CN102763493B - 具有施加了可焊接材料层的铝走线的印制电路板 - Google Patents

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Abstract

提供了一种生产印制电路板的方法。该方法包括提供具有施加于基板的铝材料层的绝缘基板的步骤。铝材料层的一部分被去掉用来定义电路走线。导电材料层被施加于铝材料层。

Description

具有施加了可焊接材料层的铝走线的印制电路板
技术领域
本发明大体涉及印制电路板，例如其可用于汽车的电气接线盒中。特别地，本发明涉及一种具有施加了可焊接材料层的铝走线的印制电路板，并且涉及一种生产该印制电路板的方法。
发明背景
在汽车内电气接线盒被用来通过一系列的电连接器将插入式元件连接到线束。电连接器被安装在位于接线盒内部的印制电路板上。典型的印制电路板包括绝缘基板，如介电层压板(adielectriclaminarboard)，其提供相应的孔用以将电连接器固定到电路板上。印制电路板还包括b在电路板表面用来将电路板上的电连接器与电连接器连接或者与其它元件连接的电路走线。电连接器被焊接到电路走线上用以提供安全的电连接。
已知的电路走线一般是由铜或铜合金制成的。与其它金属相比，铜提供了较好的电气性能，而且使其它元件能够容易焊接。然而，铜能够增加接线盒的成本和重量。因此，用铝或铝合金制作电路走线也是已知的。与铜相比，铝提供类似的电气性能而且比较轻。然而，施加可焊接的连接到铝的表面可能是困难的。
虽然已知的印制电路板以可接受的方式发挥其功能，但是提供一种具有施加了可焊接材料层的铝走线的印制电路板以及生产该印制电路板的方法是令人期待的。
发明概述
本发明涉及一种生产印制电路板的方法。所述方法包括提供具有施加于基板的铝材料层的绝缘基板的步骤。所述铝材料层的一部分被去掉用以定义电路走线。第一可焊接材料层被应用于所述铝材料层。
所述工艺还可包括在施加所述第一可焊接材料层之前将阻焊掩膜施加到所述铝材料层上的步骤。
所述工艺还可包括在施加所述第一可焊接材料层之前清洁所述铝材料层的表面以去掉污物的步骤。
所述工艺还可包括在施加所述第一可焊接材料层之前使用蚀刻工艺活化所述铝材料层的表面的步骤。
所述工艺还可包括在施加所述第一可焊接材料层之前使用碱性溶液处理所述铝材料层的表面的步骤。
其中，所述铝材料层的表面可使用锌酸盐工艺处理。
所述工艺还可包括以下步骤：在施加所述第一可焊接材料层之前清洁铝材料层的表面以去除污物；在施加所述第一可焊接材料层之前使用蚀刻工艺活化所述铝材料层的表面；以及在施加所述第一可焊接材料层之前使用碱性溶液处理所述铝材料层的表面。
其中，所述第一可焊接材料层可被使用化学镀工艺施加到所述铝材料层。
其中，所述第一可焊接材料层可被使用化学镀镍(EN)工艺施加到所述铝材料层。
所述工艺还可包括将导电表面层施加到所述第一可焊接材料层的步骤。
所述工艺还可包括使用以下工艺之一将导电表面层施加到所述第一可焊接材料层的步骤：化学镀镍浸金(ENIG)；化学浸锡(Im-Sn)；化学浸银(Im-Ag)；化学镀镍钯(ENEP)；以及有机表面保护(OSP)。
所述工艺还可包括使用化学镀镍浸金(ENIG)工艺将导电表面层施加到所述第一可焊接材料层的步骤。
所述工艺还可包括使用化学浸锡(Im-Sn)工艺将导电表面层施加到所述第一可焊接材料层的步骤。
所述工艺还可包括使用化学浸银(Im-Ag)工艺将导电表面层施加到所述第一可焊接材料层的步骤。
所述工艺还可包括使用化学镀镍钯(ENEP)工艺将导电表面层施加到所述第一可焊接材料层的步骤。
所述工艺还可包括使用有机表面保护(OSP)工艺将导电表面层施加到所述第一可焊接材料层的步骤。
本发明还涉及一种生产印制电路板的方法，所述方法包括以下步骤：
提供其上布置有铝包层的绝缘基板；
去掉所述铝包层的一部分以定义电路走线；
使用化学镀镍(EN)工艺将第一可焊接材料层施加到所述铝包层；以及
将导电表面层施加到所述第一可焊接材料层。
所述工艺还可包括以下步骤：施加所述第一可焊接材料层之前清洁所述铝包层的表面以去除污物；施加所述第一可焊接材料层之前使用蚀刻工艺活化所述铝包层的表面；以及施加所述第一可焊接材料层之前使用碱性溶液处理所述铝包层的表面。
所述工艺还可包括使用以下工艺之一将所述导电表面层施加到所述第一可焊接材料层的步骤：化学镀镍浸金(ENIG)；化学浸锡(Im-Sn)；化学浸银(Im-Ag)；化学镀镍钯(ENEP)；以及有机表面保护(OSP)。
当根据附图理解时，从优选实施方式的如下详述中，对于本领域技术人员本发明的各个方面将变得明显。
附图简述
图1示出根据本发明的印制电路板组件的透视图
图2示出在根据本发明的任何程序在其上执行之前的初始条件下的电路板的横截面视图。
图3示出在图2所示的电路板上执行耐腐蚀掩膜工艺之后的该电路板的横截面视图。
图4示出在图3所示的电路板上执行蚀刻工艺之后的该电路板的横截面视图。
图5示出在图4所示的电路板上执行隙填充工艺之后的该电路板的横截面视图。
图6示出在图5所示的电路板上执行焊料掩膜工艺之后的该电路板的横截面视图。
图7示出在图6所示的电路板上形成孔之后的该电路板的横截面视图。
图8示出在图7所示的电路板上执行电镀工艺之后的该电路板的横截面视图。
优选实施方式详述
现参照附图，根据本发明，印制电路板组件在图1中示出，其总体用10标示。印制电路板组件10可用在各种电子设备中来连接和安装各种电气元件。例如，印制电路板组件10可以并入电气接线盒(未示出)用于汽车的电源应用(powerapplications)。电气接线盒适合于通过一系列电连接器将插入式元件连接到线束。电连接器被安装到印制电路板组件10上且可体现为管脚12、闸刀14、或任何其它适合于提供电连接的结构。如所示，通过电路走线30，各种电连接器可以相互电连接或者与其它元件电连接。可以连接到印制电路板组件10的其它未示出的元件可包括但不限于继电器、保险丝端子、晶体管和任何通孔技术(THT)元件或表面贴装器件(SMD)。虽然本发明将在印制电路板用于汽车接线盒的背景下进行描述和说明，但是应了解，本发明可用在任何所需的环境和用于任何所需的目的。
图2至图8示出一种用于根据本发明生产如图1示出的印制电路板组件10的方法。因此，应了解，本发明提供一种改进的印制电路板和一种生产该印制电路板的方法。
现参照图2，其示出在其上执行任何程序之前的电路板10’。示出的电路板10’最初可以是一种包括绝缘基板20的金属包层结构。绝缘基板20，在很大程度上是传统技术并可体现为电绝缘的层压板。例如，绝缘基板20，可由任何用于此类应用的介电材料形成，包括通常被称为FR2(阻燃剂2)、FR3、FR4、CEM1、CEM2、CEM3的那些材料及类似物。该绝缘基板定义了第一表面20A和对立面的第二表面20B。应了解，绝缘基板20不限于此处描述和说明的实施方式，而是可以定义任何适合所需应用的结构。
示出的电路板10’包括为了定义电路走线随后形成的第一复合材料层30和第二复合材料层32，如下将说明。第一层30排列在绝缘基板20的第一表面20A上，第二层32排列在绝缘基板20的第二表面20B上。可选择地，如果需要的话，可以只在单一表面提供单层复合材料并根据本发明进行处理。如所示，第一层30定义了外表面30A和第二层32定义了外表面32A.。外表面30A、32A一般是与电路板对应的平表面，但是如果需要也可以定义任何非平面的特征。在汽车中使用的并入电气接线盒中的电路板通常具有超过200微米的厚度，例如大约400微米，然而本发明可应用于具有小于200微米或大于400微米厚度的电路板。
第一层30和第二层32可以以任何方法固定在绝缘基板20上，包括但不限于使用层压工艺或粘合剂。例如，基板20及第一层30和第二层32的布置可以加热和加压以形成层状结构。加热可导致基板20软化或融化，从而提供其与第一层30和第二层32的合适的结合力。
第一层30和第二层32由与例如铜相比相对较轻的导电材料做成。在一个实施方式中，第一层30和第二层32由铝或铝合金材料制成。虽然第一层30和第二层32在下文中将被描述为由铝制成，但是，应理解该复合层可以由任何较轻的而且适合于在汽车接线盒或者任何其它所需的应用中使用的导电材料制成。
现参照图3，其示出施加耐腐蚀掩膜之后的电路板10’。如下文进一步说明，第一层30和第二层32被使用蚀刻工艺进行化学研磨以在各自的层形成所需的电气路径或电路走线。在蚀刻工艺之前，有选择地将耐腐蚀掩膜或蚀刻掩膜40施加于第一层30的外表面30A。同样，第二蚀刻掩膜42可施加于第二层32的外表面32A。蚀刻掩膜40、42被配置以防止第一层30和第二层32的选定部分被腐蚀。因此，蚀刻掩膜40、42可以是任何被配置以抗腐蚀的材料。例如，蚀刻掩膜40、42可以是二氧化硅、氮化硅或光阻材料。在其它实施方式中，作为选择，电路走线可以使用不需要蚀刻掩膜40、42的蚀刻工艺形成。
如上简述，为了定义所需的电路走线，蚀刻掩膜40、42有选择地施加于部分的外表面30A、32A。蚀刻掩膜40、42可使用各种技术施加于外表面30A、32A，这些技术在很大程度上依赖于选定的蚀刻工艺和/或蚀刻溶液。例如，蚀刻掩膜40、42可使用传统的像丝印这样的印刷技术、像光刻法这样的光刻技术或者任何其它适合所需应用的技术施加于外表面30A、32A。
第一层30和第二层32可使用任何合适的蚀刻工艺被蚀刻。例如，在湿蚀刻工艺中，可将所示电路板10’浸入蚀刻溶液(即腐蚀剂)并搅动指定时间。腐蚀剂被配置以溶解第一层30和第二层32的未被遮住的部分，从而暴露出绝缘基板20。例如，腐蚀剂可以是氢氧化钾、三氯化铁、盐酸、乙烯二胺和邻苯二酚的水溶液或任何其它溶液。应了解，铝层压板的蚀刻工艺可通过定义各种参数来精确地控制，所述参数包括但不限于蚀刻溶液和浓度、浸泡时间、蚀刻掩膜的成分和厚度，等等。作为选择，第一层30和第二层32可使用像等离子刻蚀这样的干蚀刻工艺被蚀刻。
现参照图4，其示出如上所述的蚀刻工艺之后的电路板10’。如所示，蚀刻工艺从绝缘基板20去掉了第一层30和第二层32的未被遮住的部分(即暴露部分)。因此，剩余在绝缘基板20上的第一层30和第二层32的部分(即被遮住的部分)定义所需的电路走线。在示出的实施方式中，第一层30定义第一通道34，该通道把第一层30分成单独的走线以形成多个电路走线。同样，第二层32定义第二通道36，该通道把第二层32分成单独的走线以在电路板10’的背面形成另外的电路走线。随后，蚀刻掩膜40可从第一层30和第二层32剥离或去掉以暴露出外表面30A、32A，该步骤可以使用任何清洁工艺来完成。然后电路板10’可以被冲洗和经受电气检查以识别出缺陷板。
现参照图5，其示出隙填充工艺之后的电路板10’。该步骤中，第一和第二通道34、36(即蚀刻掉的部分)被填充以形成第一间隙填料50和第二间隙填料52。填充材料可以是非导电的绝缘材料，如丙烯酸树脂、环氧树脂或任何其它合适的材料。第一和第二间隙填料50、52被配置以提供沿外表面30A、32A的大体上齐平的表面和保护第一层30和第二层32的暴露的侧壁(如图4所示)。应了解，通道34、36可以使用与此处描述和示出的不同方法保护，或者，作为选择，电路板10’可以根本不包括间隙填料50、52。
填充材料可以任何合适的方式沉积到第一和第二通道34、36。例如，填充材料可以以液体形式被提供，所述液体施加于第一层30从而填充第一通道34。外表面30A可被擦拭干净以去除第一层30上的任何多余的填充材料。然后填充材料可以通过高温或紫外线辐射被固化来形成间隙填料50。可以重复该过程来形成第二层32的间隙填料52。另外，多余的填充材料可以在固化填充材料后通过研磨或抛光的步骤去掉。
现参照图6，其示出施加阻焊掩膜之后的电路板10’。如上简述，各种电气元件可被焊接到电路板10’。因此，第一阻焊掩膜60可以有选择地施加于第一层30的外表面30A。同样，第二阻焊掩膜62可以有选择地施加于第二层32的外表面32A。阻焊掩膜60、62在电路板10’上形成只暴露外表面30A、32A的小区域或衬垫的保护层。阻焊掩膜60、62可以是任何被配置用来遮盖电路走线部分的材料，虽然这不是必需的。
阻焊掩膜60、62可使用任何传统的印刷技术例如丝印技术有选择地施加于外表面30A、32A。然后阻焊掩膜60、62可以通过高温或紫外线辐射被固化。然而，应了解，如果需要的话，电路板10’可以不包括阻焊掩膜60、62。
其它合适的用于生产电路板10’的各个部分的制造过程的实例以及说明在Pitel的美国专利号为6969471的专利中被公开，该专利以引用方式并入本文。
现参照图7，其示出形成孔之后的电路板10’。如上简述，各种电连接器可以安装在电路板10’上。为完成上述安装，孔70被形成在电路板10’上用来单独接收所述各种电连接器。例如，孔70可贯穿第一层30、绝缘基板20以及第二层32被钻出或凿出。所需的电连接器(未示出)可被插入孔70，如此将第一层30和第二层32与该电连接器连接起来用以提供它们之间的电连接。因此，孔70可以定义一个横截面形状，其提供电连接器和第一层30以及第二层32之间的摩擦接合。或者，如果需要的话，可以只有第一层30和第二层32中的一层与电连接器接合。因此，孔70可使用任何通孔技术(THT)来安装电连接器，虽然这对本发明而言是不需要的。在其它实施方式中，所需的电连接器可以在制造过程中的任何步骤被强力穿透电路板10’。相应地，任何电连接器或元件可以连接到电路板10’，所述电连接器或元件包括但不限于管脚12(如图1所示)、开关闸刀14(也如图1所示)、保险丝端子以及任何通孔技术(THT)元件或类似元件。还应了解，孔70的内壁可使用涉及在孔70内化学导入(chemicalintroduction)铜的中间步骤进行电镀。该配置可电连接第一层30和第二层32，而不需要电连接器插入孔70。
现参照图8，其示出施加到各自的层的暴露的外表面30A、32A的可焊接材料层之后的电路板10’。在该过程之前，暴露的外表面30A、32A可以通过以下的表面处理过程被活化。首先，暴露的外表面30A、32A可使用化学除油过程被清洁。所述化学除油过程在很大程度上是传统技术，而且将氧化物、油脂和其它污染物从暴露的外表面30A、32A上去除。随后电路板10’可以使用蒸馏水或类似物被冲洗。其次，暴露的外表面30A、32A使用蚀刻工艺被活化。例如，为了使可焊接材料层具有适当的平板附着力，蚀刻工艺可使用被配置用来活化暴露的外表面30A、32A的弱酸性溶液，如下说明。再随后，电路板10’可使用蒸馏水或类似物冲洗。再次，暴露的外表面30A、32A为随后的电解镀或化学镀作准备。要完成该步骤，外表面30A、32A用一种特殊的汞合金碱性溶液(aspecialamalgamofanalkalinesolution)进行处理，以执行产生锌沉淀的酸过程。锌沉淀使得在电镀过程中可焊接层的附着力最大化。应了解，为获得暴露的外表面30A、32A所需的表面抛光，表面处理过程中的各种参数，比如蚀刻溶液和汞合金，可以改变用来实现选定的电镀工艺。
上述表面处理之后，第一可焊接材料层80可被镀到第一层30的暴露的外表面30A。同样，第二可焊接材料层82可被镀到第二层32的暴露的外表面32A。例如，可焊接层80、82可使用化学镀镍(EN)工艺形成。化学镀镍(EN)工艺使镍层分别沉积在第一层30和第二层32的暴露的外表面30A、32A上，从而形成可焊接层80、82。一旦外表面30A、32A使用化学镀镍(EN)工艺被镀，任何另外的表面可施加于可焊接层80、82。可使用任何电镀工艺将任何导电材料例如铜、镍、金、锡、钯和/或银施加于可焊接层80、82。例如，另外的表面镀程序包括但不限于化学镀镍浸金(ENIG)、化学浸锡(Im-Sn)、化学浸银(Im-Ag)、化学镀镍钯(ENEP)和有机表面保护(OSP)。因此，上述各种电气元件可通过例如传统的流焊工艺分别被焊接到第一可焊接层80和第二可焊接层82的外表面用以连接到电路板10’。虽然所述实施方式包括孔70，但是应了解此处所述的过程可在外表面30A、32A上执行，而不需要在其中形成孔70，比如使用表面贴装器件(SMD)。
本发明的原理和操作模式在其优选实施方式中作了解释和说明。然而，应当理解，在不偏离其实质或范围的条件下，本发明可以与所解释和说明的不同方式施行。

Claims (8)

1.一种生产印制电路板的方法，所述方法包括以下步骤：
提供其上布置有铝包层的绝缘印制电路板基板；
去掉所述铝包层的一部分以定义电路走线；
使用化学镀镍(EN)工艺将可焊接材料层施加到所述铝包层的至少一部分上且使所述可焊接材料层与所述铝包层的至少一部分电相连；以及
将导电材料层施加到所述可焊接材料层。
2.如权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
施加所述可焊接材料层之前清洁所述铝包层的表面以去除污物；
施加所述可焊接材料层之前使用蚀刻工艺活化所述铝包层的所述表面；以及
施加所述可焊接材料层之前使用碱性溶液处理所述铝包层的所述表面。
3.如权利要求1所述的方法，还包括使用以下工艺之一将所述导电材料层施加到所述可焊接材料层的步骤：
化学镀镍浸金(ENIG)；
化学浸锡(Im-Sn)；
化学浸银(Im-Ag)；
化学镀镍钯(ENEP)；以及
有机表面保护(OSP)。
4.一种生产印制电路板的方法，所述方法包括以下步骤：
提供绝缘印制电路板基板，所述绝缘印制电路板基板具有施加于所述绝缘印制电路板基板上的铝材料层；
去掉所述铝材料层的一部分以定义电路走线；
将可焊接材料层施加于所述铝材料层的至少一部分上且使所述可焊接材料层与所述铝材料层的至少一部分电相连；以及
使用电镀工艺将导电材料层施加到所述可焊接材料层。
5.如权利要求4所述的方法，其中使用以下工艺之一将所述导电材料层施加到所述可焊接材料层：
化学镀镍浸金(ENIG)；
化学浸锡(Im-Sn)；
化学浸银(Im-Ag)；
化学镀镍钯(ENEP)；以及
有机表面保护(OSP)。
6.如权利要求4所述的方法，其中使用化学镀镍浸金(ENIG)工艺来实施所述导电材料层施加到所述可焊接材料层的步骤。
7.一种生产印制电路板的方法，所述方法包括以下步骤：
提供绝缘印制电路板基板，所述绝缘印制电路板基板具有施加于所述绝缘印制电路板基板上的铝材料层；
去掉所述铝材料层的一部分以定义电路走线，其中通道被定义在所述电路走线的相邻部分之间；
将可焊接材料层施加于所述铝材料层的至少一部分上且使所述可焊接材料层与所述铝材料层的至少一部分电相连；以及
用非导电的填充材料填充所述通道的一部分。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述通道的具有设置在所述通道内的非导电的填充材料的所述部分包括一定量的非导电的填充材料，所述的一定量使得所述通道内的所述填充材料的外表面与所述电路走线的所述相邻部分的外表面齐平。
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