CN104756613B - 加工电路板元件的方法及电路板元件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种加工电路板元件的方法以及相应的电路板元件，应用该方法降低了嵌于电路板元件内的组件（如电线或板状成形件）出现分层的风险。为此，本发明建议对组件表面进行粗糙处理，至少部分表面粗糙处理，以确保周围的覆盖层（如绝缘复合材质的预浸材料）具有更好的粘着力。可通过化学方法（如蚀刻）或是纯粹的机械方法（如喷砂）实现组件表面的粗糙化。

Description

加工电路板元件的方法及电路板元件
技术领域
本发明涉及一种加工电路板元件的方法，该方法包括以下步骤：首先要提供一个含有导电材料的组件，并使该组件与导电箔片在至少一个接触点接触，然后用一覆盖层将箔片接触组件的一侧面覆盖。
此外，本发明涉及一种电路板元件，该元件包括至少一个导电箔片、一个用于覆盖箔片至少一侧面的覆盖层，以及至少一个由导电材料制成的组件，该组件与箔片在至少一个接触点接触，并且至少某部分，最好全部嵌入覆盖层内。
背景技术
近些年来，越来越小巧、同时也越来越高效的电子设备发展趋势导致电路板集成密度在增长，如智能手机或平板电脑。
在这方面，在铜箔的上表面和/或下表面采用导线的情况下，线刻电路板的优势极为明显。在箔片与电绝缘覆盖层(通常选用含环氧树脂玻璃纤维织物成份的预浸材料)压紧粘合后，电线位于层压件内部，且嵌入预浸材料。
通过使用写线技术，如WO 2008/055672 A1所述方法，可在电路板上实现高封装密度的三维电路几何图。虽然通过此方法许多传统电路板技术上的技术难题已经被攻克，但线刻电路板在其抗分层性能方面还有待改善。
电路板元件的分层是一项严峻的挑战，尤其是因为多层电路板(多层板)要经受持续增长的热量和/或机械负载。
在最近几年内，充分提高多层电路板各单层间(即各个铜箔及其中设置的各自的预浸材料层(环氧树脂玻璃纤维织物层)间)的粘附系数已成为可能，首先使用化学药剂(“棕色氧化物”或“黑色氧化物”处理)对铜箔表面进行处理，然后将改良的环氧树脂混合物用于预浸材料中。
然而，将附加组件嵌入电路板预浸材料层会导致分层风险的增加，原因是因为分层首先于嵌入组件表面和周围的预浸材料二者间的“弱点”处发生，但却不会于处理过的铜箔表面和预浸材料二者的连接处发生，上述连接处具有更高的粘合强度。
尤其对线刻电路板而言，嵌入预浸材料的导线会弱化粘着力。
这个问题还会随环境而加重，表现为镶嵌到电路板中的附加导线可能会配置为镀银铜线。事实上，通过电镀法加到铜芯线上的银层不仅具有较高的导电性，同时还具有极好的焊接性。然而，除了经济缺点外(镀银铜线价格远远高出全铜线)，由于其较为光滑的表面，银层不易与周围的预浸材料层相粘连。
发明内容
故此发明旨在提供一种加工电路板元件的方法以及电路板元件，允许镶嵌到电路板元件中的附加组件和各组件周围的覆盖层之间存在良好的粘附性能，以避免在组件嵌入覆盖层的区域出现电路板元件的分层。
权利要求1所述，该目标可通过加工电路板元件的方法实现。在使用覆盖层前，在组件表面至少部分粗糙化处理的情况下，因此，将覆盖层用到箔片上时，使覆盖层与组件的粗糙表面相接触。
事实上，由于嵌入电路板元件内部的组件具有至少部分粗糙的表面，而非完全光滑表面，如非光滑银金属表面，确保组件与其周围覆盖层间的粘附性能得到充分提高。因此，组件可以轻松地镶嵌于多层板，也不会因组件从邻近覆盖层脱离而导致的电路板分层。这为含嵌入组件电路板的使用开启了全新领域(如以线刻电路板的形式)。由于其极端特殊的环境条件，到目前为止，这些领域的使用几乎是不能实现的，例如在高温应用软件领域的使用，例如汽车用电子设备。
在优选方案中，在本发明所述方法的情况下，应在组件与箔片接触前先进行组件表面的粗糙处理。粗糙处理后的组件表面无论如何都不会对组件与箔片之间已建立的接触的质量(如通过电阻焊接)造成不利影响，以便组件的整个表面在进行上述粗糙处理过程中，操作轻松且具有较高的连续生产率。
特别的，组件表面的粗糙处理可通过化学腐蚀来实现，所述的化学腐蚀最好通过将组件浸泡于某种可腐蚀该组件材料的液体中，或是通过将此类液体喷涂到组件上来实施。在实际微蚀处理前，应对待处理的组件进行清洁，这样做的目的是为了使用酸或碱溶液(清洗剂)将其金属表面进行脱脂处理。在微蚀处理后，这个处理例如可在具有喷涌喷嘴的淹没模块进行，在组件最后干燥前蚀刻溶液残留在喷流清水模块被清除，这样才能使组件上没有任何污点。
除此之外，组件表面也可通过机械加工来粗糙处理，例如通过喷砂或高压下喷涂浮石或石英粉，以确保组件具有更好的粘结性能。机械粗糙处理的优点在于其表面的粗糙度完全是通过机械研磨形成的，因此也完全没有必要再使用腐蚀性极强、价格高昂、且不易处理的蚀刻溶液。
在最优选方案中，将覆盖层覆盖于箔片与组件接触的一侧面是通过将箔片侧面与绝缘复合材料制成的预浸材料压紧粘合来实现。进行上述压紧粘合，以便将装有该组件的铜箔与预浸材料(环氧树脂玻璃纤维织物毛坯)镶嵌于层压件内，在施加压力和热量后，电路板元件则作为压紧粘合的最终产品被排出，其可通过已建立的工序完成(从外部蚀刻工艺并填充SMD组件)。
更好地，多个导电箔片中至少有一个导电箔片与至少一个导电材料制成的组件相接触，同时多个由绝缘复合材料制成且嵌入各箔片中的预浸材料也应进行压紧粘合以形成多层电路板元件。尤其是在这种压紧粘合生产多层板时，必须确保各层面间的层间粘合力足够大，因为即使由嵌入预浸材料的组件造成的个别局部剥离，也可能会导致分层，进而导致该多层电路板元件完全失效。
此外，若与覆盖层相接触的组件表面至少部分粗糙化，则可根据权利要求8所述通过最初提到类型的电路板元件来实现本发明所涉及的目标。通过组件表面的微粗糙处理，可实现组件与其周围覆盖层最佳粘结所需的表面形貌，从而因嵌入组件导致的电路板元件分层风险几乎被排除。
用到箔片上、要压紧粘合的组件，尤其是铜箔，可专指导线，特别是铜线，在压紧粘合后，应在电路板元件内部进行设置，并通过蚀刻板从外部进行接触(即所谓的线刻电路板)。
然而，上述组件也可能配置为板状成形件，尤其是在电路板元件中延展的含铜的成形件。例如，通过此类成形件，可轻松获得控制电力电子领域出现的电流及热量所需的导体截面。
附图说明
在下文中，本发明对所涉及的图形进行了详细描述，各图形如下：
图1a本发明所述多层电路板元件层面在非压紧粘合且层面彼此施加力状态下的横断面原理图；
图1b本发明所述多层电路板元件层面在压紧粘合状态下的横断面原理图；
具体实施方式
在图1a与1b中，展示了本发明所述的电路板元件1的各材料层，在横断面图中采用不同的区域填充以便区分。嵌入电路板元件1的组件2、3分别采用斜阴影。铜箔4则选用深色调显示，相反下述作为预浸材料的环氧树脂玻璃纤维织物则选用浅色调显示。
组件一方面包括三根圆柱形铜线2，另一方面包括一个铜制板状成形件3，如扁铜线，且已按上述方法步骤分别固定于铜箔4各自的侧面4a、4b。将组件2,3固定到铜箔4的的方法步骤并未在图中显示，是通过数字控制器建立集成连接而实现，这种方式已在WO2006/077167A2中描述，这种连接最好是使用电阻点焊的方式在确定好的接触点处建立。随后处理铜线2，将铜线固定于确定的目标位置后，剪切并通过可控方式下可更换的焊条焊接。
从本发明的意义上来说，成形件3最好是在分离工序中加工的组件，在这工序中工件的形状可改变，而成形件3从工件中分离出来，且最终形状应包含在最初形状中。在图1a与1b中，上方的铜箔4在其下表面4a上具有从铜板上分离得到的板状成形件3。铜箔4与板状成形件3彼此相接触，需强调的是其二者连接位置恰恰是已精确定好的接触点，而连接的方法则是建立集成连接，如电阻点焊法。
图1a为本发明所述加工多层电路板元件1的方法制成的半成品的横断面视图。该半成品展示了层状堆叠6的结构，包括预浸材料的多个重叠电绝缘层以及铜箔4的多个导电层，为了更好的解释说明，这些层面相互之间以垂直的空间关系显示。根据上述方法步骤，两个铜箔4在一个侧面4a，4b被植入附加组件(分别为电线2和成形件3)，调整两个铜箔4在层状堆叠6中的方向，以确保接触组件2、3的箔片侧面4a、4b朝向层状堆叠6的内部，以便压紧粘合后，组件2、3会始终位于电路板元件1内部。
根据图1a所示，将上述层状堆叠6置入层压件的压板7a、7b之间，然后用压板7a、7b向电路板元件1的各层面施压直至压成薄片(见图1a与1b中相对的箭头方向)，如图1b所示，与此同时，将压薄层面升温至所需的高于室温的温度。
从图1a到图1b的过渡阐述的压紧过程以非常简单的模式显示，该事实作为参考，因为多层电路板元件1的加工实际上是通过多步工序实施的。根据该工序，首先对层状堆叠6的中间层与位于下方和上方铜箔4间的预浸材料层压紧粘合，以便形成半成品。随后，半成品的外部铜箔4以公知的方式从外部蚀刻，蚀刻后的铜箔4另外应用了附加预浸材料和最后一个铜箔4。最后，这个包含了已压紧粘合的半成品和附加外部层的堆叠(未显示)被压紧粘合，以便形成完成后的多层电路板元件1。
铜箔4间的各预浸材料包括环氧树脂浸渍的玻璃纤维织物，用作绝缘复合材料，并在上述压力与热量的影响下增塑成形。而在随后的固化过程中，与邻接铜箔4相粘接。附着于上方铜箔4下表面4a的板状成形件3，在压紧粘合过程中，嵌入预浸材料的绝缘复合材料中，以便板状成形件3的各表面全部区域都可被该预浸材料的绝缘复合材料所覆盖。板状成形件3和铜箔4之间只有至少一个接触点未被预浸材料覆盖。在压紧粘合过程中，圆柱形导线2也几乎沿整个外周嵌入预浸材料的绝缘复合材料中。同样，各导线2与铜箔4之间也只有至少一个接触点未被预浸材料覆盖。
为了实现预浸材料与铜箔4更好的粘结，通常的方法是通过氧化法将铜箔4的表面进行预处理(分别为“棕色氧化物”或“黑色氧化物”)，以便在随后的用于形成多层电路板元件1的压紧粘合过程中，如图1b所示，确保铜箔4与绝缘覆盖层5(预浸材料)二者间存在更好的粘着力。但是若电路板元件1的结构与此发明相一致时，还应满足抗分层性能的特殊要求，因为嵌于预浸材料绝缘复合材料的附加组件2、3会弱化电路板元件1的粘着力。与铜箔表面形成鲜明对比的是，组件表面2o、3o呈现了与各自邻接预浸材料较弱的粘着力。
其中的一个原因为，在线刻电路板(如铜箔4与电线2相焊接的电路板)中，通常使用镀银铜线作为嵌入元件。而这些电线的外部镀银层有着良好的焊接性能，可实现与铜箔4的可靠连接，但由于镀银层过度光滑的表面，周围预浸材料上的镀银层粘着力不足。这会导致组件的镀银层从周围预浸材料中局部剥离，严重时，还可能会造成完全分层的发生，致使整个电路板元件1完全失效。
本发明诞生初衷在于通过对组件2、3与预浸材料接触的表面2o、3o进行粗糙化处理(至少部分粗糙化处理)，以克服因嵌入组件2、3与预浸材料周围层面的弱粘着力问题。“粗糙化处理”在此是指在覆盖层5覆盖铜箔4以及组件2、3合并嵌入该覆盖层5之前，使组件2、3的表面2o、3o经受某种特殊的粗糙化处理，以提供上述具有确定粗糙度的表面2o、3o。由于这种微粗糙度并不会对组件2、3与铜箔4的焊接点质量造成实质性影响，因此在用于实际电路板生产加工前，组件2、3可在作为线或板件的半成品状态时以较高的生产率轻松进行预处理。
粗糙化处理包括化学粗糙法，进行化学粗糙处理时，应通过多级浸渍和/或喷涂工艺，使组件表面2o、3o与蚀刻溶液接触，表面材料因此被部分腐蚀掉；或者包括机械粗糙法，即让组件表面2o、3o承受机械力。
对于包含大量连续模块的多级车间而言，进行化学粗糙处理优势更为明显，绝大部分情况下，在实际微蚀工序前，组件表面2o、3o需经过连续地清洁、冲洗和预浸渍，并且在微蚀工序后，再一次冲洗以便去除蚀刻溶液残留。机械粗糙处理例如可使用大量的细微颗粒球进行处理，该颗粒球例如包括钢砂、玻璃砂、浮石粉、石英粉或其它类似粉末，或是通过刷磨技术进行粗糙处理。同样，也可通过在组件表面2o、3o通过简易刻画(如刻痕)来实现粗糙化处理。
由于组件2、3的粗糙表面2o、3o，在压紧粘合和固化后，与组件2、3相接触的预浸材料层面会有一定的粗糙度，该粗糙度也对组件表面2o、3o的粗糙度起到一定的补充作用。事实上，组件表面2o、3o处理后的最大粗糙度与预浸材料的邻接表层最大粗糙度应相互作用会促使组件2、3与预浸材料之间形成良好的粘结。
基于本发明中的相应改善，组件2、3可轻松安装于电路板元件1中的内层，且无任何分层风险或破裂形成，以及因此导致的电路板元件1运行失效。此点尤其适用于高温应用软件，如汽车用电子设备或太阳能技术，由于两种材料不同的热膨胀系数导致嵌入组件2、3的表面2o、3o与周围预浸材料相互间的连接要受到连续循环的强负载。
因此，一方面本发明对进一步提高电路板元件1中组件2、3的集成密度有着很大的帮助，而另一方面，也扩展了诸如电路板元件1的适用范围，甚至解决了高温应用问题。

Claims (11)

1.一种加工电路板元件(1)的方法，包括以下步骤：
a)提供含有导电材料的导线(2)或板状成形件(3)；
b)使用导电箔片(4)在至少一个接触点与导线(2)或板状成形件(3)相接触，导线(2)或板状成形件(3)与导电箔片之间的接触通过焊接来实现；
c)将覆盖层(5)覆盖于导电箔片(4)与导线(2)或板状成形件(3)相接触的表面(4a、4b)；
其特征在于：
在步骤c)前，导线(2)或板状成形件(3)的表面(2o、3o)至少部分进行粗糙化处理，而在步骤c)中，将覆盖层(5)与导线(2)或板状成形件(3)的粗糙化处理过的表面(2o、3o)相接触。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：先进行导线(2)或板状成形件(3)表面(2o、3o)的粗糙化处理，后根据步骤b)使导线(2)或板状成形件(3)与导电箔片(4)相接触。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：导线(2)或板状成形件(3)的表面(2o、3o)采用化学腐蚀粗糙处理，所述的化学腐蚀通过将导线(2)或板状成形件(3)浸泡于可腐蚀导线(2)或板状成形件(3)材料的液体中，或是通过将可腐蚀导线(2)或板状成形件(3)材料的液体喷涂到导线(2)或板状成形件(3)上来实施。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：导线(2)或板状成形件(3)的表面(2o、3o)采用机械加工粗糙处理。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：导线(2)或板状成形件(3)的表面(2o、3o)通过喷砂或高压下喷涂浮石或石英粉粗糙处理。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤b)中导线(2)或板状成形件(3)与导电箔片(4)的接触是通过电阻焊接的方式来实现。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤c)中将覆盖层(5)覆盖于导电箔片(4)与导线(2)或板状成形件(3)相接触的表面(4a、4b)是通过将导电箔片(4)的表面(4a、4b)与绝缘复合材料制成的预浸材料压紧粘合来实现。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤c)中，多个导电箔片(4)中至少有一个导电箔片与至少一个导电材料制成的导线(2)或板状成形件(3)相接触，同时应对多个绝缘复合材料制成且嵌入各自箔片内的预浸材料进行压紧粘合，从而制成多层电路板元件(1)。
9.一种电路板
元件，包括：
至少一个导电
箔片(4)；
至少一个覆盖层(5)，用于覆盖导电箔片(4)至少一侧面(4a、4b)；
至少一个导电材料制成的导线(2)或板状成形件(3)，导线(2)或板状成形件(3)与导电箔片(4)在至少一个接触点接触，并且至少部分嵌入覆盖层(5)内；导线(2)或板状成形件(3)与导电箔片之间的接触通过焊接来实现；
其特征在于：
导线(2)或板状成形件(3)与覆盖层(5)相接触的表面(2o、3o)的至少一部分做过粗糙化处理。
10.根据权利要求9所述的电路板元件，其特征在于：导线(2)由铜制成且横截面为圆形或矩形。
11.根据权利要求9所述的电路板元件，其特征在于：板状成形件(3)由铜制成。
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