CN108617086A - 一种复合材料多层pcb线路板及其制备方法 - Google Patents

一种复合材料多层pcb线路板及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种复合材料多层PCB线路板及其制备方法，所述制备方法，包括以下依次进行的工序：配料、球磨制浆、流延、模切、金属化、叠层热压、排胶烧结、导通测试等。在所述复合基板上印刷或蒸镀溅射等方式制作线路，由于采用低温烧制的条件制备，所以线路制备不需要特别耐高温的材料，采用常规的银、铜金属在惰性气体的保护下即可。采用玻璃、陶瓷等的复合，通过调整比例，可以实现线路板的热膨胀系数在5~7之间，与硅片的膨胀系数非常接近，从而为倒装焊接等的共板技术变为可能。本方法工艺可控性好，适于量产，制得的多层线路板适于高精密、高频率电路使用。

Description

一种复合材料多层PCB线路板及其制备方法
技术领域
本发明一种复合材料多层PCB线路板及其制备方法，属于印制线路板技术领域。
背景技术
随着电子产品不断向更小、更精细化发展，传统的树脂类线路板在制作高密度、高频率电路时，线路板的焊接失效率大幅增加、电路噪声不能很好的抑制；而传统陶瓷基线路板其烧结温度在1500-1900℃，图形布线若采用同时烧成法，则导体材料只能选择难容金属Mo和W等，由于Mo和W的电阻率较高，线路电阻大，信号传输容易造成失真，增大损耗、布线细化受到了限制；为了防止其氧化，需要在氮等保护性气氛及氢等还原性气氛中烧成，这样势必造成一系列难解决的问题。传统陶瓷基板需采用激光切割，激光钻孔等，存在效率低、打孔不易，极易损伤基板，不利于大规模生产等问题。
发明内容
本发明提供了一种复合材料多层PCB线路板及其制备方法，本方法工艺可控性好，适于量产，制得的多层线路板适于高精密、高频率电路使用。
本发明一种复合材料多层PCB线路板的制备方法，包括以下依次进行的工序：
配料：按如下重量份配比进行混合制成原料混合物：陶瓷Al2O3粉末30-40份、镁橄榄石粉末20-30份、硼硅酸玻璃粉末35-45份；
制浆：按质量比为原料混合物：去甲苯-乙醇共沸混合物溶剂：分散剂=95-100：95-100：1-3混合均匀后，进行初步球磨3-6小时；将粘结剂1-2重量份，增塑剂8-10重量份，消泡剂1-3重量份加入到初步球磨后的混合物中，进行二次球磨24-36小时，得到具有一定黏度的浆料；
流延：将球磨好的浆料真空脱泡2-3个小时；脱泡后的浆料加入流延机，流延成厚度均匀而且致密的坯片；
模切：采用冲切模具对所述流延好的坯片进行冲切，以得到需要的尺寸；
打孔：在冲切好的坯片上根据设计需求，机械打孔；采用丝网印刷、掩模印刷或流延型印刷的方式，将铜或银的浆料填入导通孔，在导通孔填充铜或银浆料；低温干燥，制得复合基板；
复合基板金属化及线路制作：根据设计好的线路要求制作网版，再用高性能印刷机将导电银浆通过网版印刷到复合基板上；也可采用直接描绘计算机在复合基板上绘制需要的线路；
叠层热压：将金属化后的复合基板放入叠模中，叠模上设计有与复合基板对位孔一致的对位柱，保证对位精度；压力根据压合层数及尺寸大小调整，热压温度控制在200-350℃之间；
尺寸修整：经过叠层与热压的半成品，修整尺寸到符合要求的尺寸。
排胶和烧结处理：排胶过程可在马弗炉中进行，马弗炉中通惰性气体保护金属线路；排胶速度根据基板大小而定，升温速度为0.5-2℃/分钟，升至500℃时保温3-6小时，再以3.0-5.0℃/分钟的速度升到900℃进行烧结，在900℃保温3-6小时，再以1.0-4.0℃/分钟降温至常温，即可得到多层复合基板。
所述初步球磨后的浆料中微粒粒径小于20μm；所述二次球磨后的浆料中微粒粒径小于500nm。
所述分散剂为磷酸三乙酯；所述粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛；所述增塑剂为质量比为邻苯二甲酸二丁酯：聚乙二醇=4:6的复合增塑剂；所述消泡剂为1-丁醇。
所述冲切工序可切成单片，也可切成连片，切成连片时，在分界线处做V型冲切，冲切深度为复合基板的70-80%。
所述导通孔填充可以采用丝网印刷、掩模印刷和流延型印刷的方式。
由所述一种复合材料多层PCB线路板的制备方法制得的多层PCB线路板。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）本发明的多层线路板采用无机环保主材，配合少量的有机溶剂、分散剂，具有无毒环保的特点，相对于高温陶瓷线路板，本发明工艺可控性好，易于量产的特性。采用流延、模切、冲孔、层叠热压，全制程基本采用易于实现的传统工艺，减少激光打孔切割等给线路板带来的热损伤。
（2）本发明采用玻璃、陶瓷等的复合，通过调整比例，可以实现线路板的热膨胀系数在5~7之间，与硅片的膨胀系数非常接近，从而使得倒装焊接等的共板技术变为可能。
（3）本发明在复合基板上印刷或蒸镀溅射等方式制作线路，由于采用低温烧制的条件制备，所以线路制备不需要特别耐高温的材料，采用常规的银、铜金属在惰性气体的保护下即可。
附图说明
图1、本发明复合材料多层PCB线路板的制备流程图
图2、流延好并冲切后的复合材料坯片
图3、本发明制作的多层PCB线路板图
图中：1为多层复合基板，2为切槽，3为连片坯片，4为单片坯片，5为线路，6为导通孔，7为对位孔。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明，但是本发明的保护范围并不限于这些实施例，凡是不背离本发明构思的改变或等同替代均包括在本发明的保护范围之内。
实施例1
本发明一种复合材料多层PCB线路板的制备方法，包括以下依次进行的工序：
配料：按如下重量份配比进行混合制成原料混合物：陶瓷Al2O3粉末35份、镁橄榄石粉末25份、硼硅酸玻璃粉末40份；
制浆：按质量比为原料混合物：去甲苯-乙醇共沸混合物溶剂：磷酸三乙酯=100： 100：2混合均匀后，进行初步球磨3-6小时，初步球磨后的浆料中微粒粒径小于20μm；将粘结剂聚乙烯醇缩丁醛1.5重量份，增塑剂10重量份，消泡剂1-丁醇2重量份加入到初步球磨后的混合物中，进行二次球磨24-36小时，得到具有一定黏度的浆料，二次球磨后的浆料中微粒粒径小于500nm；
所述增塑剂为质量比为邻苯二甲酸二丁酯：聚乙二醇=4:6的复合增塑剂；
流延：将球磨好的浆料，在-760mmHg真空度下脱泡2-3个小时；脱泡后的浆料加入流延机，流延成厚度均匀而且致密的坯片；根据要求可调整流延机的流延宽度与刀口高度、流延速度，以控制坯片厚度与尺寸、精度等。
对流延好的坯片进行脱膜与预干燥，预干燥温度为60℃~100℃；
模切：采用冲切模具对所述流延好的坯片进行冲切，以得到需要的尺寸；所述冲切工序可切成单片，如图3中4，也可切成连片，如图2所示；单片可直接冲切切透；切成连片时，在分界线处做V型冲切，冲切切槽2深度为复合基板的70-80%。
打孔：在冲切好的坯片上根据设计需求，机械打孔；用丝网印刷、掩模印刷或流延型印刷的方式将导电银浆或铜浆料填充入导通孔6内。
对填充好导通孔6的坯片进行60~100℃烘干，制得复合基板；
复合基板金属化及线路制作：根据设计好的线路要求制作网版，再用高性能印刷机将导电银浆通过网版印刷到复合基板上形成需要的线路5；也可采用直接描绘计算机在复合基板上绘制需要的线路5；
叠层热压：将金属化后的复合基板根据设计要求的顺序及层数放入叠模中，叠模上设计有与复合基板对位孔7一致的对位柱，保证对位精度；模具用合金钢材料加工，可防止多次使用后变形；压力根据压合层数及尺寸大小调整，热压温度控制在200-350℃之间；
尺寸修整：经过叠层与热压的半成品，修整尺寸到符合要求的尺寸。
排胶和烧结处理：排胶过程可在马弗炉中进行，马弗炉中通惰性气体保护金属线路；排胶速度根据基板大小而定，升温速度为0.5-2℃/分钟，升至500℃时保温3-6小时，再以3.0-5.0℃/分钟的速度升到900℃进行烧结，在900℃保温3-6小时，再以1.0-4.0℃/分钟降温至常温。
根据线路原理与线路走向，设计专用的治具对多层线路板进行导通测试，即得到成品具有线路排布的多层复合基板。
实施例2
本发明一种复合材料多层PCB线路板的制备方法，包括以下依次进行的工序：
配料：按如下重量份配比进行混合制成原料混合物：陶瓷Al2O3粉末30份、镁橄榄石粉末30份、硼硅酸玻璃粉末45份；
制浆：按质量比为原料混合物：去甲苯-乙醇共沸混合物溶剂：磷酸三乙酯=95：95：1混合均匀后，进行初步球磨3-6小时，初步球磨后的浆料中微粒粒径小于20μm；将粘结剂聚乙烯醇缩丁醛1重量份，增塑剂8重量份，消泡剂1-丁醇1重量份加入到初步球磨后的混合物中，进行二次球磨24-36小时，得到具有一定黏度的浆料，二次球磨后的浆料中微粒粒径小于500nm；
所述增塑剂为质量比为邻苯二甲酸二丁酯：聚乙二醇=4:6的复合增塑剂；
流延、模切、打孔方法与实施例1一致。
对坯面进行表面抛光处理。
对抛光处理后的坯片进行60~100℃烘干，制得复合基板；
对于多层复合基板的中间层采用磁控溅射方法在每层坯片上制成PCB线路；外层板采用与实施例1一致的方法进行金属化；
叠层热压：将金属化后的单片复合基板根据设计要求的顺序及层数放入叠模中，叠模上设计有与复合基板对位孔7一致的对位柱，保证对位精度；模具用合金钢材料加工，可防止多次使用后变形；压力根据压合层数及尺寸大小调整，热压温度控制在200-350℃之间；
尺寸修整、排胶和烧结处理、线路导通测试同实施例1，完成制备。
本实施例对于精密度要求更高的多层线路制备具有较好的优势，对于一些极细的线路，如0.05mm宽的线路，采用磁控溅射的方案可以实现高精度的要求。
实施例3
本发明一种复合材料多层PCB线路板的制备方法，包括以下依次进行的工序：
配料：按如下重量份配比进行混合制成原料混合物：陶瓷Al2O3粉末40份、镁橄榄石粉末20份、硼硅酸玻璃粉末35份；
制浆：按质量比为原料混合物：去甲苯-乙醇共沸混合物溶剂：磷酸三乙酯=98：98： 3混合均匀后，进行初步球磨3-6小时，初步球磨后的浆料中微粒粒径小于20μm；将粘结剂聚乙烯醇缩丁醛2重量份，增塑剂10重量份，消泡剂1-丁醇3重量份加入到初步球磨后的混合物中，进行二次球磨24-36小时，得到具有一定黏度的浆料，二次球磨后的浆料中微粒粒径小于500nm；
所述增塑剂为质量比为邻苯二甲酸二丁酯：聚乙二醇=4:6的复合增塑剂；
流延、模切、打孔、复合基板金属化及线路制作、叠层热压、尺寸修整、排胶和烧结处理、线路导通测试同实施例1，完成制备。
由以上制备方法制得的多层PCB线路板，采用无机环保主材，配合少量的有机溶剂、分散剂，具有无毒环保的特点。
本发明不会限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖性特点相一致的最宽范围。

Claims (6)

1.一种复合材料多层PCB线路板的制备方法，其特征在于，包括以下依次进行的工序：
配料：按如下重量份配比进行混合制成原料混合物：陶瓷Al2O3粉末30-40份、镁橄榄石粉末20-30份、硼硅酸玻璃粉末35-45份；
球磨制浆：按质量比为原料混合物：去甲苯-乙醇共沸混合物溶剂：分散剂=95-100：95-100：1-3混合均匀后，进行初步球磨3-6小时；将粘结剂1-2重量份，增塑剂8-10重量份，消泡剂1-3重量份加入到初步球磨后的混合物中，进行二次球磨24-36小时，得到具有一定黏度的浆料；
流延：将球磨好的浆料真空脱泡2-3个小时；脱泡后的浆料加入流延机，流延成厚度均匀而且致密的坯片；
模切：采用冲切模具对所述流延好的坯片进行冲切，以得到需要的尺寸；
打孔：在冲切好的坯片上根据设计需求，机械打孔；在导通孔填充铜或银浆料，低温干燥，制得复合基板；
复合基板金属化及线路制作：根据设计好的线路要求制作网版，再用高性能印刷机将导电银浆通过网版印刷到复合基板上形成需要的线路；
叠层热压：将金属化后的复合基板根据设计要求的顺序及层数，放入叠模中热压，热压温度在200-350℃之间；
经过尺寸修整、排胶和烧结处理、线路导通测试，即可得到多层复合基板。
2.如权利要求1所述一种复合材料多层PCB线路板的制备方法，其特征在于，所述初步球磨后的浆料中微粒粒径小于20μm；所述二次球磨后的浆料中微粒粒径小于500nm。
3.如权利要求1所述一种复合材料多层PCB线路板的制备方法，其特征在于，所述分散剂为磷酸三乙酯；所述粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛；所述增塑剂为质量比为邻苯二甲酸二丁酯：聚乙二醇=4:6的复合增塑剂；所述消泡剂为1-丁醇。
4.如权利要求1所述一种复合材料多层PCB线路板的制备方法，其特征在于，所述冲切工序可切成单片，也可切成连片，单片可直接冲切切透，连片时，在分界线处做V型冲切，冲切深度为复合基板的70-80%。
5.如权利要求1所述一种复合材料多层PCB线路板的制备方法，其特征在于，所述导通孔填充可以采用丝网印刷、掩模印刷和流延型印刷的方式。
6.如权利要求1-5任一项所述一种复合材料多层PCB线路板的制备方法制得的多层PCB线路板。
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