電路板廠陶瓷基板的制造技術
在電路板廠陶瓷產品的制造技術類型是非常多的,據說有30多種制造工藝方法,如干壓、注漿、擠壓、注射、流延方法和等靜壓法等等,由于電子陶瓷基板是“平板”型(方塊或圓片方式)的、形狀不復雜,采用干法成型和加工等的制造過程簡單、成本低,因此大多采用干壓成型的方法。干壓平板型電子陶瓷的制造過程主要有三大內容,即坯件成型、坯件燒結和精加工和在基板上形成電路。
1.生坯件制造(成型)
采用高純度的氧化鋁(含量≥95%的Al2O3)粉末(視用途和制造方法而要求不同的顆粒大小。如從幾文盲到幾十微米不等)和添加劑(主要有黏結劑、分散劑等)形成“漿料”或加工料。
(1)干壓法制造生坯件(或稱“生坯”)。
干壓坯件就是把高純度的氧化鋁(用于電子陶瓷的氧化鋁含量要大于92%,大多數采用99%)粉末(用于干壓的顆粒尺寸最大不得超過60μm,而用于擠壓、流延、注射等的粉末顆粒大小要控制在1 μm以內)加入適量的可塑劑和黏結劑,混合均勻后進行干壓制坯,目前其方塊或圓片的后代可達到0.50mm,甚至可≤0.3 mm(與板面尺寸有關)。
干壓后的坯件在燒結前可進行加工,如外型尺寸和鉆孔等的加工,但應注意燒結引起尺寸收縮的補償(放大收縮率尺寸)。
(2)流延法制造生坯件。
流膠液(氧化鋁粉料+溶劑+分散劑+粘結劑+增塑劑等混合均勻+過篩)制造+流延(在流延機上把膠液均勻布涂在金屬或耐熱聚酯帶上)+干燥+修整(也可進行孔等加工)+脫脂+燒結等過程。可自動化和 規模化進行生產。
2.生坯件的燒結和燒結后精加工。陶瓷基板的生坯件往往需要經過“燒結”和燒結后精加工的。
(1)生坯件的燒結。
陶瓷生坯的“燒結”是指干壓等的生坯(體積)內的空洞、空氣和雜質和有機物等通過“燒結”過程加以揮發、燃燒和擠壓等而清除、而把氧化鋁顆粒之間達到緊密接觸或結(鍵)合成長的過程,因此陶瓷生坯件燒結后(熟坯)會發生重量損失、尺寸收縮、形狀變形、抗壓強度提高和氣孔率減少等變化。陶瓷生坯的燒結方法有:①常壓燒結方法,不加壓力下進行燒結,會帶來較大的變形等;②加壓(熱壓)燒結方法,加壓下進行的燒結,可得到好的平面性產品,這是目前大多數采用的方法;③熱等靜壓燒結方法,利用高壓高熱氣體進行燒結方法,其特點的產品的整體是處在相同溫度和壓力來完成的產品,各種各樣性能是均衡的,成本較高,在附加值的產品上、或航天航空、國防軍事的產品中多采用這種燒結方法,如軍事領域的反射鏡、核燃料、槍管等制品上。
干壓的氧化鋁生坯件的燒結溫度大多數是在1200 ℃~1600 ℃之間(與組成和助熔劑有關)進行的。
(2)燒結后(熟)坯件的精加工。
多數的燒結陶瓷坯件是需要精加工的,其目的有:①獲得平整的表面,生坯件在高溫燒結過程中,由于生坯內的顆粒分布、空隙、雜質、有機物等的不均衡,因此會引起變形和高低(凹凸)不平或粗糙度過大與差別等,這些缺陷可通過表面精加工來解決;②獲得高的光潔度表面,如鏡面一樣反射,或提高潤滑(耐磨)性。
表面拋光處理是采用拋光材料(如SiC、B4C)或金剛石砂膏,由粗到細磨料逐級磨削進行拋光表面。一般來說,大多采用≤1μm的AlO粉末或金剛石砂膏、或用激光或超聲波進行處理來實現。
(3)強(鋼)化處理。
經過表面拋光處理后的表面,為了提高力學強度(如抗彎曲強度等)可通過電子射線真空鍍膜、濺射真空鍍膜、化學氣相蒸鍍等方法鍍上一層硅化合物膜,并經過1200℃ ~ 1600℃溫度下熱處理,可明顯提高陶瓷坯件的力學強度!
3.基板上形成導電圖形(線路)
要在陶瓷基板上加工形成導電圖型(線路),首先要制造出覆銅箔陶瓷基板,然后再按印制電路板工藝技術來制造出陶瓷印制板來。
(1)形成覆銅箔陶瓷基板。目前形成覆銅箔陶瓷基板有兩種方法。
①層壓方法。采用有一面氧化的銅箔與氧化鋁陶瓷基板經過熱壓形成。即陶瓷表面經過處理(如激光、等離子體等)獲得活化或粗化的表面,然后按“銅箔+耐熱粘結劑層+陶瓷+耐熱粘結劑層+銅箔”層疊合一起,經1020℃ ~ 1060℃燒結而形成雙面覆銅箔陶瓷層壓板。
②電鍍方法。陶瓷基板經過等離子體等處理后進行“濺射鈦膜+濺射鎳膜+濺射銅膜,接著,進行常規電鍍銅到所要求的銅厚度,即形成雙面覆銅箔陶瓷基板。
(2)單、雙面陶瓷PCB板的 制造。采用單、雙面覆銅箔陶瓷基板按常規PCB制造工藝技術進行 。
(3)陶瓷多層板的制造。
①在單、雙面板上反復涂布絕緣層(氧化鋁)、燒結、布線、燒結 而形成多層板,或采用流延製造技術來完成。
②流延方法制造陶瓷多層板。在流延機上形成生坯帶,然后進行鉆孔、塞孔(導電膠等)、印刷(導電線路等)、裁剪、疊片和等靜壓燒結,便可形成陶瓷多層板。圖1表示完成的多層陶瓷片狀電容器。
注:流延成型法——流膠液(氧化鋁粉料+溶劑+分散劑+粘結劑+增塑劑等混合均勻+過篩)制造+流延(在流延機上把膠液均勻布涂在金屬或耐熱聚酯帶上)+干燥+修整+脫脂+燒結等過程。
總之,陶瓷印制板是屬于PCB范疇,也是PCB廠發展和進步的派生與延伸的結果,今后可能會形成PCB領域的重要類型之一。由于陶瓷印制板具有最好的導熱性絕緣介質、很高的熔點和熱的尺寸穩定性等優勢,因此陶瓷PCB在高溫和高導熱領域的應用中將會有廣闊的發展前景!
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