電路板廠陶瓷基板的制造技術(shù)
在電路板廠陶瓷產(chǎn)品的制造技術(shù)類型是非常多的,據(jù)說(shuō)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(fù)雜,采用干法成型和加工等的制造過(guò)程簡(jiǎn)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(guò)程主要有三大內(nèi)容,即坯件成型、坯件燒結(jié)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(jié)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(shù)采用99%)粉末(用于干壓的顆粒尺寸最大不得超過(guò)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(nèi))加入適量的可塑劑和黏結(jié)劑,混合均勻后進(jìn)行干壓制坯,目前其方塊或圓片的后代可達(dá)到0.50mm,甚至可≤0.3 mm(與板面尺寸有關(guān))。
干壓后的坯件在燒結(jié)前可進(jìn)行加工,如外型尺寸和鉆孔等的加工,但應(yīng)注意燒結(jié)引起尺寸收縮的補(bǔ)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(jié)劑+增塑劑等混合均勻+過(guò)篩)制造+流延(在流延機(jī)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(jìn)行孔等加工)+脫脂+燒結(jié)等過(guò)程。可自動(dòng)化和 規(guī)?;M(jìn)行生產(chǎn)。
2.生坯件的燒結(jié)和燒結(jié)后精加工。陶瓷基板的生坯件往往需要經(jīng)過(guò)“燒結(jié)”和燒結(jié)后精加工的。
(1)生坯件的燒結(jié)。
陶瓷生坯的“燒結(jié)”是指干壓等的生坯(體積)內(nèi)的空洞、空氣和雜質(zhì)和有機(jī)物等通過(guò)“燒結(jié)”過(guò)程加以揮發(fā)、燃燒和擠壓等而清除、而把氧化鋁顆粒之間達(dá)到緊密接觸或結(jié)(鍵)合成長(zhǎng)的過(guò)程,因此陶瓷生坯件燒結(jié)后(熟坯)會(huì)發(fā)生重量損失、尺寸收縮、形狀變形、抗壓強(qiáng)度提高和氣孔率減少等變化。陶瓷生坯的燒結(jié)方法有:①常壓燒結(jié)方法,不加壓力下進(jìn)行燒結(jié),會(huì)帶來(lái)較大的變形等;②加壓(熱壓)燒結(jié)方法,加壓下進(jìn)行的燒結(jié),可得到好的平面性產(chǎn)品,這是目前大多數(shù)采用的方法;③熱等靜壓燒結(jié)方法,利用高壓高熱氣體進(jìn)行燒結(jié)方法,其特點(diǎn)的產(chǎn)品的整體是處在相同溫度和壓力來(lái)完成的產(chǎn)品,各種各樣性能是均衡的,成本較高,在附加值的產(chǎn)品上、或航天航空、國(guó)防軍事的產(chǎn)品中多采用這種燒結(jié)方法,如軍事領(lǐng)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(jié)溫度大多數(shù)是在1200 ℃~1600 ℃之間(與組成和助熔劑有關(guān))進(jìn)行的。
(2)燒結(jié)后(熟)坯件的精加工。
多數(shù)的燒結(jié)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?zé)Y(jié)過(guò)程中,由于生坯內(nèi)的顆粒分布、空隙、雜質(zhì)、有機(jī)物等的不均衡,因此會(huì)引起變形和高低(凹凸)不平或粗糙度過(guò)大與差別等,這些缺陷可通過(guò)表面精加工來(lái)解決;②獲得高的光潔度表面,如鏡面一樣反射,或提高潤(rùn)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(xì)磨料逐級(jí)磨削進(jìn)行拋光表面。一般來(lái)說(shuō),大多采用≤1μm的AlO粉末或金剛石砂膏、或用激光或超聲波進(jìn)行處理來(lái)實(shí)現(xiàn)。
(3)強(qiáng)(鋼)化處理。
經(jīng)過(guò)表面拋光處理后的表面,為了提高力學(xué)強(qiáng)度(如抗彎曲強(qiáng)度等)可通過(guò)電子射線真空鍍膜、濺射真空鍍膜、化學(xué)氣相蒸鍍等方法鍍上一層硅化合物膜,并經(jīng)過(guò)1200℃ ~ 1600℃溫度下熱處理,可明顯提高陶瓷坯件的力學(xué)強(qiáng)度!
3.基板上形成導(dǎo)電圖形(線路)
要在陶瓷基板上加工形成導(dǎo)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(shù)來(lái)制造出陶瓷印制板來(lái)。
(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(jīng)過(guò)熱壓形成。即陶瓷表面經(jīng)過(guò)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(jié)劑層+陶瓷+耐熱粘結(jié)劑層+銅箔”層疊合一起,經(jīng)1020℃ ~ 1060℃燒結(jié)而形成雙面覆銅箔陶瓷層壓板。
②電鍍方法。陶瓷基板經(jīng)過(guò)等離子體等處理后進(jìn)行“濺射鈦膜+濺射鎳膜+濺射銅膜,接著,進(jìn)行常規(guī)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(guī)PCB制造工藝技術(shù)進(jìn)行 。
(3)陶瓷多層板的制造。
①在單、雙面板上反復(fù)涂布絕緣層(氧化鋁)、燒結(jié)、布線、燒結(jié) 而形成多層板,或采用流延製造技術(shù)來(lái)完成。
②流延方法制造陶瓷多層板。在流延機(jī)上形成生坯帶,然后進(jìn)行鉆孔、塞孔(導(dǎo)電膠等)、印刷(導(dǎo)電線路等)、裁剪、疊片和等靜壓燒結(jié),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(jié)劑+增塑劑等混合均勻+過(guò)篩)制造+流延(在流延機(jī)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(jié)等過(guò)程。
總之,陶瓷印制板是屬于PCB范疇,也是PCB廠發(fā)展和進(jìn)步的派生與延伸的結(jié)果,今后可能會(huì)形成PCB領(lǐng)域的重要類型之一。由于陶瓷印制板具有最好的導(dǎo)熱性絕緣介質(zhì)、很高的熔點(diǎn)和熱的尺寸穩(wěn)定性等優(yōu)勢(shì),因此陶瓷PCB在高溫和高導(dǎo)熱領(lǐng)域的應(yīng)用中將會(huì)有廣闊的發(fā)展前景!
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