СУСПЕНЗИЯ ДЛЯ 3D-ПЕЧАТИ МНОГОСЛОЙНЫХ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ С ПРИМЕНЕНИЕМ LTCC- И HTCC-СОСТАВОВ ПО ТЕХНОЛОГИИ DLP Российский патент 2024 года по МПК C08L21/00 B33Y10/00 

Изобретение относится к области изготовления многослойных печатных плат на основе керамики совместного обжига, а именно к 3D-печати как способу изготовления электронных схем путем отверждения полимерно-керамической суспензии по технологии DLP. Полимерно-керамическая суспензия характеризуется тем, что содержит в качестве основного компонента LTCC- или HTCC-состав.

Из уровня техники [патент WO 2023027992 A1, опубл. 02.03.2023] известен способ изготовления электропроводящих устройств, таких как печатные платы, посредством применения 3D-печати. Способ представляет собой изготовление электропроводящего устройства, включающее: 3D-печать керамического материала с целью создания керамической подложки, причем строение керамической подложки включает наличие пустот и заполнение электропроводящим материалом пустот.

Однако указанный способ имеет следующие недостатки:

- отсутствует описание применяемой технологии 3D-печати,

- не содержит достаточное количество данных выходных характеристик получаемого электронного устройства.

Из уровня техники [патент CN 116583012 A), опубл. 11.08.2023] известен метод получения электронных компонентов, в частности многослойной керамической подложки на основе керамики совместного обжига, включающий следующие этапы: обработка керамического материала, смешивание органических и неорганических компонентов в определенной пропорции, формирование сквозных отверстий с использованием технологии лазерного сверления, нанесение рисунков и полостей на каждом слое неспеченной керамической подложки, печать и сушка проводниковой пасты, заполнение сквозных отверстий проводящей пастой, совмещение слоев путем горячего прессования, удаление органического связующего и спекание. Однако указанное изобретение имеет следующие недостатки:

- наличие многоступенчатого процесса производства без возможности повышения его эффективности,

- высокая температура совместного спекания проводящих и диэлектрических слоев (1700 °C),

- нестабильность проводящего материала, в качестве которого используется W, обладающий способностью быстро окисляться на воздухе.

Задачей настоящего изобретения является создание суспензии для 3D-печати многослойных печатных плат с применением LTCC- и HTCC-составов по технологии DLP.

Технический результат, достигаемый настоящим изобретением, заключается в создании полимерно-керамической суспензии с применением LTCC- или HTCC-состава. Данное изобретение позволяет изготавливать путем 3D-печати по технологии DLP керамические подложки многослойной печатной платы, а также дает возможность применять различные составы керамики совместного обжига с целью получения изделий, не уступающих по свойствам полученным традиционными методами.

Указанный технический результат достигается тем, что суспензия на основе полимерно-керамической композиции для 3D-печати многослойных плат по технологии DLP содержит смесь акрилатных смол различного содержания, как минимум один активный разбавитель для снижения вязкости смеси и фотоинициатор для отверждения фотополимерной смолы. Порошковый наполнитель на основе LTCC- или HTCC-состава как основного компонента характеризуется дополнительным введением диспергирующего агента с целью получения изотропного распределения свойств получаемого объекта (керамической подложки печатной платы). Приготовление суспензии для 3D-печати осуществляется при следующем соотношении указанных ингредиентов, мас.ч.:

Полимерное связующее 20-40 Керамический наполнитель 60-80

В одном из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения в качестве керамического наполнителя используется HTCC-состав, в содержание которого входит алюмооксидная керамика (корунд) с размером частиц от 1 до 2 мкм и плотностью 3,8 г/см³.

В некоторых предпочтительных вариантах в качестве керамического наполнителя используется LTCC-состав, состоящий из частиц алюмооксидной керамики (корунд) с размером частиц от 1 до 2 мкм и плотностью 3,8 г/см³.

В предпочтительном варианте, где в качестве керамического наполнителя используется LTCC-состав помимо алюмооксидной керамики дополнительно присутствует стеклофаза в виде бессвинцового барий-боросиликатного стекла с размером частиц 3-5 мкм.

Кроме того, порошковая смесь также может дополнительно содержать модификатор – диспергирующий агент сополимер марки BYK111 1-5 мас.ч. от общего объема керамического наполнителя.

Предложенное в настоящем изобретении полимерное связующее состоит из смеси акрилатных смол с активным разбавителем в качестве регулятора вязкости и фотоинициатора – активатора реакции фотоотверждения.

Мономером акрилатной смолы может являться полиэтиленгликольдиакрилат (ПЭГДА) в количестве 50-70 мас.ч. от общего объема связующего.

Мономером акрилатной смолы может являться трипропиленгликольдиакрилат (ТПГДА) в количестве 50-70 мас.ч. от общего объема связующего.

Активным разбавителем, выполняющим роль регулятора вязкости, может являться 1,6-гександиолдиакрилат (ГДДА) в количестве 30-50 мас.ч. от общего объема связующего.

В одном из предпочтительных вариантов, где мономером полимерного связующего является полиэтиленгликольдиакрилат (ПЭГДА), в качестве фотоинициатора и активатора реакции фотоотверждения может выступать дифенил(2,4,6-триметилбензоил)фосфиноксид в количестве 1-5 мас.ч. от общего объема связующего.

В одном из предпочтительных вариантов, где мономером полимерного связующего является трипропиленгликольдиакрилат (ТПГДА), в качестве фотоинициатора и активатора реакции фотоотверждения может выступать 4-диметиламинобензоат в количестве 1-5 мас.ч. от общего объема связующего.

Технология изготовления предложенной полимерно-керамической суспензии на основе акрилатных смол для 3D-печати многослойных печатных плат по технологии DLP не требует использования специфического технологического оборудования и включает в себя процессы, общепринятые при изготовлении композиционных материалов.

Реализация предложенной суспензии на основе акрилатных смол для 3D-печати многослойных печатных плат по технологии DLP иллюстрируется следующими практическими примерами.

Пример 1. Изготовили порошковую смесь, содержащую 95-99 мас.ч. высокотемпературной керамики совместного обжига (HTCC-состава), состоящую из частиц алюмооксидной керамики и 1-5 мас.ч. диспергирующего агента марки BYK111. С целью получения равномерного гранулометрического состава порошкового наполнителя проводили измельчение смеси наполнителя при помощи шаровой мельницы. К полученной смеси добавлялась композиция полимерного связующего, состоящая из полиэтиленгликольдиакрилата (ПЭГДА) в количестве 50-70 мас.ч. от общего объема связующего, 1,6-гександиолдиакрилата (ГДДА) в количестве 30-50 мас.ч. от общего объема связующего и дифенил(2,4,6-триметилбензоил)фосфиноксида в количестве 1-5 мас.ч. от общего объема связующего. Далее проводилась гомогенизация смеси с использованием планетарного миксера с целью получения равномерного распределения частиц керамического наполнителя в объеме полимерного связующего. Полученную суспензию возможно применять в процессе 3D-печати при помощи принтера, работающего по технологии DLP.

Пример 2. Изготовили порошковую смесь, содержащую 95-99 мас.ч. низкотемпературной керамики совместного обжига (LTCC-состава и 1-5 мас.ч. диспергирующего агента марки BYK111. LTCC-состав обладал следующим соотношением входящих в него компонентов: 30-50 мас.ч. алюмооксидной керамики (корунда) и 50-70 мас.ч. бессвинцового барий-боросиликатного стекла (стеклофазы). С целью получения равномерного гранулометрического состава порошкового наполнителя проводили измельчение смеси наполнителя при помощи шаровой мельницы. К полученной смеси добавлялась композиция полимерного связующего, состоящая из полиэтиленгликольдиакрилата (ПЭГДА) в количестве 50-70 мас.ч. от общего объема связующего, 1,6-гександиолдиакрилата (ГДДА) в количестве 30-50 мас.ч. от общего объема связующего и дифенил(2,4,6-триметилбензоил)фосфиноксида в количестве 1-5 мас.ч. от общего объема связующего. Далее проводилась гомогенизация смеси с использованием планетарного миксера с целью получения равномерного распределения частиц керамического наполнителя в объеме полимерного связующего. Полученную суспензию возможно применять в процессе 3D-печати при помощи принтера, работающего по технологии DLP.

Пример 3. Изготовили порошковую смесь, содержащую 95-99 мас.ч. высокотемпературной керамики совместного обжига (HTCC-состава), состоящую из частиц алюмооксидной керамики и 1-5 мас.ч. диспергирующего агента марки BYK111. С целью получения равномерного гранулометрического состава порошкового наполнителя проводили измельчение смеси наполнителя при помощи шаровой мельницы. К полученной смеси добавлялась композиция полимерного связующего, состоящая из трипропиленгликольдиакрилат (ТПГДА) в количестве 50-70 мас.ч. от общего объема связующего, 1,6-гександиолдиакрилата (ГДДА) в количестве 30-50 мас.ч. от общего объема связующего и 4-диметиламинобензоат в количестве 1-5 мас.ч. от общего объема связующего. Далее проводилась гомогенизация смеси с использованием планетарного миксера с целью получения равномерного распределения частиц керамического наполнителя в объеме полимерного связующего. Полученную суспензию возможно применять в процессе 3D-печати при помощи принтера, работающего по технологии DLP.

Пример 4. Изготовили порошковую смесь, содержащую 95-99 мас.ч. низкотемпературной керамики совместного обжига (LTCC-состава и 1-5 мас.ч. диспергирующего агента марки BYK111. LTCC-состав обладал следующим соотношением входящих в него компонентов: 30-50 мас.ч. алюмооксидной керамики (корунда) и 50-70 мас.ч. бессвинцового барий-боросиликатного стекла (стеклофазы). С целью получения равномерного гранулометрического состава порошкового наполнителя проводили измельчение смеси наполнителя при помощи шаровой мельницы. К полученной смеси добавлялась композиция полимерного связующего, состоящая из трипропиленгликольдиакрилат (ТПГДА) в количестве 50-70 мас.ч. от общего объема связующего, 1,6-гександиолдиакрилата (ГДДА) в количестве 30-50 мас.ч. от общего объема связующего и 4-диметиламинобензоат в количестве 1-5 мас.ч. от общего объема связующего. Далее проводилась гомогенизация смеси с использованием планетарного миксера с целью получения равномерного распределения частиц керамического наполнителя в объеме полимерного связующего. Полученную суспензию возможно применять в процессе 3D-печати при помощи принтера, работающего по технологии DLP.

Экспериментальные исследования предложенной в настоящем изобретении суспензии на основе смеси акрилатных смол и LTCC- или HTCC-составов показали возможность её применения для 3D-печати многослойных печатных плат по технологии DLP.

Полимерно-керамические суспензии, полученные в примерах 1-4, при своем использовании обеспечили успешную 3D-печать керамических подложек на основе совместно спекаемой керамики низкотемпературного (LTCC) и высокотемпературного (HTCC) обжига при сохранении свойств керамики, что позволило придать подложкам многослойных печатных плат высокое изоляционное сопротивление, диэлектрическую прочность, высокую надежность и способность выдерживать нагрузки в СВЧ-диапазоне при низких диэлектрических потерях.

Изобретение относится к области изготовления материалов для 3D-печати, а именно к полимерно-керамической суспензии для производства многослойных печатных плат на основе керамики совместного обжига по технологии DLP. Полимерно-керамическая суспензия характеризуется тем, что содержит в качестве основного компонента LTCC- или HTCC-состав. Изобретение обеспечивает получение суспензии для 3D-печати по технологии DLP многослойных печатных плат, изготовленных из низкотемпературной (LTCC) или высокотемпературной (HTCC) керамики совместного обжига, что позволяет реализовать печать керамических подложек с сохранением свойств керамики, таких как высокое изоляционное сопротивление, диэлектрическая прочность, высокая надежность, способность выдерживать нагрузки в СВЧ-диапазоне при низких диэлектрических потерях. 9 з.п. ф-лы, 4 пр.

1. Суспензия на основе полимерно-керамической композиции для 3D-печати многослойных печатных плат по технологии DLP, содержащая LTCC- или HTCC-состав, как основной компонент при следующем соотношении указанных ингредиентов, мас.ч.:

полимерное связующее 20-40 керамический наполнитель 60-80

2. Суспензия по п.1, характеризующаяся тем, что в качестве керамического наполнителя используется HTCC-состав, полностью состоящий из частиц алюмооксидной керамики (корунд) с размером частиц от 1 до 2 мкм и плотностью 3,8 г/см³.

3. Суспензия по п.1, характеризующаяся тем, что в качестве керамического наполнителя используется LTCC-состав, состоящий из частиц алюмооксидной керамики (корунд) с размером частиц от 1 до 2 мкм и плотностью 3,8 г/см³.

4. Суспензия по п.1, характеризующаяся тем, что в качестве керамического наполнителя используется LTCC-состав, в котором помимо алюмооксидной керамики в качестве компонента состава также присутствует стеклофаза в виде бессвинцового барий-боросиликатного стекла с размером частиц 3-5 мкм.

5. Суспензия по п.1, характеризующаяся тем, что в качестве основного компонента полимерного связующего может выступать полиэтиленгликольдиакрилат (ПЭГДА) в количестве 50-70 мас.ч. от общего объема связующего.

6. Суспензия по п.1, характеризующаяся тем, что в качестве основного компонента полимерного связующего также может выступать трипропиленгликольдиакрилат (ТПГДА) в количестве 50-70 мас.ч. от общего объема связующего.

7. Суспензия по п.1, характеризующаяся тем, что может дополнительно содержать активный разбавитель смеси 1,6-гександиолдиакрилат (ГДДА) в количестве 30-50 мас.ч. от общего объема связующего.

8. Суспензия по п.1, характеризующаяся тем, что может дополнительно содержать фотоинициатор смеси мономеров дифенил(2,4,6-триметилбензоил)фосфиноксид в количестве 1-5 мас.ч. от общего объема связующего.

9. Суспензия по п.1, характеризующаяся тем, что может дополнительно содержать фотоинициатор смеси мономеров 4-диметиламинобензоат в количестве 1-5 мас.ч. от общего объема связующего.

10. Суспензия по п.1, характеризующаяся тем, что может дополнительно содержать диспергирующий агент сополимер марки BYK111 в смеси алюмооксидной керамики в количестве 1-5 мас.ч. от общего объема керамического наполнителя.