阅读说明：本技术 一种印制电路板的制备方法 (Preparation method of printed circuit board ) 是由 赵经纬 聂锋 刘培培 于 2020-05-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种印制电路板的制备方法,包括如下步骤：将铜浆通过印刷在基板上形成图案后干燥,得到有铜粉图案的印制电路板；在非氧化性气氛保护下,将有铜粉图案的印制电路板通过高频电磁感应加热,铜粉熔化互相粘连形成一体化图案的铜层,本发明的制备方法通过高频电磁震荡的方式,使得铜粉在短时间内融化,形成完整的线路铜层,同时作为基材的陶瓷基板几乎不受到热冲击而产生碎裂风险,烧结时间短,能量投放准确,可以降低保护气氛要求,所形成的金属铜层具有清晰度优良、氧化程度低、电导率好的特点。(The invention discloses a preparation method of a printed circuit board, which comprises the following steps: printing copper paste on a substrate to form a pattern, and drying to obtain a printed circuit board with a copper powder pattern; under the protection of a non-oxidizing atmosphere, a printed circuit board with copper powder patterns is heated through high-frequency electromagnetic induction, the copper powder is melted and adhered to form a copper layer of an integrated pattern, the copper powder is melted in a short time through a high-frequency electromagnetic oscillation mode, a complete circuit copper layer is formed, meanwhile, a ceramic substrate serving as a base material is hardly subjected to thermal shock to generate a fracture risk, the sintering time is short, the energy input is accurate, the requirement of a protective atmosphere can be lowered, and the formed metal copper layer has the characteristics of being excellent in definition, low in oxidation degree and good in conductivity.)

一种印制电路板的制备方法

技术领域

本发明涉及一种电路板的制备方法，尤其涉及一种印制电路板的制备方法，属于电子元件制备工艺领域。

背景技术

印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)作为现代电子工业的一种基础而重要的部件，广泛应用在几乎所有的电子设备中。目前印制电路板主要采用刻蚀法制备，主要原理是采用覆铜板为原材料，通过使用氧化性刻蚀液，在光敏性树脂保护下，根据电路设计图纸的要求将不需要的部分的铜箔刻蚀除去，形成基础电路，然后进行一系列的化学物理处理，并焊接元器件，从而形成具有功能的电路板。上述过程是在完整的铜层上通过刻蚀去除多余的铜层，形成所设计的电路图案，因此又被称为减成法。

在上述过程中，刻蚀工艺是一项对环境和人体影响十分严重的过程，刻蚀液的主要成分是氧化剂和稀酸组成的液体，刻蚀后的废液又加入了大量的铜离子，废液的后处理难度非常大。处理过程中，也会产生腐蚀性酸雾，对设备、人员和环境产生影响，同时刻蚀后的覆铜板需要使用大量的水清洗除去刻蚀液，也产生大量金属离子酸性废液。

因此，传统PCB生产作为一项高污染产业，在各个地区都受到不同程度的限制，并且随着社会发展和环保力度增加，这种限制有越来越趋于严格的趋势。

与减成法相对的，通过粉末材料的烧结可以在空白基材上按照设计需要直接形成线路，这个过程称为加成法。烧结法是一种将金属粉末堆积成所需图案(一般采用金属浆料印刷的方式)，然后通过加热的方式使粉末熔融粘合，形成完整的导电通路的工艺。

目前这种工艺一般应用于厚膜电路的生产，采用银、钯等贵金属的粉末与分散剂、助剂等配置成导电浆料用于电路印刷。由于其生产成本较高，只能应用于面积较小，附加值高的厚膜电路等领域，难以大规模应用于成本敏感的印刷电路板中。若需要拓展这种工艺的使用范围，则用铜、铝等廉价材料取代昂贵的金银铂等贵金属势在必行。但铜和铝虽然价格较低，但在高温烧结过程中容易产生氧化问题，轻则降低电导率，重则完全氧化不能使用，因此需要严格的气氛保护，以应对在较长的升降温过程中的金属氧化。

同时，采用传统的箱式炉或隧道炉进行金属粉末烧结，需要较长的升降温过程以减少对陶瓷基材的热冲击，大量的热量不是用来加热需要熔化的金属分明，而是用来加热陶瓷基板和耗散出去，这个过程不但能耗很高，而且生产效率很低。

发明内容

发明目的：本发明的目的为提供一种加热时间短、生产效率高、铜层氧化小、经济性和产品质量都大大提高的印制电路板的制备方法。

技术方案：本发明的印制电路板的制备方法，包括如下步骤：

(1)将铜浆印刷在基板上形成图案后干燥，得到有铜粉图案的印制电路板；

(2)在非氧化性气氛保护下，将有铜粉图案的印制电路板通过高频电磁感应加热，铜粉熔化互相粘连形成一体化图案的铜层。

进一步地，铜浆包括如下原料组分制成：铜粉、去离子水和助剂，铜粉、去离子水和助剂的质量比为50-80:20-50:0.05-15，助剂包括粘结剂、流变剂或抗氧化剂，粘结剂、流变剂或抗氧化剂的质量比为0.05-5:0-10:0-5。

优选的，粘结剂是羧甲基纤维素、羧甲基纤维素盐、羟甲基纤维素、羟甲基纤维素盐、聚乙烯醇、聚丙烯酸盐或丙烯酸盐的水溶性共聚物中的一种或几种。流变剂是乙醇、丙酮、甲醇、异丙醇、甘油、聚乙二醇或聚硅氧烷中的一种。

进一步地，感应加热频率为500KHz-2000KHz。感应加热时间为10秒-10分钟。

优选的，非氧化性气氛是氩气氛或氢气氛，在非氧化性气氛下是为了防止铜粉在烧结过程中的大量氧化所提供的气体氛围。

基板为陶瓷基板，陶瓷基板为厚度在0.2-5mm的以氧化硅、氧化铝、氮化铝、氧化镁、氧化锆中的一种或几种烧结而成的平板状材料。干燥设备是烘箱、红外干燥器或者微波干燥器中的一种。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：本发明针对粉末烧结法生产印制电路板的工艺特点，提出采用高频感应的方式对印刷电路板上的金属铜粉直接进行局部加热，由于高频感应炉加热原理是采用高频电磁震荡在金属内部产生感应电流，因此除了金属线路图案之外，几乎不对陶瓷基板产生热冲击，能量利用率非常高，是一种非常适合作为印制电路板烧结的方法；采用该方法进行印制电路板的烧结，加热时间短、生产效率高、铜层氧化小、经济性和产品质量都大大提高。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

实施例1

本实施例印制电路板的制备方法如下：

将铜浆用100μm钢网印刷在0.2mm厚的氧化铝陶瓷板上，烘箱中烘干，得到清晰稳定的印刷图案，其厚度为90μm，密度为5.1g/cm³，其中，铜浆中铜粉、去离子水和助剂的质量比为50:20:0.05，其中，助剂中的粘结剂、流变剂或抗氧化剂的质量比为0.05:10:5；粘结剂选用质量比为1:1的羧甲基纤维素钠和羟甲基纤维素；流变剂选用乙醇；抗氧化剂是维生素C。

所得到的图案经过氩气保护下的高频炉(20KW，500KHz)烧结2分钟，得到导电图层，其密度为7.86g/cm³，致密度达到88％以上，电阻率为3.31×10^-8Ω/m(纯铜为1.75×10^-8Ω/m)。

实施例2

本实施例印制电路板的制备方法如下：

将铜浆用100μm钢网印刷在5mm厚的氧化硅和氮化铝烧结的陶瓷板上，红外干燥器中烘干，得到清晰稳定的印刷图案，其厚度为90μm，密度为5.1g/cm³，其中，铜浆中铜粉、去离子水和助剂的质量比为80:50:15，其中，助剂中的粘结剂、抗氧化剂的质量比为5:4；粘结剂选用聚乙烯醇；抗氧化剂选用对苯二酚。

所得到的图案经过氩气保护下的高频炉(20KW，1000KHz)烧结10秒，得到导电图层，其密度为7.53g/cm³，致密度达到84％以上，电阻率为4.33×10^-8Ω/m(纯铜为1.75×10^-8Ω/m)。

实施例3

本实施例印制电路板的制备方法如下：

将铜浆用100μm钢网印刷在3mm厚的氧化镁和氧化锆烧结的陶瓷板上，微波干燥器中烘干，得到清晰稳定的印刷图案，其厚度为90μm，密度为5.1g/cm³，其中，铜浆中铜粉、去离子水和助剂的质量比为60:40:10，其中，助剂中的粘结剂、流变剂的质量比为3:5；粘结剂选用质量比为1:1的羧甲基纤维素和羟甲基纤维素钠；流变剂选用丙酮。

所得到的图案经过氢气保护下的高频炉(20KW，2000KHz)烧结10分钟，得到导电图层，其密度为7.88g/cm³，致密度达到88.5％以上，电阻率为3.2×10^-8Ω/m(纯铜为1.75×10^-8Ω/m)。

实施例4

本实施例中粘结剂选用质量比为1:1的聚丙烯酸钠和丙烯酸钠的水溶性共聚物，流变剂选用甲醇，其他原料、配比、制备方法和检测方法均与实施例1相同，得到导电图层密度为8.03g/cm³，致密度达到90％以上，电阻率为2.6×10^-8Ω/m(纯铜为1.75×10^-8Ω/m)。

实施例5

本实施例中流变剂选用异丙醇，其他原料、配比、制备方法和检测方法均与实施例1相同，得到导电图层密度为8.06g/cm³，致密度达到90％以上，电阻率为2.5×10^-8Ω/m(纯铜为1.75×10^-8Ω/m)。

实施例6

本实施例中流变剂选用甘油，其他原料、配比、制备方法和检测方法均与实施例1相同，得到导电图层密度为8.03g/cm³，致密度达到90％以上，电阻率为2.5×10^-8Ω/m(纯铜为1.75×10^-8Ω/m)。

实施例7

本实施例中流变剂选用聚乙二醇，其他原料、配比、制备方法和检测方法均与实施例1相同，得到导电图层密度为8.01g/cm³，致密度达到90％以上，电阻率为2.7×10^-8Ω/m(纯铜为1.75×10^-8Ω/m)。

实施例8

本实施例中流变剂选用聚硅氧烷，其他原料、配比、制备方法和检测方法均与实施例1相同，得到导电图层密度为8.0g/cm³，致密度达到89％以上，电阻率为3.0×10^-8Ω/m(纯铜为1.75×10^-8Ω/m)。

对比例1

本对比例中高频炉的频率为400KHz，其他原料、操作步骤和检测方法均与实施例1相同，得到导电图层，其密度为6.36g/cm³，致密度达到71％以上，电阻率为8.3×10^-8Ω/m(纯铜为1.75×10^-8Ω/m)。

对比例2

本对比例中图案在高频炉下烧结5秒，其他原料、操作步骤和检测方法均与实施例1相同，得到导电图层，其密度为6.1g/cm³，致密度达到68％以上，电阻率为20.3×10^-8Ω/m(纯铜为1.75×10^-8Ω/m)。

对比例3

本对比例中图案在高频炉下烧结15分钟，其他原料、操作步骤和检测方法均与实施例1相同，得到导电图层，其密度为7.89g/cm³，致密度达到88.5％以上，电阻率为3.18×10^-8Ω/m(纯铜为1.75×10^-8Ω/m)。

对比例4

本对比例中图案在氧化性气氛中烧结，其他原料、操作步骤和检测方法均与实施例1相同，得到导电图层，其密度为7.73g/cm³，致密度达到86％以上，电阻率为10.3×10^-8Ω/m(纯铜为1.75×10^-8Ω/m)。

对比例5

本对比例助剂中的粘结剂、流变剂或抗氧化剂的质量比为0.03:10:5，其他原料、配比、操作步骤和检测方法均与实施例1相同。所得到的粘结剂溶液过稀，不能很好的悬浮和分散铜粉，涂布干燥后所得到图形不能很好的粘结在基板上，干燥过程中严重掉粉。

对比例6

本对比例助剂中的粘结剂、流变剂或抗氧化剂的质量比为6:10:5，其他原料、配比、操作步骤和检测方法均与实施例1相同。得到的粘结剂溶液呈果冻状，不能较好的分散铜粉。

对比例7

本对比例中不添加乙醇，其他原料、配比、操作步骤和检测方法均与实施例1相同。所得到的图案有少量气泡和孔洞，经过氩气气氛炉1000℃烧结10分钟，其密度为7.96g/cm³，致密度达到90％以上，电阻率为4.06×10^-8Ω/m(纯铜为1.75×10^-8Ω/m)。

对比例8

本对比例助剂中的粘结剂、流变剂或抗氧化剂的质量比为0.05:12:5，其他原料、配比、操作步骤和检测方法均与实施例1相同。加入乙醇后铜浆体系出现相分离，无流动性。