CN104780702B - 一种快速散热高频混压线路板的成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种快速散热高频混压线路板，包括依次多层交替设置的芯板层和半固化片层，所述高频混压线路板的顶部第一层的芯板层局部压合有高频子板，最底部的半固化片层的下方还设置一层铜箔，所述快速散热高频混压线路板内部嵌埋有铜块，所述铜块一端嵌入高频子板下方的第二层芯板层，嵌入接触底层铜箔。本发明所述的快速散热高频混压线路板，采用在芯板层上局部混压高频子板，减少昂贵高频板材的使用量，同时还可以满足产品组装过程中一体化的需求，大幅降低PCB加工及组装成本；本发明采用埋铜的方式，并在混压线路板底部压合一层铜箔，将高频子板的温度通过铜块纵向传导至铜箔层，极大混压线路板的提高散热速度，同时缓解线路板翘曲的问题。

Description

一种快速散热高频混压线路板的成型方法
技术领域
本发明涉及线路板技术领域，具体属于一种快速散热高频混压线路板的成型方法。
背景技术
电子元器件发展史其实就是一部浓缩的电子发展史。随着第三、四代移动通信技术，产品轻薄短小化、高性能高功能高密度化设计越来越重要，如此下来 ，在PCB 表面上安装大量元件已越来越不现实；同时，随着IC 集成度的提高及其I/O 数的增加，无源元件数量持续增加，通过层压埋入无源元件可以缩短元件间的线路长度，改善电气特性、提高封装可靠性、降低生产成本等。
传统的通过层压技术将埋容材料置入PCB 板中已是目前业界的成熟技术，故在此不再赘述。但最新PCB 设计技术（集成型光电基板EOCB）已将埋入式电阻、电感及电容与光波导及Z 向互连技术等融化在一起。此外，由于信号传输的高速化发展，基板配线要求増严，一方面需要具备高密度配线，另一方面还要有高速配线的收容技术。
为改善信号完整性及生产成本最低化，高频高速材料混压、复合材料混压嵌入孔设计与应用方兴未艾；为安装特殊功能模块或简化电子产品设计，局部埋入高密度子板、各类高精度要求阶梯板设计层出不穷；传统PCB 设计过程中，如果需要使用到高频信号，设计上通常是采用整层使用高频材料制作，成本高昂。
另外，高频混压多层板表面安装大功率元器件后，高频子板长期保持高温状态，导致元器件内部化学反应与粒子迁移加速，元器件失效率大幅提高，直接影响电子产品的可靠性。常见的散热导热设计方式有：增加散热孔数量或采用高导热性能材料填孔，但不利于高频微波板的线路设计；采用金属芯印制板设计，局部散热效果明显，但难以迎合电子产品轻巧便携的要求；采用导热基材设计，但目前高频高速板材的导热率一般都不高。
随着第三、四代移动通信技术及信息电子产业的突飞猛进，对电子产品小型化、轻便化、散热快和高可靠性的要求也越来越高，散热问题的解决已经到了迫在眉睫的时候。
发明内容
为克服上述现有技术的缺陷与不足，本发明提供一种快速散热高频混压线路板的成型方法。
本发明的技术方案是：
一种快速散热高频混压线路板，包括依次多层交替设置的芯板层和半固化片层，所述快速散热高频混压线路板的顶部第一层的芯板层局部压合有高频子板，最底部的半固化片层的下方还设置一层铜箔，所述快速散热高频混压线路板内部嵌埋有铜块，所述铜块一端嵌入高频子板下方的第二层芯板层，嵌入接触底层铜箔。
优选的，所述快速散热高频混压线路板的顶部第一层的芯板层局部开有凹槽，所述高频子板嵌在顶部第一层的芯板层的凹槽内。
优选的，所述芯板层和半固化片层之间以及最底部的半固化片层与铜箔之间均设置有线路层。
优选的，所述铜箔的热膨胀系数为15-20PP/℃。
进一步优选的，所述半固化层采用阻燃玻纤/ 聚碳酸酯材料半固化片；所述阻燃玻纤/ 聚碳酸酯材料其原料按重量级包括聚碳酸酯40-70 份、玻纤10-15 份、氮化镁0.3-0.7 份、苯乙烯4-18 份、六硼化钙0.01-0.43 份、二氧化硅颗粒2-7 份。
本发明中，玻纤可选用任一种现有技术；所述聚碳酸酯可选用任一种现有技术。本发明中特别添加氮化镁和苯乙烯，以增强本发明半固化片的散热效果。半固化片普遍具有导热系数低的问题，对于高频混压线路板而言，这种半固化片将限制线路板散热效果的进一步优化。而在本发明中，氮化镁和苯乙烯的添加，可以有效提高玻纤/ 聚碳酸酯材料的导热系数。而在任何一种成分缺失的情况下，上述效果则无法重现。所述氮化镁（Mg3N2）是由氮和镁所组成的无机化合物，立方晶系。在室温纯净的氮化镁下为黄绿色的粉末，但含有一部分氧化镁杂质的氮化镁是灰白色的。本发明中氮化镁可采用任一种市售产品实现。苯乙烯（Styrene，C8H8）是用苯取代乙烯的一个氢原子形成的有机化合物，乙烯基的电子与苯环共轭，不溶于水，溶于乙醇、乙醚中，暴露于空气中逐渐发生聚合及氧化。工业上是合成树脂、离子交换树脂及合成橡胶等的重要单体，可选用任意一种市售产品实现。六硼化钙则能明显提高半固化片的热稳定性，在高温下难以燃烧、不会滴落。
一种快速散热高频混压线路板的成型方法，包括步骤：
S1、在线路板顶部第一层的芯板层表面锣出局部混压槽；
S2、除顶部第一层的芯板层外，对其余芯板层和半固化片层的对应位置锣出埋通孔；
S3、在线路板热熔后，分别在混压槽和埋通孔放入已成型的高频子板和铜块，并在底部叠放铜箔，然后进行压合，使高频子板、铜块、铜箔与线路板牢固粘结在一起；
S4、冷却，清除快速散热高频混压线路板的表面残胶。
优选的，步骤S3 所述线路板压合过程中，升温速率控制在2 ℃ /min ～ 2.7℃ /min，直至温度升到180℃，在线路板表面涂覆甘露醇，保持30min ；采用干冰对所述线路板冷却至3-8℃ ；采用所述甘露醇的用量为1.5g/m2线路板。
由于线路板中各部分的材料不同，其热涨缩系数相差较大。在热压过后，芯板层、铜块和半固化片的边缘将发生分离、翘曲。发明人发现，甘露醇可以提高线路板边缘各层的连接强度，防止线路板热压冷却后边缘各层分离、翘曲。热压后将线路板冷却至8℃以下，有利于提高半固化片的导热系数，但却更容易导致线路板翘曲变形。在甘露醇的作用下，能够有效防止线路板在这一过程中变形。
优选的，所述顶部芯板层的混压槽内锣有一凸起，对应的高频子板上设有一凹槽。
进一步优选的，所述铜块使用前先棕化。
本发明的有益效果：
1．本发明所述的快速散热高频混压线路板，采用在芯板层上局部混压高频子板，可以减少昂贵高频板材的使用量，同时还可以满足产品组装过程中一体化的需求，大幅降低PCB加工及组装成本；
2．本发明采用埋铜的方式，并在混压线路板底部压合一层铜箔，将高频子板的温度通过铜块纵向传导至铜箔层，通过铜箔散热，极大混压线路板的提高散热速度，同时缓解线路板翘曲的问题。
附图说明
图1 为本发明所述的快速散热高频混压线路板的剖视图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例1
一种快速散热高频混压线路板，包括依次多层交替设置的芯板层1 和半固化片层2，所述半固化层采用阻燃玻纤/ 聚碳酸酯材料半固化片。所述快速散热高频混压线路板的顶部第一层的芯板层局部压合有高频子板3，所述快速散热高频混压线路板的顶部第一层的芯板层局部开有凹槽，所述高频子板3 嵌在凹槽内。最底部的半固化片层的下方还设置一层铜箔4，所述芯板层和半固化片层之间以及最底部的半固化片层与铜箔之间均设置有线路层。所述快速散热高频混压线路板内部嵌埋有铜块5，所述铜块一端嵌入高频子板下方的第二层芯板层，嵌入接触底层铜箔。
所述铜箔的热膨胀系数为15-20PP/℃。能够有效地平衡所述高频芯板层及所述芯板层之间的热膨胀系数的差异，减少翘曲现象发生。
本实施例中，所述半固化片为市售的阻燃等级在FR4 的半固化片。
一种快速散热高频混压线路板的成型方法，包括步骤：
S1、在线路板顶部第一层的芯板层表面锣出局部混压槽，所述顶部芯板层的混压槽内锣有一凸起，对应的高频子板上设有一凹槽，用于高频子板的对位防呆；
S2、除顶部第一层的芯板层外，对其余芯板层和半固化片层的对应位置锣出埋通孔；
S3、在线路板热熔后，升温速率控制在2 ℃ /min ～ 2.7℃ /min，最高升到100℃。分别在混压槽和埋通孔放入已成型的高频子板和铜块，铜块使用前先棕化，并在线路板底部叠放铜箔，然后进行压合，使高频子板、铜块、铜箔与线路板牢固粘结在一起；
S4、冷却，清除快速散热高频混压线路板的表面残胶。
具体实施时，压合程序升温速率控制在2.3℃／ min, 60 ℃左右转中压，控制流胶，100 ℃左右时，粘度最低，转为高压，可有效的控制半固化层片的流动，保证填胶充分。半固化片采用玻璃布比较细含胶量比较高的FR4 级别半固化片保证填胶充分。
埋铜过程中，首先在芯板和半固化片的埋铜区域铣出埋铜槽，将铜块单面棕化后通过压合，使铜块与PCB 板牢固粘结在一起。其流程的关键点是先铣槽，后埋入铜，再压合；
其铜块与板的结合主要是靠P 片固化后的与铜块的粘结力。局部混压先将子板制作成为除了外层线路以外的半成品，预埋入区域铣出合适尺寸公差的槽，通过压合将其埋入母板中。
这样制作出来的埋铜板，与普通多层PCB 板无异，可以进行如背钻、金属化槽、控深铣、射频线等其他特殊工艺的制作。
为了消除铜块与板之间不可避免的断差造成的可靠性问题，在调整铜块厚度与板厚之间的匹配性的同时，压板时还需使用合适的缓冲阻胶材料，通常选用合适的离型膜，合适的压合条件可以保证压力均匀性，从而使缝隙填胶充分，同时还能控制流胶量和铜块同PCB 板之间的平整度。压板方式可以熔加铆的方式。
铜块与板不可避免会存在高度差，压板时需用缓冲材辅助压板，消除断差影响，保证全板压力均匀，才能使填胶充分，并使流胶量尽量小。由于铜块与板之间的缝隙是敞开式的，压板时熔融状态的树脂不可避免地会流到铜块上，可以采用不织布研磨机进行研磨可以很彻底的去除残胶。
铜块使用前需要棕化，才能保证铜块埋入后与半固化片紧密结合。确保埋入的铜块平整，未斜靠在在槽壁，防止压板后铜块高低不平。根据设计要求只选择埋入面进行棕化。
本发明所述的快速散热高频混压线路板，采用在芯板层上局部混压高频子板，可以减少昂贵高频板材的使用量，同时还可以满足产品组装过程中一体化的需求，大幅降低PCB 加工及组装成本；本发明采用埋铜的方式，并在混压线路板底部压合一层铜箔，将高频子板的温度通过铜块纵向传导至铜箔层，极大混压线路板的提高散热速度，同时缓解线路板翘曲的问题。
实施例2
一种快速散热高频混压线路板，其结构与实施例1 一致。
本实施例中，所述半固化层采用阻燃玻纤/ 聚碳酸酯材料半固化片；所述阻燃玻纤/ 聚碳酸酯材料其原料按重量级包括聚碳酸酯56 份、玻纤13 份、氮化镁0.6 份、苯乙烯8份、六硼化钙0.25 份、二氧化硅颗粒4.1 份。二氧化硅颗粒可选用粒径在0.1-0.2mm 的产品。
本实施例同时提供一种快速散热高频混压线路板的成型方法，其特征在于，包括步骤：
S1、在线路板顶部第一层的芯板层表面锣出局部混压槽；
S2、除顶部第一层的芯板层外，对其余芯板层和半固化片层的对应位置锣出埋通孔；
S3、在线路板热熔后，分别在混压槽和埋通孔放入已成型的高频子板和铜块，并在底部叠放铜箔，然后进行压合，使高频子板、铜块、铜箔与线路板牢固粘结在一起；
S4、冷却，清除快速散热高频混压线路板的表面残胶。
进一步的，步骤S3 所述线路板压合过程中，升温速率控制在2 ℃ /min，直至温度升到180℃，在线路板表面涂覆甘露醇，保持30min ；采用干冰对所述线路板冷却至8℃ ；采用所述甘露醇的用量为1.5g/m2线路板。
更进一步的，所述顶部芯板层的混压槽内锣有一凸起，对应的高频子板上设有一凹槽。
更进一步的，所述铜块使用前先进行棕化处理。
实施例3
一种快速散热高频混压线路板，其结构与实施例1 一致。
本实施例中，所述半固化层采用阻燃玻纤/ 聚碳酸酯材料半固化片；所述阻燃玻纤/ 聚碳酸酯材料其原料按重量级包括聚碳酸酯56 份、玻纤15 份、氮化镁0.6 份、苯乙烯8 份、六硼化钙0.25 份、二氧化硅颗粒4.1 份。
实施例4
一种快速散热高频混压线路板，其结构与实施例1 一致。
本实施例中，所述半固化层采用阻燃玻纤/ 聚碳酸酯材料半固化片；
S1、在所述阻燃玻表面锣出局部混压槽；
S2、除顶部第一层的芯板层外，对其余芯板层和半固化片层的对应位置锣出埋通孔；
S3、在线路板热熔后，分别在混压槽和埋通孔放入已成型的高频子板和铜块，并在底部叠放铜箔，然后进行压合，使高频子板、铜块、铜箔与线路板牢固粘结在一起；
S4、冷却，清除快速散热高频混压线路板的表面残胶。
进一步的，步骤S3 所述线路板压合过程中，升温速率控制在2 ℃ /min ～ 2.7℃/min，直至温度升到180℃，在线路板表面涂覆甘露醇，保持30min ；采用干冰对所述线路板冷却至3-8℃ ；采用所述甘露醇的用量为1.5g/m2线路板。
更进一步的，所述顶部芯板层的混压槽内锣有一凸起，对应的高频子板上设有一凹槽。
更进一步的，所述铜块使用前先进行棕化处理。
实施例5
一种快速散热高频混压线路板，其结构与实施例1 一致。
本实施例中，所述半固化层采用阻燃玻纤/ 聚碳酸酯材料半固化片；所述阻燃玻纤/ 聚碳酸酯材料其原料按重量级包括聚碳酸酯56 份、玻纤13 份、氮化镁0.6 份、苯乙烯8 份、碳酸钙0.25 份、二氧化硅颗粒4.1 份。
实施例6
一种快速散热高频混压线路板，其结构与实施例1 一致。
本实施例中，所述半固化层采用阻燃玻纤/ 聚碳酸酯材料半固化片；所述阻燃玻纤/ 聚碳酸酯材料其原料按重量级包括聚碳酸酯56 份、玻纤13 份、氮化镁0.6 份、苯乙烯8 份、六硼化钙0.25 份、二氧化硅颗粒4.1 份。
本实施例同时提供一种快速散热高频混压线路板的成型方法，其特征在于，包括步骤：
S1、在线路板顶部第一层的芯板层表面锣出局部混压槽；
S2、除顶部第一层的芯板层外，对其余芯板层和半固化片层的对应位置锣出埋通孔；
S3、在线路板热熔后，分别在混压槽和埋通孔放入已成型的高频子板和铜块，并在底部叠放铜箔，然后进行压合，使高频子板、铜块、铜箔与线路板牢固粘结在一起；
S4、冷却，清除快速散热高频混压线路板的表面残胶。
进一步的，步骤S3 所述线路板压合过程中，升温速率控制在2 ℃ /min，直至温度升到180℃，保持30min ；采用干冰对所述线路板冷却至8℃。
更进一步的，所述顶部芯板层的混压槽内锣有一凸起，对应的高频子板上设有一凹槽。
更进一步的，所述铜块使用前先进行棕化处理。
实施例7
一种快速散热高频混压线路板，其结构与实施例1 一致。
本实施例中，所述半固化层采用阻燃玻纤/ 聚碳酸酯材料半固化片；所述阻燃玻纤/ 聚碳酸酯材料其原料按重量级包括聚碳酸酯56 份、玻纤13 份、氮化镁0.6 份、苯乙烯8 份、六硼化钙0.25 份、二氧化硅颗粒4.1 份。
本实施例同时提供一种快速散热高频混压线路板的成型方法，其特征在于，包括步骤：
S1、在线路板顶部第一层的芯板层表面锣出局部混压槽；
S2、除顶部第一层的芯板层外，对其余芯板层和半固化片层的对应位置锣出埋通孔；
S3、在线路板热熔后，分别在混压槽和埋通孔放入已成型的高频子板和铜块，并在底部叠放铜箔，然后进行压合，使高频子板、铜块、铜箔与线路板牢固粘结在一起；
S4、冷却，清除快速散热高频混压线路板的表面残胶。
进一步的，步骤S3 所述线路板压合过程中，升温速率控制在2 ℃ /min，直至温度升到180℃，在线路板表面涂覆甘露醇，保持30min ；采用所述甘露醇的用量为1.5g/m2线路板。
更进一步的，所述顶部芯板层的混压槽内锣有一凸起，对应的高频子板上设有一凹槽。
更进一步的，所述铜块使用前先进行棕化处理。
导热系数测试。
采用GB/T 3399-1982 对实施例2-7 的阻燃玻纤/ 聚碳酸酯材料半固化片导热系数进行检测，其结果如表1 所示。
表1
线路板散热效果测试。
将实施例1-7 的线路板采用热风加热至70℃（线路板中心温度），置于30℃恒温的密闭（无空气对流）环境中，测量线路板中心部位温度变化情况，如表2 所示。
表2
采用氧乙炔喷枪（火焰温度2500k）喷射实施例2-5 的线路板边缘，观察线路板中半固化层的滴落情况。其结果如表3 所示。
表3 线路板形变情况测试。
将线路板置于25℃的空气中静置500 天，观察其边缘各层的分离、翘曲情况。如表4 所示。
表4
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种快速散热高频混压线路板的成型方法，其特征在于，包括步骤：
S1、在线路板顶部第一层的芯板层表面锣出局部混压槽；
S2、除顶部第一层的芯板层外，对其余芯板层和半固化片层的对应位置锣出埋通孔；
S3、在线路板热熔后，分别在混压槽和埋通孔放入已成型的高频子板和铜块，并在底部叠放铜箔，然后进行压合，使高频子板、铜块、铜箔与线路板牢固粘结在一起；所述线路板压合过程中，升温速率控制在2 ℃/min～2.7℃/min，直至温度升到180℃，在线路板表面涂覆甘露醇，保持30min；采用干冰对所述线路板冷却至3-8℃ ；采用所述甘露醇的用量为1.5g/m2线路板；
S4、冷却，清除快速散热高频混压线路板的表面残胶。
2.根据权利要求1所述的快速散热高频混压线路板的成型方法，其特征在于，所述顶部第一层的芯板的混压槽内锣有一凸起，对应的高频子板上设有一凹槽。
3.根据权利要求1所述的快速散热高频混压线路板的成型方法，其特征在于，所述铜块使用前先进行棕化处理。
4.根据权利要求1所述的快速散热高频混压线路板的成型方法，其特征在于，所述高频混压线路板，包括依次多层交替设置的芯板层和半固化片层，所述快速散热高频混压线路板的顶部第一层的芯板层局部压合有高频子板，最底部的半固化片层的下方还设置一层铜箔，所述快速散热高频混压线路板内部嵌埋有铜块，所述铜块一端嵌入高频子板下方的第二层芯板层，嵌入接触底层铜箔。
5.根据权利要求4 所述的快速散热高频混压线路板的成型方法，其特征在于：所述快速散热高频混压线路板的顶部第一层的芯板层局部开有凹槽，所述高频子板嵌在顶部第一层的芯板层的凹槽内。
6.根据权利要求5 所述的快速散热高频混压线路板的成型方法，其特征在于：所述芯板层和半固化片层之间以及最底部的半固化片层与铜箔之间均设置有线路层。
7.根据权利要求4所述的快速散热高频混压线路板的成型方法，其特征在于：所述铜箔的热膨胀系数为15-20PP/℃。
8.根据权利要求4所述的快速散热高频混压线路板的成型方法，其特征在于：所述半固化层采用阻燃玻纤/ 聚碳酸酯材料半固化片；所述阻燃玻纤/ 聚碳酸酯材料其原料按重量级包括聚碳酸酯40-70 份、玻纤10-15 份、氮化镁0.3-0.7 份、苯乙烯4-18 份、六硼化钙0.01-0.43 份、二氧化硅颗粒2-7 份。
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