CN108668466B - 一种陶瓷板电路烧结方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电路板领域，具体公开了一种陶瓷板电路烧结方法；包括以下步骤：(一)除尘，清除陶瓷板和电路板表面的灰尘；(二)第一次烧结，采用纳米银焊膏在陶瓷板上涂覆0.1～0.5mm，再将陶瓷板放入烧结装置内进行烧结，烧结温度为50～150℃，时间为5～30min；(三)冷却及切割，第一次烧结完成后将陶瓷板从烧结装置内取出，冷却，并对陶瓷板进行切割；(四)第二次烧结，再次采用纳米银焊膏在陶瓷板上涂覆0.1～0.5mm，并将电路板放在纳米银焊膏上，将陶瓷板和电路板放入烧结装置内再次进行烧结，直到纳米银焊膏凝固，烧结温度为100～210℃。本方案的烧结方法烧结时间更短。

Description

一种陶瓷板电路烧结方法
技术领域
本发明涉及电路板领域，尤其涉及陶瓷板电路领域。
背景技术
各种电路板是现今社会的电器中必不可少的一个重要元件，而随着电子技术在各应用领域的逐步加深，线路板高度集成化成为必然趋势，而高度的集成化封装模块要求良好的散热承载系统，传统线路板在导热系数上的劣势已经成为制约电子技术发展的一个瓶颈。
不同于传统的塑料电路板，陶瓷类材料具有热导率高、化学稳定性和热稳定性优良等有机基板不具备的性能，是新一代大规模集成电路以及功率电子模块的理想封装材料。生产陶瓷电路板时，需要将陶瓷板与电路板固定，目前一般采用纳米银焊膏来进行固定。
纳米银焊膏是膏状，性能稳定使用方便，长期存放不结块不沉淀，活性强，流动性好，焊缝平整光洁，焊口残渣极小。但是纳米银焊膏的烧结温度较高，容易使电路板损坏。其次，纳米银烧结需要较长时间，烧结效率低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种快速烧结的陶瓷板电路烧结方法。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：一种陶瓷板电路烧结方法，包括以下步骤：
(一)除尘，清除陶瓷板和电路板表面的灰尘；
(二)第一次烧结，采用纳米银焊膏在陶瓷板上涂覆0.1～0.5mm，再将陶瓷板放入烧结装置内进行烧结，烧结温度为50～150℃，时间为5～30min；
(三)冷却及切割，第一次烧结完成后将陶瓷板从烧结装置内取出，冷却，并对陶瓷板进行切割；
(四)第二次烧结，再次采用纳米银焊膏在陶瓷板上涂覆0.1～0.5mm，并将电路板放在纳米银焊膏上，将陶瓷板和电路板放入烧结装置内再次进行烧结，直到纳米银焊膏凝固，烧结温度为100～210℃。
按照上述方法进行烧结时，步骤(二)和步骤(四)中的纳米银焊膏内的溶剂会先挥发，然后再被烧结，步骤(四)再次涂覆纳米银焊膏时，再次涂覆的纳米银焊膏内的溶剂会湿润第一次涂覆的溶剂已经挥发的纳米银焊膏。
本方案的有益效果如下：
1、整个烧结过程中的烧结温度最高为210℃，在对纳米银焊膏进行固化的同时，电路板也不会被高温损坏，可以有效降低废品率。
2、步骤(一)进行除尘，可以避免陶瓷板和电路板上附着的灰尘使纳米银焊膏无法完全与陶瓷板或电路板贴合，所以可以避免纳米银焊膏的连接作用减弱，继而避免电路板从陶瓷板上掉落。
3、烧结过程中，纳米银焊膏内的溶剂会挥发形成气体，第一次烧结可以使第一次涂覆的纳米银焊膏中的溶剂挥发，第二次烧结时，第一次涂覆的纳米银焊膏内不会再有溶剂挥发，而第一次涂覆的纳米银焊膏位于下方，上覆有第二次涂覆的纳米银焊膏和电路板，所以第一次涂覆的纳米银焊膏的烧结效果会差于第二次涂覆的纳米银焊膏，所以在第二次烧结时，第一次涂覆的纳米银焊膏逐渐被固化的同时，第二次涂覆的纳米银焊膏有一个溶剂挥发和固化的过程，最后两层纳米银焊膏基本可以在相同的时间内完成固化，陶瓷板和电路板之间的纳米银焊膏厚度更大，对陶瓷板和电路板的连接效果更好。其次还可以减少每次电路板在烧结装置内停留的时间，避免电路板温度过高而损坏。
优选方案一，作为对基础方案的进一步改进，步骤(二)的烧结温度为50℃。烧结过程中，纳米银焊膏中的溶剂逐渐挥发，不会在纳米银焊膏内形成气泡。
优选方案二，作为对基础方案的进一步改进，步骤(二)的烧结温度为100℃。烧结温度高于50℃，纳米银焊膏中的溶剂挥发速度进一步提高，步骤(二)所需时间缩短。
优选方案三，作为对基础方案的进一步改进，步骤(二)的烧结温度为150℃。烧结温度进一步提高，纳米银焊膏中的溶剂挥发速度更快，步骤(二)所需时间更短。
优选方案四，作为对优选方案一至三的进一步改进，步骤(四)的烧结温度为100℃。烧结的温度较低，不会损伤电路板。
优选方案五，作为对优选方案一至三的进一步改进，步骤(四)的烧结温度为150℃。烧结温度提高，第二次涂覆的纳米银焊膏中的溶剂挥发速度加快。
优选方案六，作为对优选方案一至三的进一步改进，步骤(四)的烧结温度为200℃。烧结温度较高，固化后的纳米银焊膏的强度更大。
优选方案七，作为对优选方案一至三的进一步改进，步骤(四)的烧结温度为210℃。烧结温度进一步提高，固化后的纳米银焊膏的强度进一步增大。
附图说明
图1为本发明一种陶瓷板电路烧结方法实施例中采用的烧结装置的结构示意图；
图2为图1中A处的放大图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
说明书附图中的附图标记包括：烧结室1、加热件11、转板2、凹槽21、卡块22、棘爪23、活塞3、切刀31、拨动槽32、工作台4、通孔41、负压腔42、液压顶5、风机6、风管61。
一种陶瓷板电路烧结方法，包括以下步骤：
(一)除尘，采用静电除尘方式清除陶瓷板和电路板表面的灰尘；
(二)第一次烧结，采用纳米银焊膏在陶瓷板上涂覆0.5mm的纳米银焊膏层，再将陶瓷板放入烧结装置内进行烧结；
(三)冷却及切割，第一次烧结完成后将陶瓷板从烧结装置内取出，冷却至室温，并对陶瓷板进行切割；
(四)第二次烧结，再次采用纳米银焊膏在陶瓷板上涂覆0.5mm，并将电路板放在纳米银焊膏上，将陶瓷板和电路板放入烧结装置内再次进行烧结，直到纳米银焊膏凝固。
上述步骤(二)和步骤(四)采用的烧结装置具体结构如下：
如图1所示，包括两个烧结室1，烧结室1内设有移动机构和切割机构，切割机构包括切刀31、固定在烧结室1底部的电磁铁以及与烧结室1底部转动连接的转板2，转板2上设有凹槽21，凹槽21内设有可沿凹槽21滑动的活塞3，切刀31固定在活塞3上，并可从凹槽21内滑出；如图2所示，凹槽21侧壁铰接有棘爪23，棘爪23与凹槽21侧壁之间设有扭簧，活塞3侧壁设有可使棘爪23转动的拨动槽32，凹槽21侧壁还设有防滑通道和可沿防滑通道滑动的卡块22，卡块22可使棘爪23无法相对于凹槽21侧壁转动；转板2上固定有可被电磁铁吸附的吸附块；移动机构包括液压顶5、风机6、风管61和固定在液压顶5的推杆上的工作台4，工作台4在转板2上的投影偏离位于转板2的中心，且烧结室1底部设有出料口，工作台4可以从出料口内滑出，并使转板2转动；工作台4内设有与风机6连通的负压腔42，负压腔42顶部设有若干通孔41，风管61同时与风机6和另一烧结室1连通；烧结室1内固定有加热件11。
陶瓷板放在工作台4上后，液压顶5可以使工作台4进入烧结室1内，加热件11可以对纳米银焊膏进行烧结。同一个烧结室1上的加热件11和风机6串联，且还串联有变频器，通过变频器可以改变加热件11的功率，使加热件11的升温速度不同。
风机6工作可以使烧结室1内的气体进入负压腔42，然后从风管61进入另一烧结室1内。负压腔42内形成负压，可以把陶瓷板吸附在工作台4上，避免陶瓷板从工作台4上滑落。工作台4从出料口离开烧结室1时可以使转板2转动，凹槽21的开口朝下，活塞3在自身和切刀31的重力作用下向下滑动，切刀31可以从凹槽21中滑出。
步骤(四)进行烧结时，先将陶瓷板放置在左侧的工作台4上，然后控制液压顶5使工作台4运动至烧结室1内；将需要进行第一次烧结的陶瓷板放在右侧的工作台4上，控制液压顶5使右侧的工作台4进入右侧的烧结室1内。并打开左侧烧结室1的加热件11，通过控制变频器，使加热件11温度迅速升高，对纳米银焊膏进行烧结。由于加热件11与风机6串联，所以风机6也被打开，烧结室1内的高温气体通过风管61进入右侧的烧结室1内，对右侧的陶瓷板和纳米银焊膏层进行第一次烧结。
右侧的陶瓷板第一次烧结完成后，通过液压顶5使右侧的工作台4向下移动，工作台4使右侧的转板2转动，转板2转动过程中，卡块22沿着防滑通道滑动，卡在棘爪23和凹槽21侧壁之间。然后打开右侧的电磁铁，吸附块受到电磁铁磁力的作用，转板2无法继续转动。同时切刀31在自身重力以及活塞3重力作用下从凹槽21内滑出，在此过程中，拨动槽32使棘爪23逆时针转动。然后使工作台4向上移动，使切刀31对陶瓷板进行切割。
将电路板放置在陶瓷板上后关闭电磁铁，并控制液压顶5使工作台4向上进入右侧的烧结室1内，再打开右侧的加热件11，对陶瓷板和电路板进行第二次烧结。此时左侧的陶瓷板第二次烧结完成，使工作台4向下运动，并取下完成的陶瓷板和电路板，放上新的陶瓷板，此时右侧烧结室1内的热空气可以进入左侧的烧结室1内，对左侧的烧结室1内的陶瓷板进行第一次烧结。如此循环，可以不断进行步骤(二)的第一次烧结和步骤(四)的第二次烧结。
对比例：不进行第一次烧结，直接在陶瓷板上涂覆1mm厚的纳米银焊膏，然后直接进行第二次烧结。
实施例1至实施例12中，第一次烧结温度、时间和第二次烧结温度具体如下表。同时选取160块材质、厚度和尺寸均相同的陶瓷板和160块材质、厚度和尺寸均相同的电路板，分为16组，每组10块陶瓷板和10块电路板，分别采用实施例1至实施例12的方法以及对比例1至对比例4的方法进行烧结，并对第二次烧结过程中，纳米银焊膏的平均固化时间进行记录，实验结果如下：
从上述实验数据可以得出，第二次烧结温度为100℃、150℃、200℃和210℃时，在同一烧结温度下，实施例1至实施例12的纳米银焊膏固化时间均短于对比例1至对比例4，所以本方法的烧结效率更高。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本发明所省略描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (8)

1.一种陶瓷板电路烧结方法，其特征在于：包括以下步骤：
(一)除尘，清除陶瓷板和电路板表面的灰尘；
(二)第一次烧结，采用纳米银焊膏在陶瓷板上涂覆0.1～0.5mm，再将陶瓷板放入烧结装置内进行烧结，烧结温度为50～150℃，时间为5～30min；
烧结装置具体结构如下：包括两个烧结室，烧结室内设有移动机构和切割机构，切割机构包括切刀、固定在烧结室底部的电磁铁以及与烧结室底部转动连接的转板，转板上设有凹槽，凹槽内设有可沿凹槽滑动的活塞，切刀固定在活塞上，并可从凹槽内滑出；凹槽侧壁铰接有棘爪，棘爪与凹槽侧壁之间设有扭簧，活塞侧壁设有可使棘爪转动的拨动槽，凹槽侧壁还设有防滑通道和可沿防滑通道滑动的卡块，卡块可使棘爪无法相对于凹槽侧壁转动；转板上固定有可被电磁铁吸附的吸附块；移动机构包括液压顶、风机、风管和固定在液压顶的推杆上的工作台，工作台在转板上的投影偏离位于转板的中心，且烧结室底部设有出料口，工作台可以从出料口内滑出，并使转板转动；工作台内设有与风机连通的负压腔，负压腔顶部设有若干通孔，风管同时与风机和另一烧结室连通；烧结室内固定有加热件；
(三)冷却及切割，第一次烧结完成后将陶瓷板从烧结装置内取出，冷却，并对陶瓷板进行切割；
(四)第二次烧结，再次采用纳米银焊膏在陶瓷板上涂覆0.1～0.5mm，并将电路板放在纳米银焊膏上，将陶瓷板和电路板放入烧结装置内再次进行烧结，直到纳米银焊膏凝固，烧结温度为100～210℃。
2.根据权利要求1所述的陶瓷板电路烧结方法，其特征在于：所述步骤(二)的烧结温度为50℃。
3.根据权利要求1所述的陶瓷板电路烧结方法，其特征在于：所述步骤(二)的烧结温度为100℃。
4.根据权利要求1所述的陶瓷板电路烧结方法，其特征在于：所述步骤(二)的烧结温度为150℃。
5.根据权利要求2-4中任意一项所述的陶瓷板电路烧结方法，其特征在于：所述步骤(四)的烧结温度为100℃。
6.根据权利要求2-4中任意一项所述的陶瓷板电路烧结方法，其特征在于：所述步骤(四)的烧结温度为150℃。
7.根据权利要求2-4中任意一项所述的陶瓷板电路烧结方法，其特征在于：所述步骤(四)的烧结温度为200℃。
8.根据权利要求2-4中任意一项所述的陶瓷板电路烧结方法，其特征在于：所述步骤(四)的烧结温度为210℃。
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