一种多孔陶瓷电子线路的制作方法

本实用新型属于电子电路通讯领域，特别涉及一种多孔陶瓷电子线路。

背景技术：

目前移动消费电子领域，在陶瓷上附着金属层制造电子线路己成为越来越广泛使用的电子线路形式；为了达到美观的需要，电子线路需要更薄以节约空间，同时也要求电子线路在有限的空间内性能和效率更高；不同频率的电子线路对介电常数有不同要求；因陶瓷由烧结而成，故其结构比较缜密、比重较大、介电常数(Dk)比较单一，从而限制了陶瓷电子线路的使用范围。

技术实现要素：

本实用新型提供一种多孔陶瓷电子线路，在多孔陶瓷的细小孔隙内填充或浸润树脂，利用树脂较轻的比重可以有效降低整个电子线路的载体的重量，同时由于树脂的填充可以改善陶瓷的韧性和耐冲击性能；利用具有不同介电常数的树脂既可以调整陶瓷孔的缜密度和孔的大小，从而调节整个多孔陶瓷的介电常数，进而增大多孔陶瓷电子线路的应用范围。

本实用新型的技术方案如下：

一种多孔陶瓷电子线路，包括电子线路、多孔陶瓷和树脂；所述电子线路设置于所述多孔陶瓷上，所述多孔陶瓷的孔隙内充填或包覆有所述树脂，形成树脂/陶瓷复合材料；所述多孔陶瓷的孔隙的微观形貌包括球形、类球形、片状或竖直指状中的一种或几种；所述多孔陶瓷的孔隙尺寸为1um-1000um。当孔隙尺寸小于1um时，由于表面张力过大，不利于树脂材料的顺利充填；而当孔隙大于1000um时，会导致多孔陶瓷机械强度的下降，不利于保持整体结构的稳定性。

优选的，所述多孔陶瓷的开孔孔隙率范围为5％-50％。当孔隙率范围低于5％时，不足以形成从多孔陶瓷表面直至内部所有区域的三维连通孔隙网络，因此不利于树脂材料的顺利充填；当孔隙率范围在5％至10％之间时，足以形成从多孔陶瓷表面直至内部所有区域的三维连通孔隙网络，不会阻碍树脂材料的顺利充填，也不会显著损害多孔陶瓷的机械强度；当孔隙率范围超过50％时，会导致多孔陶瓷机械强度的下降，不利于保持整体结构的稳定性。

优选的，所述多孔陶瓷的开孔孔隙率范围为5％-10％。对于开孔孔隙率范围在5％-10％的所述多孔陶瓷，特别适用于部分填充树脂的陶瓷/树脂复合材料的情况。当陶瓷孔隙率范围在5％-10％时，树脂填充陶瓷孔隙之中的填充速率适中，通过控制填充时间就能较容易的实现精确控制树脂填充的深度，保证了产品制程的一致性。在此范围之外，当孔隙率大于10％时，树脂非常容易填充进孔隙之中，但在需要精确控制树脂填充深度的情况下，工艺控制难度将稍为增加。

优选的，微观形貌为球形、类球形的所述多孔陶瓷的孔隙率范围设置为5％-30％；微观形貌为片状的所述多孔陶瓷的孔隙率范围设置为10％-30％；微观形貌为竖直指状的所述多孔陶瓷的孔隙率范围设置为30％-50％。不同空隙微观形貌的陶瓷选用不同的孔隙率，以维持所述多孔陶瓷的机械强度。

优选的，所述电子线路通过印刷、转印、烫金、贴附或LDS的方式附着于所述多孔陶瓷上。

优选的，所述树脂选自聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、尼龙、聚醚醚酮、聚醚砚、聚氯乙烯、丙烯腈丁二烯和苯乙烯共聚物(ABS)、聚酰亚胺(PI)中的一种或其合金。

优选的，所述树脂通过浸渍、注塑或封装的方式浸入到所述多孔陶瓷的孔隙中。

优选的，所述树脂填充所述多孔陶瓷的孔隙，和/或所述树脂部分/全部包覆于所述多孔陶瓷表面。

优选的，所述树脂含有金属成分，所述金属成分通过LDS及化镀工艺附着于所述树脂。

优选的，所述多孔陶瓷是单组分陶瓷，所述单组份陶瓷为氧化锆、氧化铝、氧化钛、氧化镁、碳化硅、氮化硅、氮化硼、氮化铝、莫来石、堇青石、稀土锰氧化物、碱金属硅酸盐或金属磷酸盐中的一种，所述单组份陶瓷原料的微观形貌为球形颗粒或类球形颗粒，所述单组份陶瓷原料的颗粒中位粒径尺寸为100nm至5um之间，其颗粒比表面积为5m²/g至50m²/g之间。具有上述特征的单组份陶瓷原料具有较高的烧结活性，有利于避免陶瓷素胚加工成型困难，以及在烧结过程中容易出现烧结不致密、晶粒异常长大等问题，能够保证多孔陶瓷整体结构的稳定性；当陶瓷原料的颗粒中位粒径小于100nm或比表面积大于50m²/g时，将显著增加陶瓷浆料的均匀分散难度，当颗粒中位粒径大于5um或比表面积小于5m²/g时，将难以保证陶瓷原料的充分烧结，难以获得结构稳定的多孔陶瓷。

优选的，所述多孔陶瓷是多组分复合陶瓷，所述多组分复合陶瓷包括第一基体组分和第二补充组分，所述第一基体组分选自所述单组份陶瓷中一种，所述第二补充组分选自所述单组份陶瓷中的一种或多种，或所述第二补充组分选自碱金属氧化物、碱土金属氧化物、二氧化硅、三氧化二硼、氧化铋、二氧化锰、氧化铁、氧化镍、氧化钴、氧化钇、氧化钪以及稀土氧化物中的一种或多种；所述第一基体组分的原料微观形貌为球形颗粒或类球形颗粒，所述第一基体组分的原料中位粒径尺寸为100nm-5um，其颗粒比表面积为5m²/g-50m²/g；所述第二补充组分的组分原料微观形貌为球形、类球形、纤维状、片状、管状中的一种或几种，所述第二补充组分的原料中位粒径尺寸为10nm-10um，其原料的比表面积为5m²/g-200m²/g。具有上述特征的第一基体组分与所述单组份陶瓷原料具有相同的应用效果；具有上述特征的第二补充组分除了具有与单组份陶瓷原料相同的应用效果之外，还具有增强多孔陶瓷的机械强度和断裂韧性的效果。

本实用新型还提供所述树脂/陶瓷复合材料的制备方法包括以下步骤：

第一步：所述多孔陶瓷的所有原料粉体按照比例进行混合，再按照比例添加溶剂、分散剂、粘结剂、增塑剂、发泡剂、造孔剂和流平剂中的一种或多种，并利用混合工艺将所有材料混合均匀，制得所述多孔陶瓷的浆料前驱体；

第二步：将第一步得到的所述浆料前驱体进行过滤除杂，并利用流延成型工艺、相转化成型工艺、挤出成型工艺、模具成型工艺、等静压成型工艺、发泡成型工艺、冷冻干燥成型工艺中的一种或几种，制得所述多孔陶瓷的素胚；

第三步：采取无压烧结工艺、加压烧结工艺、放电等离子热压烧结工艺、微波烧结工艺中的一种或多种，对所述素胚进行高温烧结，得到所述多孔陶瓷；

第四步：在第三步得到的所述多孔陶瓷的表面上，利用旋涂工艺、浸渍工艺、喷涂工艺、印刷工艺中的一种或几种，将树脂填充进所述多孔陶瓷的开孔孔隙中，并进行预固化，得到所述树脂/陶瓷复合材料。

优选的，所述电子线路作为天线使用时，因不同的树脂具有不同的介电常数，通过调节树脂的比例可以调整陶瓷电子线路的介电常数，从而提高天线及传输的性能。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

本实用新型在多孔陶瓷内设置树脂，降低了整个电子线路的质量，并且增强了多孔陶瓷的韧性和耐冲击性；不同空隙微观形貌的陶瓷选用不同的孔隙率，以维持所述多孔陶瓷的机械强度；不同的树脂具有不同的介电常数，通过调节树脂的比例可以调整陶瓷电子线路的介电常数，从而增大陶瓷电子线路作为天线使用时的适用范围。

当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1为本实用新型的实施例1的多孔陶瓷基体1的结构示意图；

图2为本实用新型的实施例1的部分浸渍的PI树脂/陶瓷复合材料1-a的结构示意图；

图3为本实用新型的实施例1的完全浸渍的PI树脂/陶瓷复合材料1-b的结构示意图；

图4为本实用新型的实施例2的多孔陶瓷基体2的结构示意图；

图5为本实用新型的实施例2的部分浸渍的PI树脂/陶瓷复合材料2-a的结构示意图；

图6为本实用新型的实施例2的完全浸渍的PI树脂/陶瓷复合材料2-b的结构示意图；

图7为本实用新型实施例3的LDS树脂/陶瓷复合材料表面制备电子线路的示意图；

图8为本实用新型其他实施例的六角孔隙的多孔陶瓷基体的结构设计；

图9为本实用新型其他实施例的多级六角孔隙的多孔陶瓷基体的结构设计；

图10为本实用新型其他实施例的片状孔隙的多孔陶瓷基体的结构设计；

图11为本实用新型其他实施例的竖直指状孔隙的多孔陶瓷基体的结构设计。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应该理解，这些实施例仅用于说明本实用新型，而不用于限定本实用新型的保护范围。在实际应用中本领域技术人员根据本实用新型做出的改进和调整，仍属于本实用新型的保护范围。

通过选择陶瓷的细缝/孔的疏密来达到调整所填充树脂的比例，从而调整陶瓷电子线路的介电常数。为了更好的说明本实用新型，下方结合附图对本实用新型进行详细的描述。

一种多孔陶瓷电子线路，包括电子线路、多孔陶瓷和树脂；所述电子线路设置于所述多孔陶瓷上，所述多孔陶瓷的孔隙内充填或包覆有所述树脂，形成树脂/陶瓷复合材料；所述多孔陶瓷的孔隙的微观形貌包括球形、类球形、片状或竖直指状中的一种或几种；所述多孔陶瓷的孔隙尺寸为1um-1000um。当孔隙尺寸小于1um时，由于表面张力过大，不利于树脂材料的顺利充填；而当孔隙大于1000um时，会导致多孔陶瓷机械强度的下降，不利于保持整体结构的稳定性。

进一步的，所述多孔陶瓷的开孔孔隙率范围为5％-50％。当孔隙率范围低于5％时，不足以形成从多孔陶瓷表面直至内部所有区域的三维连通孔隙网络，因此不利于树脂材料的顺利充填；当孔隙率范围在5％至10％之间时，足以形成从多孔陶瓷表面直至内部所有区域的三维连通孔隙网络，不会阻碍树脂材料的顺利充填，也不会显著损害多孔陶瓷的机械强度；当孔隙率范围超过50％时，会导致多孔陶瓷机械强度的下降，不利于保持整体结构的稳定性。

进一步的，所述多孔陶瓷的开孔孔隙率范围为5％-10％。对于开孔孔隙率范围在5％-10％的所述多孔陶瓷，特别适用于如图2和图5所示部分填充树脂的陶瓷/树脂复合材料的情况。当陶瓷孔隙率范围在5％-10％时，树脂填充陶瓷孔隙之中的填充速率适中，通过控制填充时间就能较容易的实现精确控制树脂填充的深度，保证了产品制程的一致性。在此范围之外，当孔隙率大于10％时，树脂非常容易填充进孔隙之中，但在需要精确控制树脂填充深度的情况下，工艺控制难度将稍为增加。

图1和图4为含球形、类球形孔隙的多孔陶瓷，图10为含片状孔隙的多孔陶瓷，图11为竖直指状孔隙的多孔陶瓷，以上结构均适合于孔隙率在5％至50％范围内的多孔陶瓷。更佳的，图1和图4的结构更适合于孔隙率在5％至30％范围内的多孔陶瓷，图10更适合于孔隙率在10％至30％范围内的多孔陶瓷，图11更适合于孔隙率在30％至50％范围内的多孔陶瓷。

优选的，所述多孔陶瓷是单组分陶瓷，所述单组份陶瓷为氧化锆、氧化铝、氧化钛、氧化镁、碳化硅、氮化硅、氮化硼、氮化铝、莫来石、堇青石、稀土锰氧化物、碱金属硅酸盐或金属磷酸盐中的一种，所述单组份陶瓷原料的微观形貌为球形颗粒或类球形颗粒，所述单组份陶瓷原料的颗粒中位粒径尺寸为100nm至5um之间，其颗粒比表面积为5m²/g至50m²/g之间。具有上述特征的单组份陶瓷原料具有较高的烧结活性，有利于避免陶瓷素胚加工成型困难，以及在烧结过程中容易出现烧结不致密、晶粒异常长大等问题，能够保证多孔陶瓷整体结构的稳定性；当陶瓷原料的颗粒中位粒径小于100nm或比表面积大于50m²/g时，将显著增加陶瓷浆料的均匀分散难度，当颗粒中位粒径大于5um或比表面积小于5m²/g时，将难以保证陶瓷原料的充分烧结，难以获得结构稳定的多孔陶瓷。

优选的，所述多孔陶瓷是多组分复合陶瓷，所述多组分复合陶瓷包括第一基体组分和第二补充组分，所述第一基体组分选自所述单组份陶瓷中一种，所述第二补充组分选自所述单组份陶瓷中的一种或多种，或所述第二补充组分选自碱金属氧化物、碱土金属氧化物、二氧化硅、三氧化二硼、氧化铋、二氧化锰、氧化铁、氧化镍、氧化钴、氧化钇、氧化钪以及稀土氧化物中的一种或多种；所述第一基体组分的原料微观形貌为球形颗粒或类球形颗粒，所述第一基体组分的原料中位粒径尺寸为100nm-5um，其颗粒比表面积为5m²/g-50m²/g；所述第二补充组分的组分原料微观形貌为球形、类球形、纤维状、片状、管状中的一种或几种，所述第二补充组分的原料中位粒径尺寸为10nm-10um，其原料的比表面积为5m²/g-200m²/g。具有上述特征的第一基体组分与所述单组份陶瓷原料具有相同的应用效果；具有上述特征的第二补充组分除了具有与单组份陶瓷原料相同的应用效果之外，还具有增强多孔陶瓷的机械强度和断裂韧性的效果。

下面结合具体实施例进一步阐述本实用新型的多孔陶瓷电子线路

实施例1

第一步：选择氧化锆(ZrO2)粉体作为多孔陶瓷第一基体组分(氧化锆粉体的中位粒径为500nm、比表面积为11m²/g)、纳米氧化钇(Y2O3)粉体作为多孔陶瓷的第二补充组分(氧化钇粉体为类球形，其中位粒径为40nm、比表面积为100m²/g)、球形石墨粉体作为多孔陶瓷的造孔剂(球形石墨粉体的中位粒径为2um、比表面积为15m²/g)、选择三乙醇胺为分散剂、PVB为粘结剂、邻苯二甲酸二丁酯为增塑剂、以及选择无水乙醇为溶剂，并按照ZrO2：Y2O3：球形石墨：三乙醇胺：PVB：领苯二甲酸二丁酯：无水乙醇＝92:8:30:5:5:5:60的质量比例配置陶瓷浆料，并利用行星球磨机对浆料进行充分的分散，得到前驱体。

第二步：对前驱体进行过滤除杂，并利用流延成型工艺对浆料流延并烘干，通过精确控制刮刀高度，得到厚度为200um的陶瓷流延膜，将多层陶瓷流延膜进行叠层得到多孔陶瓷电子线路所需要的厚度尺寸，随后在70℃、3000psi条件下进行等静压成型，保压时间为10min，得到陶瓷素胚。

第三步：利用无压烧结工艺，在高温炉中以2℃/min的升温速率从室温缓慢升至1400℃，并保温2h，对陶瓷素胚进行高温烧结得到多孔陶瓷，在此过程中，素胚中的造孔剂、分散剂、粘结剂被除去，并留下三维连通的开孔，得到的多孔陶瓷基体1结构示意图参见图1。

第四步：利用浸渍工艺，将多孔陶瓷基体1完全浸没在PI树脂的前驱体溶液中，与此同时开始计时，精确控制浸渍时间在达到30min时，将部分浸渍有PI树脂的多孔陶瓷取出，并进行烘干固化，得到部分浸渍的PI树脂/陶瓷复合材料1-a，PI树脂/陶瓷复合材料1-a结构示意图参见图2。类似的，将另外一片相同的多孔陶瓷基体1完全浸没在PI树脂的前驱体溶液中，并进行真空脱泡以充分除去多孔陶瓷中的残留气体，从而达到完全浸渍的树脂填充效果，对前驱体溶液进行预固化，得到PI树脂/陶瓷复合材料1-b，PI树脂/陶瓷复合材料1-b结构示意图参见图3。

实施例2

第一步：选择氧化锆(ZrO2)粉体作为多孔陶瓷第一基体组分(氧化锆粉体的中位粒径为500nm、比表面积为11m²/g)、纳米氧化钇(Y2O3)粉体作为多孔陶瓷的第二补充组分(氧化钇粉体为类球形，其中位粒径为40nm、比表面积为100m²/g)、球形石墨粉体作为多孔陶瓷的造孔剂(球形石墨粉体的中位粒径为2um、比表面积为15m²/g)、选择三乙醇胺为分散剂、PVB为粘结剂、邻苯二甲酸二丁酯为增塑剂、以及选择无水乙醇为溶剂，并按照ZrO2：Y2O3：球形石墨：三乙醇胺：PVB：领苯二甲酸二丁酯：无水乙醇＝92:8:25:5:5:5:60的质量比例配置陶瓷浆料，并利用行星球磨机对浆料进行充分的分散，得到前驱体。

第二步：对前驱体进行过滤除杂，并利用流延成型工艺对浆料流延并烘干，通过精确控制刮刀高度，得到厚度为200um的陶瓷流延膜，将多层陶瓷流延膜进行叠层得到多孔陶瓷电子线路所需要的厚度尺寸，随后在70℃、3000psi条件下进行等静压成型，保压时间为10min，得到陶瓷素胚。

第三步：利用无压烧结工艺，在高温炉中以2℃/min的升温速率从室温缓慢升至1400℃，并保温2h，对陶瓷素胚进行高温烧结得到多孔陶瓷在此过程中，素胚中的造孔剂、分散剂、粘结剂被除去，并留下三维连通的开孔，得到的多孔陶瓷基体2结构示意图参见图4。

第四步：利用浸渍工艺，将多孔陶瓷基体2完全浸没在PI树脂的前驱体溶液中，与此同时开始计时，精确控制浸渍时间在达到40min时，将部分浸渍有PI树脂的多孔陶瓷取出，并进行烘干固化，得到部分浸渍的PI树脂/陶瓷复合材料2-a，PI树脂/陶瓷复合材料2-a结构示意图参见图5。类似的，将另外一片相同的多孔陶瓷基体2完全浸没在PI树脂的前驱体溶液中，并进行真空脱泡以充分除去多孔陶瓷中的残留气体，从而达到完全浸渍的树脂填充效果，对前驱体溶液进行预固化，得到PI树脂/陶瓷复合材料2-b，PI树脂/陶瓷复合材料2-b结构示意图参见图6。

对上述实施例得到的树脂/陶瓷复合材料的性能进行以下表征：

利用阿基米德排水法检测开孔孔隙率；

利用称重法检测表观密度；

利用空洞共振法检测相对介电常数；

利用单边切口梁法(SENB)测定断裂韧性；

试样尺寸为2mm*4mm*36mm，切口宽度为0.25mm，测定时跨距为20mm，加载速率为0.5mm/min。并与相应的参照样品检测结果进行对比，统计见下表1。

由表1中数据还可以看出，相对于致密氧化锆陶瓷，PI树脂/陶瓷复合材料能够有效降低材料的比重，同时断裂韧性也得到提升；并且通过树脂填充多孔陶瓷，也使PI树脂/陶瓷复合材料的介电常数与致密氧化锆陶瓷不同。

从表1结合实施例可得出，通过调整浸渍树脂的时间、浸渍的次数以及浸渍环境的真空度来合理调节树脂的浸渍总量，得到部分浸渍树脂或完全浸渍树脂的树脂/陶瓷复合材料，例如PI树脂/陶瓷复合材料1-a与PI树脂/陶瓷复合材料1-b，从而达到调节树脂/陶瓷复合材料的介电常数的目的；另外，通过改变多孔陶瓷的空隙大小以及孔隙率，进而填充不同比例的树脂，得到PI树脂/陶瓷复合材料1-b与PI树脂/陶瓷复合材料2-b，从而达到调节树脂/陶瓷复合材料的介电常数的目的；当然，也可以填充不同种类的树脂来调节树脂/陶瓷复合材料的介电常数。

表1不同材料的性能表征

实施例3

在LDS树脂/陶瓷复合材料上制备电子线路

LDS是Laser Direct Structure的缩写，是LPKF公司开发的一种直接在塑胶上做选择性镀金的工艺；LDS树脂是指能够满足LDS工艺的树脂。在LDS树脂的原料中已含有适量的金属成分。

第一步：将LDS树脂取代原实施例1中使用的PI树脂，并按照实施例1中制备PI树脂/陶瓷复合材料1-b的全部步骤，制备LDS树脂/陶瓷复合材料。

第二步：利用激光对LDS树脂/陶瓷复合材料表面(有电子线路的区域)进行镭射，从而活化被曝光区域的LDS树脂表面。

第三步：利用电镀和/或化镀工艺，在镭射区域表面沉积金属层，获得所需的电子线路。LDS树脂/陶瓷复合材料表面制备电子线路结构图参见图7。

在其他实施例中，也可以通过改变多孔陶瓷基体的孔隙的微观形貌来调节树脂/陶瓷复合材料的介电常数，多孔陶瓷基体的孔隙的微观形貌包括球形、类球形、片状或竖直指状中的一种或几种，具体的，多孔陶瓷基体的空隙微观形貌结构参见图8-11。

以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。