為什么用陶瓷做電路板_陶瓷電路板工藝介紹

為什么用陶瓷做電路板

陶瓷電路板其實是以電子陶瓷為基礎(chǔ)材料制成的，可以做各種形狀。其中，陶瓷電路板的耐高溫、電絕緣性能高的特點最為突出，在介電常數(shù)和介質(zhì)損耗低、熱導(dǎo)率大、化學(xué)穩(wěn)定性好、與元件的熱膨脹系數(shù)相近等優(yōu)點也十分顯著，而陶瓷電路板的制作會用用到LAM技術(shù)，即激光快速活化金屬化技術(shù)。應(yīng)用于LED領(lǐng)域，大功率電力半導(dǎo)體模塊，半導(dǎo)體致冷器，電子加熱器，功率控制電路，功率混合電路，智能功率組件，高頻開關(guān)電源，固態(tài)繼電器，汽車電子，通訊，航天航空及軍用電子組件。

不同于傳統(tǒng)的FR-4（波纖維），陶瓷類材料具有良好的高頻性能和電學(xué)性能，且具有熱導(dǎo)率高、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性優(yōu)良等有機(jī)基板不具備的性能，是新一代大規(guī)模集成電路以及功率電子模塊的理想封裝材料。

主要優(yōu)勢：

1.更高的熱導(dǎo)率

2.更匹配的熱膨脹系數(shù)

3.更牢、更低阻的金屬膜層氧化鋁陶瓷電路板

4.基板的可焊性好，使用溫度高

5.絕緣性好

6.高頻損耗小

7.可進(jìn)行高密度組裝

8.不含有機(jī)成分，耐宇宙射線，在航空航天方面可靠性高，使用壽命長

9.銅層不含氧化層，可以在還原性氣氛中長期使用

技術(shù)優(yōu)勢

陶瓷電路板工藝介紹——打孔篇

隨著大功率電子產(chǎn)品朝著小型化、高速化方向發(fā)展，傳統(tǒng)的FR-4、鋁基板等基板材料已經(jīng)不再適用于PCB行業(yè)朝著大功率、智慧應(yīng)用的發(fā)展，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，傳統(tǒng)的LTCC、DBC技術(shù)正在逐步被DPC、LAM技術(shù)代替。以LAM技術(shù)為代表的激光技術(shù)更加符合印刷電路板高密度互連，精細(xì)化發(fā)展。激光打孔是目前PCB行業(yè)的前端、主流打孔技術(shù)，此種技術(shù)高效、快速、精準(zhǔn)，具有較大的應(yīng)用價值。斯利通陶瓷電路板采用激光快速活化金屬化技術(shù)制作，金屬層與陶瓷之間結(jié)合強(qiáng)度高、電學(xué)性能好，可以重復(fù)焊接，金屬層厚度在1μm-1mm內(nèi)可調(diào)，L/S分辨率可達(dá)到20μm，可直接實現(xiàn)過孔連接，為客戶提供定制化的解決方案。

橫向激勵大氣壓CO2激光器由加拿大公司研制而成，與普通激光器相比，其輸出功率可高至一百到一千倍左右，且制作容易。在電磁波譜中，射頻在105-109Hz的頻率范圍，頻射CO2是伴隨著軍事、航天技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的，中小功率射頻CO2激光器具有調(diào)制性能優(yōu)良，功率性穩(wěn)定，運(yùn)行可靠性高，使用壽命長等特點。紫外固體YAG廣泛應(yīng)用于微電子元器件工業(yè)中的塑料及金屬等材料。雖然CO2激光打孔的工序比較復(fù)雜，生產(chǎn)的微孔孔徑比紫外固體YAG，但CO2激光在打孔中具有效率高、速度快等優(yōu)勢，在PCB激光微孔加工中的市場份量能占到八成。

國內(nèi)的激光微孔的工藝還處在發(fā)展階段，能夠投入生產(chǎn)的企業(yè)并不多。利用短脈沖及高峰值功率的激光在PCB基板上進(jìn)行鉆孔，以達(dá)到聚集高密度能量，材料瞬間去除，形成微孔等工藝要求。燒蝕分為光熱燒蝕和光化學(xué)燒蝕兩種。光熱燒蝕指基板材料瞬間吸收高能量的激光，以完成成孔工藝。光化學(xué)燒蝕指的是紫外線區(qū)超過2eV電子伏特的高光子能量和超過400納米的激光波長共同起作用的結(jié)果。此種工藝能有效的破壞有機(jī)材料的長分子鏈，形成更小的微粒，微粒在外力的掐吸下，能夠使基材快速形成微孔。

當(dāng)今，我國的激光打孔技術(shù)有了一定的經(jīng)驗積累和技術(shù)進(jìn)步。相比于傳統(tǒng)的打孔技術(shù)，激光打孔技術(shù)具有精準(zhǔn)度高、速度快、效率高、可規(guī)?；炕蚩住⑦m用于絕大多數(shù)硬、軟材料、對工具無損耗、產(chǎn)生的廢棄材料少、環(huán)保無污染等優(yōu)勢。

通過激光打孔工藝的陶瓷電路板更具有陶瓷與金屬結(jié)合力高、不存在脫落、起泡等現(xiàn)象、達(dá)到生長在一起的效果，表面平整度高、粗糙率在0.1μm～0.3μm，激光打孔孔徑在0.15mm-0.5mm、甚者能達(dá)到0.06mm。

陶瓷電路板工藝——蝕刻篇

在電路板外層需要保留的銅箔上，即電路圖形上預(yù)鍍一層鉛錫抗蝕層，然后通過化學(xué)方式將未受保護(hù)的非導(dǎo)體部分的銅蝕刻掉，形成電路。

按照工藝方法的不同，蝕刻分為內(nèi)層蝕刻和外層蝕刻，內(nèi)層蝕刻采用酸性蝕刻，用濕膜或者干膜作為抗蝕劑；外層蝕刻采用堿性蝕刻，用錫鉛作為抗蝕劑。

蝕刻反應(yīng)基本原理

1.酸性氯化銅蝕刻

酸性氯化銅蝕刻

顯影：利用碳酸鈉的弱堿性將干膜上未經(jīng)紫外線輻射的部分溶解掉，已經(jīng)輻射的部分則保留下來。

蝕刻：根據(jù)一定比例的溶液，把溶解了干膜或濕膜而暴露在外的銅面用酸性氯化銅蝕刻液溶解腐蝕掉。

褪膜：根據(jù)一定比例的藥水在特定的溫度、速度環(huán)境下將線路上的保護(hù)膜溶解掉。

酸性氯化銅蝕刻具有蝕刻速度較易控制、蝕銅效率高、質(zhì)量好、蝕刻液易再回收利用等特點。

2.堿性蝕刻

堿性蝕刻

褪膜：利用褪菲林液將線路板面上的菲林褪去，露出未經(jīng)加工的銅面。

蝕刻：利用蝕板液將不需要的底銅蝕刻掉，留下加厚的線路。其中會使用到助劑。加速劑是為了促使氧化反應(yīng)，防止亞銅錯離子沉淀；護(hù)岸劑用于減少側(cè)蝕；壓抑劑用于壓抑氨的流散、銅的沉淀以及加速蝕銅的氧化反應(yīng)。

新洗液：使用不含銅離子的一水合氨，利用氯化銨溶液清除板面殘留的藥液。

整孔：該工序僅適用于沉金工藝。主要除去非鍍通孔中多余的鈀離子，防止在沉金工藝沉上金離子。

褪錫：利用硝酸藥液將錫鉛層褪去。

蝕刻的四種效應(yīng)

水池效應(yīng)

在蝕刻過程中，藥液會因為重力原因在板上面形成一層水膜，阻礙新藥液與銅面接觸。

水池效應(yīng)

水溝效應(yīng)

藥液的附著性使藥液粘附在線路上以及線路之間的間隙，能夠?qū)е旅芗瘏^(qū)和空曠區(qū)蝕刻量不同。

水溝效應(yīng)

過孔效應(yīng)

藥液通過孔流下去，導(dǎo)致蝕刻時板孔周圍藥液更新速度加快，蝕刻量加大。

過孔效應(yīng)

噴嘴搖擺效應(yīng)

與噴嘴搖擺方向平行的線路，因為線路之間的藥液容易被新的藥液沖散，藥液更新速度快，蝕刻量大；

與噴嘴搖擺方向垂直的線路，因為線路之間的藥液不容易被新藥液沖散，藥液更新速度慢，蝕刻量小。

噴嘴搖擺效應(yīng)

蝕刻工藝常見問題及改進(jìn)方法

1.褪膜不盡

因為藥水濃度偏低；行速過快；噴嘴堵塞等問題會引起褪膜不盡。因此需要檢查藥水濃度，將藥水濃度重新調(diào)整在適當(dāng)范圍；及時調(diào)整速度、參數(shù)；疏通噴嘴。

2.板面氧化

因為藥水濃度過高，溫度過高等會導(dǎo)致板面氧化，因此需要及時調(diào)整藥水的濃度及溫度。

3.蝕銅未盡

因為蝕刻速度過快；藥水成分偏差；銅面受污；噴嘴堵塞；溫度偏低等問題會導(dǎo)致蝕銅未盡。因此需要調(diào)整蝕刻運(yùn)輸速度；重新檢查藥水成分；小心銅面污染；清洗噴嘴預(yù)防堵塞；調(diào)整溫度等。

4.蝕銅過高

因為機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)速度太慢，溫度偏高等原因會導(dǎo)致蝕銅過高的現(xiàn)象，因此要采取調(diào)整機(jī)速度，調(diào)整溫度等措施。