PCB陶瓷电路板加工技术
日期：2021-04-24
电路板厂陶瓷产品的制造技术类型是非常多的，据说有30多种制造工艺方法，如干压、注浆、挤压、注射、流延方法和等静压法等等，由于电子陶瓷基板是“平板”型（方块或圆片方式）的、形状不复杂，采用干法成型和加工等的制造过程简单、成本低，因此大多采用干压成型的方法。干压平板型电子陶瓷的制造过程主要有三大内容，即坯件成型、坯件烧结和精加工和在基板上形成电路。
1、生坯件制造（成型）
采用高纯度的氧化铝（含量≥95%的Al2O3）粉末（视用途和制造方法而要求不同的颗粒大小。如从几文盲到几十微米不等）和添加剂（主要有黏结剂、分散剂等）形成“浆料”或加工料。
（1）干压法制造生坯件（或称“生坯”）。
干压坯件就是把高纯度的氧化铝（用于电子陶瓷的氧化铝含量要大于92%，大多数采用99%）粉末（用于干压的颗粒尺寸最大不得超过60μm，而用于挤压、流延、注射等的粉末颗粒大小要控制在1 μm以内）加入适量的可塑剂和黏结剂，混合均匀后进行干压制坯，目前其方块或圆片的后代可达到0、50mm，甚至可≤0、3 mm（与板面尺寸有关）。干压后的坯件在烧结前可进行加工，如外型尺寸和钻孔等的加工，但应注意烧结引起尺寸收缩的补偿（放大收缩率尺寸）。
（2）流延法制造生坯件。
流胶液（氧化铝粉料+溶剂+分散剂+粘结剂+增塑剂等混合均匀+过筛）制造+流延（在流延机上把胶液均匀布涂在金属或耐热聚酯带上）+干燥+修整（也可进行孔等加工）+脱脂+烧结等过程。可自动化和 规模化进行生产。
2、生坯件的烧结和烧结后精加工。陶瓷基板的生坯件往往需要经过“烧结”和烧结后精加工的。
（1）生坯件的烧结。
陶瓷生坯的“烧结”是指干压等的生坯（体积）内的空洞、空气和杂质和有机物等通过“烧结”过程加以挥发、燃烧和挤压等而清除、而把氧化铝颗粒之间达到紧密接触或结（键）合成长的过程，因此陶瓷生坯件烧结后（熟坯）会发生重量损失、尺寸收缩、形状变形、抗压强度提高和气孔率减少等变化。陶瓷生坯的烧结方法有：①常压烧结方法，不加压力下进行烧结，会带来较大的变形等；②加压（热压）烧结方法，加压下进行的烧结，可得到好的平面性产品，这是目前大多数采用的方法；③热等静压烧结方法，利用高压高热气体进行烧结方法，其特点的产品的整体是处在相同温度和压力来完成的产品，各种各样性能是均衡的，成本较高，在附加值的产品上、或航天航空、国防军事的产品中多采用这种烧结方法，如军事领域的反射镜、核燃料、枪管等制品上。
干压的氧化铝生坯件的烧结温度大多数是在1200 ℃~1600 ℃之间（与组成和助熔剂有关）进行的。
（2）烧结后(熟)坯件的精加工。
多数的烧结陶瓷坯件是需要精加工的，其目的有：①获得平整的表面，生坯件在高温烧结过程中，由于生坯内的颗粒分布、空隙、杂质、有机物等的不均衡，因此会引起变形和高低（凹凸）不平或粗糙度过大与差别等，这些缺陷可通过表面精加工来解决；②获得高的光洁度表面，如镜面一样反射，或提高润滑（耐磨）性。表面抛光处理是采用抛光材料（如SiC、B4C）或金刚石砂膏，由粗到细磨料逐级磨削进行抛光表面。一般来说，大多采用≤1μm的AlO粉末或金刚石砂膏、或用激光或超声波进行处理来实现。
（3）强（钢）化处理。
经过表面抛光处理后的表面，为了提高力学强度（如抗弯曲强度等）可通过电子射线真空镀膜、溅射真空镀膜、化学气相蒸镀等方法镀上一层硅化合物膜，并经过1200℃ ~ 1600℃温度下热处理，可明显提高陶瓷坯件的力学强度！
3、基板上形成导电图形（线路）
要在陶瓷基板上加工形成导电图型（线路），首先要制造出覆铜箔陶瓷基板，然后再按印制电路板工艺技术来制造出陶瓷印制板来。
（1）形成覆铜箔陶瓷基板。目前形成覆铜箔陶瓷基板有两种方法。
①层压方法。采用有一面氧化的铜箔与氧化铝陶瓷基板经过热压形成。即陶瓷表面经过处理（如激光、等离子体等）获得活化或粗化的表面，然后按“铜箔+耐热粘结剂层+陶瓷+耐热粘结剂层+铜箔”层叠合一起，经1020℃ ~ 1060℃烧结而形成双面覆铜箔陶瓷层压板。
②电镀方法。陶瓷基板经过等离子体等处理后进行“濺射钛膜+濺射镍膜+濺射铜膜，接着，进行常规电镀铜到所要求的铜厚度，即形成双面覆铜箔陶瓷基板。
（2）单、双面陶瓷PCB板的 制造。采用单、双面覆铜箔陶瓷基板按常规PCB制造工艺技术进行 。
（3）陶瓷多层板的制造。
①在单、双面板上反复涂布绝缘层（氧化铝）、烧结、布线、烧结 而形成多层板，或采用流延製造技术来完成。
②流延方法制造陶瓷多层板。在流延机上形成生坯带，然后进行钻孔、塞孔（导电胶等）、印刷（导电线路等）、裁剪、叠片和等静压烧结，便可形成陶瓷多层板。图1表示完成的多层陶瓷片状电容器。
注：流延成型法——流胶液（氧化铝粉料+溶剂+分散剂+粘结剂+增塑剂等混合均匀+过筛）制造+流延（在流延机上把胶液均匀布涂在金属或耐热聚酯带上）+干燥+修整+脱脂+烧结等过程。
总之，陶瓷印制板是属于PCB范畴，也是PCB厂发展和进步的派生与延伸的结果，今后可能会形成PCB领域的重要类型之一。由于陶瓷印制板具有最好的导热性绝缘介质、很高的熔点和热的尺寸稳定性等优势，因此陶瓷PCB在高温和高导热领域的应用中将会有广阔的发展前景！
1、生坯件制造（成型）
采用高纯度的氧化铝（含量≥95%的Al2O3）粉末（视用途和制造方法而要求不同的颗粒大小。如从几文盲到几十微米不等）和添加剂（主要有黏结剂、分散剂等）形成“浆料”或加工料。
（1）干压法制造生坯件（或称“生坯”）。
干压坯件就是把高纯度的氧化铝（用于电子陶瓷的氧化铝含量要大于92%，大多数采用99%）粉末（用于干压的颗粒尺寸最大不得超过60μm，而用于挤压、流延、注射等的粉末颗粒大小要控制在1 μm以内）加入适量的可塑剂和黏结剂，混合均匀后进行干压制坯，目前其方块或圆片的后代可达到0、50mm，甚至可≤0、3 mm（与板面尺寸有关）。干压后的坯件在烧结前可进行加工，如外型尺寸和钻孔等的加工，但应注意烧结引起尺寸收缩的补偿（放大收缩率尺寸）。
（2）流延法制造生坯件。
流胶液（氧化铝粉料+溶剂+分散剂+粘结剂+增塑剂等混合均匀+过筛）制造+流延（在流延机上把胶液均匀布涂在金属或耐热聚酯带上）+干燥+修整（也可进行孔等加工）+脱脂+烧结等过程。可自动化和 规模化进行生产。
2、生坯件的烧结和烧结后精加工。陶瓷基板的生坯件往往需要经过“烧结”和烧结后精加工的。
（1）生坯件的烧结。
陶瓷生坯的“烧结”是指干压等的生坯（体积）内的空洞、空气和杂质和有机物等通过“烧结”过程加以挥发、燃烧和挤压等而清除、而把氧化铝颗粒之间达到紧密接触或结（键）合成长的过程，因此陶瓷生坯件烧结后（熟坯）会发生重量损失、尺寸收缩、形状变形、抗压强度提高和气孔率减少等变化。陶瓷生坯的烧结方法有：①常压烧结方法，不加压力下进行烧结，会带来较大的变形等；②加压（热压）烧结方法，加压下进行的烧结，可得到好的平面性产品，这是目前大多数采用的方法；③热等静压烧结方法，利用高压高热气体进行烧结方法，其特点的产品的整体是处在相同温度和压力来完成的产品，各种各样性能是均衡的，成本较高，在附加值的产品上、或航天航空、国防军事的产品中多采用这种烧结方法，如军事领域的反射镜、核燃料、枪管等制品上。
干压的氧化铝生坯件的烧结温度大多数是在1200 ℃~1600 ℃之间（与组成和助熔剂有关）进行的。
（2）烧结后(熟)坯件的精加工。
多数的烧结陶瓷坯件是需要精加工的，其目的有：①获得平整的表面，生坯件在高温烧结过程中，由于生坯内的颗粒分布、空隙、杂质、有机物等的不均衡，因此会引起变形和高低（凹凸）不平或粗糙度过大与差别等，这些缺陷可通过表面精加工来解决；②获得高的光洁度表面，如镜面一样反射，或提高润滑（耐磨）性。表面抛光处理是采用抛光材料（如SiC、B4C）或金刚石砂膏，由粗到细磨料逐级磨削进行抛光表面。一般来说，大多采用≤1μm的AlO粉末或金刚石砂膏、或用激光或超声波进行处理来实现。
（3）强（钢）化处理。
经过表面抛光处理后的表面，为了提高力学强度（如抗弯曲强度等）可通过电子射线真空镀膜、溅射真空镀膜、化学气相蒸镀等方法镀上一层硅化合物膜，并经过1200℃ ~ 1600℃温度下热处理，可明显提高陶瓷坯件的力学强度！
3、基板上形成导电图形（线路）
要在陶瓷基板上加工形成导电图型（线路），首先要制造出覆铜箔陶瓷基板，然后再按印制电路板工艺技术来制造出陶瓷印制板来。
（1）形成覆铜箔陶瓷基板。目前形成覆铜箔陶瓷基板有两种方法。
①层压方法。采用有一面氧化的铜箔与氧化铝陶瓷基板经过热压形成。即陶瓷表面经过处理（如激光、等离子体等）获得活化或粗化的表面，然后按“铜箔+耐热粘结剂层+陶瓷+耐热粘结剂层+铜箔”层叠合一起，经1020℃ ~ 1060℃烧结而形成双面覆铜箔陶瓷层压板。
②电镀方法。陶瓷基板经过等离子体等处理后进行“濺射钛膜+濺射镍膜+濺射铜膜，接着，进行常规电镀铜到所要求的铜厚度，即形成双面覆铜箔陶瓷基板。
（2）单、双面陶瓷PCB板的 制造。采用单、双面覆铜箔陶瓷基板按常规PCB制造工艺技术进行 。
（3）陶瓷多层板的制造。
①在单、双面板上反复涂布绝缘层（氧化铝）、烧结、布线、烧结 而形成多层板，或采用流延製造技术来完成。
②流延方法制造陶瓷多层板。在流延机上形成生坯带，然后进行钻孔、塞孔（导电胶等）、印刷（导电线路等）、裁剪、叠片和等静压烧结，便可形成陶瓷多层板。图1表示完成的多层陶瓷片状电容器。
注：流延成型法——流胶液（氧化铝粉料+溶剂+分散剂+粘结剂+增塑剂等混合均匀+过筛）制造+流延（在流延机上把胶液均匀布涂在金属或耐热聚酯带上）+干燥+修整+脱脂+烧结等过程。
总之，陶瓷印制板是属于PCB范畴，也是PCB厂发展和进步的派生与延伸的结果，今后可能会形成PCB领域的重要类型之一。由于陶瓷印制板具有最好的导热性绝缘介质、很高的熔点和热的尺寸稳定性等优势，因此陶瓷PCB在高温和高导热领域的应用中将会有广阔的发展前景！
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