一种基于激光雕刻玻璃基线路板的制作方法

技术领域

本发明属于印刷线路板制造技术领域，具体涉及一种基于激光雕刻玻璃基线路板的制作方法。

背景技术

目前在LED领域使用的散热基板一般采用铝基板、铜基板等散热金属作为散热材料。这些材料在透光性能方面存在很大的局限性。随着产品的多样性应用，一种需要透光度较好的LED产品在市场应用上有了很大的需求。

采用导热系数与金属基板接近的玻璃作为基材，能很大程度提高透光度，但目前制造单面单层金属基线路板的方法，几乎都采用铜面蚀刻或丝网印刷导电线路的方法，其过程繁琐且不利于廉价、快速制造定制化小批量（<10pcs的订单）的电路板。

中国专利申请CN110225664A公开了一款具有透明功能的LED电路板，解决了散热及透光率差等问题。但其工艺过程为分为三步：1）将玻璃与铜箔通过环氧树脂作为基础粘结剂通过真空热压，制造出玻璃基覆铜板；2）将玻璃基覆铜板经过曝光显影及蚀刻的方式制造出线路部分；3）用激光除去线路以外的树脂，漏出透明玻璃基材。该专利技术工艺过程繁琐，不环保且线路与玻璃基材之间有一层环氧树脂层，使整体的导热系数降低减弱了散热能力。

中国专利申请CN 107995781A采用丝网印刷工艺将电子浆料直接印刷在陶瓷基板上获得金属层为10～500μm的陶瓷基线路板。但是丝网印刷直接印刷线路图形的工艺存在成本高、不环保、精度低的缺陷，尤其是线路精细化及量少个性化设计的复杂线路，该直接丝网印刷线路图形工艺的价格贵不利于生产成本的降低。

因此需要开发一种简单高效、适合快速制造定制化小批量线路板的工艺技术方案。

发明内容

基于此，本发明提出了一种低基于激光雕刻玻璃基线路板的制作方法。该方法不但可以灵活制造，也可以得到高精度的图形，提高了基材散热和透光度。

为实现以上发明目的，本发明采用如下的技术方案：

一种基于激光雕刻玻璃基线路板的制作方法，包括以下步骤：

S1、将玻璃基板进行预处理进行表面粗化；

S2、在粗化后的玻璃基板上涂布UV胶并固化；

S3、在涂有UV胶的玻璃基板表面用激光雕刻出线路图形；

S4、将导电浆料填充至激光雕刻开槽的线路中，获得图形；

S5、对获得图形后的玻璃基板进行烘烤，烘烤后将多余的UV残胶除去；

S6、除去UV残胶后，最后烧结得到玻璃基线路板。

在一个具体的实施方案中，所述步骤S1中经等离子、超声碱泡或喷砂预处理使玻璃基板表面粗化，优化地，使玻璃基板表面粗糙度Rz大于10μm。

在一个具体的实施方案中，所述步骤S2中在粗化后的玻璃基板上经喷墨打印、辊涂或丝网印刷涂布5μm~500μm膜厚的UV胶，并经LED灯固化。

在一个具体的实施方案中，所述步骤S2中UV胶由包括树脂、UV活性稀释剂和引发剂的组分混合而成；优选地，所述树脂选自聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯中的一种或者多种；所述UV活性稀释剂选自月桂酸丙烯酸酯、双环戊烯基丙烯酸酯、异冰片基丙烯酸酯、苄基丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯中的一种或者多种；引发剂选自2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、双（2,4,6-三甲基苯甲酰基）-苯基氧化膦、异丙基硫杂蒽酮、2-甲基-2-（4-吗啉基）-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮的一种或者几种。

在一个具体的实施方案中，所述步骤S2中UV胶的粘度为80-120Pa.s，硬度为4-6H。

在一个具体的实施方案中，所述步骤S3中激光雕刻采用紫外皮秒激光器雕刻，功率为20w，光斑直径为10μm，频率为20KHz-200KHz，速度为600-1000mm/s。

在一个具体的实施方案中，所述步骤S4中导电浆料由包括金属粉末、玻璃粉和有机溶剂的组分混合而成；其中所述金属粉选自铜粉、银粉、镍粉、银包铜粉、银包镍粉、银包玻璃粉中的一种或者多种；所述有机溶剂选自丁卡醇、丁卡酯、松油醇或乙基纤维素、中的一种或者多种；优选地，所述步骤S4中导电浆料经喷涂、挤胶、喷胶、刮涂填充至激光雕刻开槽的线路中。

在一个具体的实施方案中，所述步骤S5中将填有导电浆料的玻璃基板放入马弗炉中进行烘烤，烘烤温度为300～400℃，烘烤时间为60-90min。

在一个具体的实施方案中，所述步骤S5中烘烤后的填由导电浆料的玻璃基板经过超声振动将烘烤后多余的UV残胶除去。

在一个具体的实施方案中，所述步骤S6中玻璃基板的烧结温度为650～900℃，烧结时间为30～60min。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明的制作方法，采用导热系数与金属基板接近的玻璃作为基材，用激光雕刻开槽结合导电浆料填充的工艺方法不但可以灵活制造，也可以得到高精度的图形，提高了基材散热，克服曝光、显影、蚀刻工序长和丝网印刷工艺精度低的各类问题。

2、本发明的制作方法，激光雕刻的精度可以达到50μm以下线宽精确图形，而现有技术的丝网印刷的精度大约为75μm；而于一些图形复杂且量小的线路板用激光雕刻的方式替代制作网板，降低了生产成本, 而且导电线路直接与玻璃基材接触提高了散热能力。

附图说明

图1为本发明一种基于激光雕刻玻璃基线路板的制作方法的工艺流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题，技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种基于激光雕刻玻璃基线路板的制作方法，包括以下步骤：

S1、将玻璃基板表面用乙醇溶剂清洗干净，经过等离子、喷砂、超声碱泡等方式，使其表面粗化。

其中，玻璃基材的厚度为1～3mm，将玻璃基板表面用无水乙醇清洗，例如清洗3~5次，清洗干净后进行表面粗化处理，至玻璃表面粗糙度为Rz大于10μm，例如采用三丰SJ-201P的粗糙度仪测试玻璃表面粗糙度Rz。本发明对表面粗化处理的工艺没有任何的限制，例如包括等离子、喷砂、超声碱泡等方式，但不限于此。

其中，等离子处理工艺，例如采用等离子发生器，氧气流量为1600-2000sccm、氮气流量为200-400sccm、四氟化碳流量200-350sccm、氩气流量为1000-2000sccm，从加热、蚀刻、灰化、清洗四个过程的时间为50-90min。喷砂处理工艺例如为金刚砂的粒径控制在30-60μm，压力控制在1-4kg/cm ²，传送带的速度控制在3-7mm/min。超声碱泡工艺例如用20%浓碱在60℃，放在功率为80-150w，频率为40KHz-60KHz的容器内超声30min。

S2、在粗化后的玻璃基板上涂布UV胶并固化。

其中，涂布UV胶的工艺可采用本领域常规的涂布工艺，例如喷墨打印、丝网印刷、辊涂等工艺，但不限于此。本发明的UV胶由树脂、UV活性稀释剂和引发剂混合而成，其中所述的树脂包括聚氨酯丙烯酸酯，聚酯丙烯酸酯，环氧丙烯酸酯中的一种或者多种；UV活性稀释剂包括月桂酸丙烯酸酯、双环戊烯基丙烯酸酯、异冰片基丙烯酸酯、苄基丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯中的一种或者多种；引发剂包括2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、双（2,4,6-三甲基苯甲酰基）-苯基氧化膦、异丙基硫杂蒽酮、2-甲基-2-（4-吗啉基）-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮的一种或者几种；特别地，树脂、UV活性稀释剂和引发剂的混合质量比为7:2:1，通过该比例的混合，使其粘度控制在80-120Pa.s，硬度控制在4-6H。在此粘度和硬度的UV胶，便于后续激光雕刻工艺的实施，太粘或太硬无法精确地形成线路图形，太稀或太软又无法有效成型。

本发明的UV胶涂布在玻璃基板表面后，通过LED灯照射固化，通常，LED灯的功率为15-30w，照射时长为30-180s。固化后UV胶在玻璃基板表面的厚度为60-120μm。

S3、在玻璃基板涂有UV胶的表面用激光雕刻出线路图形，从而得到精度可以达到50μm以下线宽精确图形。

其中，激光雕刻的工艺条件如下：采用紫外皮秒激光器雕刻，功率为20w，光斑直径为10μm，频率为20KHz-200KHz，速度为600-1000mm/s。

S4、将导电浆料填充至激光雕刻开槽的线路中，获得图形；

通过激光雕刻在玻璃基板的UV胶层上形成精确的线路图形凹槽后，通过步骤S4在线路图形的凹槽内填充导电浆料形成导电线路。本发明精密线路所用的导电浆料由金属粉末、玻璃粉和有机溶剂混合而成，其中所述的金属粉为铜粉、银粉、镍粉、银包铜粉、银包镍粉、银包玻璃粉中的一种或者多种组合，金属粉的粒径通常为0.8-5μm，金属粉的振实密度3.5-5g/mL；有机溶剂选自丁卡醇、丁卡酯、松油醇或乙基纤维素中的一种或者多种。具体地，本发明的导电浆料由以下重量份的组分组成：金属粉80-93份、松油醇1-5份、玻璃粉2-5份、乙基纤维素3-10份。优选地，本发明的导电浆料的粘度为60-120Pa.s，电阻率为2~3*10^-6μΩ·cm。本发明该种特性的导电浆料可以填充进激光雕刻的开槽内形成精密的电路图形。

本发明的导电浆料可以采用本领域常规的填充方法填充至激光雕刻开槽的线路中，例如填入方法包括喷涂、挤胶、喷胶、刮涂等施工方式，这些均可参考现有技术，没有特别的限制。具体地，例如采用刮涂工艺进行填充，刮刀硬度为75度，刮刀厚度为20mm，刮刀速度为100~250mm/s，刮刀压力为0.3~0.6MPa，回墨速度为150~250mm/s。

S5、对获得图形后的玻璃基板进行烘烤，烘烤后将多余的UV残胶除去。

该步骤中，将填有导电浆料的玻璃基板放入马弗炉中进行烘烤，烘烤温度在300～400℃，时间60-90min，通过烘烤处理，此时导电浆料已经固化，而UV胶经过长时间高温而碳化失去附着力。再将烘烤后、填有导电浆料的玻璃基板经过超声振动的方式除去失去附着力又多余的UV胶，此时，玻璃基板上只剩下导电浆料固化后形成的导电线路。

其中，烘烤优选在惰性气氛中进行，超声振动的频率优选为20-40KHz，超声处理的时间为30-60min。

S6、除去UV残胶后，最后烧结得到玻璃基线路板。

该步骤中，将步骤S5处理后的玻璃基板进一步烧结，烧结温度控制在650～900℃，烧结时间为30～60min，通过烧结处理得到最终的玻璃基线路板。

本发明的方法使用的UV胶能使精度到50μm以内且300-400℃可以使其树脂碳化，不容易在玻璃基板上留下残胶痕迹，影响外观。

综上，本发明的方法以玻璃基板为基材，在其上涂UV胶，并通过激光雕刻开槽，再填充导电浆料形成电路图形，最后将多余的UV胶碳化除去，从而可以高效、快捷地制作出散热能力好的玻璃基线路板，便于小批量定制线路板的制作，线宽精度最小可达到50μm以下。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。