一种碳合金基新型电子电路板及其制作工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种碳合金基新型电子电路板及其制作工艺，该电子电路板包括有碳合金层、绝缘涂层、金属电路层。碳合金层至少包括一层碳合金板，此碳合金板含碳量不低于６０％，具有高导热及重量轻等优良性能，绝缘涂层优选导热陶瓷涂料或用耐温高分子聚合物树脂绝缘涂料，金属电路层使用厚度不小于１０μｍ导电金属薄膜。本发明专利技术制作工艺是首先制备碳合金块，并将其切割成碳合金板，再在其表面喷涂、刷涂或浸渍一层绝缘涂料，干燥后胶合或电镀上一层导电金属薄膜制作而成。本发明专利技术碳合金基新型电子电路板导热系数高（不小于１５０Ｗ／ｍ.ｋ），降低了产品重量、成本及运行温度，提高了电子器件寿命和运行稳定性，能满足电子产业发展的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种新型电子电路基板，特别是一种为产生高热量电子组件设 计的以碳合金为基层的新型电子电路板及其制作工艺。
技术介绍
随着电子工业的飞速发展，电子产品的体积尺寸越来越小，功率密度越来 越大，解决散热的问题己经被提到了一个新的高度，这是对电子工业设计的一 个巨大的挑战。面对电子产品越做越小，电子电路板上的组件日趋复杂；也产生越多不必 要的热量。随着电子技术的迅速发展，为提高元器件和设备的热可靠性以及对 各种恶劣环境条件的适应能力，使电子元器件和设备的热控制和热分析技术得 到了普遍的重视和发展。自1948年半导体器件问世以来，电子元器件的小型化、微小型化和集成技术的不断发展，使每个集成电路所包含的元器件数超过了 250000个，由于超大 规模集成电路(VLSIC)、专门集成电路(ASIC)、超高速集成电路(VHSIC) 等微电子技术的不断发展，微电子器件和设备的组装，会产生相对极端的温度。 研究表明，芯片级的热流密度高达100W/cm2，它仅比太阳表面的热流密度 低两个数量级，太阳表面的温度可达6000°C，而半导体集成电路芯片的结温应 低于100"C，如此高的热流密度，若不采取合理的热控制技术，必将严重影响电子元器件和设备的热可靠性。这些热量都是造成产品寿命变短、甚至无法使用 的元凶。电子设备热控制的目的是要为芯片级、组件级和系统级提供良好的热环境， 保证它们在规定的热环境下，能按预定的方案正常、可靠的工作。热控制系统 必须在规定的使用期内，完成所规定的功能，并以最少的维护保证其正常工作 的功能。防止电子元器件的热失效是热控制的主要目的。热失效是指电子元器件直 接由于热因素而导致完全失去其电气功能的一种失效形式。严重的失效，在某 种程度上取决于局部温度场、电子元器件的工作过程和形式，因此，就需要正 确地确定出现热失效的温度，而这个温度应成为热控制系统的重要判据，在确 定热控制方案时，电子元器件的最高允许温度和最大功耗应作为主要的设计参 数。传统的电子电路板对于高热组件难以提供其散热。金属基电子电路板由于具有良好的导热性(导热系数大约为0.5 12W/m，k)、电气绝缘性能和机械加 工性能而越来越得到广泛应用。金属基电子电路板主要由导电金属薄膜(如金、 银、铜、铝、铂等)、导热绝缘层及金属基板三层组成，导电金属薄膜为线路 板层，金属基板多采用铝或铜等导热材料(铝的导热系数270W/mA，铜的导 热系数380W/m，k)，导热绝缘层多采用进口陶瓷基聚合物材料。 但是金属电子电路板也有一些不可克服的缺点(1) 金属基板铜、铝价格居高不下。对于电子电路板加工制造业，技术己 不是企业的核心竞争力，成本成为制约每个企业的瓶颈。(2) 金属基板铜、铝重量。金属的重量过大容易引起电路板破裂。尤其当 散热组件的散热面积显著大于电子器件的面积时，如纯铜重8.96g/cm3，纯铝重2.70 g/cm3，在许多应用中，散热部件需要设置在电路板(或类此的组件)上， 以散发来自板上各个组件的热量。如果使用金属散热部件，板上金属的重量会 增加板破裂的机会，并且也增加组件自身的重量，这对于便携式电子装置及顺 应目前电子器件小型化和轻量化的趋势，尤其重要。(3)绝缘层一般为聚合物材料，进口的陶瓷聚合物材料导热系数2.2 W/m，k，可以耐回焊温度7 8次不起泡，国产陶瓷聚合物材料导热系数1.5 W/m*k，可以耐回焊温度1 2次不起泡，由于高分子的老化现象而不能保证电 路板及产品的问题。目前如何增加电子电路板的导热系数、强度及稳定性能，降低重量及成本 以满足不同热管理系统的需要，已成为一个急待解决的课题。
技术实现思路
本专利技术目的是克服现有电子电路板的缺点，提供了一种以碳合金为导热材 料基层的新型电子电路板及其制作工艺。为实现上述目的，本专利技术是通过以下技术方案予以实现的 本专利技术给出电子电路板的构成包括碳合金层、绝缘涂层和金属电路层，其 中绝缘涂层位于碳合金层上，金属电路层位于绝缘涂层上。该电子电路板的导热系数不小于150W/m*k。在上述技术方案中，所述的碳合金层至少包含一层碳合金板，碳合金采用 沥青、铝、锌、金属硅粉末混合烧铸成型，因具有高导热及重量轻等优良性能 而被使用，含碳量不低于60%。在上述技术方案中，所述的绝缘涂层因为碳合金具有高导电性而需涂敷绝 缘涂料起绝缘作用以避免电子组件产生短路；将绝缘涂层均匀布于碳合金板上，使具有绝缘涂层的碳合金板一面具有电绝缘性和优良的导热性；所述的绝缘涂层可用耐温250摄氏度以上的高分子聚合物或采用导热陶瓷 材料绝缘材料。所述的高分子聚合物绝缘材料可选择环氧树脂或硅树脂或间苯 二酚树脂或糠酮树脂等。所述的导热陶瓷绝缘材料可采用氮化硼、氮化铝和氧 化铝等，其中氮化硼涂料因自身的优良导热性、电绝缘性能、抗高温性能和化 学稳定性而被优选(氮化硼涂料可长时间耐温500摄氏度，导热系数高于2.2 W/m，k)，其氮化硼的含量应不低于90%;在上述技术方案中，所述的金属电路层要求具有很大的载流能力，从而应 使用较厚的导电金属薄膜，如金、银、铜、铝、铂等，厚度不小于10pm;在上述技术方案中，所述的金属电路层根据具体电路设计以胶合或电镀等 方式布于绝缘涂层的表面。本专利技术还给出了碳合金基新型电子电路板的制作工艺，该制作工艺包括两大步碳合金板的制备及电路板的制作步骤，具体步骤和条件如下(其中百分比以重量计) 第一步碳合金板的制备(1) 将40 70。/。粒径均小于5nm沥青粉末，30 40%粒径均小于5pm铝 粉，10 20%粒径均小于5pm金属硅粉，10 20%粒径均小于5pm锌粉混合均 匀，放入石墨容器内；(2) 把石墨容器放入真空石墨化炉，在真空环境下经高温800。C以上，加 热12小时以上；(3) 成型冷却成型后，把碳合金块从石墨容器取出；(4) 切割把碳合金块切割或裁切为所需大小的碳合金板； 第二步电路板的制作(5) 敷绝缘层使用喷涂方式，即使用压力为0.35 0.42MPa的喷枪将极细的绝缘涂料均匀 喷在石墨板的一个表面上；(6) 干燥将表面的碳合金板在适当温度的真空干燥箱中，干燥30 60分钟；(7) 涂层处理涂层干燥后用干燥的软棉布进行处理、修平和抛光，控制 涂层的厚度在0.2mm以下；(8) 布置电路图使用胶合方法，将按照电路设计形状的导电金属薄膜胶 合在涂敷了绝缘涂料的碳合金板上面，再次喷涂或刷涂绝缘涂料，厚度不大于 0.2mm，然后将导电金属薄膜表面刻蚀部分的保护纸或保护膜撕掉即可。上述制作工艺步骤(5)，还可使用涂布方式将绝缘涂料均匀涂布在碳合金 板的一个表面上；或者使用浸渍方式将碳合金板在常温常压下或真空浸渍设备 中置于绝缘涂料中进行浸渍处理。上述制作工艺步骤(8)，还可使用电镀方法将导电金属薄膜布于绝缘涂层 的表面，即按照电路设计形状涂布上与印刷电路相同的导电介质，通过电镀法 在碳合金板绝缘涂层上电镀一层导电金属薄膜。本专利技术的有益效果为1. 选用沥青为原料来制作碳合金材料，使其具有重量轻、价格便宜的特点， 而铝粉、锌粉的加入使材料具有很高的导热系数；从而用碳合金制作成的电子 电路板质量轻，强度大并具备高导热系数，强度大、高导热系数得以延长电子 组件之寿命，轻量化则可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳合金基新型电子电路板，其特征在于：该电子电路板构成包括碳合金层、绝缘涂层和金属电路层，绝缘涂层位于碳合金层上，金属电路层位于绝缘涂层上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：耿世达，陈宣甫，
申请(专利权)人：晟茂青岛先进材料有限公司，
类型：发明
国别省市：37[]