CN114334221B - 一种塞孔铜浆及其制备方法、印刷线路板 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种塞孔铜浆及其制备方法、印刷线路板。本发明的塞孔铜浆的黏度为250‑350dpa.s，塞孔铜浆的导热系数为180‑300W/m.K。由于该塞孔铜浆具有上述特定的黏度以及导热系数，所以不仅具有较为优异的导热性，而且可以在较小的外力作用下固化形成塞孔，所形成的塞孔不会产生气泡、裂纹、凹陷以及空洞等问题。
Description
技术领域
本发明涉及电路板制作技术领域，特别涉及一种塞孔铜浆及其制备方法、印刷线路板。
背景技术
随着5G通讯的发展，电子产品体积越来越小，印刷线路板(PCB)的体积也不断的缩小，线路设计越来越密集化。当元器件的功率密度提高时，PCB的散热量会过大，从而影响元器件的使用寿命、使元器件老化甚至失效。
目前，虽然通过直接在PCB内埋、嵌金属铜块能够改善PCB的导热性，进而解决PCB由于散热量过大，导致的元器件老化等问题，但是，直接埋、嵌在PCB内的铜块平整性差。
发明内容
本发明提供一种塞孔铜浆，该塞孔铜浆具有特定的导热系数以及黏度，在印刷线路板中能够形成高导热性、无气泡且平整的塞孔。
本发明提供一种塞孔铜浆的制备方法，该方法能够得到具有特定导热系数以及黏度的塞孔铜浆，并且制备方法简单，能够进行广泛的应用。
本发明提供一种印刷线路板，该印刷线路板包括上述的塞孔铜浆形成的塞孔，所以具有较为优异的导热性，以及较长的使用寿命。
本发明提供一种塞孔铜浆，所述塞孔铜浆的黏度为250-350dpa.s，所述塞孔铜浆的导热系数为180-300W/m.K。
如上所述的塞孔铜浆，其中，所述塞孔铜浆包括初始铜浆和导热胶。
如上所述的塞孔铜浆，其中，所述初始铜浆的黏度为70-110dpa.s，所述初始铜浆的导热系数为300-400W/m.K。
如上所述的塞孔铜浆，其中，所述导热胶的黏度为1000-1400dpa.s，所述导热胶的导热系数为0.8-3W/m.K。
如上所述的塞孔铜浆，其中，所述初始铜浆与所述导热胶的质量比为3：(0.8-1.2)。
本发明提供一种塞孔铜浆的制备方法，其中，将初始铜浆与导热胶混合后进行搅拌处理，得到所述塞孔铜浆；
其中，所述塞孔铜浆的黏度为250-350dpa.s，所述塞孔铜浆的导热系数为180-300W/m.K。
如上所述的制备方法，其中，将所述初始铜浆与导热胶在22-28℃混合且所述初始铜浆与所述导热胶的质量比为3：(0.8-1.2)。
如上所述的制备方法，其中，所述搅拌处理后，还包括对搅拌物体系进行预检测处理，所述预检测处理包括：
若所述搅拌物体系的黏度为A且A大于350dpa.s，将所述搅拌物体系在70-80℃下烘烤a小时后继续搅拌，直至获得黏度为250-350dpa.s的所述塞孔铜浆；其中，a为大于等于(A-350)/20的最小正整数，
若所述搅拌物体系的黏度为B且B小于250dpa.s，向所述搅拌物体系中添加C kg所述导热胶后继续搅拌，直至获得黏度为250-350dpa.s的所述塞孔铜浆；所述；其中，C＝0.02*D*m，kg；D为大于等于(250-B)/20的最小正整数，m为所述搅拌物体系的质量，Kg。
如上所述的制备方法，其中，所述搅拌处理的转速为2500-3500r/min，时间为110-130min。
本发明提供一种印刷线路板，其中，所述印刷线路板包括至少一个如上所述的塞孔铜浆形成的塞孔；或所述印刷线路板包括至少一个通过如上所述的制备方法制备得到的塞孔铜浆形成的塞孔。
本发明提供一种塞孔铜浆，该塞孔铜浆的黏度为250-350dpa.s，导热系数为180-300W/m.K。由于该塞孔铜浆具有上述特定的黏度以及导热系数，所以不仅具有较为优异的导热性，而且可以在较小的外力作用下固化形成塞孔，所形成的塞孔不会产生气泡、裂纹、凹陷以及空洞等问题。
本发明提供一种塞孔铜浆的制备方法，能够制备出上述的塞孔铜浆，该制备方法操作简单，适用于广泛应用。
本发明提供一种印刷线路板，该印刷线路板包括至少一个上述的塞孔铜浆形成的塞孔，或包括至少一个上述的塞孔铜浆的制备方法制备得到的塞孔铜浆形成的塞孔，所以不仅具有较为优异的导热性，而且使用寿命长。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或相关技术中的技术方案，下面对本发明实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明一些实施方式中塞孔铜浆的制备工艺流程图；
图2为本发明实施例4中印刷线路板的塞孔的截面SEM图；
图3为本发明实施例5中印刷线路板的塞孔的截面SEM图；
图4为本发明对比例1中印刷线路板的塞孔的截面SEM图；
图5为本发明对比例2中印刷线路板的塞孔的截面SEM图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的第一方面提供一种塞孔铜浆，塞孔铜浆的黏度为250-350dpa.s，塞孔铜浆的导热系数为180-300W/m.K。
本发明的塞孔铜浆，由于具有特定的黏度，所以能够在较低的外力作用下，与印刷线路板中的孔隙形成品质优良的塞孔。具体表现在：形成的塞孔不含有气泡、凹陷、空洞以及裂纹等缺陷，并且经热风整平后也不会存在缺陷，能够防止印刷线路板中的锡珠通过，进而避免印刷线路板的元器件之间的焊脚锡连接短路，以及避免印刷线路板产生屏蔽现象。
上述印刷线路板的孔隙可以为内贯孔、堆叠孔、散热孔以及槽孔中的至少一种，当印刷线路板的孔隙为槽孔时，槽孔可以为异形槽、盲槽、阶梯槽、方槽以及圆槽中的至少一种。
值得一提的是，本发明的塞孔铜浆还具有特定的导热系数，所以使用该塞孔铜浆形成的塞孔还具有优异的散热性能。
在本发明的一些实施方式中，塞孔铜浆包括初始铜浆和导热胶。
本发明对初始铜浆不做特别限定，可以选用本领域常用的铜浆。
在一些实施方式中，初始铜浆包括能够散热和导电的铜粉，基于初始铜浆的总质量，铜粉的质量百分含量为76-80％。本发明对铜粉不做特别限定，可以为本领域常用的铜粉，例如，铜粉可以为球状铜粉和/或片状铜粉，铜粉的平均粒径可以为次微米级的。
本发明的初始铜浆可以通过商业购买得到。
本发明对导热胶不做特别限定，可以选用本领域常用的导热胶。
在一些实施方式中，导热胶包括有机硅胶、填充料以及导热材料，其中，有机硅胶为导热胶的主体材料。导热胶可以通过将包括有机硅胶、填充料以及导热材料的混合体系混炼形成，也可以通过商业购买得到。
本发明中，由于初始铜浆以及导热胶都属于本领域常用的原料，易于获得并且成本低，所以包括初始铜浆以及导热胶的塞孔铜浆，还具有原料容易获得，制备成本低的优点，适用于工业应用。
本发明中，为了更容易获得特定黏度以及导热系数的塞孔铜浆，可以对初始铜浆以及导热胶进行特定的选择。例如，初始铜浆的黏度为70-110dpa.s，初始铜浆的导热系数为300-400W/m.K；和/或，
导热胶的黏度为1000-1400dpa.s，导热胶的导热系数为0.8-3W/m.K。
进一步地，为了使本发明的塞孔铜浆能够更好的固化，形成高品质的塞孔，本发明的初始铜浆为经125℃以上的温度烘烤1-3h后便可以固化成铜块的初始铜浆，导热胶为经125℃以上的温度烘烤1-3h后便可以固化成导热块的导热胶。
在本发明的一些实施方式中，塞孔铜浆中，初始铜浆与导热胶的质量比为3：(0.8-1.2)。
本发明的第二方面提供一种塞孔铜浆的制备方法，将初始铜浆与导热胶混合后进行搅拌处理，得到塞孔铜浆；
其中，塞孔铜浆的黏度为250-350dpa.s，塞孔铜浆的导热系数为180-300W/m.K。
本发明中，将初始铜浆与导热胶混合后进行搅拌处理，搅拌均匀后形成特定黏度以及特定导热系数的塞孔铜浆，本发明的塞孔铜浆可以置于0-10℃储存7天。该制备方法使用的原料易得，操作步骤简单，制备成本低，生产可行性高，能够进行广泛的应用。
在本发明的一些实施方式中，将初始铜浆与导热胶在22-28℃混合且初始铜浆与导热胶的质量比为3：(0.8-1.2)时，能够得到上述特定黏度以及导热系数的塞孔铜浆。
在本发明的一些实施方式中，在搅拌处理之后，还包括对搅拌处理形成的搅拌物系进行预检测处理，预检测处理包括使用黏度计测试搅拌物系的黏度，判断搅拌物系的黏度是否满足塞孔铜浆的黏度要求，具体包括：
若搅拌物体系的黏度为A且A大于350dpa.s，将搅拌物体系在70-80℃下烘烤a小时后继续搅拌，直至获得黏度为250-350dpa.s的塞孔铜浆；其中，a为大于等于(A-350)/20的最小正整数，
若搅拌物体系的黏度为B且B小于250dpa.s，向搅拌物体系中添加C kg导热胶后继续搅拌，直至获得黏度为250-350dpa.s的塞孔铜浆；其中，C＝0.02*D*m，kg；D为大于等于(250-B)/20的最小正整数，m为搅拌物体系的质量，Kg。
示例性地，若搅拌物体系的黏度A为360dpa.s，则a为大于等于0.5((360-350)/20)的最小正整数，即a为1，在实际操作中，将搅拌物体系在70-80℃下烘烤1小时后继续搅拌，直至获得黏度为250-350dpa.s的塞孔铜浆；
若搅拌物体系的黏度B为230dpa.s，搅拌物体系的质量m为2kg，则D为大于等于1((250-230)/20)的最小正整数，即D为1，进而C＝0.04kg(C＝0.02*1*2)，在实际操作中，向搅拌物体系中添加0.04kg导热胶后继续搅拌，直至获得黏度为250-350dpa.s的塞孔铜浆。
本发明中，通过上述预检测处理，能够快速的使搅拌物体系的黏度符合塞孔铜浆的黏度要求，得到塞孔铜浆，节约制备时间。
在本发明的一些实施方式中，为了使塞孔铜浆的黏度以及导热性更加均一，搅拌处理的转速为2500-3500r/min，时间为110-130min。
本发明的第三方面提供一种印刷线路板，印刷线路板包括至少一个上述的塞孔铜浆形成的塞孔；或印刷线路板包括至少一个通过上述的制备方法制备得到的塞孔铜浆形成的塞孔。
本发明对印刷线路板不做特别限定(对印刷线路板的铜厚、材料、尺寸设计以及叠层结构不做特别限定)，只要刷线路板包括至少一个上述的塞孔铜浆形成的塞孔；或印刷线路板包括至少一个通过上述的制备方法制备得到的塞孔铜浆形成的塞孔即可。
本发明中，印刷线路板的塞孔可以是由内贯孔、堆叠孔、散热孔以及槽孔中的至少一种与塞孔铜浆形成。其中，槽孔选自异形槽、盲槽、阶梯槽、方槽以及圆槽中的至少一种。
本发明的印刷线路板，由于包括至少一个上述的塞孔铜浆形成的塞孔，所以不仅具有较为优异的导热性，而且使用寿命长。
以下，将结合具体的实施例对本发明的技术方案进行进一步说明。
实施例1
图1为本发明一些实施方式中塞孔铜浆的制备工艺流程图。如图1所示，本实施例的塞孔铜浆的制备方法包括以下步骤：
1)分别将冷藏的初始铜浆以及导热胶在无尘房间中静置2h，直至初始铜浆以及导热胶的温度为室温；
其中，初始铜浆购买自日本三井S-5000铜浆，导热胶购买自ABLESTIK CF3350，室温下，初始铜浆的黏度为90dpa.s，初始铜浆的导热系数为325W/m.K，导热胶的黏度为1300dpa.s，导热胶的导热系数为1.25W/m.K，初始铜浆经126℃的温度烘烤1h可以固化成铜块，导热胶经126℃的温度烘烤1h可以固化成导热块；
2)将初始铜浆与导热胶加入至搅拌机中进行搅拌处理，得到搅拌体系；
其中，初始铜浆与导热胶的质量比为3：1，搅拌处理的温度为25℃，搅拌处理的转速为3000r/min，搅拌处理的时间为2h；
3)使用黏度计测试搅拌体系的黏度，搅拌体系的黏度为315dpa.s，得到黏度为315dpa.s，导热系数为225W/m.K的塞孔铜浆。
实施例2
本实施例的塞孔铜浆的制备方法包括以下步骤：
1)分别将冷藏的初始铜浆以及导热胶在无尘房间中静置2h，直至初始铜浆以及导热胶的温度为室温；
其中，初始铜浆购买自日本三井S-5000铜浆，导热胶购买自ABLESTIK CF3350，室温下，初始铜浆的黏度为90dpa.s，初始铜浆的导热系数为325W/m.K，导热胶的黏度为1300dpa.s，导热胶的导热系数为1.25W/m.K，初始铜浆经126℃的温度烘烤1h可以固化成铜块，导热胶经126℃的温度烘烤1h可以固化成导热块；
2)将初始铜浆与导热胶加入至搅拌机中进行搅拌处理，得到搅拌体系；
其中，初始铜浆与导热胶的质量比为3：0.7，搅拌处理的温度为25℃，搅拌处理的转速为3000r/min，搅拌处理的时间为2h；
3)使用黏度计测试搅拌体系的黏度，搅拌体系的黏度为225dpa.s，向搅拌体系中加入40g导热胶，继续搅拌60min，使用黏度计测得黏度为296dpa.s，得到黏度为296dpa.s，导热系数为246W/m.K的塞孔铜浆。
实施例3
本实施例的塞孔铜浆的制备方法包括以下步骤：
1)分别将冷藏的初始铜浆以及导热胶在无尘房间中静置2h，直至初始铜浆以及导热胶的温度为室温；
其中，初始铜浆购买自日本三井S-5000铜浆，导热胶购买自ABLESTIK CF3350，室温下，初始铜浆的黏度为90dpa.s，初始铜浆的导热系数为325W/m.K，导热胶的黏度为1000dpa.s以上，导热胶的导热系数为1.25W/m.K，初始铜浆经126℃的温度烘烤1h可以固化成铜块，导热胶经126℃的温度烘烤1h可以固化成导热块；
2)将初始铜浆与导热胶加入至搅拌机中进行搅拌处理，得到搅拌体系；
其中，初始铜浆与导热胶的质量比为3：1.3，搅拌处理的温度为25℃，搅拌处理的转速为3000r/min，搅拌处理的时间为2h；
3)使用黏度计测试搅拌体系的黏度，搅拌体系的黏度为386dpa.s，将搅拌体系在75℃下烘烤1h，继续搅拌30min，使用黏度计测得黏度为322dpa.s，得到黏度为322dpa.s，导热系数为215W/m.K的塞孔铜浆。
实施例4
本实施例的印刷线路板通过包括以下步骤的方法制备得到：
将实施例1中得到得塞孔铜浆填充至初始印刷线路板的一个内贯孔中，固化后形成包括塞孔的印刷线路板；
其中，初始印刷线路板为孔径5.0mm的塞孔POFV设计板，固化时间为2h，固化温度为125℃。
实施例5
本实施例的印刷线路板通过包括以下步骤的方法制备得到：
将实施例2中得到得塞孔铜浆填充至初始印刷线路板的一个内贯孔中，固化后形成包括塞孔的印刷线路板；
其中，初始印刷线路板为孔径5.0mm的塞孔POFV设计板，固化时间为2h，固化温度为125℃。
实施例6
本实施例的印刷线路板通过包括以下步骤的方法制备得到：
将实施例3中得到得塞孔铜浆填充至初始印刷线路板的一个内贯孔中，固化后形成包括塞孔的印刷线路板；
其中，初始印刷线路板为孔径5.0mm的塞孔POFV设计板，固化时间为2h，固化温度为125℃。
对比例1
本对比例的印刷线路板通过包括以下步骤的方法制备得到：
将初始铜浆填充至初始印刷线路板的一个内贯孔中，固化后形成包括塞孔的印刷线路板；
其中，初始印刷线路板为孔径5.0mm的塞孔POFV设计板，固化时间为2h，固化温度为150℃，初始铜浆的黏度为90dpa.s，初始铜浆的导热系数为325W/m.K。
对比例2
本对比例的印刷线路板通过包括以下步骤的方法制备得到：
将铜块填充至初始印刷线路板的一个内贯孔中，形成包括塞孔的印刷线路板；
其中，初始印刷线路板为孔径5.0mm的塞孔POFV设计板，铜块的导热系数为350W/m.K，铜块的尺寸为3mm的圆形。
性能测试
1、切片测试
对实施例和对比例中的印刷线路板进行切片测试，沿塞孔的轴向进行切割，得到切片，使用SEM观察塞孔的截面，
图2为本发明实施例4中印刷线路板的塞孔的截面SEM图；图3为本发明实施例5中印刷线路板的塞孔的截面SEM图；图4为本发明对比例1中印刷线路板的塞孔的截面SEM图；图5为本发明对比例2中印刷线路板的塞孔的截面SEM图。
从图2-5可以看出，本发明实施例4和实施例5中印刷线路板的塞孔没有气泡、空洞、凹陷以及裂纹等缺陷，品质优良。对比例1中印刷线路板的塞孔存在空洞，对比例2中印刷线路板的塞孔存在裂纹。
说明使用本发明实施例中的塞孔铜浆能够形成不含有气泡、空洞、凹陷以及裂纹的塞孔。
2、耐热性测试
参照IPC-TM-650 2.6.27标准对实施例和对比例的印刷线路板进行耐热性测试，包括：
使用无铅回流焊工艺分别对实施例和对比例的印刷线路板进行5次、7次、10次测试，观察印刷线路板是否存在分层或爆板等不良现象。
经观察实施例4-6中的印刷线路板经过5次、7次以及10次测试后都没有出现分层或爆板等不良现象；对比例1和对比例2中的印刷线路板经5次工艺测试后没有出现分层或爆板等不良现象，经7次工艺测试后出现分层和爆板的不良现象。
说明使用本发明实施例中的塞孔铜浆制备的印刷线路板耐热性好，具有较长的使用寿命。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种塞孔铜浆，其特征在于，所述塞孔铜浆的黏度为250-350dpa.s，所述塞孔铜浆的导热系数为180-300W/m.K；
所述塞孔铜浆通过包括以下步骤的方法制备得到：
将初始铜浆与导热胶混合后进行搅拌处理，得到所述塞孔铜浆；
所述搅拌处理后，还包括对搅拌物体系进行预检测处理，所述预检测处理包括：
若所述搅拌物体系的黏度为A且A大于350dpa.s，将所述搅拌物体系在70-80℃下烘烤a小时后继续搅拌，直至获得黏度为250-350dpa.s的所述塞孔铜浆；其中，a为大于等于(A-350)/20的最小正整数，
若所述搅拌物体系的黏度为B且B小于250dpa.s，向所述搅拌物体系中添加C kg所述导热胶后继续搅拌，直至获得黏度为250-350dpa.s的所述塞孔铜浆；其中，C＝0.02*D*m，kg；D为大于等于(250-B)/20的最小正整数，m为所述搅拌物体系的质量，Kg。
2.根据权利要求1所述的塞孔铜浆，其特征在于，所述塞孔铜浆包括初始铜浆和导热胶。
3.根据权利要求2所述的塞孔铜浆，其特征在于，所述初始铜浆的黏度为70-110dpa.s，所述初始铜浆的导热系数为300-400W/m.K。
4.根据权利要求2所述的塞孔铜浆，其特征在于，所述导热胶的黏度为1000-1400dpa.s，所述导热胶的导热系数为0.8-3W/m.K。
5.根据权利要求2-4任一项所述的塞孔铜浆，其特征在于，所述初始铜浆与所述导热胶的质量比为3：(0.8-1.2)。
6.一种塞孔铜浆的制备方法，其特征在于，将初始铜浆与导热胶混合后进行搅拌处理，得到所述塞孔铜浆；
其中，所述塞孔铜浆的黏度为250-350dpa.s，所述塞孔铜浆的导热系数为180-300W/m.K；
所述搅拌处理后，还包括对搅拌物体系进行预检测处理，所述预检测处理包括：
若所述搅拌物体系的黏度为A且A大于350dpa.s，将所述搅拌物体系在70-80℃下烘烤a小时后继续搅拌，直至获得黏度为250-350dpa.s的所述塞孔铜浆；其中，a为大于等于(A-350)/20的最小正整数，
若所述搅拌物体系的黏度为B且B小于250dpa.s，向所述搅拌物体系中添加C kg所述导热胶后继续搅拌，直至获得黏度为250-350dpa.s的所述塞孔铜浆；其中，C＝0.02*D*m，kg；D为大于等于(250-B)/20的最小正整数，m为所述搅拌物体系的质量，Kg。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，将所述初始铜浆与导热胶在22-28℃混合且所述初始铜浆与所述导热胶的质量比为3：(0.8-1.2)。
8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述搅拌处理的转速为2500-3500r/min，时间为110-130min。
9.一种印刷线路板，其特征在于，所述印刷线路板包括至少一个权利要求1-5任一项所述的塞孔铜浆形成的塞孔；或所述印刷线路板包括至少一个通过权利要求6-8任一项所述的制备方法制备得到的塞孔铜浆形成的塞孔。
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