CN103152981B - 一种厚膜电路板及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种厚膜电路板及其制作方法。本发明厚膜电路板包括PCB基板，PCB基板上设有正面焊盘、过孔和背面焊盘以及正面绝缘层，且正面焊盘的下端位于正面绝缘层内，PCB基板的正面还设有正面导体线路层，正面导体线路层包括第一支线路层和第二支线路层以及第三支线路层，所述正面导体线路层为厚度在10um以下的导电层；第一支线路层的中部和第二支线路层的中部分别设置有对称的第一电阻层和第二电阻层。本发明制作方法通过厚膜技术和打孔在PCB基板上形成正面焊盘、背面焊盘、正面绝缘层、过孔、正面电阻层、跨接导体本发明的正面导体线层厚度薄且与电阻层落差低，使用寿命长；设置有断开点，可以提高电阻层性能。

Description

一种厚膜电路板及其制作方法

技术领域

本发明涉及厚膜电路板技术领域，尤其涉及一种用于电动助力转向扭矩传感器的厚膜电路板及其制作方法。

背景技术

电动助力转向系统(Electric Power Steering，缩写EPS)是一种直接依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统，与传统的液压助力转向系统HPS(Hydraulic Power Steering)相比，EPS系统具有能耗低、安装方便、效率高、路感好、回正性能好、结构紧凑、质量轻、易于维护保养等优点。符合国家新能源汽车、节能汽车的产业布局，顺应当前低碳经济的发展潮流，代表汽车转向系统的发展方向。

如图1所示，EPS主要由扭矩传感器3、车速传感器6、电动机7、减速机构4和电子控制单元(ECU)8等组成。其中扭矩传感器3目前主要有四种类型：电位器式扭矩传感器、磁电感应式扭矩传感器、霍尔式扭矩传感器、编码器式扭矩传感器。与另外三种扭矩传感器相比，电位器式扭矩传感器由于其输出信号对称性好、在恶劣环境下工作寿命长、输出线性度好、抗电磁干扰性能好、制作工艺简单、成本低等优点，是目前EPS扭矩传感器的主流。其工作原理是：当驾驭员转动转向盘1时，扭矩被传递到扭力杆，输入轴2相对于输出轴5方向出现偏差。该偏差使得扭矩传感器3的电刷触点开始转点。这些轴方向的移动便转化为电位计的杠杆旋转角度，滑动触点在电阻线上的移动使电位计的电阻值随之变化，电阻的变化通过电位计转化为电压。这样扭矩信号就转化为了电压信号。该电压信号传给ECU7，ECU7根据车速传感器和扭矩传感器3的信号决定电动机的旋转方向和助力电流的大小，从而实现实时控制助力转向。它可实现电动机在不同车速时提供不同的助力效果，保证汽车低速行驶时轻便灵活、高速行驶时稳定可靠。

电位器式扭矩传感器的核心部件是作为信号采集用的厚膜电路板。该部件是在三氧化二铝陶瓷基板或FR4等PCB板上，通过厚膜混合集成电路的丝网印刷、红外低温固化等生产工艺技术，在基板表面形成具好表面接触电阻、高耐磨寿命的电路图形。作为电位器式扭矩传感器中的核心元器件，厚膜电路板性能的好坏直接决定着EPS的性能优劣。

目前市场上已有多种厚膜电路板应用于扭矩传感器，这些厚膜电路板的的结构如图2所示，它包括：基板100，电阻体101，正面导体线路102，背面焊盘层103，正面绝缘保护层104。

上述厚膜电路板的制造方法包括如下步骤：

1.PCB板线路制作。使用PCB板制作工艺，在FR4等基板100上，制作正面导体线路层102。导体线路层的按其制作要求，金属材料从里到外分别：铜、镍、金。其中，铜导体线路层是先将铜箔粘结在基板上，再通过掩膜、黄光微影、蚀刻等半导体制程，形成线路层，再通过化学电镀方法，在铜线路层上先后镀上镍、金。

2.使用同样的方法，制作过孔和背面焊盘层。

3.在上述步骤1获得的正面线路层的上，通过丝网印刷工艺，制作正面绝缘保护层104。

4.在上述步骤1获得的正面线路层的上，通过丝网印刷工艺，制作碳电阻体101。

上述设计图形及制作方法制造的厚膜电路板，存在以下问题：

1.正面导体线路102是使用铜箔粘制、黄光微影及电镀处理的方法获得，造成线路层的厚度较高，一般都在25um至50um。这样，当印刷碳电阻体后，电阻体与正面导体线路层在搭接处，厚度落差较高。当产品在后期使用时，电刷在碳电阻体上滑动时，在电阻体与正面导体线路层搭接处，容易造成碳电阻膜磨损脱落。大大缩短产品的使用寿命。

2.扭矩传感器要求两组电阻体的电阻值必须具备良好的一致性（或称匹配性），才能保证扭矩传感器两组输出电压的一致性。但该正面导体线路是将两个电阻体构成并联状态，无法单独检测单个电阻的电阻值及其精度，故无法保证厚膜电路板的两组电阻体的电阻值的匹配精度，从而造成扭矩传感器的输出电压精度不良。

3.由于碳电阻材料的特性，在印刷固化后，其膜层形成表层疏松、内层致密的结构状态。当电刷在碳电阻膜层上滑动时，表层疏松的碳电阻层容易被电刷刮出粉末，该粉末长期积累到一定程度，会造成电刷与碳电阻之间接触不良，从而影响到扭矩传感器的使用寿命。

上述设计图形及制作工艺获得的厚膜电路板，其扭矩传感器的工作寿命短、电压输出对称性差、输出电压的线性度不高，影响到EPS系统的性能。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种厚膜电路板，该厚膜电路板解决了使用寿命短、输出电压一致性差以及输出电压线性度差的问题，达到使用寿命长、输出电压性能好的效果。

本发明还提供一种应用于上述厚膜电路板的制作方法，该制作方法简单，使得导体线路层和碳电阻层落差小，提高了产品的耐磨性，并延长了使用寿命。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种厚膜电路板，包括PCB基板，所述PCB基板上设有正面焊盘、过孔和背面焊盘，所述PCB基板的正面的下端设有正面绝缘层，且正面焊盘的下端位于正面绝缘层内，所述PCB基板的正面还设有与正面焊盘的上端连接的正面导体线路层，所述正面导体线路层包括第一支线路层和第二支线路层、以及第三支线路层，第三支线路层分别与第一支线路层和第二支线路层连接，所述正面导体线路层为含银导体浆料印刷在PCB基板上且厚度为10um以下的导电层；所述第一支线路层的中部和第二支线路层的中部分别设置有对称的第一电阻层和第二电阻层。

进一步地，所述第三支线路层与第一支线路层和第二支线路层的连接处分别为第一连接点和第二连接点；第三支线路层在第一连接点和第二连接点之间设有断开点，所述断开点设有跨接导体。

进一步地，所述过孔的内壁设置有导电层，过孔的导电层将正面焊盘和背面焊盘连接。

一种厚膜电路板的制作方法，包括以下步骤：

步骤1、            在PCB基板上依次形成过孔、正面焊盘、背面焊盘、正面绝缘层；

其中，过孔的侧面设置有导电层，正面焊盘、过孔的导电层、背面焊盘从内至外依次均成型有铜层、镍层、金层材料；正面绝缘层的材料成分为UV绿油；

步骤2、            运用厚膜丝网印刷的成膜技术，将树脂系固化型银导体浆料印制在PCB基板上并形成正面导体线路层；正面导体线路层与正面焊盘的上端连接，正面导体线路层包括第一支线路层、第二支线路层以及第三支线路层；同时正面导体线路层上设置断开点；其中正面导体线路层的材料成分按质量百分比为:55～85%的银粉、10～20%的酚醛树脂、5～15%的有机溶剂、余量为羧基或/和酚羟基的活性化合物添加剂。

步骤3、            运用厚膜丝网印刷的成膜技术，将树脂系固化型碳电阻浆料印刷在PCB基板上形成正面电阻层，正面电阻层包括第一电阻层和第二电阻层；第一电阻层和第二电阻层对称设置。其中，正面电阻层的树脂系固化型碳电阻浆料，其材料成分比例，按质量百分比为:碳黑2～15%、石墨1～5%、银粉0.2～5%、氧化铝15～25%、酚醛树脂20～35%、氢化蓖麻油0.5～2%、松油醇10～20%。

步骤4、            将PCB基板放入150~250℃的固化炉中，正面导体线路层和正面电阻层进行固化，固化时间为20~60分钟，以达到形成性能稳定的导体功能层和电阻功能层。

步骤5、            运用厚膜丝网印刷的成膜技术，将树脂体系固化型银/碳导体浆料覆盖在断开点处，形成跨接导体层，并将正面导体线路层连接为一体；

步骤6、            再将PCB基板放入150~250℃的固化炉中，跨接导体层进行固化，固化时间为20~60分钟，以达到形成性能稳定的跨接导体。

其中PCB基板上的过孔、正面焊盘、背面焊盘、正面绝缘层通过传统工艺钻孔、化学沉铜、黄光微影成像、蚀刻、电镀等生产工艺制作。

进一步地，在步骤4和步骤5之间还有步骤4.1：

步骤4.1、对正面电阻层的第一电阻层和第二电阻层进行检测，如果合格则进入到步骤5。

更进一步地，所述步骤1在实施时，单个PCB基板为PCB板的一部分，在步骤6后，对PCB板进行切割分成多个单个PCB基板。

再进一步地，所述步骤6后，还有步骤7：

步骤7：对正面电阻层进行抛光，除去正面电阻层表面的疏松结构层。

本发明取得的有益效果：

1.正面导体线路使用银导体浆料印刷，印刷厚度可控制10um以内。解决了碳电阻层与导体线路层搭接处的落差大问题，从而大幅度提升产品耐磨寿命。

2.正面导体线路设计有断开点，将两个碳电阻体（正面电阻层）的并联回路打开，保证碳电阻体（正面电阻层）的电阻值可以监测和控制，保证两个电阻层的阻值的对称精度，从而大幅度提升产品输出电压的对称性和线性度。

3．正面导体线路的断开点通过正面跨接导体连接。该跨接导体使用银、碳、酚醛树脂材料生产，既能解决跨接处的线路电阻的低电阻值要求，又能解决导体氧化问题。

4.通过表面抛光处理技术对碳电阻体（正面电阻层）进行表面抛光处理，将碳电阻体表面膜层的疏松结构去除掉，从而大幅度提升产品的耐磨工作寿命。

附图说明

图1为现有技术中EPS工作的原理结构示意图。

图2为现有技术的厚膜电路板的结构示意图。

图3为本发明的结构示意图。

图4为本发明的步骤1的结构示意图。

图5为本发明的步骤2的结构示意图。

图6为本发明的步骤3的结构示意图。

图7为本发明的步骤4的结构示意图。

附图标记为：

1——方向盘                        2——输出轴                            3——扭矩传感器

4——减速机构                    5——输出轴                            6——车速传感器

7——电动机                        100——基板                            101——电阻体

102——正面导体线路层    103——背面焊盘层                104——正面绝缘保护层

200——PCB基板                201——正面焊盘                    202——过孔

203——背面焊盘                204——正面绝缘层                205——导体线路层

206——正面电阻层            207——跨接导体                    21——第一电阻层

22——第二电阻层              23——第一支线路层              24——第二支线路层

25——第三支线路层          20——PCB板                         208——印刷定位点

209——断开点。

具体实施方式

下面结合附图3至图7，以及具体实施方式对本发明做进一步地说明。

实施例1： 参见图3。

一种厚膜电路板，包括PCB基板200，所述PCB基板200上设有正面焊盘201、过孔202和背面焊盘203，所述PCB基板200的正面的下端设有正面绝缘层204，且正面焊盘201的下端位于正面绝缘层204内，所述PCB基板200的正面还设有与正面焊盘201的上端连接的正面导体线路层205，所述正面导体线路层205包括第一支线路层23和第二支线路层24、以及第三支线路层25，第三支线路层25分别与第一支线路层23和第二支线路层24连接，所述正面导体线路层205为含银导体浆料印刷在PCB基板200上且厚度为10um以下的导电层；所述第一支线路层23的中部和第二支线路层24的中部分别设置有对称的第一电阻层21和第二电阻层22。在具体实施时，先在第一支线路层23的中部和第二支线路层24的中部分别设置有用于印刷第一电阻层21和第二电阻层22的间隙。第一电阻层21和第二电阻层22通过印刷在间隙上的电阻层形成。

本发明的正面导体线路层205为由银导体浆料印刷而成，因此其印刷厚度可以控制在10um以下，使得正面导体线路层205的厚度较小，可以有效解决电阻层与正面导体线路层205搭接处的落差大的问题，从而大幅度提升产品耐磨寿命。本发明在实施时，第三支线路层25设置在PCB基板200的外围，第一支线路层23和第二支线路层24分别位于PCB基板200中部的两侧。

进一步地，所述第三支线路层25与第一支线路层23和第二支线路层24的连接处分别为第一连接点和第二连接点；第三支线路层25在第一连接点和第二连接点之间设有断开点209，所述断开点209设有跨接导体207。

以往在生产过程中，第三支线路层25在设计时是连续的，因此第一电阻层21和第二电阻层22在与第三支线路层连接后呈并联状态（即第一电阻层和第二电阻层并联连接），无法单独检测出单个的第一电阻层和第二电阻层的电阻值，也就是说，无法检测两侧电阻层的对称性，导致产品的两组电阻层的输出的对称性不良。而本发明在第三支线路层25上设置断开点209（第三支线路层分为两个部分，且第一电阻层和第二电阻层分别与第三支线路层的两个部分串联，而第一电阻层和第二电阻层处于断开状态），这样可以对设置的第一电阻层21和第二电阻层22进行监测和控制；在生产过程中就可以进行测试和控制，当测试到第一电阻层21和第二电阻层22的对外输出电压一致性较差时，可以对第一电阻层21或第二电阻层22进行修复，直到符合要求。当第一电阻层21和第二电阻层22对外输出电压一致性满足要求，再在断开点209上通过印刷方式设置跨接导体207，通过跨接导体207将第三支线路层25连接为一体；实施时，电刷、第一电阻层、第二电阻层与第三支线路层构成并联回路。

进一步地，所述过孔202的内壁设置有导电层，过孔202的导电层将正面焊盘201和背面焊盘203连接。

通过导电层将正面焊盘201和背面焊盘203电连接，容易实现。

实施例2：参见图3至图7。

一种厚膜电路板的制作方法，包括以下步骤：

步骤1   通过钻孔、化学沉铜、黄光微影成像、蚀刻、电镀等生产工艺，在PCB基

板200上依次形成过孔202、正面焊盘201、背面焊盘203、正面绝缘层204

其中，过孔202的内壁设置有导电层，该导电层将正面焊盘201和背面焊盘203连通起来。

过孔202的导电层、正面焊盘201、背面焊盘203从内至外依次均成型有铜层、镍层、金层材料；

在具体实施时，铜层是先将铜箔覆盖并粘接在基板上，再通过掩膜、黄光微影、蚀刻半导体制程形成铜层，接着通过化学电镀方法在铜层上先后镀上镍层和金层。

且正面绝缘层204的材料成分为UV绿油。

步骤2、              运用厚膜丝网印刷的成膜技术，将树脂系固化型银导体浆料印制在PCB基板200上并形成正面导体线路层205；正面导体线路层205与正面焊盘201的上端连接，正面导体线路层205包括第一支线路层23、第二支线路层24以及第三支线路层25；同时正面导体线路层205上形成断开点209；其中正面导体线路层205材料成分按质量百分比为:55～85%的银粉、10～20%的酚醛树脂、5～15%的有机溶剂、余量为羧基或/和酚羟基的活性化合物添加剂。且在第一支线路层23、第二支线路层24的中部分别留有用于印刷正面电阻层206的间隙。

步骤3、              运用厚膜丝网印刷的成膜技术，将树脂系固化型碳电阻浆料印刷在步骤2中PCB基板200上第一支线路层23、第二支线路层24的中部的间隙，形成正面电阻层206，正面电阻层206包括第一电阻层21和第二电阻层22；第一电阻层21和第二电阻层22对称设置。其中，正面电阻层206的材料成分为：碳、酚醛树脂。

步骤4、              将PCB基板200放入150~250℃的固化炉中，正面导体线路层205和正面电阻层206进行固化，固化时间为20~60分钟，以达到形成性能稳定的导体功能层和电阻功能层。

步骤5、              运用厚膜丝网印刷的成膜技术，将树脂体系固化型银/碳导体浆料覆盖在断开点209处，形成跨接导体207层，并将正面导体线路层205连接为一体；

步骤6、              再将PCB基板200放入150~250℃的固化炉中，跨接导体207层进行固化，固化时间为20~60分钟，以达到形成性能稳定的跨接导体207。

进一步地，在步骤4和步骤5之间还有步骤4.1：

步骤4.1、对正面电阻层206的第一电阻层21和第二电阻层22进行检测，如果合格则进入到步骤5。

在进行检测时，主要针对第一电阻层21和第二电阻层22的电阻值匹配性以及输出电压的一致性、线性变化进行检测。提高产品的质量。

更进一步地，所述步骤1在实施时，单个PCB基板200为PCB板20的一部分，在步骤6后，对PCB板20进行切割分成多个单个PCB基板200。如图4至图7所示，为方便在PCB板20上印刷，PCB板20上设置有印刷定位点208。

再进一步地，所述步骤6后，还有步骤7：

步骤7：对正面电阻层206进行抛光，除去正面电阻层206表面的疏松结构层。

进行抛光时，可以采用无尘布沾上表面抛光膏在正面电阻层206的表面进行擦拭，或将产品固定在可旋转的工装夹具上，利用工装夹具的旋转来代替人工的擦拭。

以上仅是本申请的较佳实施例，在此基础上的等同技术方案仍落入申请保护范围。

Claims (4)

1.一种厚膜电路板，其特征在于：包括PCB基板，所述PCB基板上设有正面焊盘、过孔和背面焊盘，所述PCB基板的正面的下端设有正面绝缘层，且正面焊盘的下端位于正面绝缘层内，所述PCB基板的正面还设有与正面焊盘的上端连接的正面导体线路层，所述正面导体线路层包括第一支线路层和第二支线路层、以及第三支线路层，第三支线路层分别与第一支线路层和第二支线路层连接，所述正面导体线路层为含银导体浆料印刷在PCB基板上且厚度为10um以下的导电层；所述第一支线路层的中部和第二支线路层的中部分别设置有对称的第一电阻层和第二电阻层；

所述第三支线路层与第一支线路层和第二支线路层的连接处分别为第一连接点和第二连接点；第三支线路层在第一连接点和第二连接点之间设有断开点，所述断开点设有跨接导体；

所述过孔的内壁设置有导电层，过孔的导电层将正面焊盘和背面焊盘连接。

2.一种厚膜电路板的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：在PCB基板上依次形成过孔、正面焊盘、背面焊盘、正面绝缘层；其中，过孔的侧面设置有导电层，正面焊盘、过孔的导电层、背面焊盘从内至外依次均成型有铜层、镍层、金层材料；步骤2：运用厚膜丝网印刷的成膜技术，将树脂系固化型银导体浆料印制在PCB基板上并形成正面导体线路层；正面导体线路层与正面焊盘的上端连接，正面导体线路层包括第一支线路层、第二支线路层以及第三支线路层；同时正面导体线路层上设有断开点；其中正面导体线路层的材料成分按质量百分比为:55～85%的银粉、10～20%的酚醛树脂、5～15%的有机溶剂、余量为羧基或/和酚羟基的活性化合物添加剂；步骤3：运用厚膜丝网印刷的成膜技术，将树脂系固化型碳电阻浆料印刷在PCB基板上，形成正面电阻层，正面电阻层包括第一电阻层和第二电阻层；步骤4：将步骤3的PCB基板放入150~250℃的固化炉中，正面导体线路层和正面电阻层进行固化，固化时间为20~60分钟；步骤5：运用厚膜丝网印刷的成膜技术，将树脂体系固化型银/碳导体浆料覆盖在断开点处，形成跨接导体层，并将正面导体线路层连接为一体；步骤6：再将步骤5的PCB基板放入150~250℃的固化炉中，跨接导体层进行固化，固化时间为20~60分钟，以达到形成性能稳定的跨接导体。

3.根据权利要求2所述的一种厚膜电路板的制作方法，其特征在于：在步骤4和步骤5之间还有步骤4.1：步骤4.1：对正面电阻层的第一电阻层和第二电阻层进行检测，如果合格则进入到步骤5。

4.根据权利要求2或3所述的一种厚膜电路板的制作方法，其特征在于：所述步骤6后，还有步骤7：步骤7：对正面电阻层进行抛光，除去正面电阻层表面的疏松结构层。