CN103997845A - 具有吸收瞬间高压电脉冲能量的功能电路板芯板及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有吸收瞬间高压电脉冲能量的功能电路板芯板及制造方法，该功能芯板包括绝缘层及绝缘层上下的金属基板组成的基本芯板，在基本芯板一面的金属基板上附着的一层电压变阻功能材料层，电压变阻功能材料层上布置满用于吸收瞬间高压电脉冲能量的间隔排列的金属小方块层。金属小方块层包括长宽各为0.8mm的金属小方块，多个金属小方块由横向间隔、竖向间隔分隔，相互绝缘排列成金属小方块阵列，横向间隔、竖向间隔为0.08mm。这些金属小方块形成电能量吸收阵列，有利于应用中构建瞬间电能量吸收网络。本发明的瞬间高压电脉冲能量吸收芯板适合设置在一切多层电路板中，使电路板上的元器件对瞬间高压电脉冲能量产生屏蔽效应。

Description

具有吸收瞬间高压电脉冲能量的功能电路板芯板及制造方法

技术领域

本发明涉及一种具有吸收瞬间高压电脉冲能量的功能电路板芯板及制造方法，属于电子制造技术领域，为电子电路保护和PCB板的制造提供一种全新的功能芯板材料。

背景技术

在电子设备的电路中，为防止瞬间高压电脉冲能量，如静电、浪涌及瞬变电势场感应能量的冲击，大都设置有这些瞬变能量的吸收电路，以免因这些瞬变能量击毁敏感电子元器件。目前这些吸收电路都是以分立元件如TVS管、陶瓷压敏电阻、高分子静电抑制器、电容器等设置在电路中来完成。由于这些分立器件设置在电路中会占用大量的PCB板面积，所以在电子设备的保护上只有在缩小设备体积和提高设备电路保护中进行平衡取舍。这也是当今电子设备的电子电路没有得到全方位的抗瞬间高压电脉冲冲击保护的原因。也因为从制造成本考虑，不可能对电路中的所有敏感器件的所有引脚全面提供保护。

中国专利ZL201220475284.6一种具有全方位抗静电功能的印刷电路板，采取表贴高分子复合纳米电压变阻软薄膜的方法，可以完全解决单层电路板或双面板及较低密度小规模布线设备的电子电路的抗瞬间高压电脉冲能量的冲击问题，但对大规模、高密度布线的电子电路及多层电路板，这种方案显然是力不从心的。

目前国外有一种方案：将瞬间脉冲能量吸收材料嵌入电路板夹层中，然后通过激光钻孔，使材料表面与被保护元件相连，这不失为一种较好的方案，但存在难以克服的缺陷：

1.将材料嵌入电路板使电路板分层的风险增加。

2.由于其材料厚度最大极限值限定为100um(超过将失去功能)。那么再精密的钻机也难以保证每一个钻孔(几个um之间)完全一致的精度，

一块电路板少则几十个，多则几百个需要保护的点，若有一个点(一个孔)的连接至材料的厚度有误，整块电路板就报废了。

3.这种方案中，孔的直径决定了与材料的接触面积，若要获得较大的电能量泄放电流，就必须使孔的面积足够大，孔一大也就会占用PCB板的面积，多层电路板一般用u孔(直径小于10um)进行串通连接，若这种电脉冲泄放点都以u孔与材料连接，这样形成的保护点只具备能量的泄放功能，但无泄放承载能力，任一点的能量稍有过载就会击穿这一泄放点。

4.高难度的加工精度必然带来过高的制造成本，不利于在所有电子设备中的推广应用。

目前PCB板生产中所用芯板均为双面金属板，使用中大都将其中一面用于接地，另一面作为电源供电极。

发明内容

本发明的目的是利用现有芯板的接地极，在该极表面设置功能材料，并在功能材料之上布置电脉冲吸收方块，提供一种具有吸收瞬间高压电脉冲能量的功能电路板芯板及制造方法，该芯板具有瞬间高压电脉冲能量的吸收功能。

本发明的技术方案：本发明的一种具有吸收瞬间高压电脉冲能量的功能电路板芯板包括绝缘层及绝缘层上下的金属基板组成的基本芯板，在组成的基本芯板一面金属基板上附着的一层电压变阻功能材料层，电压变阻功能材料层上布置满用于吸收瞬间高压电脉冲能量的间隔排列的金属小方块层。

所述的电压变阻功能材料层为高分子复合纳米电压变阻软薄膜。

所述的电压变阻功能材料层为高分子聚合物与导电粒子混溶所获得的材料。

所述的金属小方块层包括长宽各为0.8mm的金属小方块，多个金属小方块由横向间隔、竖向间隔分隔，相互绝缘排列成金属小方块阵列，横向间隔、竖向间隔为0.08mm。

一种制造所述功能电路板芯板的方法，步骤如下：

1)将基本芯板金属表面和一厚度为10um的金属箔以普通物理方式和化学方式进行去油污及分子活化处理；

2)将高分子复合纳米电压变阻软薄膜置于经去污的基本芯板的金属基板与一层厚度为10um的金属箔之间，然后将其一同置于压力热覆机中，热压后取出自然冷却，获得功能芯板基板；

3)将上述功能芯板基板上贴附在功能材料层上面的一层金属箔以普通刻蚀方式按等间距为0.08mm，长宽各为0.8mm的尺寸进行加工，使该金属箔面形成0.8mm×0.8mm等距排列的金属小方块阵列组合，获得瞬间高压电脉冲能量吸收芯板。

所述的步骤2)压力热覆机热压温度调至120℃，压力调至2㎏/cm²，热压一分钟，后取出自然冷却，获得功能芯板基板。

所述高分子复合纳米电压变阻软薄膜是按高分子基体材料重量100份、纳米导电填料重量份5.5份比例制作的高分子复合纳米电压变阻软薄膜，厚度为120um。

第二种制造所述电路板芯板的方法，步骤如下：

1)将基本芯板的金属表面和一厚度为10um的金属箔表面以普通物理去油污和化学分子活化处理；

2)将高分子材料环氧树脂或聚酰胺树脂、聚氨酯、聚醚等液态高分子聚合物按重量份100份、纳米导电填料按重量份5.5份加入到高速搅拌机中，搅拌机转速调至3000rpm,开机搅拌10min获得高分子复合纳米电压变阻材料浆料；高分子材料优选环氧树脂。

3)将步骤2)获得的高分子复合纳米电压变阻材料浆料以丝网印刷方式，在经过处理的基本芯板一面的金属表面印制2cm×2cm的方格以形成衬底方格，衬底方格的高度控制在0.1mm～0.12mm之间；

4)将步骤3)印制了衬底方格的基本芯板置于高温固化箱，温度调至120℃固化60min，取出平铺到涂覆机上，涂覆机涂覆厚度调至0.1mm～0.12mm，将步骤2)获得的高分子复合纳米电压变阻材料浆料涂覆到印制的方格中；

5)将10um的金属箔平铺粘贴到涂覆的高分子复合纳米电压变阻材料层表面，贴实压平，置高温固化箱，温度调至150℃，固化90min，获得功能芯板基板；

6)将上述功能芯板基板上贴附在高分子复合纳米变阻材料层面的金属箔以普通刻蚀方式按等间距为0.08mm，长宽各为0.8mm的尺寸进行加工，使该金属箔面形成0.8mm×0.8mm等距排列的金属小方块阵列组合，获得瞬间高压电脉冲能量吸收芯板。

所述的金属箔选铜箔。

本发明的优点及意义：

本发明采用中国专利ZL201210314982.2的高分子复合纳米电压变阻软薄膜为功能膜，以热塑、层压、刻蚀等现实成熟的工艺为实现手段，故技术的实现具有可靠保障。其优点在于：

1.由于高分子复合纳米电压变阻软薄膜所使用的导电粒子本身含有带反应基因的聚氨酯和环氧树脂，它与金属薄膜材料具有良好的亲合性，故这种薄膜与金属薄膜粘合形成的芯板具有极好的剥离强度(＞1.1N/mm)，用它与PCB板制造中的半固化片(通常称为P片)粘合，不存在分层的可能性。

2.由于这种芯板的一个金属面划分成了若干个0.8mm×0.8mm的小方块，在用它制造多层电路板时，只须将电路板表面或夹层中需要保护的附铜线通过办固化片(P片)的盲孔与芯板有金属方块面的任一点沟通，在PCB板镀铜工艺过程中，芯板上的金属小方块必有至少一个，最多四个与半固化片上的盲孔产生电连接。这样就使电路板上所有需要保护的点均不会缺失地获得可靠的保护。且实现起来也及其简单，普通电路板生产工艺均可做到。

3.对于较大的电流泄放点的保护，只需要在附铜线上间隔0.8mm设置多个盲孔，使该保护点与功能芯板上的多个金属小方块相连接，从而获得较大的放电功率。使用极为简单而灵活。

4.制造成本极低，有利于普及到所有电子设备的应用中。

5.全面实现电子电路的全方位保护功能。为电子设备的小型化，提高设备功能、增强设备可靠性提供了广阔的设计空间。

附图说明

图1是本发明的具有吸收瞬间高压电脉冲能量的功能电路板芯板立体结构示意图。

图2是金属小方块层示意图。

图3是本发明具有吸收瞬间高压电脉冲能量的功能电路板芯板侧视结构示意图。

具体实施方式

本发明以中国专利ZL201210314982.2的技术发明为基础技术支撑，以彻底解决电子设备的电子电路抗瞬间高压电脉冲能量冲击问题为目的。

图1、图3是本发明的具有吸收瞬间高压电脉冲能量的功能电路板芯板立体结构示意图。

本发明的具有吸收瞬间高压电脉冲能量的功能电路板芯板包括绝缘层2及绝缘层2上下的金属基板1组成的基本芯板，在基本芯板一面的金属基板1上附着的一层电压变阻功能材料层4，电压变阻功能材料层4上是布置满用于吸收瞬间高压电脉冲能量的金属小方块层3。

通常，绝缘层2厚h2为30um～300um，绝缘层上下的金属基板1厚h1＝7um～12um，电压变阻功能材料层4厚h4＝100um～120um，金属小方块层3厚h3＝10um。

所述的电压变阻功能材料为层4为高分子复合纳米电压变阻软薄膜。

所述的电压变阻功能材料层4为高分子聚合物与导电粒子混溶所获得的材料。

图2是金属小方块层示意图：所述的金属小方块层3包括长宽S各为0.8mm的金属小方块3a，多个金属小方块由横向间隔3b、竖向间隔3c分隔，相互绝缘排列成金属小方块阵列。横向间隔3b和竖向间隔3c宽L＝0.08mm。当这种脉冲能量吸收阵列布置到电路板线路中时，就会形成脉冲能量释放网络。从而为整块电路板造就一个对高压电脉冲具有屏蔽效应的环境。

第一种制造所述具有吸收瞬间高压电脉冲能量的电路板芯板的方法，步骤如下：

1)将基本芯板的金属表面和一厚度为10um的金属箔表面以普通物理方式和化学方式进行去油污及分子活化处理；

2)将高分子复合纳米电压变阻软薄膜置于经去污的基本芯板的金属基板1与厚度为10um的金属箔之间，然后将其一同置于压力热覆机中，热压后取出自然冷却，获得功能芯板基板；

3)将上述功能芯板基板上粘贴在功能材料表面的金属箔以普通刻蚀方式按等间距为0.08mm，长宽各为0.8mm的尺寸进行加工，使贴附在功能材料层上的金属箔面形成0.8mm×0.8mm等距排列的金属小方块阵列组合，获得瞬间高压电脉冲能量吸收芯板。

步骤2)压力热覆机热压温度调至120℃，压力调至2㎏/cm²，热压一分钟，后取出自然冷却，获得功能芯板基板。

所用高分子复合纳米电压变阻软薄膜是按高分子基体材料重量100份、纳米导电填料重量份5.5份比例制作的高分子复合纳米电压变阻软薄膜，厚度为120um。

第二种制造所述功能电路板芯板的方法，步骤如下：

1)将基本芯板的表面和10um的金属箔表面以普通物理去油污和化学分子活化处理；

2)将高分子材料环氧树脂或聚酰胺树脂、聚氨酯、聚醚等液态高分子聚合物按重量100份、纳米导电填料按重量5.5份加入到高速搅拌机中，搅拌机转速调至3000rpm,开机搅拌10min获得高分子复合纳米电压变阻材料浆料；

3)将步骤2)获得的高分子复合纳米电压变阻材料浆料以丝网印刷方式，在经过处理的基本芯板一面的金属基板1表面印制2cm×2cm的方格，以形成衬底方格，衬底方格的高度控制在0.1mm～0.12mm之间；

4)将步骤3)印制衬底方格的基本芯板置于高温固化箱，温度调至120℃固化60min，取出平铺到涂覆机上，涂覆机涂覆厚度调至0.1mm～0.12mm，将步骤2)获得高分子复合纳米电压变阻浆料涂覆到印制的方格中；

5)将10um的金属箔平铺粘贴到涂覆的高分子复合纳米电压变阻材料层表面，贴实压平，置于高温固化箱，温度调至150℃，固化90min，获得功能芯板基板；

6)将上述功能芯板基板上贴附在功能材料层面的金属箔以普通刻蚀方式按等间距为0.08mm，长宽各为0.8mm的尺寸进行加工，使该金属箔面形成0.8mm×0.8mm等距排列的金属小方块阵列组合，获得瞬间高压电脉冲能量吸收芯板。

所述的金属箔选铜箔。

本发明的核心是将高分子复合纳米电压变阻材料层与金属小方块阵列相结合，构成高压电脉冲能量吸收阵列。将这种阵列结构布置在电路板中，使电路板上需要抗瞬间高压电脉冲保护的元件的引线(附铜线)与阵列中的任一点金属小方块连接，或将电路板上的所有附铜线与阵列中的金属小方块对应连接一次(不需要重复连接)，就会在电路中的阻容元件自然配合下，构成瞬间电能量吸收网络，当电路中任意一点受到高压电脉冲冲击时，该点对应的金属小方块表面的电压变阻功能材料层就会立即(一般为1ns)从高阻态变为导电状态，将这一高电压电脉冲对地泄放掉。当这一能量释放后，功能材料即刻恢复为高阻态。使电路板上的敏感元器件对瞬间高压电脉冲能量产生屏蔽效应。因此，凡是采用高分子复合纳米电压变阻层上，利用金属小方块进行布阵组合，对瞬间高压电脉冲能量进行能量泄放的电路板制造方案，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有吸收瞬间高压电脉冲能量的功能电路板芯板，包括绝缘层(2)及绝缘层(2)上下的金属基板(1)组成的基本芯板，其特征在于：在基本芯板一面的金属基板(1)上附着的一层电压变阻功能材料层(4)，电压变阻功能材料层(4)上是布置满用于吸收瞬间高压电脉冲能量的金属小方块层(3)。

2.根据权利要求1所述的具有吸收瞬间高压电脉冲能量的功能电路板芯板，其特征在于：所述的电压变阻功能材料层(4)为高分子复合纳米电压变阻软薄膜。

3.根据权利要求1所述的具有吸收瞬间高压电脉冲能量的功能电路板芯板，其特征在于：所述的电压变阻功能材料层(4)为高分子聚合物与导电粒子混溶所获得的材料。

4.根据权利要求1或2或3所述的具有吸收瞬间高压电脉冲能量的功能电路板芯板，其特征在于：所述的金属小方块层(3)包括多个长宽各为0.8mm的金属小方块(3a)，多个金属小方块由横向间隔(3b)、竖向间隔(3c)分隔，相互绝缘排列成金属小方块阵列，横向间隔(3b)和竖向间隔(3c)为0.08mm。

5.一种制造权利要求1～4之具有吸收瞬间高压电脉冲能量的功能电路板芯板的方法，步骤如下：

1)将基本芯板的金属表面和一厚度为10um的金属箔表面以普通物理方式和化学方式进行去油污及分子活化处理；

2)将高分子复合纳米电压变阻软薄膜置于经去污的基本芯板的金属基板1与厚度为10um的一层金属箔之间，然后将其一同置于压力热覆机中，热压后取出自然冷却，获得功能芯板基板；

3)将上述功能芯板基板上贴附在功能材料层上面的一层金属箔以普通刻蚀方式按等间距为0.08mm，长宽各为0.8mm的尺寸进行加工，使该金属箔面形成0.8mm×0.8mm等距排列的金属小方块阵列组合，获得瞬间高压电脉冲能量吸收芯板。

6.根据权利要求5所述的制造功能芯板的方法，其特征在于：步骤2)压力热覆机热压温度调至120℃，压力调至2㎏/cm²，热压一分钟，后取出自然冷却，获得功能芯板基板。

7.根据权利要求5或6所述的制造功能芯板的方法，其特征在于：所用高分子复合纳米电压变阻软薄膜是按高分子基体材料重份100份、纳米导电填料重量份5.5份比例制作的高分子复合纳米电压变阻软薄膜，厚度为100～120um。

8.第二种制造权利要求1～4之功能芯板的方法，步骤如下：

1)将基本芯板的金属表面和一厚度为10um的金属箔表面以普通物理去油污和化学分子活化处理；

2)将高分子材料环氧树脂或聚酰胺树脂、聚氨酯、聚醚等液态高分子聚合物按重量100份、纳米导电填料按重量5.5份加入到高速搅拌机中，搅拌机转速调至3000rpm,开机搅拌10min获得高分子复合纳米电压变阻材料浆料；

3)将步骤2)获得的高分子复合纳米电压变阻材料浆料以丝网印刷方式，在经过处理的基本芯板一面的金属表面印制2cm×2cm的方格，以形成衬底方格，衬底方格的高度控制在0.1mm～0.12mm之间；

4)将步骤3)印制衬底方格的基本芯板置于高温固化箱，温度调至120℃固化60min，取出平铺到涂覆机上，涂覆机涂覆厚度调至0.1mm～0.12mm，将步骤2)获得的高分子复合纳米电压变阻浆料涂覆到印制的方格中；

5)将10um的金属箔平铺粘贴到涂覆的高分子复合纳米电压变阻材料层表面，贴实压平，置于高温固化箱，温度调至150℃，固化90min，获得功能芯板基板；

6)将上述功能芯板基板上贴附在高分子复合纳米变阻材料层面的金属箔以普通刻蚀方式按等间距为0.08mm，长宽各为0.8mm的尺寸进行加工，使该金属箔面形成0.8mm×0.8mm等距排列的金属小方块阵列组合，获得瞬间高压电脉冲能量吸收芯板。

9.根据权利要求8所述的制造功能芯板的方法，其特征在于：步骤2)所述的高分子材料选环氧树脂。

10.根据权利要求5或8所述的制造功能芯板的方法，其特征在于：所述的金属箔选铜箔。