为什么用陶瓷做电路板_陶瓷电路板工艺介绍

为什么用陶瓷做电路板

陶瓷电路板其实是以电子陶瓷为基础材料制成的，可以做各种形状。其中，陶瓷电路板的耐高温、电绝缘性能高的特点最为突出，在介电常数和介质损耗低、热导率大、化学稳定性好、与元件的热膨胀系数相近等优点也十分显著，而陶瓷电路板的制作会用用到LAM技术，即激光快速活化金属化技术。应用于LED领域，大功率电力半导体模块，半导体致冷器，电子加热器，功率控制电路，功率混合电路，智能功率组件，高频开关电源，固态继电器，汽车电子，通讯，航天航空及军用电子组件。

不同于传统的FR-4（波纤维），陶瓷类材料具有良好的高频性能和电学性能，且具有热导率高、化学稳定性和热稳定性优良等有机基板不具备的性能，是新一代大规模集成电路以及功率电子模块的理想封装材料。

主要优势：

1.更高的热导率

2.更匹配的热膨胀系数

3.更牢、更低阻的金属膜层氧化铝陶瓷电路板

4.基板的可焊性好，使用温度高

5.绝缘性好

6.高频损耗小

7.可进行高密度组装

8.不含有机成分，耐宇宙射线，在航空航天方面可靠性高，使用寿命长

9.铜层不含氧化层，可以在还原性气氛中长期使用

技术优势

陶瓷电路板工艺介绍——打孔篇

随着大功率电子产品朝着小型化、高速化方向发展，传统的FR-4、铝基板等基板材料已经不再适用于PCB行业朝着大功率、智慧应用的发展，随着科学技术的进步，传统的LTCC、DBC技术正在逐步被DPC、LAM技术代替。以LAM技术为代表的激光技术更加符合印刷电路板高密度互连，精细化发展。激光打孔是目前PCB行业的前端、主流打孔技术，此种技术高效、快速、精准，具有较大的应用价值。斯利通陶瓷电路板采用激光快速活化金属化技术制作，金属层与陶瓷之间结合强度高、电学性能好，可以重复焊接，金属层厚度在1μm-1mm内可调，L/S分辨率可达到20μm，可直接实现过孔连接，为客户提供定制化的解决方案。

横向激励大气压CO2激光器由加拿大公司研制而成，与普通激光器相比，其输出功率可高至一百到一千倍左右，且制作容易。在电磁波谱中，射频在105-109Hz的频率范围，频射CO2是伴随着军事、航天技术的发展而发展的，中小功率射频CO2激光器具有调制性能优良，功率性稳定，运行可靠性高，使用寿命长等特点。紫外固体YAG广泛应用于微电子元器件工业中的塑料及金属等材料。虽然CO2激光打孔的工序比较复杂，生产的微孔孔径比紫外固体YAG，但CO2激光在打孔中具有效率高、速度快等优势，在PCB激光微孔加工中的市场份量能占到八成。

国内的激光微孔的工艺还处在发展阶段，能够投入生产的企业并不多。利用短脉冲及高峰值功率的激光在PCB基板上进行钻孔，以达到聚集高密度能量，材料瞬间去除，形成微孔等工艺要求。烧蚀分为光热烧蚀和光化学烧蚀两种。光热烧蚀指基板材料瞬间吸收高能量的激光，以完成成孔工艺。光化学烧蚀指的是紫外线区超过2eV电子伏特的高光子能量和超过400纳米的激光波长共同起作用的结果。此种工艺能有效的破坏有机材料的长分子链，形成更小的微粒，微粒在外力的掐吸下，能够使基材快速形成微孔。

当今，我国的激光打孔技术有了一定的经验积累和技术进步。相比于传统的打孔技术，激光打孔技术具有精准度高、速度快、效率高、可规模化批量化打孔、适用于绝大多数硬、软材料、对工具无损耗、产生的废弃材料少、环保无污染等优势。

通过激光打孔工艺的陶瓷电路板更具有陶瓷与金属结合力高、不存在脱落、起泡等现象、达到生长在一起的效果，表面平整度高、粗糙率在0.1μm～0.3μm，激光打孔孔径在0.15mm-0.5mm、甚者能达到0.06mm。

陶瓷电路板工艺——蚀刻篇

在电路板外层需要保留的铜箔上，即电路图形上预镀一层铅锡抗蚀层，然后通过化学方式将未受保护的非导体部分的铜蚀刻掉，形成电路。

按照工艺方法的不同，蚀刻分为内层蚀刻和外层蚀刻，内层蚀刻采用酸性蚀刻，用湿膜或者干膜作为抗蚀剂；外层蚀刻采用碱性蚀刻，用锡铅作为抗蚀剂。

蚀刻反应基本原理

1.酸性氯化铜蚀刻

酸性氯化铜蚀刻

显影：利用碳酸钠的弱碱性将干膜上未经紫外线辐射的部分溶解掉，已经辐射的部分则保留下来。

蚀刻：根据一定比例的溶液，把溶解了干膜或湿膜而暴露在外的铜面用酸性氯化铜蚀刻液溶解腐蚀掉。

褪膜：根据一定比例的药水在特定的温度、速度环境下将线路上的保护膜溶解掉。

酸性氯化铜蚀刻具有蚀刻速度较易控制、蚀铜效率高、质量好、蚀刻液易再回收利用等特点。

2.碱性蚀刻

碱性蚀刻

褪膜：利用褪菲林液将线路板面上的菲林褪去，露出未经加工的铜面。

蚀刻：利用蚀板液将不需要的底铜蚀刻掉，留下加厚的线路。其中会使用到助剂。加速剂是为了促使氧化反应，防止亚铜错离子沉淀；护岸剂用于减少侧蚀；压抑剂用于压抑氨的流散、铜的沉淀以及加速蚀铜的氧化反应。

新洗液：使用不含铜离子的一水合氨，利用氯化铵溶液清除板面残留的药液。

整孔：该工序仅适用于沉金工艺。主要除去非镀通孔中多余的钯离子，防止在沉金工艺沉上金离子。

褪锡：利用硝酸药液将锡铅层褪去。

蚀刻的四种效应

水池效应

在蚀刻过程中，药液会因为重力原因在板上面形成一层水膜，阻碍新药液与铜面接触。

水池效应

水沟效应

药液的附着性使药液粘附在线路上以及线路之间的间隙，能够导致密集区和空旷区蚀刻量不同。

水沟效应

过孔效应

药液通过孔流下去，导致蚀刻时板孔周围药液更新速度加快，蚀刻量加大。

过孔效应

喷嘴摇摆效应

与喷嘴摇摆方向平行的线路，因为线路之间的药液容易被新的药液冲散，药液更新速度快，蚀刻量大；

与喷嘴摇摆方向垂直的线路，因为线路之间的药液不容易被新药液冲散，药液更新速度慢，蚀刻量小。

喷嘴摇摆效应

蚀刻工艺常见问题及改进方法

1.褪膜不尽

因为药水浓度偏低；行速过快；喷嘴堵塞等问题会引起褪膜不尽。因此需要检查药水浓度，将药水浓度重新调整在适当范围；及时调整速度、参数；疏通喷嘴。

2.板面氧化

因为药水浓度过高，温度过高等会导致板面氧化，因此需要及时调整药水的浓度及温度。

3.蚀铜未尽

因为蚀刻速度过快；药水成分偏差；铜面受污；喷嘴堵塞；温度偏低等问题会导致蚀铜未尽。因此需要调整蚀刻运输速度；重新检查药水成分；小心铜面污染；清洗喷嘴预防堵塞；调整温度等。

4.蚀铜过高

因为机器运转速度太慢，温度偏高等原因会导致蚀铜过高的现象，因此要采取调整机速度，调整温度等措施。