彩色金属基印制板及其制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种彩色金属基印制板及其制作方法。本发明彩色金属基印制板在经阳极氧化和表面着色处理后的金属基板的表面附有绝缘的化学转化膜，通过在所述金属基板的表面依次热压粘接绝缘介质层和铜箔层构成金属基覆铜板；在所述金属基覆铜板的所述铜箔层的表面经贴膜、转印线路图形以及蚀刻、褪膜后，形成彩色金属基印制板。本发明彩色金属基印制板，除保留了普通金属基印制板的所有功能外，较普通金属基板增加了板面的不同色彩。由于颜色有不同，其对热、光的能量感应不同，在满足航空、军事等特种印制板领域的使用要求，同时，对于整机的设备外观，增加了视觉效果，美观大方。
【专利说明】彩色金属基印制板及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种印制线路板，具体地说是一种彩色金属基印制板及其制作方法。【背景技术】
[0002]印制线路板发展到现在，按基材分类，可划分为普通线路板与金属基线路板。在工业生产实践中，对金属基线路板的应用，也比较普遍了。但在具体使用中，在航空航天等领域的应用场合中，对元器件在热感、光感等方面提出来了更高要求。现有普通金属基线路板已无法满足器件在热敏、光敏效应方面的要求。
【发明内容】
[0003]本发明的目的之一就是提供一种彩色金属基印制板，以解决现有金属基线路板存在的热敏、光敏效应较差的问题。
[0004]本发明的目的之二就是提供一种彩色金属基印制板的制作方法，以满足器件在热敏、光敏效应方面的要求。
[0005]本发明的目的之一是这样实现的:一种彩色金属基印制板，在经阳极氧化和表面着色处理后的金属基板的表面附有绝缘的化学转化膜，通过在所述金属基板的表面依次热压粘接绝缘介质层和铜箔层构成金属基覆铜板；在所述金属基覆铜板的所述铜箔层的表面经贴膜、转印线路图形以及蚀刻、褪膜后，形成彩色金属基印制板。
[0006]所述金属基板的表面着色处理是采用CuSO4作为电解溶液进行电解着色，或是采用静电喷涂方式进行喷涂着色，或是采用有机染料进行吸附着色。
[0007]本发明彩色金属基印制板，除保留了普通金属基印制板的所有功能外，较普通金属基板增加了板面的不同色彩。由于颜色有不同，其对热、光的能量感应不同，在满足航空、军事等特种印制板领域的使用要求，同时，对于整机的设备外观，增加了视觉效果，美观大方。
[0008]本发明的目的之二是这样实现的:一种彩色金属基印制板的制作方法，包括以下步骤:
a、对厚度为0.3?5_的金属基板进行阳极氧化和表面着色处理，然后通过在浓度为22g/l的浓硫酸溶液中、在I?1.5A/dm2的直流电流的强度下，浸溃所述金属基板10?15min，取出后再在饱和重铬酸钾溶液中、在95?100°C的温度下浸溃5?20min，在所述金属基板的表面生成绝缘的化学转化膜；
b、在所述金属基板的表面涂抹粘接胶层，依次粘接绝缘介质层和铜箔层，再经180?190°C温度、280?300PSI压力的条件下，热压复合150?160分钟，成为金属基覆铜板；
C、通过裁板机把所述金属基覆铜板的大料按照设计的拼板尺寸裁切成生产所需的PNL尺寸；
d、用手动/自动贴膜机在金属基覆铜板的铜箔层的表面贴上一层干膜，形成干膜层，贴膜过程中的压辘温度为110?120°C，贴膜压力为3.5?5.0kg/cm2 ;贴膜后静置至少15分钟；然后用制作好的生产黄菲林在所述干膜层的表面对位、曝光，抽真空650?750mmHg，曝光级数7?9级；再静置至少15分钟之后，用显影液进行显影处理；
e、再经蚀刻和褪膜处理后，将设计需要的线路转移到所述金属基覆铜板的铜箔层的表
面；
f、对蚀刻和褪膜完成后的所述金属基覆铜板按常规方式进行丝印阻焊油墨操作；
g、按设计要求在所述金属基覆铜板的板面丝印字符，丝印后进行烘烤后即成彩色金属基印制板；烘烤条件为:140?150。。，60?70分钟。
[0009]步骤a中对所述金属基板的阳极氧化处理过程是:
①去油脱脂处理:用脱脂棉沾湿溶剂进行擦拭，除去油污后，再以清洁的棉布擦拭若干次；所述溶剂可选用三氯乙烯、醋酸乙酯、丙酮或丁酮；
②碱洗处理:用3mol/L的氢氧化钠溶液清洗15?25s，然后水洗两次；
③酸洗处理:用2mol/L的硝酸溶液清洗I分钟，然后水洗两次；
④氧化处理:用22g/L的浓硫酸，在I?1.5A/dm2的直流强度下浸溃10?15min，再在饱和重铬酸钾溶液中、在95?100°C下浸溃5?20min,然后水洗两次；
⑤烘干后即可在所述金属基板的表面生成一层透明、均匀一致并且多孔的保护膜，以便于后续对所述金属基板的着色。
[0010]本发明所述金属基板的表面着色处理可有多种方式。
[0011]方式一:步骤a中对所述金属基板的表面着色处理过程可采用CuSO4作为电解溶液进行电解着色，即将已经阳极氧化好的所述金属基板作为阴极，在CuSO4电解溶液的作用下，在所述金属基板的表面电解生成致密均匀的紫红色铜膜，在光线照射下表现为铜色。
[0012]方式二:步骤a中对所述金属基板的表面着色处理过程可采用静电喷涂方式进行喷涂着色，具体过程是:
①脱脂:将所述金属基板在质量浓度为100?150g/L的H2SO2中浸泡3?5分钟，进行脱脂处理；
②碱洗:将脱脂后的所述金属基板在质量浓度为45?85g/L的氢氧化钠溶液中浸泡5?15分钟，进行碱洗处理；
③出光:将碱洗后的所述金属基板浸入到浓度为200?250g/L的H2SO2与浓度为3?5 g/L的H2NO3的混合溶液中3?5min，以中和金属基板表面的碱性金属盐类并清洁所述金属基板的表面；
④阳极氧化:将表面处理后的所述金属基板在浓度为22g/L的浓硫酸中、在I?1.5A/dm2的直流强度下浸溃10?15min，再在饱和重铬酸钾溶液中、在95?100°C下浸溃5?20min，然后水洗两次，从而在所述金属基板的表面形成一层多孔性阳极氧化膜；
⑤半封孔:将经阳极氧化处理后的所述金属基板浸入封孔溶液中，所述封孔溶液为NiF24H20溶液，其中镍离子含量0.8?1.5g/L，氟离子含量0.4?0.6g/L，PH值:6±0.5，封孔速度lum/min,封孔时间I?3分钟；
⑥静电喷涂:在经封孔处理后的所述金属基板的表面进行静电喷涂，在所述金属基板上形成均匀的涂膜，喷涂的漆膜厚度为15?30 μ m ;
⑦烘干包装:在烘房内对静电喷涂后的所述金属基板在恒温180°C下烘干2分钟，取出后冷却至40?50°C,然后检测、包装。[0013]方式三:步骤a中对所述金属基板的表面着色处理过程可采用有机染料进行吸附着色，具体过程是:
①去油脱脂处理:用脱脂棉沾湿溶剂进行擦拭，除去油污后，再以清洁的棉布擦拭若干次；所述溶剂可选用三氯乙烯、醋酸乙酯、丙酮或丁酮；
②碱洗处理:用3mol/L的氢氧化钠溶液清洗15?25s，然后水洗两次；
③酸洗处理:用2mol/L的硝酸溶液清洗I分钟，然后水洗两次；
④氧化处理:用200±30g/L的浓硫酸，温度20±2°C，在1.4±0.3A/dm2的直流强度下浸溃10?20min,再在饱和重铬酸钾溶液中、在95?100°C下浸溃5?20min,然后水洗两次；
⑤烘干后即可在所述金属基板的表面生成一层透明、均匀一致并且多孔的保护膜，以便于后续对所述金属基板的着色；
⑥有机染料的吸附着色的机理:各种颜色的有机染料正常PH值:4?5.5，温度60°C，浸入时间5?15min，染料的阴离子进入到所述金属基板的氧化膜孔(孔径一般在120X 10-16m)内，通过吸附作用吸附在铝阳离子上；
⑦着色后封孔:采用去离子水或蒸馏水，通过沸水对着色的铝基板进行封孔，至少20分钟。
[0014]在步骤b的热压过程中，对于35 μ m厚的所述铜箔层，粘接胶层的厚度控制在120 ± 10 μ m。
[0015]步骤d中的显影条件是:碳酸钠的浓度为1.0%，温度为30±2°C，显影的压力L O ?1.5kg/cm2。
[0016]在步骤e中，蚀刻液的比重控制在1.26?1.32，铜离子含量110?170g/L，酸当量1.0?2.0 (N)，蚀刻温度500C，速度控制1.5m/min ;在褪膜段中，NaOH浓度2?3%，温度50 ?60°C,显影速度 1.8 ?2.2m/min。
[0017]本发明彩色金属基印制板制作方法解决了金属基板在阳极氧化以及电解着色处理过程中的工艺难题；通过对电解溶液的浓度控制以及电流密度、电解时间的控制，很好地解决了膜层不着色、局部不上色、颜色浅而且易褪、着色后有白点、着色发花或暗淡等问题。由于不同颜色的物体对光的吸收能力不同，比如红色的物体反射红光，其它波段的光线都会被吸收，白色物体反射全部光线，而黑色物体吸收全部光线。所以，当把金属基材面染上不同颜色后，就能达到不同的反射与吸收光能量的效果。实践证明，黑色吸热能力最强，红色次之，白色最弱。通过光线照射在不同颜色的金属基材表面，生产吸收光、反射光等类型，并随着金属基表面吸收光能量的多少而产生的温度变化不同，再利用光电传感器原理将光能转化成一种电信号后作为一种开关式控制组件。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本发明彩色金属基印制板的结构示意图。
【具体实施方式】
[0019]实施例1
如图1所不，金属基板I的厚度为0.3?5mm,先对金属基板I进行阳极氧化处理和表面着色处理，在金属基板I的表面生成绝缘的化学转化膜2，在金属基板I的表面依次热压粘接绝缘介质层3和铜箔层4后，即构成金属基覆铜板。在金属基覆铜板的铜箔层4的表面经贴膜、转印线路图形以及蚀刻、褪膜等操作后，即形成本发明彩色金属基印制板。
[0020]金属基板I的表面着色处理可以采用CuSO4作为电解溶液进行电解着色，或是采用静电喷涂方式进行喷涂着色，或是采用有机染料进行吸附着色。
[0021]实施例2
本发明彩色金属基印制板的制作方法包括以下步骤:
1、对厚度为0.3?5_的金属基板进行阳极氧化和表面着色处理，然后通过在浓度为22g/l的浓硫酸溶液中、在I?1.5A/dm2的直流电流的强度下，浸溃所述金属基板10?15min，取出后再在饱和重铬酸钾溶液中、在95?100°C的温度下浸溃5?20min，在所述金属基板的表面生成绝缘的化学转化膜。对金属基板的阳极氧化和表面着色处理，主要是通过对金属基板的表面进行化学及电化学处理，使之具有一定的粗糙度，并在其表面无成一定厚度的高绝缘性的化学转化膜，使该树脂膜层具有高电阻、耐击穿电压等性能。
[0022]首先，对金属基板的阳极氧化处理过程是:
①去油脱脂处理:用脱脂棉沾湿溶剂进行擦拭，除去油污后，再以清洁的棉布擦拭若干次；所述溶剂可选用三氯乙烯、醋酸乙酯、丙酮或丁酮；
②碱洗处理:用3mol/L的氢氧化钠溶液清洗15?25s，然后水洗两次；
③酸洗处理:用2mol/L的硝酸溶液清洗I分钟，然后水洗两次；
④氧化处理:用22g/L的浓硫酸，在I?1.5A/dm2的直流强度下浸溃10?15min，再在饱和重铬酸钾溶液中、在95?100°C下浸溃5?20min,然后水洗两次；
⑤烘干后即可在所述金属基板的表面生成一层透明、均匀一致并且多孔的保护膜，以便于后续对所述金属基板的着色。
[0023]其次，对所述金属基板的表面着色处理过程是:采用CuSOdt为电解溶液进行电解着色，即将已经阳极氧化好的金属基板作为阴极，在CuSO4电解溶液的作用下，在金属基板的表面电解生成致密均匀的紫红色铜膜，在光线照射下表现为铜色。
[0024]对金属基板的电解着色的原理是，先形成硫酸阳极氧化膜，然后在着色溶液中进行电解着色(无机盐中的金属粒子沉积在氧化膜孔底部的结果)，电解着色的色调取决于金属盐本身特有的颜色。
[0025]以铝基板为例，铝在硫酸溶液中进行阳极氧化处理之后，在制品表面上生成一层人工氧化膜，这层氧化膜的表面是多孔的，称多孔质层。而氧化膜的底层与铝基体相接触，则是致密的氧化膜薄层，也称为活性层或阻挡层。把这种带有阳极氧化膜的铝材浸人某种金属盐的电解中，并作为一个电极(阴极)，而另一极可以用纯金属板或不锈钢板等作为阳级。当两极同时通以交流电时(一般在低电压和低电流密度的条件下)，铝制品就自动地变成阴极，而且从其上面释放出氢气，同时金属溶液中的金属离子在铝制品附近形成强烈的离子浓度差，并通过多孔质层深入到活化层上，交替地承受剧烈的还原作用和缓慢的氧化作用。也即活性层强烈地吸引金属离子，并与在那里产生的负静电荷反复发生放电和析出金属或金属氧化物，并沉积在氧化膜微细孔的底部3?6um处，金属微粒析出量约为0.0lg/dm2。这些微粒通常呈毛发状、球状或粒状，其直径为10?15nm，长度为数微米。在光线作用下这些金属微粒发生衍射，就使氧化膜呈现各种颜色。[0026]以已经阳极氧化好的铝片作为阴极，铅网为阳极，CuSO4作为电解溶液进行电解。
[0027]主要参数为:CuS04电解溶液的浓度为:20~25% ；电流密度:10~20mA/cm2，电解时间:5~IOmin。
[0028]阳极:H20_2e— 1/2 02+2H+
阴极:Cu2++2e_ — Cu
已经阳极氧化好的铝片作为阴极，电解时生成致密均匀的Cu附在其表面，形成紫红色的铜膜，从而在光线的照射下表现为铜色。
[0029]电解着色的表面具有与硫酸阳极氧化膜相同的硬度和耐磨性能，且膜层具有特别好的耐紫外线照射性能，耐热性能好，并有很好的耐蚀性等。
[0030]电解着色原理:先形成硫酸阳极氧化膜，然后在着色溶液中进行电解着色(无机盐中的金属粒子沉积在氧化膜孔底部的结果)，电解着色的色调取决于金属盐本身特有的颜色，参见表1。
[0031]表1:铝材在氧极阳化后在不同金属电解溶液中电解着色后产生的不同色调。
【权利要求】
1.一种彩色金属基印制板，其特征是，在经阳极氧化和表面着色处理后的金属基板的表面附有绝缘的化学转化膜，通过在所述金属基板的表面依次热压粘接绝缘介质层和铜箔层构成金属基覆铜板；在所述金属基覆铜板的所述铜箔层的表面经贴膜、转印线路图形以及蚀刻、褪膜后，形成彩色金属基印制板。
2.根据权利要求1所述的彩色金属基印制板，其特征是，所述金属基板的表面着色处理是采用CuSO4作为电解溶液进行电解着色，或是采用静电喷涂方式进行喷涂着色，或是采用有机染料进行吸附着色。
3.一种彩色金属基印制板的制作方法，其特征是，包括以下步骤: a、对厚度为0.3~5_的金属基板进行阳极氧化和表面着色处理，然后通过在浓度为22g/l的浓硫酸溶液中、在I~1.5A/dm2的直流电流的强度下，浸溃所述金属基板10~15min，取出后再在饱和重铬酸钾溶液中、在95~100°C的温度下浸溃5~20min，在所述金属基板的表面生成绝缘的化学转化膜； b、在所述金属基板的表面涂抹粘接胶层，依次粘接绝缘介质层和铜箔层，再经180~190°C温度、280~300PSI压力的条件下，热压复合150~160分钟，成为金属基覆铜板； C、通过裁板机把所述金属基覆铜板的大料按照设计的拼板尺寸裁切成生产所需的PNL尺寸； d、用手动/自动贴膜机在金属基覆铜板的铜箔层的表面贴上一层干膜，形成干膜层，贴膜过程中的压辘温度为110~120°C，贴膜压力为3.5~5.0kg/cm2 ;贴膜后静置至少15分钟；然后用制作好的生产黄菲林在所述干膜层的表面对位、曝光，抽真空650~750mmHg，曝光级数7~9级；再静置至少15分钟之后，用显影液进行显影处理； e、再经蚀刻和褪膜处理后，将设计需要的线路转移到所述金属基覆铜板的铜箔层的表面； f、对蚀刻和褪膜完成后的所述金属基覆铜板按常规方式进行丝印阻焊油墨操作； g、按设计要求在所述金属基覆铜板的板面丝印字符，丝印后进行烘烤后即成彩色金属基印制板；烘烤条件为:140~150。。，60~70分钟。
4.根据权利要求3所述的彩色金属基印制板的制作方法，其特征是，步骤a中对所述金属基板的阳极氧化处理过程是: ①去油脱脂处理:用脱脂棉沾湿溶剂进行擦拭，除去油污后，再以清洁的棉布擦拭若干次；所述溶剂可选用三氯乙烯、醋酸乙酯、丙酮或丁酮； ②碱洗处理:用3mol/L的氢氧化钠溶液清洗15~25s，然后水洗两次； ③酸洗处理:用2mol/L的硝酸溶液清洗I分钟，然后水洗两次； ④氧化处理:用22g/L的浓硫酸，在I~1.5A/dm2的直流强度下浸溃10~15min，再在饱和重铬酸钾溶液中、在95~100°C下浸溃5~20min,然后水洗两次； ⑤烘干后即可在所述金属基板的表面生成一层透明、均匀一致并且多孔的保护膜，以便于后续对所述金属基板的着色。
5.根据权利要求4所述的彩色金属基印制板的制作方法，其特征是，步骤a中对所述金属基板的表面着色处理过程可采用CuSO4作为电解溶液进行电解着色，即将已经阳极氧化好的所述金属基板作为阴极，在CuSO4电解溶液的作用下，在所述金属基板的表面电解生成致密均匀的紫红色铜膜，在光线照射下表现为铜色。
6.根据权利要求4所述的彩色金属基印制板的制作方法，其特征是，步骤a中对所述金属基板的表面着色处理过程可采用静电喷涂方式进行喷涂着色，具体过程是: ①脱脂:将所述金属基板在质量浓度为100~150g/L的H2SO2中浸泡3~5分钟，进行脱脂处理； ②碱洗:将脱脂后的所述金属基板在质量浓度为45~85g/L的氢氧化钠溶液中浸泡5~15分钟，进行碱洗处理； ③出光:将碱洗后的所述金属基板浸入到浓度为200~250g/L的H2SO2与浓度为3~5 g/L的H2NO3的混合溶液中3~5min，以中和金属基板表面的碱性金属盐类并清洁所述金属基板的表面； ④阳极氧化:将表面处理后的所述金属基板在浓度为22g/L的浓硫酸中、在I~1.5A/dm2的直流强度下浸溃10~15min，再在饱和重铬酸钾溶液中、在95~100°C下浸溃5~20min，然后水洗两次，从而在所述金属基板的表面形成一层多孔性阳极氧化膜； ⑤半封孔:将经阳极氧化处理后的所述金属基板浸入封孔溶液中，所述封孔溶液为NiF2.4H20溶液，其中镍离子含量0.8~1.5g/L，氟离子含量0.4~0.6g/L，PH值:6±0.5，封孔速度lum/min,封孔时间I~3分钟； ⑥静电喷涂:在经封孔处理后的所述金属基板的表面进行静电喷涂，在所述金属基板上形成均匀的涂膜，喷涂的漆膜厚度为15~30 μ m ; ⑦烘干包装:在烘房内对静电喷涂后的所述金属基板在恒温180°C下烘干2分钟，取出后冷却至40~50°C,然后检测、包装。
7.根据权利要求4所述的彩色金属基印制板的制作方法，其特征是，步骤a中对所述金属基板的表面着色处理过程可采用有机染料进行吸附着色，具体过程是: ①去油脱脂处理:用脱脂棉沾湿溶剂进行擦拭，除去油污后，再以清洁的棉布擦拭若干次；所述溶剂可选用三氯乙烯、醋酸乙酯、丙酮或丁酮； ②碱洗处理:用3mol/L的氢氧化钠溶液清洗15~25s，然后水洗两次； ③酸洗处理:用2mol/L的硝酸溶液清洗I分钟，然后水洗两次； ④氧化处理:用200±30g/L的浓硫酸，温度20±2°C，在1.4±0.3A/dm2的直流强度下浸溃10~20min,再在饱和重铬酸钾溶液中、在95~100°C下浸溃5~20min,然后水洗两次； 烘干后即可在所述金属基板的表面生成一层透明、均匀一致并且多孔的保护膜，以便于后续对所述金属基板的着色； 有机染料的吸附着色的机理:各种颜色的有机染料正常PH值:4~5.5，温度60°C，浸入时间5~15min，染料的阴离子进入到所述金属基板的氧化膜孔(孔径一般在120X 10-16m)内，通过吸附作用吸附在铝阳离子上； 着色后封孔:采用去离子水或蒸馏水，通过沸水对着色的铝基板进行封孔，至少20分钟。
8.根据权利要求3所述的彩色金属基印制板的制作方法，其特征是，在步骤b的热压过程中，对于35 μ m厚的所述铜箔层，粘接胶层的厚度控制在120 ± 10 μ m。
9.根据权利要求3所述的彩色金属基印制板的制作方法，其特征是，步骤d中的显影条件是:碳酸钠的浓度为1.0%，温度为30±2°C，显影的压力1.0~1.5kg/cm2。
10.根据权利要求3所述的彩色金属基印制板的制作方法，其特征是，在步骤e中，蚀刻液的比重控制在1.26~1.32，铜离子含量110~170g/L，酸当量1.0~2.0(N)，蚀刻温度500C，速度控制1.5m/min ;在褪膜段中，NaOH浓度2~3%，温度50~60°C，显影速度1.8~`2.2m/min。
【文档编号】H05K1/05GK103702514SQ201410006757
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2014年1月7日 优先权日:2014年1月7日
【发明者】张伯平 申请人:张伯平