En tant que support clé des systèmes électroniques, l’innovation technologique des circuits imprimés est cruciale.Cartes de circuits imprimés en pâte de cuivre, avec leurs applications matérielles et leurs processus de fabrication uniques, sont progressivement apparus comme une force émergente dans le domaine de la fabrication électronique. Il propose une nouvelle approche pour résoudre les défis de la fabrication traditionnelle de circuits imprimés, démontrant des avantages significatifs dans l’amélioration des performances des circuits imprimés et l’optimisation des processus de production.
1, principes de base et composition du circuit imprimé en pâte de cuivre
Le cœur des circuits imprimés en pâte de cuivre réside dans le matériau clé de la pâte de cuivre. La pâte de cuivre est généralement fabriquée en mélangeant de la poudre de cuivre de haute pureté avec des liants organiques, des additifs, etc. Parmi eux, la poudre de cuivre, en tant que corps conducteur, joue un rôle crucial dans la conduction du courant dans les cartes de circuits imprimés en raison de son excellente conductivité. Les liants organiques jouent un rôle dans la dispersion uniforme de la poudre de cuivre et dans son adhésion au substrat, garantissant que la pâte de cuivre peut être maintenue de manière stable dans la position prédéterminée lors du traitement et de l'utilisation ultérieurs, formant ainsi des lignes conductrices fiables. Il existe différents types d'additifs, notamment des agents rhéologiques, des antioxydants, etc., qui sont utilisés pour ajuster la fluidité de la pâte de cuivre, empêcher la poudre de cuivre de s'oxyder pendant la préparation et l'utilisation et garantir la qualité et la stabilité des performances de la pâte de cuivre.
Du point de vue de la composition, les cartes de circuits imprimés en pâte de cuivre sont basées sur des substrats, et les matériaux de substrat courants incluent les substrats céramiques, FR4, etc. Différents matériaux de substrat conviennent à différents scénarios d'application en raison de leurs différentes propriétés physiques et chimiques. Par exemple, les substrats céramiques ont une bonne résistance aux températures élevées et des performances d'isolation élevées, ce qui les rend adaptés aux appareils électroniques ayant des exigences strictes en matière de dissipation thermique et de performances électriques ; Le substrat FR4 est largement utilisé dans l’électronique grand public et dans d’autres domaines en raison de son faible coût et de sa technologie de traitement mature. Sur le substrat, la pâte de cuivre est imprimée à des positions prédéterminées grâce à des processus d'impression spécifiques pour former des motifs de circuits précis. Ces modèles subissent un traitement ultérieur tel que le séchage et le frittage pour évaporer ou solidifier les composants organiques de la pâte de cuivre, et les poudres de cuivre frittent ensemble pour former des chemins conducteurs serrés, construisant ainsi un système conducteur complet de carte de circuit imprimé.
2, le processus de fabrication du circuit imprimé en pâte de cuivre
(1) Préparation de pâte de cuivre
La préparation d'une pâte de cuivre de haute-qualité est la principale étape de la fabrication de circuits imprimés en pâte de cuivre. Tout d'abord, une poudre de cuivre de haute-pureté est sélectionnée, dont la pureté doit généralement être supérieure à 99 % pour garantir une bonne conductivité. La granulométrie et la répartition de la poudre de cuivre ont un impact significatif sur les propriétés de la pâte de cuivre. Généralement, la poudre de cuivre avec des tailles de particules allant de 1 à 50 µm est sélectionnée en fonction des exigences spécifiques de l'application, et différentes tailles de particules de poudre de cuivre sont mélangées dans une certaine proportion grâce à des processus spécifiques pour optimiser la densité apparente et la conductivité de la pâte de cuivre.
(2) Processus d'impression
L'impression est une étape cruciale pour transférer avec précision la pâte de cuivre sur un substrat afin de former des motifs de circuits. Les procédés d'impression couramment utilisés comprennent la sérigraphie et l'impression par revêtement au grattoir. La sérigraphie est une méthode courante qui consiste à fabriquer une plaque de sérigraphie avec des motifs de circuit spécifiques, à placer de la pâte de cuivre sur l'écran et à appliquer une certaine pression sur l'écran à l'aide d'un grattoir pour transférer la pâte de cuivre à travers la zone d'ouverture de l'écran jusqu'à la surface du substrat, formant ainsi un motif de circuit de pâte de cuivre cohérent avec le motif de l'écran. Dans le processus de sérigraphie, des paramètres tels que la taille des mailles de l'écran, la dureté et la pression du grattoir ainsi que la vitesse d'impression peuvent tous affecter la qualité de l'impression sur pâte de cuivre, comme la clarté des lignes et l'uniformité de l'épaisseur.
(3) Séchage et frittage
Après l'impression, le circuit imprimé en pâte de cuivre doit être séché pour éliminer les substances volatiles telles que l'humidité et certains solvants organiques. Il existe différentes méthodes de séchage, notamment l'utilisation de fours, de séchoirs infrarouges ou de séchoirs à micro-ondes. Le processus de séchage nécessite de contrôler la température et la durée appropriées pour garantir que les substances volatiles sont entièrement éliminées sans affecter les performances d'adhésion entre la pâte de cuivre et le substrat, ainsi que la structure interne de la pâte de cuivre.
3, avantages de performance des circuits imprimés en pâte de cuivre
(1) Excellentes performances de conductivité
Le cuivre lui-même est un métal doté d’une excellente conductivité, se classant parmi les meilleurs en termes de conductivité électrique parmi les métaux courants. Dans les circuits imprimés en pâte de cuivre, les lignes conductrices formées par une pâte de cuivre correctement dosée et traitée peuvent réduire efficacement la résistance et améliorer l'efficacité de la transmission du courant. Par rapport aux processus traditionnels de fabrication de circuits imprimés tels que la gravure, les circuits imprimés en pâte de cuivre présentent des avantages significatifs en termes de conductivité. La méthode de gravure provoquera inévitablement certains dommages à la surface de la feuille de cuivre retenue lors du processus d'élimination de l'excès de feuille de cuivre, augmentant ainsi la résistance ; Le circuit imprimé en pâte de cuivre forme des lignes conductrices par impression directe et frittage, réduisant ainsi ces dommages et rapprochant la conductivité des lignes conductrices de la conductivité inhérente du cuivre. Par exemple, les cartes de circuits imprimés en pâte de cuivre préparées à l'aide de processus spécifiques peuvent avoir une faible résistivité de la couche conductrice aussi faible que 2,26 × 10 ⁻⁸ω/m (le cuivre pur a une résistivité de 1,75 × 10 ⁻⁸ω/m), ce qui peut répondre aux exigences élevées de conductivité dans les applications d'appareils électroniques telles que les lignes de transmission de données à grande vitesse et les circuits à haute fréquence.
(2) Bonnes performances de dissipation thermique
Lors du fonctionnement d'appareils électroniques, la génération de chaleur est un problème courant, en particulier dans les systèmes électroniques intégrés à haute-puissance et haute-densité. Les performances de dissipation thermique affectent directement la stabilité et la durée de vie de l'équipement. Le cuivre a une bonne conductivité thermique et les lignes conductrices en pâte de cuivre dans les circuits imprimés en pâte de cuivre peuvent transférer efficacement la chaleur générée par les composants électroniques tout en conduisant le courant. Pour certaines cartes de circuits imprimés qui utilisent une technologie de pâte de cuivre à travers-trou ou de trou de bouchon de pâte de cuivre, la chaleur peut être rapidement conduite vers d'autres couches ou dispositifs de dissipation thermique de la carte de circuit imprimé à travers la pâte de cuivre remplie à travers les trous, améliorant considérablement l'efficacité globale de dissipation thermique de la carte de circuit imprimé. Dans le circuit imprimé des luminaires LED haute -puissance, le processus de trou de bouchon en pâte de cuivre augmente considérablement la zone de conductivité thermique. Le pilier en cuivre peut transférer rapidement la chaleur de l'autre côté du circuit imprimé. Combiné avec une pâte de cuivre à haute conductivité thermique (coefficient de conductivité thermique de 8 W/mk), il peut réduire efficacement la température de fonctionnement des puces LED, prolonger la durée de vie du luminaire et améliorer l'efficacité lumineuse.
(3) Résistance structurelle plus élevée
Dans le processus de production de circuits imprimés en pâte de cuivre, après frittage, la pâte de cuivre forme une liaison solide entre les particules de poudre de cuivre, formant une structure conductrice avec une certaine résistance sur le substrat. Pour les cartes de circuits imprimés utilisant la technologie de trou traversant-de pâte de cuivre ou de trou de bouchon, une fois que la pâte de cuivre remplie dans le trou traversant-se solidifie, cela revient à construire des barres d'acier à l'intérieur du circuit imprimé, améliorant considérablement les propriétés mécaniques telles que la résistance à la flexion et la résistance aux vibrations du circuit imprimé. Cette résistance structurelle plus élevée permet aux cartes de circuits imprimés en pâte de cuivre de mieux s'adapter aux environnements d'utilisation complexes, de maintenir l'intégrité et la stabilité du circuit même sous certains impacts externes et de réduire les pannes de circuit causées par des dommages mécaniques. Dans certains domaines tels que les équipements de contrôle industriel et l'électronique automobile, l'équipement peut être soumis à des forces externes telles que des vibrations et des chocs pendant le fonctionnement. Les circuits imprimés en pâte de cuivre, grâce à leur bonne résistance structurelle, peuvent fonctionner de manière fiable pour assurer le fonctionnement normal de l'équipement.
(4) Avantages environnementaux
Les processus traditionnels de fabrication de circuits imprimés, tels que la gravure, génèrent une grande quantité de déchets liquides, qui contiennent une grande quantité d’ions cuivre et d’acides corrosifs. Le post-traitement est difficile et a un impact significatif sur l'environnement et la santé humaine. Le processus de production de circuits imprimés en pâte de cuivre est relativement respectueux de l'environnement. Lors de la préparation et de l’impression de la pâte de cuivre, il n’est pas nécessaire d’utiliser une grande quantité de produits chimiques nocifs et les déchets générés pendant le processus de production sont relativement faibles. Dans le même temps, l'utilisation de la technologie de frittage sous protection gazeuse peut éliminer l'application extensive de composés anti-oxydants, éviter une pollution excessive des matières premières et réduire globalement l'impact négatif sur l'environnement, ce qui répond aux exigences de développement de l'industrie de fabrication électronique moderne en matière de protection de l'environnement et de l'environnement.