CN111867259A - 一种陶瓷覆铜板的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种陶瓷覆铜板的制备方法，包括以下步骤：对陶瓷基板进行预处理，除去表面灰尘和油污；对预处理后的陶瓷基板进行冷喷涂，通过气体对铜粉加速形成金属射流使陶瓷基板表面形成金属铜层；对金属铜层进行抛光、减薄以及钝化处理，制得陶瓷覆铜板。本发明通过高速气体吹动金属粒子形成的金属射流，在陶瓷基板上沉积金属形成相应的金属层，具有工艺简单，金属层均匀，附着力好，氧化程度低等特点。
Description
技术领域
本发明涉及印制电路板用覆铜板的制备方法，尤其涉及一种陶瓷覆铜板的制备方法。
背景技术
印制电路板（Printed Circuit Board，PCB）作为现代电子工业的一种基础而重要的部件，广泛应用在几乎所有的电子设备中。覆铜板作为印制电路板生产的基础原料，在PCB产业中占据重要位置。与传统的环氧-玻纤复合材覆铜板相比，陶瓷基覆铜板由于其高导热率、耐高温性和不燃性以及特殊的电磁学性能，在许多特殊领域占据着不可替代的位置。陶瓷覆铜板的生产大多数采用热敷工艺：即在预先生产并表面处理的陶瓷基板上，将铜箔贴合后，加热升温到一定温度，使铜层与氧化物形成氧化亚铜-金属复合物过渡层，使得铜层焊附在陶瓷表面，形成陶瓷覆铜板。但对于氮化物陶瓷来说，由于其表面的氮化物难于与金属铜形成复合物，因此需要对氮化物陶瓷进行复杂的表面渗氧处理，形成氧化物后才能与铜层有较好的结合，因此工艺复杂度很高。由于热敷工艺需要将铜箔和陶瓷板共同加热到铜的熔点附近，并将温度控制在极窄的波动范围，同时在一定的气氛范围内进行，因此生产过程中的能耗很大，生产成本较高，限制了陶瓷覆铜板的应用范围。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于提供一种冷喷法制备陶瓷覆铜板的制备方法。
技术方案：本发明所述的陶瓷覆铜板的制备方法，包括以下步骤：
(1) 对陶瓷基板进行预处理，除去表面灰尘和油污污；
(2) 对预处理后的陶瓷基板进行冷喷涂，通过气体对铜粉加速形成金属射流使陶瓷基板表面形成金属铜层；
(3) 对金属铜层进行抛光、减薄以及钝化处理，制得陶瓷覆铜板。
进一步的，步骤(1)后，步骤(2)前还包括用于提高陶瓷基板表面附着力的镀层处理。镀层是指在某些情况下为增加功能或者提高附着力所做的基材表面处理，可以是化学沉积、物理沉积、溅射沉积，也可以通过冷喷涂在陶瓷基板表面沉积粘性金属；其中，冷喷涂的工作气体为空气，载气温度为250~350℃，载气压力为0.2~5 Mpa，粘性金属的沉积厚度为1~20μm。优选的，所述的粘性金属包括铝、锌、钛、镍和铬中的任一种；其中，所述粘性金属为球形粉末状，粒径为1~100μm。
进一步的，所述的陶瓷基板的材质包括氧化铝、氧化锆、氧化钛、氮化铝、氮化钛和氮化硼中的任一种；所述气体包括空气、氮气、氦气和氩气中的任一种；其中，气体速度为500~1200 m/s，气体压力为0.2~5 Mpa，气体温度为400~600℃；所述铜粉的形态为球形，粒径为1~100μm。
进一步的，本发明所述的抛光和减薄，指用物理或者化学方式，将铜层表面的氧化物去除，并将粗糙度降低，整体平整度提高，并使铜层的整体达到所需要的厚度，优选为10~1000μm，更优选的是30~100μm；所述的钝化，指覆铜板生产过程中的一般工艺操作，包括化学钝化、镀层或其他通用方法。
有益效果：本发明和现有技术相比，具有如下显著的优点：本发明通过高速气体吹动金属粒子形成的金属射流，在陶瓷基板上沉积金属形成相应的金属层，具有工艺简单，金属层均匀，附着力好，氧化程度低等特点。与传统覆铜工艺相比，制备出的铜层氧化程度低、电导率高，铜层厚度控制灵活，电阻率均接近纯铜的电阻率，具有与传统覆铜板类似的导电导热性能和加工性能，降低了目前热敷铜工艺的生产成本和生产效率。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
将氧化铝95瓷基板经过打磨抛光后用丙酮清洗去除表面灰尘和油污，并在烘箱中将丙酮完全烘干；然后通过低压超音速冷喷机，控制气体流速为500m/s，气体温度为450℃，气体压力为0.8Mpa，采用空气对粒径为50μm的铜粉进行加速形成金属射流，并在氧化铝95瓷基板上喷涂一层厚度为120μm的铜层，将得到的覆铜板置入KGS-618M磨平机中，将铜层减薄至100μm；最后将减薄后的覆铜板置于电解槽中镀金保护，得到长宽高尺寸为50×100×1 mm，铜层厚度为100μm的陶瓷覆铜板，其电阻率为1.83×10-8 Ω/m，铜层的剥离强度为3.1N/mm。
实施例2
将氮化铝基板经过打磨抛光后用丙酮清洗去除表面灰尘和油污，并在烘箱中将丙酮完全烘干；然后通过低压超音速冷喷机，控制气体流速为800m/s，气体温度为400℃，气体压力为0.3Mpa，采用氮气对粒径为30μm的铜粉进行加速形成金属射流，并在氮化铝基板上喷涂一层厚度为120μm的铜层，将得到的覆铜板置入KGS-618M磨平机中，将铜层减薄至100μm；最后将减薄后的覆铜板置于电解槽中镀金保护，得到长宽高尺寸为50×100×1 mm，铜层厚度为100μm的陶瓷覆铜板，其电阻率为1.99×10-8 Ω/m，铜层的剥离强度为2.8N/mm。
实施例3
将氮化硼基板经过打磨抛光后用丙酮清洗去除表面灰尘和油污，并在烘箱中将丙酮完全烘干；然后通过高压超音速冷喷机，控制气体流速为1200m/s，气体温度为500℃，气体压力为4Mpa，采用氮气对粒径为80μm的铜粉进行加速形成金属射流，并在氮化硼基板上喷涂一层厚度为120μm的铜层，将得到的覆铜板置入KGS-618M磨平机中，将铜层减薄至100μm；最后将减薄后的覆铜板置于电解槽中镀金保护，得到长宽高尺寸为50×100×1 mm，铜层厚度为100μm的陶瓷覆铜板，其电阻率为1.79×10-8 Ω/m，铜层的剥离强度为2.5N/mm。
实施例4
将氧化铝95瓷基板经过打磨抛光后用丙酮清洗去除表面灰尘和油污，并在烘箱中将丙酮完全烘干；然后对氧化铝95瓷基板进行镀层处理，使用低压超音速冷喷机在板面上附着一层金属铝层，工艺条件为：冷喷涂的工作气体为空气，载气温度为300℃，载气压力为0.3Mpa，金属铝的沉积速率为8g/min，金属铝粒径为3μm；然后再次通过低压超音速冷喷机，控制气体流速为500m/s，气体温度为450℃，气体压力为0.8Mpa，采用空气对粒径为50μm的铜粉进行加速形成金属射流，并在进行镀层处理后的氧化铝95瓷基板上喷涂一层厚度为120μm的铜层，将得到的覆铜板置入KGS-618M磨平机中，将铜层减薄至100μm；最后将减薄后的覆铜板置于电解槽中镀金保护，得到长宽高尺寸为50×100×1 mm，铜层厚度为100μm的陶瓷覆铜板，其电阻率为1.85×10-8 Ω/m，铜层的剥离强度为11N/mm。
实施例5
将氮化铝基板经过打磨抛光后用丙酮清洗去除表面灰尘和油污，并在烘箱中将丙酮完全烘干；然后对氮化铝基板进行镀层处理，使用低压超音速冷喷机在板面上附着一层金属镍层，工艺条件为：冷喷涂的工作气体为氮气，载气温度为250℃，载气压力为2.5Mpa，金属镍的沉积速率为6g/min，金属镍粒径为30μm；然后再次通过低压超音速冷喷机，控制气体流速为800m/s，气体温度为400℃，气体压力为0.3Mpa，采用氮气对粒径为30μm的铜粉进行加速形成金属射流，并在进行镀层处理后的氮化铝基板上喷涂一层厚度为120μm的铜层，将得到的覆铜板置入KGS-618M磨平机中，将铜层减薄至100μm；最后将减薄后的覆铜板置于电解槽中镀金保护，得到长宽高尺寸为50×100×1 mm，铜层厚度为100μm的陶瓷覆铜板，其电阻率为1.75×10-8 Ω/m，铜层的剥离强度为16N/mm。
实施例6
将氮化硼基板经过打磨抛光后用丙酮清洗去除表面灰尘和油污，并在烘箱中将丙酮完全烘干；然后对氮化硼基板进行镀层处理，使用低压超音速冷喷机在板面上附着一层金属钛层，工艺条件为：冷喷涂的工作气体为氦气，载气温度为350℃，载气压力为4Mpa，金属钛的沉积速率为10g/min，金属钛粒径为80μm；然后再次通过低压超音速冷喷机，控制气体流速为1200m/s，气体温度为500℃，气体压力为4Mpa，采用氦气对粒径为30μm的铜粉进行加速形成金属射流，并在进行镀层处理后的氮化硼基板上喷涂一层厚度为120μm的铜层，将得到的覆铜板置入KGS-618M磨平机中，将铜层减薄至100μm；最后将减薄后的覆铜板置于电解槽中镀金保护，得到长宽高尺寸为50×100×1 mm，铜层厚度为100μm的陶瓷覆铜板，其电阻率为1.80×10-8 Ω/m，铜层的剥离强度为13N/mm。
综上，由实施例1-6检测的电阻率数值可知，电阻率均接近于纯铜的电阻率，这是因为采用冷喷涂工艺后，利用高速铜离子撞击过程中的坎合、浸彻等物理变化，得到了致密度优良的铜层，且涉及非常小的化学变化，使得制备的覆铜板具有良好的导电性能；同时，由实施例4-6和实施例1-3的铜层剥离强度对比可知，在相同的工艺条件下，采用镀层处理可以更有利于提高表面铜层的附着力，并可以兼容各熔点相差较大的金属层，从而提高覆铜板的使用寿命。
Claims (8)
1.一种陶瓷覆铜板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1) 对陶瓷基板进行预处理，除去表面灰尘和油污；
(2) 对预处理后的陶瓷基板进行冷喷涂，通过气体对铜粉加速形成金属射流使陶瓷基板表面形成金属铜层；
(3) 对金属铜层进行抛光、减薄以及钝化处理，制得陶瓷覆铜板。
2.根据权利要求1所述的陶瓷覆铜板的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)后，步骤(2)前对陶瓷基板进行镀层处理。
3.根据权利要求2所述的陶瓷覆铜板的制备方法，其特征在于：所述的镀层处理是通过冷喷涂在陶瓷基板表面沉积粘性金属；其中，冷喷涂的工作气体为空气，载气温度为250~350℃，载气压力为0.2~5Mpa，粘性金属沉积厚度为1~20μm。
4.根据权利要求3所述的陶瓷覆铜板的制备方法，其特征在于：所述的粘性金属包括铝、锌、钛、镍和铬中的任一种，其中，所述粘性金属为球形粉末状，粒径为1~100μm。
5.根据权利要求1所述的陶瓷覆铜板的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述铜粉的形态为球形，粒径为1~100μm。
6.根据权利要求1所述的陶瓷覆铜板的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述气体包括空气、氮气、氦气和氩气中的任一种，其中，气体速度为500~1200m/s，气体压力为0.2~5Mpa，气体温度为400~600℃。
7.根据权利要求1所述的陶瓷覆铜板的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述减薄后的金属铜层厚度为10~1000μm。
8.根据权利要求1所述的陶瓷覆铜板的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的陶瓷基板的材质包括氧化铝、氧化锆、氧化钛、氮化铝、氮化钛和氮化硼中的任一种。
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- 2020-07-30 CN CN202010748686.8A patent/CN111867259A/zh active Pending
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