CN108200716A - 一种基于石墨烯材质的陶瓷pcb制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于石墨烯材质的陶瓷PCB制造工艺，包括：在铜带基底的一面涂布一层感光湿膜；根据预定的电路图形，采用图形菲林对涂布有感光湿膜的铜带基底进行曝光显影；将带湿膜图形的铜带基底放入电镀液中进行电镀；去除带有预设厚度的金属线路层的铜带基底中的感光湿膜；在带有预设的电路图的铜带基底的另一面上形成一层石墨烯膜；将预先获取的生胚贴合在铜带基底的预设的电路图的表面上；使用预设的低于金属线路熔点的温度将贴合有生胚的带有预设的电路图的铜带基底烧制成一体由于不需要蚀刻，能得到厚度范围大且精度高的金属线路，同时，石墨烯膜具有较强的热量性能，可以快速地将焊接的LED光源产生的热量散去。
Description
技术领域
本发明涉及LED技术领域，特别涉及一种基于石墨烯材质的陶瓷PCB制造工艺。
背景技术
陶瓷PCB是指有陶瓷基板构成的线路板，陶瓷基板是指铜箔在高温下直接键合到氧化铝(Al2O3)或氮化铝(AlN)陶瓷基片表面( 单面或双面)上的特殊工艺板，所制成的超薄复合基板具有优良电绝缘性能，高导热特性，优异的软钎焊性和高的附着强度，并可像PCB板一样能刻蚀出各种图形，具有很大的载流能力。因此，陶瓷基板已成为大功率电力电子电路结构技术和互连技术的基础材料。
现有技术中，一般采用以下几种方法制造陶瓷PCB：
1）HTFC（Hight-Temperature Fusion Ceramic)，又称为高温熔合陶瓷基板，此技术将高温绝缘性及高热传导的AL2O3或AIN陶瓷基板的单面或双面，运用钢板移印技术，将高传导介质材料印制成线路，放置于850~950℃的烧结炉中烧结成型，即可完成。
2）LTCC（Low-Temperature Co-fired Ceramic) 又称为低温共烧多层陶瓷基板，此技术须先将无机的氧化铝粉与越 30~50%的玻璃材料加上有机粘结剂，使其混合均匀称为为泥装的浆料，接着利用刮刀把浆料刮成片状，再经由一道干燥过程将片状浆料形成一片片薄薄的生胚，然后依各层的设计钻导通孔，作为各层讯号的传递，LTCC内部线路则运用网版印刷技术，分别于生胚上做填孔及印制线路，内外电极则可分别使用银、铜、金等金属，最后将各层做叠层动作，放置于850~900℃的烧结炉中烧结成型，即可完成。
3） HTCC（Hight-Temperature Co-fired Ceramic)，又称为高温共烧多层陶瓷，生产制造过程与LTCC极为相似，主要的差异点在于HTCC的陶瓷粉末并无玻璃材质，因此，HTCC必须在高温1200~1600℃环境下干燥硬化成生胚，接着同样钻上导通孔，以网版印刷技术填孔于印制线路，因其共烧温度较高，使得金属导体材料的选择受限，其主要的材料为熔点较高但导电性却较差的钨、钼或者锰等金属，最后再叠层烧结成型。
4） DBC（Direct Bonded Copper)，又称直接接合铜基板，先将高绝缘性的 AL2O3或AIN陶瓷基板的单面或双面覆上铜金属后，经由高温1065~1085°C的环境加热，使铜金属因高温氧化，扩撒与AL2O3材质产生（Eutectic）共晶熔体，是铜金属陶瓷基板粘合，形陶瓷复合金属基板，最后依据线路设计，以蚀刻方式备至线路。
5）DPC（Direct Plate Copper)，也称为直接镀铜基板，先将陶瓷基板做前处理清洁，利用薄膜专业制造技术—真空镀膜方式于陶瓷基板上溅镀于铜金属复合层，接着以黄光微影的光阻被覆曝光、显影及蚀刻，去膜制程完成线路制作，最后再以电镀/化学镀沉积方式增加线路的厚度，待光阻移除后即完成金属化线路制作。
石墨烯是单原子层的石墨片，具有优异的电学性质，其电子迁移率高达100 ,000cm2V-1s-1，最早于2004年由英国曼彻斯特大学的科学家制备出来。单层石墨烯中的电子在狄拉克点附近具有线性的色散关系，属于无质量的狄拉克费米子，其费米速度为光速的1/300。石墨烯的电阻率极低，电子迁移的速度极快，因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。
但上述方法制备金属线路都需要蚀刻，并且上述方法制备的金属线路的厚度范围有限且整个基板的热场分布不均匀，另外，上述方法还存在比较复杂，成本较高、可靠性较低的缺点。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种散热性能好、工艺简单、成本较低、可靠性较高及不需要蚀刻的基于石墨烯材质的陶瓷PCB制造工艺。
本发明是这样实现的，一种基于石墨烯材质的陶瓷PCB制造工艺，包括以下步骤：
在铜带基底的一面涂布一层感光湿膜；
根据预定的电路图形，采用图形菲林对涂布有感光湿膜的铜带基底进行曝光显影，制成带有湿膜图形的铜带基底；
将带湿膜图形的铜带基底放入电镀液中进行电镀，并根据预设电流和电镀时间，制成带有预设厚度的金属线路层的铜带基底；
去除带有预设厚度的金属线路层的铜带基底中的感光湿膜，并烘干，制成带有预设的电路图的铜带基底；
用气相沉积法在带有预设的电路图的铜带基底的另一面上形成一层石墨烯膜；
将预先获取的生胚贴合在带有预设的电路图的铜带基底的预设的电路图的表面上；
使用预设的低于金属线路熔点的温度将贴合有生胚的带有预设的电路图的铜带基底烧制成一体，制成基于石墨烯材质的陶瓷PCB；
对制成的基于石墨烯材质的陶瓷PCB进行成型加工及金属线路处理。
进一步地，所述在铜带基底的一面涂布一层感光湿膜的步骤之前包括：
将裁切的铜带基底进行电化学抛光、酸清洗和高压退火处理。
进一步地，所述用气相沉积法在带有预设的电路图的铜带基底的另一面上形成一层石墨烯膜的步骤具体包括：
以甲烷或乙醇液滴作为碳源，Ar作为保护气，使碳源以气态方式接触带有预设的电路图的铜带基底表面；
在热壁腔化学气相沉积系统中一定的温度和气压条件下，使碳源在带有预设的电路图的铜带基底表面上分解、淀积出石墨烯。
进一步地，所述电镀液包括硫酸铜或者胺基黄酸镍。
进一步地，所述预设厚度为10-50um。
进一步地，采用退膜液或片碱去除制成的带有预设厚度的金属线路层的铜带基底中的感光湿膜。
进一步地，所述生胚料为三氧化二铝陶瓷生胚。
进一步地，金属线路为铜箔线路或者镍箔线路。
进一步地，当金属线路为铜箔线路时，预设的低于铜箔线路熔点的温度为850-950℃；当金属线路为镍箔线路时，预设的低于镍箔线路熔点的温度为1300-1400℃。
进一步地，所述金属线路处理包括金属线路表面防锈或阻焊处理。
本发明的有益效果：本发明提供一种基于石墨烯材质的陶瓷PCB制造工艺，通过将硫酸铜或胺基黄酸镍电镀液电化沉积于带湿膜曝光图案的铜带基底上，再去除该湿膜，使该沉积金属线路填充于三氧化二铝生胚中，再同时烧结成型，由于不需要蚀刻，同时能得到厚度范围大且精度高的金属线路，同时，铜带基底另一面的石墨烯膜其具有较强的热量性能，可以快速地将焊接的LED光源产生的热量散去，这样，所有的热量直接通过LED光源本身热沉直接导热到设有石墨烯膜的铜基带上并及时辐射出去，从而具有较好的散热效果。另外，本发明提供的基于石墨烯材质的陶瓷PCB制造工艺具有工艺简单、成本较低及可靠性较高的优点。
附图说明
图1是本发明实施例的基于石墨烯材质的陶瓷PCB制造工艺的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细描述。
如图1所示，本发明实施例中，提供了一种基于石墨烯材质的陶瓷PCB制造工艺，包括以下步骤：
S100，在铜带基底的一面涂布一层感光湿膜；
在一种可能的实现方式中，所述在铜带基底的一面涂布一层感光湿膜的步骤之前还包括：
将裁切的铜带基底进行电化学抛光、酸清洗和高压退火处理，使铜带基底表面干净，降低粗糙度，趋于各向同性以及降低晶格缺陷。
S101，根据预定的电路图形，采用图形菲林对涂布有感光湿膜的铜带基底进行曝光显影，制成带有湿膜图形的铜带基底；
S102，将带湿膜图形的铜带基底放入电镀液中进行电镀，并根据预设电流和电镀时间，制成带有预设厚度的金属线路层的铜带基底；
S103，去除带有预设厚度的金属线路层的铜带基底中的感光湿膜，并烘干，制成带有预设的电路图的铜带基底；
在一种可能的实现方式中，采用退膜液或片碱去除制成的带有预设厚度的金属线路层的铜带基底中的感光湿膜。
S104，用气相沉积法在带有预设的电路图的铜带基底的另一面上形成一层石墨烯膜；
在一种可能的实现方式中，所述用气相沉积法在带有预设的电路图的铜带基底的另一面上形成一层石墨烯膜的步骤具体包括：
以甲烷或乙醇液滴作为碳源，Ar作为保护气，使碳源以气态方式接触带有预设的电路图的铜带基底表面；
在热壁腔化学气相沉积系统中一定的温度和气压条件下，使碳源在带有预设的电路图的铜带基底表面上分解、淀积出石墨烯。
进一步地，所述石墨烯膜具有从 1.2×10 -6 到 3.0×10-6 Ω·cm 的电阻率，处于此电阻率范围中的导电膜可正常实现导电功能。
举例说明，所述电路层上贴合有多个LED光源，这样， 所有的热量直接通过LED光源本身热沉直接导热到设有石墨烯膜的铜基带上，由于石墨烯膜优异的导热和热辐射性能，热量能及时辐射出去，热阻低，利于热量导出，从而具有较好的散热效果，同时，该基于石墨烯材质的陶瓷PCB整体轻薄。
S105，将预先获取的生胚贴合在带有预设的电路图的铜带基底的预设的电路图的表面上；
S106，使用预设的低于金属线路熔点的温度将贴合有生胚的带有预设的电路图的铜带基底烧制成一体，制成基于石墨烯材质的陶瓷PCB；
S107，对制成的基于石墨烯材质的陶瓷PCB进行成型加工及金属线路处理。
进一步地，所述电镀液包括硫酸铜或者胺基黄酸镍。
进一步地，所述预设厚度为10-50um。
进一步地，所述生胚料为三氧化二铝陶瓷生胚。
进一步地，金属线路为铜箔线路或者镍箔线路。
进一步地，当金属线路为铜箔线路时，预设的低于铜箔线路熔点的温度为850-950℃；当金属线路为镍箔线路时，预设的低于镍箔线路熔点的温度为1300-1400℃。
进一步地，所述金属线路处理包括金属线路表面防锈或阻焊处理。
本发明的有益效果：本发明提供一种基于石墨烯材质的陶瓷PCB制造工艺，通过将硫酸铜或胺基黄酸镍电镀液电化沉积于带湿膜曝光图案的铜带基底上，再去除该湿膜，使该沉积金属线路填充于三氧化二铝生胚中，再同时烧结成型，由于不需要蚀刻，同时能得到厚度范围大且精度高的金属线路，同时，铜带基底另一面的石墨烯膜其具有较强的热量性能，可以快速地将焊接的LED光源产生的热量散去，这样，所有的热量直接通过LED光源本身热沉直接导热到设有石墨烯膜的铜基带上并及时辐射出去，从而具有较好的散热效果。另外，本发明提供的基于石墨烯材质的陶瓷PCB制造工艺具有工艺简单、成本较低及可靠性较高的优点。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于石墨烯材质的陶瓷PCB制造工艺，其特征在于，包括以下步骤：
在铜带基底的一面涂布一层感光湿膜；
根据预定的电路图形，采用图形菲林对涂布有感光湿膜的铜带基底进行曝光显影，制成带有湿膜图形的铜带基底；
将带湿膜图形的铜带基底放入电镀液中进行电镀，并根据预设电流和电镀时间，制成带有预设厚度的金属线路层的铜带基底；
去除带有预设厚度的金属线路层的铜带基底中的感光湿膜，并烘干，制成带有预设的电路图的铜带基底；
用气相沉积法在带有预设的电路图的铜带基底的另一面上形成一层石墨烯膜；
将预先获取的生胚贴合在带有预设的电路图的铜带基底的预设的电路图的表面上；
使用预设的低于金属线路熔点的温度将贴合有生胚的带有预设的电路图的铜带基底烧制成一体，制成基于石墨烯材质的陶瓷PCB；
对制成的基于石墨烯材质的陶瓷PCB进行成型加工及金属线路处理。
2.如权利要求1所述的一种基于石墨烯材质的陶瓷PCB制造工艺，其特征在于，所述在铜带基底的一面涂布一层感光湿膜的步骤之前包括：
将裁切的铜带基底进行电化学抛光、酸清洗和高压退火处理。
3.如权利要求1所述的一种基于石墨烯材质的陶瓷PCB制造工艺，其特征在于，所述用气相沉积法在带有预设的电路图的铜带基底的另一面上形成一层石墨烯膜的步骤具体包括：
以甲烷或乙醇液滴作为碳源，Ar作为保护气，使碳源以气态方式接触带有预设的电路图的铜带基底表面；
在热壁腔化学气相沉积系统中一定的温度和气压条件下，使碳源在带有预设的电路图的铜带基底表面上分解、淀积出石墨烯。
4.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯材质的陶瓷PCB制造工艺，其特征在于，所述电镀液包括硫酸铜或者胺基黄酸镍。
5.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯材质的陶瓷PCB制造工艺，其特征在于，所述预设厚度为10-50um。
6.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯材质的陶瓷PCB制造工艺，其特征在于，采用退膜液或片碱去除制成的带有预设厚度的金属线路层的铜带基底中的感光湿膜。
7.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯材质的陶瓷PCB制造工艺，其特征在于，所述生胚料为三氧化二铝陶瓷生胚。
8.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯材质的陶瓷PCB制造工艺，其特征在于，金属线路为铜箔线路或者镍箔线路。
9.根据权利要求8所述的一种基于石墨烯材质的陶瓷PCB制造工艺，其特征在于，当金属线路为铜箔线路时，预设的低于铜箔线路熔点的温度为850-950℃；当金属线路为镍箔线路时，预设的低于镍箔线路熔点的温度为1300-1400℃。
10.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯材质的陶瓷PCB制造工艺，其特征在于，所述金属线路处理包括金属线路表面防锈或阻焊处理。
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