ЧЕРНИЛА ДЛЯ 3D-ПЕЧАТИ МНОГОСЛОЙНЫХ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ С ПРИМЕНЕНИЕМ LTCC- И HTCC-СОСТАВОВ ПО ТЕХНОЛОГИИ DIW Российский патент 2025 года по МПК C08K3/18 B22F1/10 

Изобретение относится к области изготовления материалов для 3D-печати, а именно к полимерно-керамическим чернилам для производства многослойных печатных плат на основе керамики совместного обжига по технологии DIW. Полимерно-керамические чернила характеризуются тем, что содержат в качестве основного компонента LTCC- или HTCC-состав.

Из уровня техники [патент CN 115003045 A, опубл. 08.09.2023] известен способ изготовления электронных схем на основе керамики, в частности, относится к методу 3D-печати с использованием струйного осаждения материала. Однако указанный способ имеет следующие недостатки:

- наличие многоступенчатого процесса производства без возможности повышения его эффективности,

- технология не исключает наличия стадий фототравления и травления,

- отсутствует описание компонентного состава применяемых материалов в качестве чернил для струйного нанесения.

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

Технический результат, достигаемый настоящим изобретением, заключается в создании полимерно-керамических чернил с применением LTCC- или HTCC-состава. Данное изобретение позволяет изготавливать путем 3D-печати по технологии DIW 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 чернила на основе полимерно-керамической композиции для 3D-печати многослойных плат по технологии DIW содержат смесь полимерного связующего варьируемого содержания и как минимум один разбавитель для снижения вязкости смеси. 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 чернил для 3D-печати осуществляется при следующем соотношении указанных ингредиентов, мас.ч.:

Полимерное связующее 15-30 Керамический наполнитель 70-85

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 марки DISPERBYK-111 на основе фосфат-полиэфира в смеси алюмооксидной керамики в количестве 1-5 мас.ч. от общего объема керамического наполнителя.

Предложенное в настоящем изобретении полимерное связующее состоит из смеси полимера с разбавителем в качестве регулятора вязкости, содержание которого может варьироваться для обеспечения протекания чернил через сопло 3D-принтера.

Основным компонентом полимерной смеси может являться полиэтиленгликоль (ПЭГ) в количестве 70-90 мас.ч. от общего объема связующего.

Основным компонентом полимерной смеси также может выступать поливинилацетат (ПВА) в количестве 70-90 мас.ч. от общего объема связующего.

В одном из предпочтительных вариантов, где основным компонентом полимерной смеси является полиэтиленгликоль (ПЭГ), в качестве разбавителя, выполняющего роль регулятора вязкости, может использоваться изопропиловый спирт (ИПС) в количестве 10-30 мас.ч. от общего объема связующего.

В одном из предпочтительных вариантов, где основным компонентом полимерной смеси является поливинилацетат (ПВА), в качестве разбавителя, выполняющего роль регулятора вязкости, может использоваться ацетон в количестве 10-30 мас.ч. от общего объема связующего.

Технология изготовления предложенных полимерно-керамических чернил на основе полимерного связующего и наполнителя из керамики совместного обжига для 3D-печати многослойных печатных плат по технологии DIW не требует использования специфического технологического оборудования и включает в себя процессы, общепринятые при производстве композиционных материалов.

Реализация предложенных чернил для 3D-печати многослойных печатных плат по технологии DIW 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 DISPERBYK-111. 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 полиэтиленгликоля (ПЭГ) в количестве 70-90 мас.ч. от общего объема связующего и изопропилового спирта (ИПС) в количестве 10-30 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. Полученные чернила возможно применять в процессе 3D-печати при помощи принтера, работающего по технологии DIW.

Пример 2. Изготовили порошковую смесь, содержащую 95-99 мас.ч. низкотемпературной керамики совместного обжига (LTCC-состава и 1-5 мас.ч. диспергирующего агента марки DISPERBYK-111. 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 полиэтиленгликоля (ПЭГ) в количестве 70-90 мас.ч. от общего объема связующего и изопропилового спирта (ИПС) в количестве 10-30 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. Полученные чернила возможно применять в процессе 3D-печати при помощи принтера, работающего по технологии DIW.

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 поливинилацетата (ПВА) в количестве 70-90 мас.ч. от общего объема связующего и ацетона в количестве 10-30 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. Полученные чернила возможно применять в процессе 3D-печати при помощи принтера, работающего по технологии DIW.

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 поливинилацетата (ПВА) в количестве 70-90 мас.ч. от общего объема связующего и ацетона в количестве 10-30 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. Полученные чернила возможно применять в процессе 3D-печати при помощи принтера, работающего по технологии DIW.

Экспериментальные исследования предложенных в настоящем изобретении чернил на основе полимерного связующего и LTCC- или HTCC-составов для 3D-печати многослойных печатных плат по технологии DIW показали их высокую эффективность.

Полимерно-керамические чернила, 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, обеспечили повышение эффективности и экономичности производственного процесса, обеспечили сохранение свойств керамики, что позволило придать изделию высокое изоляционное сопротивление, диэлектрическую прочность, высокую надежность и способность выдерживать нагрузки в СВЧ-диапазоне при низких диэлектрических потерях.

Экспериментальные исследования предложенных в настоящем изобретении чернил на основе полимерного связующего и LTCC- или HTCC-составов показали возможность их применения для 3D-печати многослойных печатных плат по технологии DIW.

Полимерно-керамические чернила, 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-керамическим чернилам для производства многослойных печатных плат. Чернила на основе полимерно-керамической композиции для 3D-печати многослойных печатных плат по технологии DIW содержат керамический наполнитель и полимерное связующее. Полимерное связующее содержит полиэтиленгликоль или поливинилацетат и разбавитель. Керамический наполнитель включает низкотемпературную (LTCC) или высокотемпературную (HTCC) керамику совместного обжига и диспергирующий агента. Изобретение позволяет увеличить изоляционное сопротивление, диэлектрическую прочность, надежность и способность выдерживать нагрузки в СВЧ-диапазоне при низких диэлектрических потерях изделий, полученных из предложенных полимерно-керамических чернил. 4 пр.

Чернила на основе полимерно-керамической композиции для 3D-печати многослойных печатных плат по технологии DIW, содержащие состав низкотемпературной керамики совместного обжига (LTCC) или высокотемпературной керамики совместного обжига (HTCC) как основной компонент и полимерное связующее при следующем соотношении ингредиентов, мас.ч.:

полимерное связующее 15-30;

керамический наполнитель 70-85;

при этом полимерное связующее содержит полиэтиленгликоль или поливинилацетат в количестве 70-90 мас.ч. и разбавитель в количестве 10-30 мас.ч. от общего объема связующего, а керамический наполнитель включает 95-99 мас.ч. LTCC- или HTCC-состава и 1-5 мас.ч. диспергирующего агента от общего объема керамического наполнителя.