專利名稱：一種碳合金基新型電子電路板及其制作工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型電子電路基板，特別是一種為產(chǎn)生高熱量電子組件設(shè) 計的以碳合金為基層的新型電子電路板及其制作工藝。
背景技術(shù)：
隨著電子工業(yè)的飛速發(fā)展，電子產(chǎn)品的體積尺寸越來越小，功率密度越來 越大，解決散熱的問題己經(jīng)被提到了一個新的高度，這是對電子工業(yè)設(shè)計的一 個巨大的挑戰(zhàn)。
面對電子產(chǎn)品越做越小，電子電路板上的組件日趨復(fù)雜；也產(chǎn)生越多不必 要的熱量。隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，為提高元器件和設(shè)備的熱可靠性以及對 各種惡劣環(huán)境條件的適應(yīng)能力，使電子元器件和設(shè)備的熱控制和熱分析技術(shù)得 到了普遍的重視和發(fā)展。
自1948年半導(dǎo)體器件問世以來，電子元器件的小型化、微小型化和集成技
術(shù)的不斷發(fā)展，使每個集成電路所包含的元器件數(shù)超過了 250000個，由于超大 規(guī)模集成電路(VLSIC)、專門集成電路(ASIC)、超高速集成電路(VHSIC) 等微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，微電子器件和設(shè)備的組裝，會產(chǎn)生相對極端的溫度。 研究表明，芯片級的熱流密度高達(dá)100W/cm2，它僅比太陽表面的熱流密度 低兩個數(shù)量級，太陽表面的溫度可達(dá)6000°C，而半導(dǎo)體集成電路芯片的結(jié)溫應(yīng) 低于100"C，如此高的熱流密度，若不采取合理的熱控制技術(shù)，必將嚴(yán)重影響電子元器件和設(shè)備的熱可靠性。這些熱量都是造成產(chǎn)品壽命變短、甚至無法使用 的元兇。
電子設(shè)備熱控制的目的是要為芯片級、組件級和系統(tǒng)級提供良好的熱環(huán)境， 保證它們在規(guī)定的熱環(huán)境下，能按預(yù)定的方案正常、可靠的工作。熱控制系統(tǒng) 必須在規(guī)定的使用期內(nèi)，完成所規(guī)定的功能，并以最少的維護(hù)保證其正常工作 的功能。
防止電子元器件的熱失效是熱控制的主要目的。熱失效是指電子元器件直 接由于熱因素而導(dǎo)致完全失去其電氣功能的一種失效形式。嚴(yán)重的失效，在某 種程度上取決于局部溫度場、電子元器件的工作過程和形式，因此，就需要正 確地確定出現(xiàn)熱失效的溫度，而這個溫度應(yīng)成為熱控制系統(tǒng)的重要判據(jù)，在確 定熱控制方案時，電子元器件的最高允許溫度和最大功耗應(yīng)作為主要的設(shè)計參 數(shù)。
傳統(tǒng)的電子電路板對于高熱組件難以提供其散熱。金屬基電子電路板由于
具有良好的導(dǎo)熱性(導(dǎo)熱系數(shù)大約為0.5 12W/m，k)、電氣絕緣性能和機械加 工性能而越來越得到廣泛應(yīng)用。金屬基電子電路板主要由導(dǎo)電金屬薄膜(如金、 銀、銅、鋁、鉑等)、導(dǎo)熱絕緣層及金屬基板三層組成，導(dǎo)電金屬薄膜為線路 板層，金屬基板多采用鋁或銅等導(dǎo)熱材料(鋁的導(dǎo)熱系數(shù)270W/mA，銅的導(dǎo) 熱系數(shù)380W/m，k)，導(dǎo)熱絕緣層多采用進(jìn)口陶瓷基聚合物材料。 但是金屬電子電路板也有一些不可克服的缺點
(1) 金屬基板銅、鋁價格居高不下。對于電子電路板加工制造業(yè)，技術(shù)己 不是企業(yè)的核心競爭力，成本成為制約每個企業(yè)的瓶頸。
(2) 金屬基板銅、鋁重量。金屬的重量過大容易引起電路板破裂。尤其當(dāng) 散熱組件的散熱面積顯著大于電子器件的面積時，如純銅重8.96g/cm3，純鋁重2.70 g/cm3，在許多應(yīng)用中，散熱部件需要設(shè)置在電路板(或類此的組件)上， 以散發(fā)來自板上各個組件的熱量。如果使用金屬散熱部件，板上金屬的重量會 增加板破裂的機會，并且也增加組件自身的重量，這對于便攜式電子裝置及順 應(yīng)目前電子器件小型化和輕量化的趨勢，尤其重要。
(3)絕緣層一般為聚合物材料，進(jìn)口的陶瓷聚合物材料導(dǎo)熱系數(shù)2.2 W/m，k，可以耐回焊溫度7 8次不起泡，國產(chǎn)陶瓷聚合物材料導(dǎo)熱系數(shù)1.5 W/m*k，可以耐回焊溫度1 2次不起泡，由于高分子的老化現(xiàn)象而不能保證電 路板及產(chǎn)品的問題。
目前如何增加電子電路板的導(dǎo)熱系數(shù)、強度及穩(wěn)定性能，降低重量及成本 以滿足不同熱管理系統(tǒng)的需要，已成為一個急待解決的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是克服現(xiàn)有電子電路板的缺點，提供了一種以碳合金為導(dǎo)熱材 料基層的新型電子電路板及其制作工藝。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的 本發(fā)明給出電子電路板的構(gòu)成包括碳合金層、絕緣涂層和金屬電路層，其 中絕緣涂層位于碳合金層上，金屬電路層位于絕緣涂層上。該電子電路板的導(dǎo)
熱系數(shù)不小于150W/m*k。
在上述技術(shù)方案中，所述的碳合金層至少包含一層碳合金板，碳合金采用 瀝青、鋁、鋅、金屬硅粉末混合燒鑄成型，因具有高導(dǎo)熱及重量輕等優(yōu)良性能 而被使用，含碳量不低于60%。
在上述技術(shù)方案中，所述的絕緣涂層因為碳合金具有高導(dǎo)電性而需涂敷絕 緣涂料起絕緣作用以避免電子組件產(chǎn)生短路；將絕緣涂層均勻布于碳合金板上，使具有絕緣涂層的碳合金板一面具有電絕緣性和優(yōu)良的導(dǎo)熱性；
所述的絕緣涂層可用耐溫250攝氏度以上的高分子聚合物或采用導(dǎo)熱陶瓷 材料絕緣材料。所述的高分子聚合物絕緣材料可選擇環(huán)氧樹脂或硅樹脂或間苯 二酚樹脂或糠酮樹脂等。所述的導(dǎo)熱陶瓷絕緣材料可采用氮化硼、氮化鋁和氧 化鋁等，其中氮化硼涂料因自身的優(yōu)良導(dǎo)熱性、電絕緣性能、抗高溫性能和化 學(xué)穩(wěn)定性而被優(yōu)選(氮化硼涂料可長時間耐溫500攝氏度，導(dǎo)熱系數(shù)高于2.2 W/m，k)，其氮化硼的含量應(yīng)不低于90%;
在上述技術(shù)方案中，所述的金屬電路層要求具有很大的載流能力，從而應(yīng) 使用較厚的導(dǎo)電金屬薄膜，如金、銀、銅、鋁、鉑等，厚度不小于10pm;
在上述技術(shù)方案中，所述的金屬電路層根據(jù)具體電路設(shè)計以膠合或電鍍等 方式布于絕緣涂層的表面。
本發(fā)明還給出了碳合金基新型電子電路板的制作工藝，
該制作工藝包括兩大步碳合金板的制備及電路板的制作步驟，具體步驟
和條件如下(其中百分比以重量計) 第一步碳合金板的制備
(1) 將40 70。/。粒徑均小于5nm瀝青粉末，30 40%粒徑均小于5pm鋁 粉，10 20%粒徑均小于5pm金屬硅粉，10 20%粒徑均小于5pm鋅粉混合均 勻，放入石墨容器內(nèi)；
(2) 把石墨容器放入真空石墨化爐，在真空環(huán)境下經(jīng)高溫800。C以上，加 熱12小時以上；
(3) 成型冷卻成型后，把碳合金塊從石墨容器取出；
(4) 切割把碳合金塊切割或裁切為所需大小的碳合金板； 第二步電路板的制作(5) 敷絕緣層
使用噴涂方式，即使用壓力為0.35 0.42MPa的噴槍將極細(xì)的絕緣涂料均勻 噴在石墨板的一個表面上；
(6) 干燥將表面的碳合金板在適當(dāng)溫度的真空干燥箱中，干燥30 60
分鐘；
(7) 涂層處理涂層干燥后用干燥的軟棉布進(jìn)行處理、修平和拋光，控制 涂層的厚度在0.2mm以下；
(8) 布置電路圖使用膠合方法，將按照電路設(shè)計形狀的導(dǎo)電金屬薄膜膠 合在涂敷了絕緣涂料的碳合金板上面，再次噴涂或刷涂絕緣涂料，厚度不大于 0.2mm，然后將導(dǎo)電金屬薄膜表面刻蝕部分的保護(hù)紙或保護(hù)膜撕掉即可。
上述制作工藝步驟(5)，還可使用涂布方式將絕緣涂料均勻涂布在碳合金 板的一個表面上；或者使用浸漬方式將碳合金板在常溫常壓下或真空浸漬設(shè)備 中置于絕緣涂料中進(jìn)行浸漬處理。
上述制作工藝步驟(8)，還可使用電鍍方法將導(dǎo)電金屬薄膜布于絕緣涂層 的表面，即按照電路設(shè)計形狀涂布上與印刷電路相同的導(dǎo)電介質(zhì)，通過電鍍法 在碳合金板絕緣涂層上電鍍一層導(dǎo)電金屬薄膜。
本發(fā)明的有益效果為
1. 選用瀝青為原料來制作碳合金材料，使其具有重量輕、價格便宜的特點， 而鋁粉、鋅粉的加入使材料具有很高的導(dǎo)熱系數(shù)；從而用碳合金制作成的電子 電路板質(zhì)量輕，強度大并具備高導(dǎo)熱系數(shù)，強度大、高導(dǎo)熱系數(shù)得以延長電子 組件之壽命，輕量化則可以減輕產(chǎn)品重量；
2. 絕緣層避免電子組件產(chǎn)生短路；
3. 絕緣層可承受因焊接電子組件所產(chǎn)生高熱，避免更改生產(chǎn)工序造成困擾。


圖1是碳合金基電子電路板的縱面示意圖。
圖中，l是金屬電路層，2是絕緣涂層，3是碳合金層。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖進(jìn)一步介紹本發(fā)明新型碳合金基新型電子電路板及其制作方法。
實施例一
將50%小于5|im瀝青粉末，25%小于5pm鋁粉，15%小于5pm金屬硅粉， 10%小于5pm鋅粉混合均勻，放入石墨容器內(nèi)；轉(zhuǎn)移到真空石墨化爐在真空環(huán) 境經(jīng)1000。C高溫下加熱12小時以上后取出，冷卻成型后，把碳合金塊切割或裁 切為所需大小的碳合金板；再使用Bink型7號噴槍在表面噴涂氮化硼涂料，在 真空干燥箱中干燥后，用軟棉布進(jìn)行表面處理，控制絕緣涂層(2)在0.1mm左 右，將表面有保護(hù)膜的導(dǎo)電銅薄膜(1)膠合在涂敷了氮化硼涂層(2)的碳合 金層(3)表面上，再次噴涂0.1mm的氮化硼涂料，然后揭去導(dǎo)電銅薄膜表面的 保護(hù)膜。
此種電子電路板導(dǎo)熱系數(shù)280W/m*k。 實施例二
將50%小于5pm瀝青粉末，25%小于5(im鋁粉，15%小于5pm金屬硅粉， 10%小于5pm鋅粉混合均勻，放入石墨容器內(nèi)；轉(zhuǎn)移到真空石墨化爐在真空環(huán) 境經(jīng)1000。C高溫下加熱12小時以上后取出，冷卻成型后，將碳合金塊切割或裁 切為所需大小的碳合金板；再使用噴槍在碳合金板(3 )表面噴涂氮化硼涂料(2)， 在真空干燥箱中干燥后，用軟棉布進(jìn)行表面處理，控制涂層在O.lmm左右，按照電路設(shè)計形狀涂布上與印刷電路相同的導(dǎo)電介質(zhì)，通過電鍍法在碳合金氮化 硼上電鍍一層銅(1)。
此種電子電路板導(dǎo)熱系數(shù)350 W/m*k。 實施例三
將50%小于5|im瀝青粉末，20%小于5|im鋁粉，15%小于5pm金屬硅粉， 15%小于5pm鋅粉混合均勻，放入石墨容器內(nèi)；轉(zhuǎn)移到真空石墨化爐在真空環(huán) 境經(jīng)1000。C高溫下加熱12小時以上后取出，冷卻成型后，把碳合金塊切割或裁 切為所需大小的碳合金板；再使用油漆刷將氮化硼涂料均勻刷涂在碳合金板的 一個表面上，在真空干燥箱中干燥后，用軟棉布進(jìn)行表面處理，控制涂層厚度 為0.2mm，將表面有保護(hù)膜的導(dǎo)電鋁薄膜(1)膠合在涂敷了氮化硼(2)的碳 合金(3)表面上，再次噴涂0.2mm的氮化硼涂料，然后揭去導(dǎo)電鋁薄膜表面的 保護(hù)膜。
此種電子電路板導(dǎo)熱系數(shù)200 W/m*k。 實施例四
將50%小于5|im瀝青粉末，20%小于5(xm鋁粉，15%小于5pm金屬硅粉， 15%小于5pm鋅粉混合均勻，放入石墨容器內(nèi)；轉(zhuǎn)移到真空石墨化爐在真空環(huán) 境經(jīng)1000。C高溫下加熱12小時以上后取出冷卻后，把碳合金塊切割或裁切為所 需大小的碳合金板；使用油漆刷將氮化鋁涂料(2)均勻刷涂在碳合金板(3) 的一個表面上，在真空干燥箱中干燥后，用軟棉布進(jìn)行表面處理，控制涂層厚 度為0.2mm，按照電路設(shè)計形狀涂布上與印刷電路相同的導(dǎo)電介質(zhì)，通過電鍍 法在碳合金氮化鋁上電鍍一層鋁(1)。
此種電子電路板導(dǎo)熱系數(shù)180W/m*k。
權(quán)利要求
1、一種碳合金基新型電子電路板，其特征在于該電子電路板構(gòu)成包括碳合金層、絕緣涂層和金屬電路層，絕緣涂層位于碳合金層上，金屬電路層位于絕緣涂層上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的碳合金基新型電子電路板，其特征在于所述的 碳合金層至少包含一層碳合金板，該碳合金板含碳量不低于60%。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的碳合金基新型電子電路板，其特征在于所述的 絕緣涂層采用導(dǎo)熱陶瓷絕緣涂料或耐溫250攝氏度以上的高分子聚合物樹脂絕 緣涂料；導(dǎo)熱陶瓷絕緣涂料可采用氮化硼、氮化鋁、氧化鋁等涂料，其中氮化 硼最佳，含量應(yīng)不低于90%;耐溫250攝氏度以上的高分子聚合物絕緣涂料可 選環(huán)氧樹脂或硅樹脂或間苯二酚樹脂或糠酮樹脂等。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的碳合金基新型電子電路板，其特征在于所述的 金屬電路層的導(dǎo)電金屬薄膜為金、銀、銅、鋁、鉑等高導(dǎo)電金屬，該導(dǎo)電金屬 薄膜厚度不小于10(im。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的碳合金基新型電子電路板，其特征在于該電子電路板的導(dǎo)熱系數(shù)不小于150W/m，k。
6、 一種碳合金基新型電子電路板的制作工藝，其特征在于 所述制作工藝包括碳合金制備及電路板制作步驟兩部分第一步碳合金制備的步驟和條件，(1) 將40 70。/。小于5nm瀝青粉末，30 40。/。小于5Kim鋁粉，10 20% 小于5pm金屬硅粉，10 20%小于5,鋅粉混合均勻，放入石墨容器內(nèi)；(2) 把石墨容器放入真空石墨化爐，在真空環(huán)境下經(jīng)高溫800。C以上12小時以上；(3) 成型冷卻成型后，把碳合金塊從石墨容器取出；(4) 切割把碳合金塊切割或裁切為所需大小的碳合金板； 第二步:電子電路板的制作步驟及條件，(5) 敷絕緣涂料-使用噴涂方式，即使用壓力為0.35 0.42MPa的噴槍將極細(xì)的絕緣涂料均勻 噴在石墨板的一個表面上；(6) 干燥將表面的碳合金板在適當(dāng)溫度的真空干燥箱中，干燥30 60分鐘；(7) 涂層處理涂層干燥后用干燥的軟棉布進(jìn)行處理、修平和拋光，控制 涂層的厚度在0.2mm以下；(8) 布置電路圖使用膠合方法，將按照電路設(shè)計形狀的導(dǎo)電金屬薄膜膠 合在涂敷了絕緣涂料的碳合金板上面，再次噴涂或刷涂絕緣涂料，厚度不大于 0.2mm，然后將導(dǎo)電金屬薄膜表面刻蝕部分的保護(hù)紙或保護(hù)膜撕掉即可。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述碳合金基新型電子電路板的制作工藝，其特征在于: 該制作工藝步驟(7)中，使用涂布方式將絕緣涂料均勻涂布在碳合金板的一個 表面上；或者使用浸漬方式將碳合金板在常溫常壓下或真空浸漬設(shè)備中置于絕 緣涂料中進(jìn)行浸漬處理。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6所述碳合金基新型電子電路板的制作工藝，其特征在于: 該制作工藝步驟(10)中，使用電鍍方法將導(dǎo)電金屬薄膜布于絕緣涂層的表面， 即按照電路設(shè)計形狀涂布上與印刷電路相同的導(dǎo)電介質(zhì)，通過電鍍法在碳合金 板絕緣涂層上電鍍一層導(dǎo)電金屬薄膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種碳合金基新型電子電路板及其制作工藝，該電子電路板包括有碳合金層、絕緣涂層、金屬電路層。碳合金層至少包括一層碳合金板，此碳合金板含碳量不低于60％，具有高導(dǎo)熱及重量輕等優(yōu)良性能，絕緣涂層優(yōu)選導(dǎo)熱陶瓷涂料或用耐溫高分子聚合物樹脂絕緣涂料，金屬電路層使用厚度不小于10μm導(dǎo)電金屬薄膜。本發(fā)明制作工藝是首先制備碳合金塊，并將其切割成碳合金板，再在其表面噴涂、刷涂或浸漬一層絕緣涂料，干燥后膠合或電鍍上一層導(dǎo)電金屬薄膜制作而成。本發(fā)明碳合金基新型電子電路板導(dǎo)熱系數(shù)高(不小于150W/m·k)，降低了產(chǎn)品重量、成本及運行溫度，提高了電子器件壽命和運行穩(wěn)定性，能滿足電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的要求。
文檔編號C09D163/00GK101415294SQ200710134089
公開日2009年4月22日 申請日期2007年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月19日
發(fā)明者耿世達(dá), 陳宣甫 申請人:晟茂(青島)先進(jìn)材料有限公司