Als wichtiger Träger elektronischer Systeme ist die technologische Innovation von Leiterplatten von entscheidender Bedeutung.Leiterplatten aus KupferpasteMit ihren einzigartigen Materialanwendungen und Herstellungsprozessen haben sie sich nach und nach zu einer aufstrebenden Kraft im Bereich der Elektronikfertigung entwickelt. Es bietet einen neuen Ansatz zur Lösung der Herausforderungen bei der herkömmlichen Leiterplattenfertigung und zeigt erhebliche Vorteile bei der Verbesserung der Leiterplattenleistung und der Optimierung von Produktionsprozessen.
1, Grundprinzipien und Zusammensetzung der Kupferpaste-Leiterplatte
Der Kern von Kupferpasten-Leiterplatten liegt im Kernmaterial Kupferpaste. Kupferpaste wird normalerweise durch Mischen von hochreinem Kupferpulver mit organischen Bindemitteln, Zusatzstoffen usw. hergestellt. Dabei spielt Kupferpulver als leitfähiger Körper aufgrund seiner hervorragenden Leitfähigkeit eine entscheidende Rolle bei der Stromleitung in Leiterplatten. Organische Bindemittel spielen eine Rolle bei der gleichmäßigen Verteilung und Haftung des Kupferpulvers am Substrat und stellen sicher, dass die Kupferpaste während der anschließenden Verarbeitung und Verwendung stabil in der vorgegebenen Position gehalten werden kann und zuverlässige Leiterbahnen bildet. Es gibt verschiedene Arten von Zusatzstoffen, darunter Rheologiemittel, Antioxidantien usw., die verwendet werden, um die Fließfähigkeit von Kupferpaste anzupassen, die Oxidation von Kupferpulver während der Herstellung und Verwendung zu verhindern und die Qualität und Leistungsstabilität von Kupferpaste sicherzustellen.
Aus Sicht der Zusammensetzung basieren Leiterplatten aus Kupferpaste auf Substraten, und zu den gängigen Substratmaterialien gehören Keramiksubstrate, FR4 usw. Verschiedene Substratmaterialien eignen sich aufgrund ihrer unterschiedlichen physikalischen und chemischen Eigenschaften für unterschiedliche Anwendungsszenarien. Keramiksubstrate verfügen beispielsweise über eine gute Hochtemperaturbeständigkeit und eine hohe Isolationsleistung, wodurch sie für elektronische Geräte mit strengen Anforderungen an die Wärmeableitung und elektrische Leistung geeignet sind; FR4-Substrat wird aufgrund seiner geringen Kosten und ausgereiften Verarbeitungstechnologie häufig in der Unterhaltungselektronik und anderen Bereichen eingesetzt. Auf dem Substrat wird durch spezielle Druckverfahren an vorgegebenen Positionen Kupferpaste aufgedruckt, um präzise Schaltkreismuster zu bilden. Diese Muster werden einer anschließenden Verarbeitung wie Trocknen und Sintern unterzogen, um die organischen Komponenten in der Kupferpaste zu verdampfen oder zu verfestigen. Die Kupferpulver sintern zusammen, um enge Leiterbahnen zu bilden und so ein vollständiges Leitersystem für die Leiterplatte aufzubauen.
2, Der Herstellungsprozess von Kupferpaste-Leiterplatten
(1) Herstellung von Kupferpaste
Die Herstellung hochwertiger Kupferpaste ist der wichtigste Schritt bei der Herstellung von Leiterplatten aus Kupferpaste. Zunächst wird hochreines Kupferpulver ausgewählt, dessen Reinheit normalerweise über 99 % sein muss, um eine gute Leitfähigkeit zu gewährleisten. Die Partikelgröße und Verteilung von Kupferpulver haben einen erheblichen Einfluss auf die Eigenschaften von Kupferpaste. Im Allgemeinen wird Kupferpulver mit Partikelgrößen im Bereich von 1–50 μm entsprechend den spezifischen Anwendungsanforderungen ausgewählt und unterschiedliche Partikelgrößen von Kupferpulver werden in einem bestimmten Verhältnis durch spezifische Prozesse gemischt, um die Schüttdichte und Leitfähigkeit der Kupferpaste zu optimieren.
(2) Druckvorgang
Das Drucken ist ein entscheidender Schritt bei der präzisen Übertragung von Kupferpaste auf ein Substrat, um Schaltkreismuster zu bilden. Zu den am häufigsten verwendeten Druckverfahren gehören Siebdruck und Rakeldruck. Siebdruck ist eine gängige Methode, bei der eine Siebdruckplatte mit bestimmten Schaltkreismustern hergestellt, Kupferpaste auf das Sieb aufgetragen und mit einem Schaber ein bestimmter Druck auf das Sieb ausgeübt wird, um die Kupferpaste durch den Öffnungsbereich auf dem Sieb auf die Oberfläche des Substrats zu übertragen und so ein Schaltkreismuster aus Kupferpaste zu bilden, das mit dem Siebmuster übereinstimmt. Beim Siebdruck können Parameter wie die Maschenweite des Siebs, die Härte und der Druck des Schabers sowie die Druckgeschwindigkeit die Qualität des Kupferpastendrucks beeinflussen, beispielsweise die Klarheit der Linien und die Gleichmäßigkeit der Dicke.
(3) Trocknen und Sintern
Nach dem Drucken muss die Leiterplatte aus Kupferpaste getrocknet werden, um flüchtige Substanzen wie Feuchtigkeit und einige organische Lösungsmittel zu entfernen. Es gibt verschiedene Trocknungsmethoden, üblicherweise unter Verwendung von Öfen, Infrarot-Trocknern oder Mikrowellen-Trocknern. Der Trocknungsprozess erfordert die Steuerung der geeigneten Temperatur und Zeit, um sicherzustellen, dass flüchtige Substanzen vollständig entfernt werden, ohne die Haftungsleistung zwischen der Kupferpaste und dem Substrat sowie die innere Struktur der Kupferpaste zu beeinträchtigen.
3, Leistungsvorteile von Kupferpaste-Leiterplatten
(1) Hervorragende Leitfähigkeitsleistung
Kupfer selbst ist ein Metall mit ausgezeichneter Leitfähigkeit und gehört hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit zu den Spitzenreitern unter den unedlen Metallen. In Kupferpaste-Leiterplatten können leitfähige Leitungen, die aus richtig dosierter und verarbeiteter Kupferpaste gebildet werden, den Widerstand wirksam reduzieren und die Stromübertragungseffizienz verbessern. Im Vergleich zu herkömmlichen Herstellungsverfahren für Leiterplatten wie dem Ätzen weisen Kupferpasten-Leiterplatten erhebliche Vorteile in der Leitfähigkeit auf. Das Ätzverfahren führt beim Entfernen überschüssiger Kupferfolie zwangsläufig zu gewissen Schäden an der Oberfläche der zurückgehaltenen Kupferfolie, was den Widerstand erhöht. Die Leiterplatte aus Kupferpaste bildet durch direktes Drucken und Sintern Leiterbahnen, wodurch dieser Schaden verringert und die Leitfähigkeit der Leiterbahnen näher an die inhärente Leitfähigkeit von Kupfer herangeführt wird. Beispielsweise können Leiterplatten aus Kupferpaste, die mit speziellen Verfahren hergestellt werden, einen niedrigen spezifischen Widerstand der leitenden Schicht von nur 2,26 × 10 ⁻⁸ω/m aufweisen (reines Kupfer hat einen spezifischen Widerstand von 1,75 × 10 ⁻⁸ω/m), wodurch die hohen Anforderungen an die Leitfähigkeit in elektronischen Geräteanwendungen wie Hochgeschwindigkeits-Datenübertragungsleitungen und Hochfrequenzschaltungen erfüllt werden können.
(2) Gute Wärmeableitungsleistung
Beim Betrieb elektronischer Geräte ist die Wärmeerzeugung ein häufiges Problem, insbesondere in integrierten elektronischen Systemen mit hoher{0}Leistung und hoher-Dichte. Die Wärmeableitungsleistung wirkt sich direkt auf die Stabilität und Lebensdauer der Geräte aus. Kupfer hat eine gute Wärmeleitfähigkeit und die Kupferpastenleiter in Kupferpasten-Leiterplatten können die von elektronischen Bauteilen beim Leiten von Strom erzeugte Wärme effektiv übertragen. Bei einigen Leiterplatten, die die Kupferpaste-Durchgangsloch- oder Kupferpaste-Plug-Loch-Technologie verwenden, kann die Wärme durch die mit Kupferpaste gefüllten Durchgangslöcher schnell zu anderen Schichten oder Wärmeableitungsgeräten der Leiterplatte geleitet werden, wodurch die Gesamteffizienz der Wärmeableitung der Leiterplatte erheblich verbessert wird. In der Leiterplatte von Hochleistungs-LED-Beleuchtungskörpern erhöht der Kupferpasten-Plug-Loch-Prozess die Wärmeleitfähigkeitsfläche erheblich. Die Kupfersäule kann Wärme schnell auf die andere Seite der Leiterplatte übertragen. In Kombination mit einer Kupferpaste mit hoher Wärmeleitfähigkeit (Wärmeleitfähigkeitskoeffizient 8 W/mk) kann die Betriebstemperatur von LED-Chips effektiv gesenkt, die Lebensdauer der Leuchte verlängert und die Lichtausbeute verbessert werden.
(3) Höhere strukturelle Festigkeit
Im Produktionsprozess von Leiterplatten aus Kupferpaste bildet die Kupferpaste nach dem Sintern eine starke Verbindung zwischen den Kupferpulverpartikeln und bildet eine leitfähige Struktur mit einer bestimmten Festigkeit auf dem Substrat. Bei Leiterplatten mit Kupferpasten-Durchgangsloch- oder Plug-Hole-Technologie kommt es nach dem Erstarren der in das Durchgangsloch eingefüllten Kupferpaste so vor, als würden Stahlstäbe im Inneren der Leiterplatte aufgebaut, wodurch die mechanischen Eigenschaften wie Biegefestigkeit und Vibrationsfestigkeit der Leiterplatte erheblich verbessert werden. Diese höhere strukturelle Festigkeit ermöglicht es Leiterplatten aus Kupferpaste, sich besser an komplexe Einsatzumgebungen anzupassen, die Integrität und Stabilität der Schaltung auch unter bestimmten äußeren Einflüssen aufrechtzuerhalten und Schaltungsausfälle aufgrund mechanischer Beschädigungen zu reduzieren. In einigen Bereichen, beispielsweise bei industriellen Steuerungsgeräten und Automobilelektronik, können die Geräte während des Betriebs äußeren Kräften wie Vibrationen und Stößen ausgesetzt sein. Leiterplatten aus Kupferpaste können aufgrund ihrer guten strukturellen Festigkeit zuverlässig arbeiten und den normalen Betrieb der Geräte gewährleisten.
(4) Vorteile für die Umwelt
Herkömmliche Herstellungsverfahren für Leiterplatten, wie etwa das Ätzen, erzeugen eine große Menge an Abfallflüssigkeit, die eine große Menge an Kupferionen und ätzenden Säuren enthält. Die Nachbehandlung ist schwierig und hat erhebliche Auswirkungen auf die Umwelt und die menschliche Gesundheit. Der Produktionsprozess von Kupferpaste-Leiterplatten ist relativ umweltfreundlich. Bei der Herstellung und dem Druck von Kupferpaste müssen keine großen Mengen schädlicher Chemikalien verwendet werden, und der während des Produktionsprozesses entstehende Abfall ist relativ gering. Gleichzeitig kann der Einsatz der Sintertechnologie mit Schutzgas den umfangreichen Einsatz von Antioxidationsverbindungen überflüssig machen, eine übermäßige Verschmutzung der Rohstoffe vermeiden und insgesamt die negativen Auswirkungen auf die Umwelt verringern, was den Entwicklungsanforderungen der modernen Elektronikfertigungsindustrie für Umwelt- und Umweltschutz entspricht.