CN110248465B - 一种厚膜和覆铜一体陶瓷电路板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种厚膜和覆铜一体陶瓷电路板的制备方法，所述的方法包括如下步骤：(1)配置电子浆料；(2)通过丝印板或钢板网，将电路图形用电子浆料印制在陶瓷基板上；(3)将部分图形的铜片覆在对应的电子浆料图上；(4)烘干后真空烧结；在同一块陶瓷基板上，既有印刷形成的0.005‑0.1mm印刷电路部分，又有覆铜厚度为0.1‑5mm的覆铜陶瓷部分，使得同一块陶瓷电路板既可以有交流电也可以有直流电；既有低电压也可以有高电压。

Description

一种厚膜和覆铜一体陶瓷电路板及其制备方法
技术领域
本发明涉及陶瓷金属化技术领域，具体涉及一种厚膜和覆铜一体电路板及其制备方法。
背景技术
随着时代信息化的发展，电子产品无处不在，将日常用的交流如220V(AC)变12V(DC)、5V(DC)、3V(DC)直流，用于其它直流电子元器件和IC芯片进行信息处理，这就得用整流器。整流器是一个整流装置，简单的说就是将交流(AC)转化为直流(DC)的装置。往往需要一块PCB板上既有交流，也有直流。
随着新能源的技术日新月异，将太阳能、风能和水能发电日益普及，经过能量较换，较换成直流电以后，需要逆变成交流进行远距离的输送，这就是逆变器。逆变电路(Inverter Circuit)是与整流电路(Rectifier)相对应，把直流电变成交流电称为逆变。逆变电路可用于构成各种交流电源，在工业中得到广泛应用。同样，逆变电路一块PCB板上既有交流，也有直流。
整流器和逆变器在变压和逆变过程中，会产生大量的热量需要散发。随着工业发展，整流器和逆变器的功率越来越大，散热问题越来越严重。利用陶瓷的高导热和绝缘的特性，陶瓷电路板应用必然越来越广泛。
传统的印刷电路一般是35μm，往往通过调整电路导铜的宽度和缝隙大小来实现交直流共用。由于导铜的厚度限制，往往限制了PCB板的功率大小，而且传统的PCB板不具有导热的特性，其散热十分困难。当然，陶瓷电路板也可以通过改变导电层膜厚、改变导电层宽度和改变导电电路之间的缝隙来做到交直流在同一块板上实现。但随着功率的需求越来越大，以上的改变就不能满足需要，只能通过覆铜来提高功率。
直流电路需要导电层薄(使器件容易贴附在电路板上)，电路板上的电路之间缝隙小(与IC芯片连接)；高功率交流电需要导电层厚，电路板上的电路之间缝隙大。要达到这种厚膜与覆铜一体电路板，就可以解决以上问题。然而，现有的技术中，以AgCuTi为基本的电子浆料，在真空条件下厚膜烧结温度要比覆铜烧结温度比较低，大约为10～25℃，而同一配比的电子浆料烧结温度范围比较窄，大约只有5～15℃的偏差，这导致厚膜和覆铜一体时，烧结往往出现厚膜部份地过火，覆铜部份欠火的情况，很难做到厚膜和覆铜烧结都比较好的情况。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种陶瓷厚膜和覆铜一体的电路板的制备方法，该方法解决了现有技术中无法对陶瓷基板将在同一温度下进行厚膜、覆铜烧结技术难题；同时，本发明避免烧结过程中出现厚膜部分过火，覆铜部分欠火的情况；通过本发明制成陶瓷电路板能充分发挥其良好性能。
针对现有技术存在技术问题，本发明采用如下技术方案予以实施：
一种厚膜和覆铜一体陶瓷电路板的制备方法，包括如下步骤：
S1、配置电子浆料，银Ag10％～85％，铜Cu10％～60％，钛Ti1％～45％，其余为钯Pd、金Au、铂Pt、锡Sn、硅Si、锌Zn中的任意一种或两种；所述有机溶剂主要是由90％～98％的松油醇和2％～10％的乙基纤维素而成；所述金属粉末与所述有机溶剂(质量)百分比是1～2.5：1；
S2、通过丝印板或钢板网，将电路图形用电子浆料印制在陶瓷基板上构成陶瓷电路板；
S3、将部分图形的铜片通过电子浆料覆在陶瓷电路板上；
S4、将具有厚膜和覆铜的陶瓷电路板进行烘干真空烧结，其中：真空条件下，真空度小于0.01Pa，烧结温度800～1000℃之间，保温时间10～30分钟。
所述陶瓷基板为氮化铝陶瓷、氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷和氧化铍陶瓷。
本发明还可以采用如下技术方案进行：
一种厚膜和覆铜一体陶瓷电路板，包括陶瓷基板，所述陶瓷基板上设置有电子浆料层，所述电子浆料层上分别设置有厚膜层和覆铜层，所述覆铜层上设置有第一电路图形；所述厚膜层上设置有第二电路图形。
所述陶瓷基板一侧表面上设置有厚膜层和覆铜层，所述厚膜层和覆铜层通过电子浆料与陶瓷基板连接。
所述陶瓷基板另一侧表面上设置有厚膜层，所述厚膜层通过电子浆料层与所述陶瓷基板连接。
所述陶瓷基板另一侧表面上设置有覆铜层，所述覆铜层通过电子浆料层与所述陶瓷基板连接。
所述陶瓷基板一侧表面设置有厚膜层，其另一侧表面设置有覆铜层，所述厚膜层和覆铜层分别通过电子浆料层与陶瓷基板连接。
陶瓷基板上设置有信号传输的通孔。
有益效果
1、本发明中克服了现有技术中陶瓷基板的厚膜(T1)和覆铜(T2)工艺无法在同一温度下进行烧结的技术难题(如图1中(a)所示)，也就是说本发明克服覆铜和厚膜单一工艺无法做到的应用场景，即在同一烧结温度下对各种陶瓷基板进行厚膜和覆铜的过程(如图1中(b)所示),工艺可控性高。
2、本发明的生产工艺中采用自行研制专用电子浆料，将同一温度下对陶瓷电路板进行厚膜、覆铜的烧结温度范围变宽后，使得生产出的陶瓷电路板，成品合格率高，产品性能稳定，节能环保。
3、本发明生产工艺先进、产品性能优势显著，市场前景乐观。
附图说明
图1中(a)是现有技术中覆铜、厚膜烧结曲线示意图，(b)是本发明中覆铜、厚膜烧结曲线示意图；
图2是本发明中陶瓷电路板结构之一示意图；
图3是本发明中陶瓷电路板结构之二示意图；
图4是本发明中陶瓷电路板结构之三示意图；
图5是本发明中陶瓷电路板结构之四示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做出详细地说明：
具体实施技术特征如图1所示，在图1(a)是原有的AgCuTi三种元素的电子浆料在烧结时温度和结合力的曲线图，T1是厚膜电路单独烧结时最佳温度点，T2是覆铜电路单独烧结时最佳温度点，在它们曲线交集的地方，厚膜电路和覆铜电路都不好，远远达不到合格线。例如，厚膜电路最佳烧结温度点在900℃时，其合格基准的温度范围大约是±5℃，覆铜电路最佳烧结温度点在915℃时，其合格基准的温度范围大约也是±5℃，在一块陶瓷板上烧结厚膜和覆铜一体电路时，是无法达到两种电路结合力都是合格的，往往会出现，要么厚膜电路过火，覆铜电路欠火的情况。通过本发明改进电子浆料的成份配方，使得烧结合格的温度范围变宽，如图1(b)所示，电子浆料在烧结时温度和结合力的曲线图，T1是厚膜电路单独烧结时最佳温度点，T2是覆铜电路单独烧结时最佳温度点，在它们曲线交集的地方，厚膜电路和覆铜电路都可以达到较好的结合力。例如，厚膜电路最佳烧结温度点在900℃时，其合格基准的温度范围大约是±25℃，烧结厚膜电路时结合力合格的温度范围是875～925℃；覆铜电路最佳烧结温度点在915℃时，其合格基准的温度范围大约也是±25℃，烧结覆铜电路时结合力合格的温度范围是890～940℃；在一块陶瓷板上烧结厚膜和覆铜一体电路时，可以确定890℃～925℃时，是厚膜和覆铜一体陶瓷电路板烧结温度，两种结合力都合格。
实施例1
一种厚膜和覆铜一体陶瓷电路板的制备方法，包括如下步骤：
S1、配置电子浆料，其组成质量百分比为：银Ag 52.5％，铜Cu 29.0％，钛Ti8.5％，锡Sn5.30％、硅Si4.7％；所述有机溶剂主要是由90％～98％的松油醇和2％～10％的乙基纤维素而成；所述金属粉末与述有机溶剂(质量)百分比是1～2.5：1；
S2、通过丝印板或钢板网，将电路图形用电子浆料印制在氮化铝(AlN)陶瓷基板上构成陶瓷电路板；
S3、将部分图形的铜片通过电子浆料覆在氮化铝(AlN)陶瓷电路板上；
S4、将具有厚膜和覆铜的氮化铝(AlN)陶瓷电路板进行烘干真空烧结，其中：真空条件下，真空度小于0.01Pa，烧结温度870℃之间，保温时间20分钟。
本实施例的其它工艺条件，详见表1所示。
如图2所示，通过实施例1制成的一种厚膜和覆铜一体陶瓷电路板，包括氮化铝(AlN)陶瓷基板，所述氮化铝(AlN)陶瓷基板101上设置有电子浆料层，所述电子浆料层102组分为：银Ag 52.5％，铜Cu 29.0％，钛Ti 8.5％，锡Sn5.30％、硅Si4.7％；所述有机溶剂主要是由90％～98％的松油醇和2％～10％的乙基纤维素而成；所述金属粉末与所述有机溶剂(质量)百分比是1～2.5：1；所述电子浆料层102上分别设置有厚膜层103和覆铜层104，所述覆铜层104上设置有第一电路图形；所述厚膜层103上设置有第二电路图形；所述氮化铝(AlN)陶瓷基板101一侧表面上设有部分厚膜层103和部分覆铜层104，所述厚膜层103和覆铜层104通过电子浆料层102与陶瓷基板101连接。
实施例2
一种厚膜和覆铜一体陶瓷电路板的制备方法，包括如下步骤：
S1、配置电子浆料，其组成质量百分比为：银Ag38.5％，铜Cu 25.0％，钛Ti31.5％，Au2.8％,Pd2.2％；所述有机溶剂主要是由90％～98％的松油醇和2％～10％的乙基纤维素而成；所述金属粉末与述有机溶剂(质量)百分比是1～2.5：1；
S2、通过丝印板或钢板网，将电路图形用电子浆料印制在氮化硅(Si3N4)陶瓷基板上构成陶瓷电路板；
S3、将部分图形的铜片通过电子浆料覆在氮化硅(Si3N4)陶瓷电路板上；
S4、将具有厚膜和覆铜的氮化硅(Si3N4)陶瓷电路板进行烘干真空烧结，其中：真空条件下，真空度小于0.01Pa，烧结温度930℃之间，保温时间25分钟。
本实施例的其它工艺条件，详见表1所示。
如图3所示，通过实施例2制成一种厚膜和覆铜一体氮化硅(Si3N4)陶瓷电路板，包括氮化硅(Si3N4)陶瓷基板101，所述氮化硅(Si3N4)陶瓷基板101上设置有电子浆料层102，所述电子浆料层102组比为：银Ag38.5％，铜Cu 25.0％，钛Ti 31.5％，Au2.8％,Pd2.2％；所述有机溶剂主要是由90％～98％的松油醇和2％～10％的乙基纤维素而成；所述金属粉末与所述有机溶剂(质量)百分比是1～2.5：1；所述电子浆料层102上分别设置有厚膜层103和覆铜层104，所述覆铜层104上设置有第一电路图形；所述厚膜层103上设置有第二电路图形。所述氮化硅(Si3N4)陶瓷基101板一侧表面上部分设有厚膜层103，另一部分设有覆铜层104，所述厚膜层103和覆铜层104通过电子浆料层102与陶瓷基板101连接。所述陶瓷基板101另一侧表面上设置有厚膜层103，所述厚膜层103通过电子浆料层102与所述陶瓷基板101连接。
实施例3
一种厚膜和覆铜一体陶瓷电路板的制备方法，包括如下步骤：
S1、配置电子浆料，其组成质量百分比为：银Ag45.0％，铜Cu35.0％，钛Ti 17.0％，Si1.8％,Pt1.2％；所述有机溶剂主要是由90％～98％的松油醇和2％～10％的乙基纤维素而成；所述金属粉末与述有机溶剂(质量)百分比是1～2.5：1；
S2、通过丝印板或钢板网，将电路图形用电子浆料印制在氧化铝(Al2O3)陶瓷基板上构成陶瓷电路板；
S3、将部分图形的铜片通过电子浆料覆在氧化铝(Al2O3)陶瓷电路板上；
S4、将具有厚膜和覆铜的氧化铝(Al2O3)陶瓷电路板进行烘干真空烧结，其中：真空条件下，真空度小于0.01Pa，烧结温度920℃之间，保温时间20分钟。
本实施例的其它工艺条件，详见表1所示。
如图4所示，通过实施例3制成一种厚膜和覆铜一体陶瓷电路板，包括氧化铝(Al2O3)陶瓷基板101，所述氧化铝(Al2O3)陶瓷基板101上设置有电子浆料层102，所述电子浆料层102组分为：银Ag45.0％，铜Cu35.0％，钛Ti 17.0％，Si1.8％,Pt1.2％；所述有机溶剂主要是由90％～98％的松油醇和2％～10％的乙基纤维素而成；所述金属粉末与所述有机溶剂(质量)百分比是1～2.5：1；所述电子浆料层102上分别设置有厚膜层103和覆铜层104，所述覆铜层104上设置有第一电路图形；所述厚膜层上设置有第二电路图形。所述陶瓷基板101一侧表面上部分设置有厚膜层103和部分覆铜层104，所述厚膜层103和覆铜层104通过电子浆料层102与陶瓷基板101连接。所述陶瓷基板101另一侧表面上设置有覆铜层104，所述覆铜层104通过电子浆料层102与所述陶瓷基板101连接。陶瓷基板上设置有信号传输的通孔105，本实施例中，陶瓷基板上101一侧表面的厚膜层103或覆铜层104通过通孔105将信号传输给另一侧表面的覆铜层104。本实施例中通孔105至少设置在2个以上。
实施例4
一种厚膜和覆铜一体陶瓷电路板的制备方法，包括如下步骤：
S1、配置电子浆料，其组成质量百分比为：银Ag26.0％，铜Cu33.0％，钛Ti 40％，Sn1.0％所述有机溶剂主要是由90％～98％的松油醇和2％～10％的乙基纤维素而成；所述金属粉末与述有机溶剂(质量)百分比是1～2.5：1；
S2、通过丝印板或钢板网，将电路图形用电子浆料印制在氧化铍(BeO)陶瓷基板上构成电路陶瓷基板；
S3、将部分图形的铜片通过电子浆料覆在氧化铍(BeO)陶瓷电路板上；
S4、将具有厚膜和覆铜的氧化铍(BeO)陶瓷电路板进行烘干真空烧结，其中：真空条件下，真空度小于0.01Pa，烧结温度990℃之间，保温时间25分钟。
本实施例的其它工艺条件，详见表1所示。
如图5所示，通过实施例4制成一种厚膜和覆铜一体陶瓷电路板，包括氧化铍(BeO)陶瓷基板，所述陶瓷基板101上设置有电子浆料层102，所述电子浆料层102组成质量百分比为：银Ag26.0％，铜Cu33.0％，钛Ti 40％，Sn1.0％；所述有机溶剂主要是由90％～98％的松油醇和2％～10％的乙基纤维素而成；所述金属粉末与述有机溶剂(质量)百分比是1～2.5：1；所述电子浆料层102上分别设置有厚膜层103和覆铜层104，所述覆铜层104上设置有第一电路图形；所述厚膜层103上设置有第二电路图形。所述陶瓷基板101一侧表面设置有厚膜层103，其另一侧表面设置有覆铜层104，所述厚膜层103和覆铜层104分别通过电子浆料层102与陶瓷基板101连接。
实施例5
一种厚膜和覆铜一体陶瓷电路板的制备方法，包括如下步骤：
S1、配置电子浆料，其组成质量百分比为：银Ag72.5％，铜Cu18.5％，钛Ti 9％；所述有机溶剂主要是由90％～98％的松油醇和2％～10％的乙基纤维素而成；所述金属粉末与述有机溶剂(质量)百分比是1～2.5：1；
S2、通过丝印板或钢板网，将电路图形用电子浆料印制在基板上构成AlN陶瓷电路板；
S3、将部分图形的铜片通过电子浆料覆在AlN陶瓷电路板上；
S4、将具有厚膜和覆铜的AlN陶瓷电路板进行烘干真空烧结，其中：真空条件下，真空度小于0.01Pa，烧结温度810℃之间，保温时间10分钟。
本实施例的其它工艺条件，详见表1所示。
实施例6
一种厚膜和覆铜一体陶瓷电路板的制备方法，包括如下步骤：
S1、配置电子浆料，其组成质量百分比为：银Ag26.5％，铜Cu23.7％，钛Ti17.3％，锡Sn22.5％、硅Si10％；所述有机溶剂主要是由90％～98％的松油醇和2％～10％的乙基纤维素而成；所述金属粉末与述有机溶剂(质量)百分比是1～2.5：1；
S2、通过丝印板或钢板网，将电路图形用电子浆料印制在氮化硅(Si3N4)陶瓷基板上构成电路陶瓷基板；
S3、将部分图形的铜片通过电子浆料覆在氮化硅(Si3N4)陶瓷电路板上；
S4、将具有厚膜和覆铜的电路板进行烘干真空烧结，其中：真空条件下，真空度小于0.01Pa，烧结温度920℃之间，保温时间15分钟。
本实施例的其它工艺条件，详见表1所示。
表1是本发明的实施条件汇总
应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种厚膜和覆铜一体陶瓷电路板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、配置电子浆料，所述电子浆料是由Cu、Ag、Ti三种金属粉末为核心混合而成的电子浆料；所述电子浆料包括金属粉末和有机溶剂混合而成，其中组成质量百分比为：银Ag10％～85％，铜Cu10％～60％，钛Ti1％～45％，其余为钯Pd、金Au、铂Pt、锡Sn、硅Si、锌Zn中的任意一种或两种；所述有机溶剂是由90％～98％的松油醇和2％～10％的乙基纤维素而成；所述金属粉末与所述有机溶剂(质量)百分比是1～2.5：1；
S2、通过丝印板或钢板网，将电路图形用电子浆料印制在陶瓷基板上构成陶瓷电路板；
S3、将部分图形的铜片通过电子浆料覆在陶瓷电路板上；
S4、将具有厚膜和覆铜的陶瓷电路板进行烘干真空烧结，其中：真空条件下，真空度小于0.01Pa，烧结温度800～1000℃之间，保温时间10～30分钟。
2.根据权利要求1所述的一种厚膜和覆铜一体陶瓷电路板的制备方法，其特征在于，所述陶瓷基板为氮化铝陶瓷、氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷和氧化铍陶瓷。
3.一种采用权利要求1制备方法生产的厚膜和覆铜一体陶瓷电路板，包括陶瓷基板，其特征在于,所述陶瓷基板上设置有电子浆料层，所述电子浆料层上分别设置有厚膜层和覆铜层，所述覆铜层上设置有第一电路图形；所述厚膜层上设置有第二电路图形。
4.根据权利要求3所述的一种厚膜和覆铜一体陶瓷电路板，其特征在于，所述陶瓷基板一侧表面上设置有厚膜层和覆铜层，所述厚膜层和覆铜层通过电子浆料与陶瓷基板连接。
5.根据权利要求4所述的一种厚膜和覆铜一体陶瓷电路板，其特征在于，所述陶瓷基板另一侧表面上设置有厚膜层，所述厚膜层通过电子浆料层与所述陶瓷基板连接。
6.根据权利要求5所述的一种厚膜和覆铜一体陶瓷电路板，其特征在于，所述陶瓷基板另一侧表面上设置有覆铜层，所述覆铜层通过电子浆料层与所述陶瓷基板连接。
7.根据权利要求3所述的一种厚膜和覆铜一体陶瓷电路板，其特征在于，所述陶瓷基板一侧表面设置有厚膜层，其另一侧表面设置有覆铜层，所述厚膜层和覆铜层分别通过电子浆料层与陶瓷基板连接。
8.根据权利要求3-7任意一项所述的一种厚膜和覆铜一体陶瓷电路板，其特征在于，所述陶瓷基板上设置有信号传输的通孔。
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