种微型超薄氮化铝陶瓷电路板制备方法,其特征在于:包括如下步骤:
步骤1、对具有厚度为0.25~0.38mm、长5~60mm、宽5~60mm的氮化铝陶瓷基片进行磨削过程直至将其厚度加工到0.10~0.25mm;所述步骤1中磨削过程采用粒度在220K以下的砂轮,每次砂轮对氮化铝陶瓷基片磨削量小于0.005mm;
步骤2、用激光对氮化铝陶瓷基片进行预切割在其上形成激光切割线;所述步骤2中采用激光的光点直径小于0.03mm,切割深度为0.02~0.12 mm;
步骤3、按照电路图和在氮化铝陶瓷基片上形成的激光切割图形制做相应厚度的丝印板;所述丝印板厚度为15um~45um;
步骤4、使用电子浆料将丝印板中电路图形印在氮化铝陶瓷基片上;
步骤5、将带有电路图形的氮化铝陶瓷基片进行真空烧结形成氮化铝陶瓷电路板;所述步骤5中真空烧结过程中,真空炉在温度上升或下降时均控制在5℃/min;在真空炉烧结时,真空度必需达到0.0065Pa以下,才能加热,而且保证整个过程从加热开始到电路板整个冷却真空度达到0.0065Pa以下;
步骤6、将烧结好的氮化铝陶瓷电路板沿其上的激光切割线分割成若干微型氮化铝陶瓷电路板;其中:
所述微型氮化铝陶瓷电路板,所述基片上印制有带电路图形的金属层,所述基片尺寸长为1.0~10mm;宽为1.0~10mm;厚度为0.1~0.25mm,所述金属层由若干导流块构成,导流块厚度为0.005~0.1mm,导流块宽度为0.15~0.7mm,所述导流块之间间距在0.05~0.25mm之间;所述导流块为矩阵排列的导铜条。
2.根据权利要求1所述的一种微型超薄氮化铝陶瓷电路板制备方法,其特征在于:所述电路图形为pcb集成电路。
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