一种陶瓷基电路板及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电子电工技术领域，具体涉及一种陶瓷基电路板及其制备方法。
【背景技术】
[0002]陶瓷表面金属化技术是将陶瓷材料与金属材料牢固连接的技术，最初应用于陶瓷-金属封接，如电子管中零部件的连接，现已广泛应用于半导体与集成电路、电光源、激光、原子能、高能物理和宇航等各尖端技术领域以及化工、纺织、冶金、机械等部门。陶瓷-金属封接是一门涉及到各种学科的综合性技术，涉及到物理、化学、力学、材料科学、真空技术、表面科学、现代仪器设备等各方面的知识。又由于其工艺难度大，用途越来越广，从而成为国内外的热门技术之一。活性钎焊技术和Mo-Mn金属化工艺的相继出现使封接技术得到了迅速发展，随着陶瓷材料的发展及工业应用的需求，出现了一些新的特殊的连接工艺。我国从陶瓷与金属封接的研宄，重点服务于高速发展的电子工业，使用的是电瓷、玻璃、Ag-Cu-Ti钎料及Kovar合金等。
[0003]目前，陶瓷-金属封接工艺至今仍以典型烧结金属粉末法和活性金属法为主，在多层陶瓷制作工艺中，主要采取高温烧结金属化工艺。目前常用的金属粉末法和活性金属法均需要100°c以上的高温处理，极大提高了陶瓷-金属连接的成本。国内外的陶瓷表面金属化技术还有化学镀镍或真空蒸镀银铜工艺。其中化学镀结合强度低，需要贵金属靶活化，特别容易造成坏境污染严重，真空蒸镀银铜虽然环保，但是金属膜层与陶瓷的结合强度较差，膜层疏松，容易脱落，而且金属膜层的厚度不易控制，均匀度与一致性差。
【发明内容】
[0004]针对现有技术存在的问题，本发明提供一种陶瓷基电路板及其制备方法，目的是制备出金属电路图形导电层与陶瓷基板结合紧密，金属电路图形导电层成分单一、厚度均匀的陶瓷基电路板。
[0005]本发明的陶瓷基电路板包括有一个陶瓷基板，陶瓷基板上具有激光烧结成的纯金属电路图形导电层，厚度为5~100 μπι。
[0006]其中，所述的纯金属是铜、钼、银、铝或钛。
[0007]实现本发明目的的技术方案按照以下步骤进行:
(1)在计算机中使用图形编辑软件编辑好电路图形；
(2)将陶瓷基板置于激光切割工作台上，启动金属粉末喷吹装置，向陶瓷基板上喷吹金属粉末，启动激光烧结装置，按照编辑好的电路图形对金属粉进行扫描烧结，同时采用真空低压收集装置对多余的未烧结金属粉末进行收集，扫描烧结完毕，得到陶瓷基板上的金属电路图形层；
(3)对扫描烧结完毕的陶瓷基板进行抛光，丝印文字，最终固化，得到陶瓷基电路板产品O
[0008]其中，所述的陶瓷基板是氧化铝陶瓷基板或氮化铝陶瓷基板，其中氧化铝陶瓷基板中氧化铝的重量含量为90~99%，氮化铝陶瓷基板中氮化铝的重量含量为90~99%。
[0009]所述的金属粉末是铜粉、钼粉、银粉、铝粉或钛粉，粉末粒度在0.3~10 μπι之间。
[0010]所述的金属粉末喷吹装置喷气速度在l_5L/min。
[0011]所述的激光烧结装置采用CO2激光，波长为10.6 μ m。
[0012]与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是:
(1)本发明与以往的陶瓷基电路板制备方法相比，省去了导电金属的高温烧结步骤，不需要后期热处理，节约了大量能源，高温烧结炉的功率为1KW左右，而本发明中所使用设备功率不超过300W，因此本发明方法节约大量能源，有效降低了陶瓷基电路板的成本，利于工业大批量生产；
(2)本发明中还采用喷吹方式在陶瓷基板表面喷吹金属粉末，与现有技术中的手工涂覆方式相比，金属导电层更加均匀一致，导电性能更好；
(3)本发明的陶瓷电路板的金属图形导电层是单一金属的均匀导电层，与以往的靠加入贵金属烧结成金属混合物导电层相比，成分更简单，导电性和导热性也更好。
【具体实施方式】
[0013]下面结合【具体实施方式】对本发明做进一步说明。
[0014]本发明实施例中所使用的电路图形编辑软件为Coredraw。
[0015]实施例1
本实施例的陶瓷基电路板包括有一个氧化铝陶瓷基板，氧化铝陶瓷基板上具有激光烧结成的纯铜电路图形导电层，厚度为50 μπι。
[0016]其制备方法按照以下步骤进行:
(1)在计算机中使用图形编辑软件编辑好电路图形；
(2)将尺寸为50*50*lmm的氧化铝陶瓷基板置于激光切割工作台上，启动金属粉末喷吹装置，向陶瓷基板上喷吹铜粉，铜粉粒度在0.3-10 μπι,金属粉末喷吹装置喷气速度在
2.5L/min，启动激光烧结装置，用CO2激光，波长为10.6 μ m，按照编辑好的电路图形对铜粉进行扫描烧结，同时采用真空低压收集装置对多余的未烧结铜粉进行收集，扫描烧结完毕，得到陶瓷基板上的铜金属电路图形层；
(3)对扫描烧结完毕的陶瓷基板进行抛光，丝印文字，最终固化，得到陶瓷基电路板产品，经检测，其传热系数为18.5W/m*k，电阻率为1.75 Χ10_8Ω.m。
[0017]实施例2
本实施例的陶瓷基电路板包括有一个氮化铝陶瓷基板，氮化铝陶瓷基板上具有激光烧结成的纯钼电路图形导电层，厚度为100 μπι。
[0018]其制备方法按照以下步骤进行:
(1)在计算机中使用图形编辑软件编辑好电路图形；
(2)将尺寸为50*50*lmm的氮化铝陶瓷基板置于激光切割工作台上，启动金属粉末喷吹装置，向陶瓷基板上喷吹钼粉，钼粉粒度在0.3-10 μπι,金属粉末喷吹装置喷气速度在5L/min，启动激光烧结装置，用CO2激光，波长为10.6 μm，按照编辑好的电路图形对钼粉进行扫描烧结，同时采用真空低压收集装置对多余的未烧结钼粉进行收集，扫描烧结完毕，得到陶瓷基板上的钼金属电路图形层； (3)对扫描烧结完毕的陶瓷基板进行抛光，丝印文字，最终固化，得到陶瓷基电路板产品，经检测，其传热系数为18.6ff/m*k,电阻率为5.17 Χ10_8Ω.m。
[0019]实施例3
本实施例的陶瓷基电路板包括有一个氮化铝陶瓷基板，氮化铝陶瓷基板上具有激光烧结成的纯银电路图形导电层，厚度为20 μπι。
[0020]其制备方法按照以下步骤进行:
(1)在计算机中使用图形编辑软件编辑好电路图形；
(2)将尺寸为50*50*lmm的氮化铝陶瓷基板置于激光切割工作台上，启动金属粉末喷吹装置，向陶瓷基板上喷吹银粉，银粉粒度在0.3-10 μπι,金属粉末喷吹装置喷气速度在lL/min，启动激光烧结装置，用CO2激光，波长为10.6 μm，按照编辑好的电路图形对银粉进行扫描烧结，同时采用真空低压收集装置对多余的未烧结银粉进行收集，扫描烧结完毕，得到陶瓷基板上的银金属电路图形层；
(3)对扫描烧结完毕的陶瓷基板进行抛光，丝印文字，最终固化，得到陶瓷基电路板产品，经检测，其传热系数为18.5ff/m*k,电阻率为1.59 Χ1(Γ8Ω.m。
[0021]实施例4
本实施例的陶瓷基电路板包括有一个氮化铝陶瓷基板，氮化铝陶瓷基板上具有激光烧结成的纯铝电路图形导电层，厚度为5 μπι。
[0022]其制备方法按照以下步骤进行:
(1)在计算机中使用图形编辑软件编辑好电路图形；
(2)将尺寸为50*50*lmm的氮化铝陶瓷基板置于激光切割工作台上，启动金属粉末喷吹装置，向陶瓷基板上喷吹铝粉，铝粉粒度在0.3-10 μπι,金属粉末喷吹装置喷气速度在3L/min，启动激光烧结装置，用CO2激光，波长为10.6 μm，按照编辑好的电路图形对铝粉进行扫描烧结，同时采用真空低压收集装置对多余的未烧结铝粉进行收集，扫描烧结完毕，得到陶瓷基板上的铝金属电路图形层；
(3)对扫描烧结完毕的陶瓷基板进行抛光，丝印文字，最终固化，得到陶瓷基电路板产品，经检测，其传热系数为18.3ff/m*k,电阻率为5.48 X 10_8Ω.m。
[0023]实施例5
本实施例的陶瓷基电路板包括有一个氮化铝陶瓷基板，氮化铝陶瓷基板上具有激光烧结成的纯钛电路图形导电层，厚度为80 μπι。
[0024]其制备方法按照以下步骤进行:
(1)在计算机中使用图形编辑软件编辑好电路图形；
(2)将尺寸为50*50*lmm的氮化铝陶瓷基板置于激光切割工作台上，启动金属粉末喷吹装置，向陶瓷基板上喷吹钛粉，钛粉粒度在0.3-10 μπι,金属粉末喷吹装置喷气速度在4L/min，启动激光烧结装置，用CO2激光，波长为10.6 μm，按照编辑好的电路图形对钛粉进行扫描烧结，同时采用真空低压收集装置对多余的未烧结钛粉进行收集，扫描烧结完毕，得到陶瓷基板上的钛金属电路图形层；
(3)对扫描烧结完毕的陶瓷基板进行抛光，丝印文字，最终固化，得到陶瓷基电路板产品，经检测，其传热系数为18.6ff/m*k,电阻率为4.2 X 10_8Ω.m。
【主权项】
1.一种陶瓷基电路板，包括有一个陶瓷基板，其特征在于陶瓷基板上具有激光烧结成的纯金属电路图形导电层，厚度为5~100 μπι。
2.根据权利要求1所述的一种陶瓷基电路板，其特征在于所述的纯金属是铜、钼、银、销或钛。
3.一种如权利要求1所述的陶瓷基电路板的制备方法，其特征在于按照以下步骤进行: (1)在计算机中使用图形编辑软件编辑好电路图形； (2)将陶瓷基板置于激光切割工作台上，启动金属粉末喷吹装置，向陶瓷基板上喷吹金属粉末，启动激光烧结装置，按照编辑好的电路图形对金属粉进行扫描烧结，同时采用真空低压收集装置对多余的未烧结金属粉末进行收集，扫描烧结完毕，得到陶瓷基板上的金属电路图形层； (3)对扫描烧结完毕的陶瓷基板进行抛光，丝印文字，最终固化，得到陶瓷基电路板产品O
4.根据权利要求3所述的一种陶瓷基电路板的制备方法，其特征在于所述的的陶瓷基板是氧化铝陶瓷基板或氮化铝陶瓷基板，其中氧化铝陶瓷基板中氧化铝的重量含量为90-99%,氮化铝陶瓷基板中氮化铝的重量含量为90~99%。
5.根据权利要求3所述的一种陶瓷基电路板的制备方法，其特征在于所述的金属粉末是铜粉、钼粉、银粉、销粉或钦粉，粉末粒度在0.3~10 μ m之间。
6.根据权利要求3所述的一种陶瓷基电路板的制备方法，其特征在于所述的金属粉末喷吹装置喷气速度在l_5L/min。
7.根据权利要求3所述的一种陶瓷基电路板的制备方法，其特征在于所述的激光烧结装置采用CO2激光，波长为10.6 μπι。
【专利摘要】本发明属于电子电工技术领域，具体涉及一种陶瓷基电路板及其制备方法。本发明的陶瓷基电路板包括有一个陶瓷基板，陶瓷基板上具有激光烧结成的纯金属电路图形导电层。其制备方法是在计算机中使用图形编辑软件编辑好电路图形，将陶瓷基板置于激光切割工作台上，向陶瓷基板上喷吹金属粉末，启动激光烧结装置对金属粉进行扫描烧结，扫描烧结完毕的陶瓷基板进行抛光，丝印文字，最终固化，得到陶瓷基电路板产品。本发明的陶瓷电路板的金属图形导电层是单一金属的均匀导电层，与以往的靠加入贵金属烧结成金属混合物导电层相比，成分更简单，导电性和导热性也更好。
【IPC分类】H05K3-00, H05K1-03
【公开号】CN104822223
【申请号】CN201510235215
【发明人】惠宇, 任庆国, 杨俊莲, 冯旭, 潘锐, 许冰, 刘徐, 王松子
【申请人】惠宇
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年5月11日