CN111654980A - 一种玻璃基板印制电路板的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种玻璃基板印制电路板的制备方法，包括以下步骤：将铜浆印刷于玻璃基板上，干燥去除挥发性物质，得到生板；将得到的生板通过高频感应线圈，感应加热，得到所述玻璃基板印制电路板。本发明工艺通过采用高频电磁震荡的方式，对玻璃基印刷电路进行局部加热，将铜浆印刷在玻璃基板上，形成完整的线路铜层，由于电磁感应加热的原理，感应电流产生的涡旋从金属内部产生热量，作为线路铜层的载体，基板只在与铜层接触的极小范围内受热，因此整体上受热不明显，从而有效抗氧化，得到导电率高的电路板。
Description
技术领域
本发明涉及一种电路板的制备方法，尤其涉及一种玻璃基板印制电路板的制备方法。
背景技术
印制电路板，又称印刷电路板，是电子元器件电气连接的提供者。印制电路板多用“PCB”来表示，它的发展已有100多年的历史了；它的设计主要是版图设计；采用电路板的主要优点是大大减少布线和装配的差错，提高了自动化水平和生产劳动率。按照线路板层数可分为单面板、双面板、四层板、六层板以及其他多层线路板。
目前印制电路板主要采用刻蚀法制备，主要原理是采用覆铜板为原材料，通过使用氧化性刻蚀液，在光敏性树脂保护下，根据电路设计图纸的要求将不需要的部分的铜箔刻蚀除去，形成基础电路，然后进行一系列的化学物理处理，并焊接元器件，从而形成具有功能的电路板。上述过程实在完整的铜层上通过刻蚀去除多余的铜层，形成所设计的电路图案，因此又被称为减成法。
与减成法相对的，通过粉末材料的烧结可以在空白基材上按照设计需要直接形成线路，这个过程称为加成法。
烧结法是一种将金属粉末堆积成所需图案(一般采用金属浆料印刷的方式)，然后通过加热、激光或者微波等方式使粉末熔融粘合，形成完整的导电通路的工艺。目前这种工艺一般应用于厚膜电路的生产，采用银、钯等贵金属的粉末与分散剂、助剂等配置成导电浆料用于电路印刷，在氧化铝、氮化铝等陶瓷基板上形成设计线路，并烧结成型。其中基板陶瓷需要满足低厚度，高强度，高平整度等要求，导致其良率较低，再加上贵金属的使用，使得这种工艺成本很高。由于生产成本较高，目前的陶瓷烧结电路只能应用于面积较小，附加值高的厚膜电路等领域，难以大规模应用于成本敏感的印刷电路板中。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术的问题，本发明提供一种环保且生产过程简化的玻璃基板印制电路板的制备方法。
技术方案：本发明所述的玻璃基板印制电路板的制备方法，包括以下步骤：
(1)将铜浆印刷于玻璃基板上，干燥去除挥发性物质，得到生板；
(2)将步骤(1)得到的生板通过高频感应线圈，感应加热，得到所述玻璃基板印制电路板；
其中所述铜浆由铜粉制得。
优选地，所述铜浆的印刷为通过丝网印刷或刮板涂布印刷。
优选地，所述铜粉为铜含量在99％以上的纯铜所制备的直径在1.0～50μm的球状粉体。
进一步地，所述铜粉为铜含量在99％以上的纯铜所制备的直径在10～25μm的球状粉体。
优选地，所述高频感应线圈的频率为500～2000KHz，感应加热时间(烧结时间)10s～2min。
优选地，所述的玻璃基板为以氧化硅为基板，含有金属氧化物的共融体的平板状基材。
优选地，所述玻璃基板的厚度为0.1～5mm。
上述玻璃基板可以通过市售获得。
进一步地，所述金属氧化物为氧化钠、氧化钙或氧化铝中的一种。
优选地，所述铜浆包括如下重量份的组分：铜粉50～80份、水20～50份和0～20份助剂，其中，助剂包括如下重量份的组分：粘结剂10～20份和流变剂0～10份。
优选地，所述铜浆的制备方法为将所述重量份的水和粘结剂分散成胶液，加入铜粉分散，加入流变剂继续分散制得。
其中，所述粘结剂为羧甲基纤维素，羟甲基纤维素，聚乙烯醇，聚丙烯酸盐或丙烯酸盐的水溶性共聚物中的一种或几种；
所述流变剂为乙醇、丙酮、甲醇、异丙醇、甘油、聚乙二醇或聚硅氧烷中的一种或几种；
优选地，所述分散时控制温度10～50℃，分散时搅拌速度10～1000转/min。
优选地，所述干燥的温度为25～120℃；干燥时间为10s以上。所述的干燥设备，指能够去除分散剂的设备，可以是烘箱、红外干燥器或者微波干燥器。
有益效果：与现有技术相比，本发明提供的生产工艺通过采用高频电磁震荡的方式，对玻璃基印刷电路进行局部加热，将铜浆印刷在玻璃基板上，形成完整的线路铜层，由于电磁感应加热的原理，感应电流产生的涡旋从金属内部产生热量，作为线路铜层的载体，基板只在与铜层接触的极小范围内受热，因此整体上受热不明显，从而有效抗氧化，得到导电率高的电路板。
具体实施方式
实施例1
在高速搅拌机内，加入20g去离子水，10g羧甲基纤维素钠，600转/分钟分散5分钟，静置1小时去除气泡，得到粘结剂溶液。
取粘结剂溶液，在其中加入铜含量在99％以上的纯铜所制备的直径在1.0μm的球状粉体50g，200转/分钟下分散10分钟，得到铜浆。
将铜浆用100μm钢网印刷在氧化钙玻璃基板上，烘箱中烘干，温度为25℃，得到清晰稳定的印刷图案，其中，玻璃基板厚度为0.1mm。
所得到的图案经过氩气保护下的高频感应线圈频率500KHz，烧结10s，得到导电图层，其密度为7.83g/cm3，致密度达到85％以上，电阻率为2.01×10-8Ω/m(纯铜的电导率为1.75×10-8Ω/m)。
实施例2
在高速搅拌机内，加入50g去离子水，20g羧甲基纤维素钠，600转/分钟分散5分钟，静置1小时去除气泡，得到粘结剂溶液。
取粘结剂溶液，在其中加入铜含量在99％以上的纯铜所制备的直径在50μm的球状粉体80g，200转/分钟下分散10分钟，加入10g乙醇50转/分钟分散1分钟，得到铜浆。
将铜浆用100μm钢网印刷在氧化钙玻璃基板上，烘箱中烘干，温度为120℃，得到清晰稳定的印刷图案，其中，玻璃基板厚度为5mm。
所得到的图案经过氩气保护下的高频感应线圈频率2000KHz，烧结2min，得到导电图层，其密度为8.13g/cm3，致密度达到85％以上，电阻率为2.85×10-8Ω/m(纯铜的电导率为1.75×10-8Ω/m)。
实施例3
在高速搅拌机内，加入30g去离子水，15g羧甲基纤维素钠，600转/分钟分散5分钟，静置1小时去除气泡，得到粘结剂溶液。
取粘结剂溶液，在其中加入铜含量在99％以上的纯铜所制备的直径在10μm的球状粉体60g，200转/分钟下分散10分钟，加入5g乙醇50转/分钟分散1分钟，得到铜浆。
将铜浆用100μm钢网印刷在氧化钙玻璃基板上，烘箱中烘干，温度为75℃，得到清晰稳定的印刷图案，其中，玻璃基板厚度为3mm。
所得到的图案经过氩气保护下的高频感应线圈频率1000KHz，烧结1min，得到导电图层，其密度为8.02g/cm3，致密度达到87％以上，电阻率为2.65×10-8Ω/m(纯铜的电导率为1.75×10-8Ω/m)。
实施例4
在高速搅拌机内，加入40g去离子水，15g羧甲基纤维素钠，600转/分钟分散5分钟，静置1小时去除气泡，得到粘结剂溶液。
取粘结剂溶液，在其中加入铜含量在99％以上的纯铜所制备的直径在25μm的球状粉体60g，200转/分钟下分散10分钟，加入3g乙醇50转/分钟分散1分钟，得到铜浆。
将铜浆用100μm钢网印刷在氧化钙玻璃基板上，烘箱中烘干，温度为85℃，得到清晰稳定的印刷图案，其中，玻璃基板厚度为1mm。
所得到的图案经过氩气保护下的高频感应线圈频率850KHz，烧结1.5min，得到导电图层，其密度为8.15g/cm3，致密度达到85％以上，电阻率为1.92×10-8Ω/m(纯铜的电导率为1.75×10-8Ω/m)。
实施例5
设计若干组平行实验，设计铜粉的直径分别为：组一：0.7μm、组二：1μm、组三：10μm、组四：20μm、组五：25μm、组六：50μm、组七：55μm；其余原料、仪器和步骤与实施例3相同，得到导电涂层的致密度和电导率如表1所示：
表1铜粉的直径对导电涂层质量的影响
由表1可知，当铜粉的直径为1.0～50μm时，通过高频电磁振荡，对玻璃基质上的铜浆进行局部加热，在不使用还原性气氛下，保持导电涂层的密度、致密度和电导率较高。尤其的，当铜粉的直径为10～25μm时，通过高频电磁振荡，对玻璃基质上的铜浆进行局部加热，在不使用还原性气氛下，保持导电涂层的密度、致密度和电导率优异。而当铜粉的直径低于1.0μm，或高于50μm时，导电涂层的密度、致密度和电导率较低，导电涂层质量较差。
实施例6
设计若干组平行实验，设计高频感应线圈的频率分别为：组一400KHz、组二500KHz、组三1000KHz、组四1500KHz、组五2000KHz、组六2100KHz感应时间为5min；其余原料、仪器和步骤与实施例3相同，得到导电涂层的致密度和电导率如表2所示：
表2高频感应线圈的频率对导电涂层质量的影响
由表2可知，当高频感应线圈的频率为500～2000KHz时，通过高频电磁振荡，对玻璃基质上的铜浆进行局部加热，可以在不使用还原性气氛下，保持导电涂层的密度、致密度和电导率较高。当高频感应线圈的频率低于500KHz、高于2000KHz时，导电涂层的密度、致密度和电导率较低，导电涂层质量较差。
实施例7
设计若干组平行实验，设计高频感应线圈的感应加热时间(烧结时间)分别为：组一5s、组二10s、组三30s、组四1min、组五1.5min、组六2min、组七2.5min；其余原料、仪器和步骤与实施例3相同，得到导电涂层的致密度和电导率如表3所示：
表3高频感应线圈的加热感应时间对导电涂层质量的影响
由表3可知，当高频感应线圈的感应时间为10s～2min时，通过高频电磁振荡，对玻璃基质上的铜浆进行局部加热，可以在不使用还原性气氛下，保持导电涂层的密度、致密度和电导率较高。当高频感应线圈的感应时间低于10s、高于2min时，导电涂层的密度、致密度和电导率较低，导电涂层质量较差。
实施例8
设计若干组平行实验，设计玻璃基板的厚度分别为：组一0.05mm、组二0.1mm、组三1mm、组四2.5mm、组五5mm、组六5.5mm；其余原料、仪器和步骤与实施例3相同，得到电路板的致密度、电导率如表4所示：
表4玻璃基板对制得电路板质量的影响
由于玻璃熔点比铜制线路要低，一般烧结方法不能烧结玻璃基板印制电路板，只能高频加热条件下，针对玻璃基板上的金属线路烧结，即通过高频电磁振荡，在内部产生涡流，发热，烧结铜粉。
由表4可知，当玻璃基板的厚度为0.1～5mm时，玻璃厚度适中，质量在保证烧结时所需硬度的基础上较轻，同时穿透程度较高，加热效率较高，致密度和电导率均表现良好；
尤其的，当玻璃基板的厚度为0.1～1mm时，玻璃厚度最为合适，质量在保证烧结时所需硬度的基础上最轻，同时穿透程度最高，加热效率最高，致密度和电导率均表现优秀。
Claims (10)
1.一种玻璃基板印制电路板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将铜浆印刷于玻璃基板上，干燥去除挥发性物质，得到生板；
(2)将所述生板通过高频感应线圈感应加热，得到玻璃基板印制电路板；
其中所述铜浆包括铜粉制得。
2.根据权利要求1所述玻璃基板印制电路板的制备方法，其特征在于：所述铜粉为铜含量在99％以上的纯铜所制备的直径在1.0～50μm的球状粉体。
3.根据权利要求2所述玻璃基板印制电路板的制备方法，其特征在于：所述铜粉为铜含量在99％以上的纯铜所制备的直径在10～25μm的球状粉体。
4.根据权利要求1所述玻璃基板印制电路板的制备方法，其特征在于：所述高频感应线圈的频率为500～2000KHz，感应加热时间10s～2min。
5.根据权利要求1所述玻璃基板印制电路板的制备方法，其特征在于：所述玻璃基板为以氧化硅为基板，含有金属氧化物的共融体的平板状基材。
6.根据权利要求1或5所述玻璃基板印制电路板的制备方法，其特征在于：所述玻璃基板的厚度为0.1～5mm。
7.根据权利要求5所述玻璃基板印制电路板的制备方法，其特征在于：所述金属氧化物为氧化钠、氧化钙或氧化铝中的一种。
8.根据权利要求1所述玻璃基板印制电路板的制备方法，其特征在于：所述铜浆按重量份包括铜粉50～80份、水20～50份和0～20份助剂，其中，所述助剂包括粘结剂10～20份和流变剂0～10份。
9.根据权利要求8所述玻璃基板印制电路板的制备方法，其特征在于，所述铜浆的制备方法为将所述重量份的水和粘结剂分散成胶液，加入铜粉分散，加入流变剂继续分散制得。
10.根据权利要求1所述的玻璃基板印制电路板的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述干燥的温度为25～120℃。
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