CN105491822A - 多层印制电路板集成液冷通道制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多层印制电路板集成液冷通道制作方法，A：分别制作顶部、中部和底部电路板：每两层基材之间通过半固化片层压形成复合基材，层压前预先在对应的基材粘接面制作内层线路图形；在复合基材上制作所需的导通孔和内层线路图形，再粘接下一层基材，直到达到需要层数为止；再根据各自结构制作导通孔、上下表面线路图形、液冷通道图形；B：将顶部或底部电路板二者其中一块与中部电路板通过图形化的半固化片粘接形成复合电路板；C：制作复合电路板的导通孔和线路图形；D：将复合电路板与另一块电路板粘接形成多层电路板；E：最后制作多层电路板的导通孔、上下表面线路图形即可。本方法具有容易加工、成本低、工艺兼容性好等优点。

Description

多层印制电路板集成液冷通道制作方法

技术领域

本发明属于印制电路板（PrintedCircuitBoard,PCB）技术领域，具体涉及一种多层印制电路板集成液冷通道的制作方法，主要用于解决印制电路板上大功率表贴式元器件的散热问题。

背景技术

印制电路板已经广泛应用到计算机、消费电子、汽车电子、通信终端、工业控制、航空航天、医疗仪器等技术领域。近年来，为了适应未来电子设备轻薄短小的要求，印制电路板不断向着小尺寸、高密度、多层化、轻薄化方向发展。不过，印制电路板的小型化使得电路板上高发热量的表贴式元器件如射频功率放大器（RFPA）、绝缘栅双极晶体管（IGBT）、现场可编程门阵列（FPGA）以及发光二极管（LED）等的散热问题愈发突出。

为了解决印制电路板上大功率表贴式元器件散热问题，目前主要有以下三种方法：一、在元器件焊盘正下方或附近设置导热用金属导通孔或金属图形；二、选用金属基印制电路板，这种印制电路板由线路图形层、导热绝缘层及金属基板组成，其中导热绝缘层同时具有高导热性和高电绝缘性，表贴元器件产生的热量直接通过导热绝缘层和金属基板传导出去；三、在表贴元器件位置安装散热片、散热器、风扇或其他散热装置。方法一和方法二都采用热传导方式实现散热，因此散热能力有限，其中方法二相比于方法一具有更好的散热效果，但方法二难以实现多层、高密度的散热电路板，并且由于金属基板与导热绝缘层存在热膨胀系数不匹配的问题，这会使电路板在受热过程中容易出现翘曲等问题。方法三能够获得比前两种方法更好的散热效果，然而在空间有限的高密度印制电路板中安装散热装置是很困难的。因此，以上散热方法都存在不同程度的不足。

随着印制电路板上器件密度和功耗进一步地提高，散热效果有限的热传导方式已经不能满足大功率表贴式元器件的散热需求。中国电子科技集团公司第二十六研究所余怀强提出了一种印制电路板内嵌流道液冷换热装置（申请号201510730309.0），该装置通过印制电路板上金属导通孔和内嵌流道来实现高散热效率的液冷散热功能，该印制电路板分为顶部电路板、中部电路板和底部电路板三个层次：顶部电路板布设有液冷通道进出口、金属导通孔及安装器件的焊盘、连接引线、接地等金属图形，中部电路板布设有金属导通孔、互连金属图形及液冷通道，底部电路板设有金属导通孔、互连金属图形及液冷通道。从可制造性层面来考虑，如何利用现有印制电路板加工工艺制作出既集成液冷内嵌通道，又实现电气连接和机械支撑功能的印制电路板是一个技术难点。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种多层印制电路板集成液冷通道制作方法，本方法具有加工简单、成本低、工艺兼容性好等优点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

多层印制电路板集成液冷通道制作方法，所述多层印制电路板包括顶部电路板、中部电路板和底部电路板，中部电路板布设有液冷通道，该液冷通道贯通中部电路板上下表面，该液冷通道上下表面通过顶部电路板和底部电路板封闭后形成内嵌通道；还包括将内嵌通道两端连通以引入和导出冷却液的通道进口和通道出口，所述通道进口和通道出口同时设于顶部电路板或底部电路板上，或者分别位于顶部电路板上和底部电路板上；其特征在于：本方法多层印制电路板集成液冷通道制作步骤如下，

A：根据顶部电路板、中部电路板和底部电路板的结构及所需基材层数，分别通过基材制作顶部电路板、中部电路板和底部电路板；

具体制作过程为：每两层基材之间通过半固化片粘接固定，如果基材需要粘接的面有内层线路图形，则在通过半固化片粘接之前，预先在对应的基材粘接面制作内层线路图形；每完成一次半固化片粘接形成层数增加的复合基材后，根据结构需要，在该新的复合基材上制作所需的导通孔和下一次粘接面的内层线路图形，所述导通孔贯通该新的复合基材上下表面；然后再粘接下一层基材，直到分别达到顶部电路板、中部电路板和底部电路板对应层数为止；

在中部电路板达到设计的层数后，再制作中部电路板导通孔、上下表面线路图形和液冷通道图形，所述液冷通道图形贯通中部电路板的上下表面；中部电路板导通孔贯通中部电路板的上下表面，用于实现中部电路板多层线路图形的电学互连；

在顶部电路板达到设计的层数后，再制作顶部电路板导通孔、下表面线路图形；如果顶部电路板有通道进口和/或通道出口，则同时制作通道进口和/或通道出口；顶部电路板导通孔贯通顶部电路板的上下表面，用于实现顶部电路板多层线路图形的电学互连和发热器件导热功能；

在底部电路板达到设计的层数后，再制作底部电路板导通孔、上表面线路图形；如果底部电路板有通道进口和/或通道出口，则同时制作通道进口和/或通道出口；底部电路板导通孔贯通底部电路板的上下表面，用于实现底部电路板多层线路图形的电学互连和发热器件导热功能；

通道进口和通道出口位置分别与液冷通道图形两端部对应；

顶部电路板、中部电路板和底部电路板的导通孔和内层线路图形需要根据它们各自线路图形层数的具体要求来分别制作。所述“内层”是根据层压工艺后形成的复合基材来定义的，位于复合基材内部的线路图形即是内层线路图形。

B：将中部电路板与顶部电路板或底部电路板其中一块通过图形化的半固化片粘接形成复合电路板；

C：制作所述复合电路板的导通孔和下一步粘接时粘接面对应的线路图形；

D：将步骤C形成的复合电路板再通过另一块图形化的半固化片与顶部电路板或底部电路板两者剩下的另一块电路板粘接形成多层电路板；其中步骤B和步骤D中两块半固化片图形完全相同，所述图形包括半固化片外形及与液冷通道对应的图形；

E：制作所述多层电路板的导通孔、上下表面线路图形，即制得集成液冷通道的多层电路板。

所述基材包括无金属箔的基板、单面覆金属箔的基板和双面覆金属箔的基板。

所述导通孔包括用于内层线路图形及上下表面线路图形互连的导通孔以及布设于发热器件正下方用于导热和接地的导通孔；所述导通孔贯通制孔时所在电路板的上下表面；所述导通孔依次通过钻孔、化学镀金属薄层（因为基材为绝缘材料，不能直接在孔内电镀，化学镀形成金属薄层是便于后续孔内电镀金属）、电镀加厚金属层、继续电镀塞孔或树脂塞孔制作形成（用于发热器件正下方的孔必须填住，不然会漏液）。

所述内层线路图形和上下表面线路图形通过减去法图形转移制作形成。所述减去法图形转移是先在覆有金属箔的基板上通过贴干膜、曝光、显影制作与所需线路图形相同的掩膜图形，露出不需要金属箔的地方，再通过化学蚀刻除去不需要的金属箔，最后除去干膜，得到所需线路图形。

所述液冷通道图形、通道进口和通道出口利用机械加工方法或激光工艺制作形成。半固化片的图形化利用机械加工方法或激光工艺实现。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）充分利用常规印制电路板加工工艺，具有成本低、制作简单、工艺兼容性好、工艺重复性高的优点；

（2）由于液冷通道的高度正比于印制电路板的基材厚度，通过调整中部电路板选用基材的厚度与层数很容易实现各种高度的液冷通道，例如选用一层厚度为254μm的基材制作出高度小于300μm的液冷通道；

（3）与常规多层印制电路板比较，制作出的集成液冷通道的多层印制电路板除了具有高密度多层化电学互连功能，还具备了能实现高散热效率的液冷通道，为解决印制电路板上大功率表贴式元器件的散热问题提供了一种有效方法。

附图说明

图1是本发明实施例制作十一层印制电路板集成液冷通道整体流程图。

图2是本发明实施例制作十一层印制电路板集成液冷通道的分解制作流程示意图。

图3是本发明实施例分别制作顶部电路板、中部电路板和底部电路板的导通孔和内层线路图形的分解制作流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的保护范围。

如图1和图2所示，本发明多层印制电路板集成液冷通道的制作方法，包括以下步骤：

A：将8块印制电路板基材分为三个层次，分别是用于制作顶部电路板1的两层单面覆铜基板2和一层双面覆铜基板3，用于制作中部电路板4的一层双面覆铜基板3和一层单面覆铜基板2，用于制作底部电路板5的两层双面覆铜基板3和一层无铜基板6，其中，基板可选用FR-4，RO2800或RO4350，基板厚度约为0.3~0.5mm，覆铜基板上铜箔厚度约为15μm；

B：制作顶部电路板1、中部电路板4和底部电路板5的内层导通孔和内层线路图形7，所述内层导通孔包括埋孔8和盲孔9；

本步骤可采用下述方法实现，如图3所示。

B1：先在覆铜基板上通过机械冲孔或激光钻孔工艺制孔，再利用化学镀铜和电镀铜工艺金属化孔制作金属通孔10，所述金属通孔贯通覆铜基板的上下表面，所述金属通孔是未加工完成的埋孔8或盲孔9，其中，金属通孔的孔径约为0.2~0.6mm；

B2：通过贴干膜，曝光，显影，化学刻蚀铜箔，除去干膜制作内层线路图形7，其中，线路图形的最小线宽约0.15mm；

B3：将两印制板基材、没有图形化的半固化片18按照顺序对准叠合在一起，层压形成多层板，即复合基材；

B4：因顶部电路板1和底部电路板5由三层基材构成，所以顶部电路板1和底部电路板5需再重复一遍上述步骤B1至步骤B3的操作，中部电路板4因为两层基材，所以只需要进行一遍步骤B1至步骤B3的操作即可，由此顶部电路板1、中部电路板4和底部电路板5均完成内层导通孔和内层线路图形7的制作，其中，顶部电路板1和底部电路板5具有四层线路，中部电路板4具有三层线路。

C：制作顶部电路板的导通孔、下表面线路图形和液冷通道进出口；

本步骤可采用下述方法实现。

C1：先钻孔，再利用化学镀铜和电镀铜工艺金属化孔制作导通孔，其中，金属通孔包括用于多层线路图形互连的通孔11以及用于发热器件导热和接地的通孔12，其孔约为0.2~0.6mm；

C2：通过贴干膜，曝光，显影，化学刻蚀铜箔，除去干膜制作顶部电路板下表面线路图形13；

C3：因为实施例中通道进出口均设于顶部电路板上，故利用机械加工方法或激光工艺制作通道进出口14，通道进出口贯通顶部电路板1的上下表面，其中，通道进出口布设于整个印制电路板靠近边缘的位置，其孔径约为1.5~2.5mm；

也可以先进行步骤C3，再进行步骤C1，最后进行步骤C2；

D：制作中部电路板的导通孔、上下表面线路图形和液冷通道图形。

本步骤可采用下述方法实现。

D1：先钻孔，再利用化学镀铜和电镀铜工艺金属化孔制作用于多层线路图形电学互连的通孔11；

D2：通过贴干膜，曝光，显影，化学刻蚀铜箔，除去干膜制作中部电路板上表面线路图形15；

D3：利用机械加工方法或激光工艺制作液冷通道图形16，液冷通道图形16贯通中部电路板的上下表面，通道两端的位置分别与所述步骤C3中的通道进出口14的位置对应，其中，液冷通道宽约为1~5mm，相邻液冷通道最小边间距约1.5mm；

也可以先进行步骤D3，再进行步骤D1，最后进行步骤D2；

E：制作底部电路板的导通孔和上表面线路图形；

本步骤可采用下述方法实现。

E1：先钻孔，再利用化学镀铜和电镀铜工艺金属化孔制作用于多层线路图形电学互连的通孔11以及用于发热器件导热和接地的通孔12；

E2：通过贴干膜，曝光，显影，化学刻蚀铜箔，除去干膜制作底部电路板上表面线路图形17。

如果通道进口或出口布设于底部电路板，其制作工艺跟顶部电路板1类似。

F：利用机加工工艺或激光加工工艺制作两块半固化片的图形得到图形化的半固化片19，所述图形是指半固化片的外形及与液冷通道相对应的图形，所述两块图形化的半固化片19用于接下来的顶部电路板1、中部电路板4和底部电路板5之间的层压工艺，其中，图形化的半固化片19的厚度约为0.12mm；

由于顶部电路板1、图形化的半固化片19、中部电路板4和底部电路板5是分别进行的，所以上述步骤C~步骤F可以按任意顺序进行，或者同时进行。

G：制作顶部和中部复合电路板；

本步骤实现方法是，将顶部电路板1、图形化的半固化片19、中部电路板4按照顺序对准叠合，层压，制得顶部和中部复合电路板20；

H：制作所述复合电路板的导通孔和线路图形；

本步骤实现方法是，先钻孔，再利用化学镀铜和电镀铜工艺金属化孔制作用于多层线路图形电学互连的复合电路板通孔21，然后通过贴干膜，曝光，显影，化学刻蚀铜箔，除去干膜制作复合电路板下表面线路图形22；

实施例中，步骤H中所述复合板为顶部和中部复合电路板，此时所述线路图形是指所述复合电路板的下表面线路图形；当然也可在步骤G中制作中部和底部复合电路板，那么此时的线路图形就是指所述复合电路板的上表面线路图形。

I：制作包含顶层电路板、中层电路板和底层电路板的多层电路板23；

本步骤实现方法是，将顶部和中部构成的复合电路板20、步骤E中制作的图形化的半固化片19、底部电路板5按照顺序对准叠合，层压形成包含顶部电路板、中部电路板和底部电路板的多层电路板23；

J：制作所述多层电路板的导通孔、上下表面线路图形，制得集成液冷通道的多层电路板。

本步骤可采用下述方法实现：

J1：通过钻孔，化学镀金属薄层，电镀金属化孔、树脂塞孔制作贯通整个多层电路板上下表面的多层电路板通孔24；

J2：通过贴干膜，曝光，显影，化学刻蚀铜箔，除去干膜制作整个多层电路板上下表面线路图形25，得到集成液冷通道的十一层印制电路板。

本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (7)

1.多层印制电路板集成液冷通道制作方法，所述多层印制电路板包括顶部电路板、中部电路板和底部电路板，中部电路板布设有液冷通道，该液冷通道贯通中部电路板上下表面，该液冷通道上下表面通过顶部电路板和底部电路板封闭后形成内嵌通道；还包括将内嵌通道两端连通以引入和导出冷却液的通道进口和通道出口，所述通道进口和通道出口同时设于顶部电路板或底部电路板上，或者分别位于顶部电路板上和底部电路板上；其特征在于：本方法多层印制电路板集成液冷通道制作步骤如下，

A：根据顶部电路板、中部电路板和底部电路板的结构及所需基材层数，分别通过基材制作顶部电路板、中部电路板和底部电路板；

具体制作过程为：每两层基材之间通过半固化片粘接固定，如果基材需要粘接的面有内层线路图形，则在通过半固化片粘接之前，预先在对应的基材粘接面制作内层线路图形；每完成一次半固化片粘接形成层数增加的复合基材后，根据结构需要，在该新的复合基材上制作所需的导通孔和下一次粘接面的内层线路图形，所述导通孔贯通该新的复合基材上下表面；然后再粘接下一层基材，直到分别达到顶部电路板、中部电路板和底部电路板对应层数为止；

在中部电路板达到设计的层数后，再制作中部电路板导通孔、上下表面线路图形和液冷通道图形，所述液冷通道图形贯通中部电路板的上下表面；中部电路板导通孔贯通中部电路板的上下表面，用于实现中部电路板多层线路图形的电学互连；

在顶部电路板达到设计的层数后，再制作顶部电路板导通孔、下表面线路图形；如果顶部电路板有通道进口和/或通道出口，则同时制作通道进口和/或通道出口；顶部电路板导通孔贯通顶部电路板的上下表面，用于实现顶部电路板多层线路图形的电学互连和发热器件导热功能；

在底部电路板达到设计的层数后，再制作底部电路板导通孔、上表面线路图形；如果底部电路板有通道进口和/或通道出口，则同时制作通道进口和/或通道出口；底部电路板导通孔贯通底部电路板的上下表面，用于实现底部电路板多层线路图形的电学互连和发热器件导热功能；

通道进口和通道出口位置分别与液冷通道图形两端部对应；

B：将顶部电路板或底部电路板二者其中一块与中部电路板通过图形化的半固化片粘接形成复合电路板；

C：制作所述复合电路板的导通孔和下一步粘接时粘接面对应的线路图形；

D：将步骤C形成的复合电路板再通过另一块图形化的半固化片与步骤B中顶部电路板或底部电路板两者剩下的另一块电路板粘接形成多层电路板；其中步骤B和步骤D中两块半固化片图形完全相同，所述图形包括半固化片外形及与液冷通道对应的图形；

E：制作所述多层电路板的导通孔、上下表面线路图形，即制得集成液冷通道的多层电路板。

2.根据权利要求1所述的多层印制电路板集成液冷通道制作方法，其特征在于：所述基材包括无金属箔的基板、单面覆金属箔的基板和双面覆金属箔的基板。

3.根据权利要求1所述的多层印制电路板集成液冷通道制作方法，其特征在于：所有导通孔包括用于内层线路图形及上下表面线路图形互连的导通孔以及布设于发热器件正下方用于导热和接地的导通孔；所述导通孔贯通制孔时所在电路板的上下表面；所述导通孔依次通过钻孔、化学镀金属薄层、电镀加厚金属层、继续电镀塞孔或树脂塞孔制作形成。

4.根据权利要求1所述的多层印制电路板集成液冷通道制作方法，其特征在于：所述内层线路图形和上下表面线路图形通过减去法图形转移制作形成。

5.根据权利要求4所述的多层印制电路板集成液冷通道制作方法，其特征在于：所述减去法图形转移是先在覆有金属箔的基板上通过贴干膜、曝光、显影制作与所需线路图形相同的掩膜图形，露出不需要金属箔的地方，再通过化学蚀刻除去不需要的金属箔，最后除去干膜，得到所需线路图形。

6.根据权利要求1所述的多层印制电路板集成液冷通道制作方法，其特征在于：所述液冷通道图形、通道进口和通道出口利用机械加工方法或激光工艺制作形成。

7.根据权利要求1所述的多层印制电路板集成液冷通道制作方法，其特征在于：半固化片的图形化利用机械加工方法或激光工艺实现。