CN108430173A - 线路板及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种线路板及其制作方法，包括如下步骤：制备线路板预制件，该线路板预制件包括金属基层、外层线路层；在所述线路板预制件上钻散热孔，该散热孔的孔底接触所述金属基层；在所述散热孔的孔壁沉积金属层，或者电镀填平所述散热孔；对所述外层线路层进行图形转移，形成外层图形层；曝光，显影，蚀刻，去膜，得线路板。在线路板制作过程中，发明人创造性地对线路板预制件钻孔直至孔底接触金属基层，然后在孔壁沉积金属层或者电镀填平该孔，孔壁沉积的金属层或者被填平的孔作为散热通道，连通了各层线路层与金属基层而直接使线路层热量传导至金属基层散出，具有较好的散热效果。

Description

线路板及其制作方法
技术领域
本发明涉及电路板制作设计及大元器件散热领域，特别是涉及一种线路板及其制作方法。
背景技术
当前对环境的要求越来越高，能源节约意识和能源危机感越来越强，加快混合动力车研发并逐渐走向市场化。同时混合动力车的性价比和市场化程度也越来越被人们广泛关注。PCB结合大功率元器件也不断的进行开发和设计，促使汽车用大功率线路板和车头LED灯集成化及散热问题急需解决。
传统金属基线路板，见图1、图2所示，是通过金属基层与线路层之间的绝缘介质层把热量传导到金属基上，热量传导效率低。
因此，亟待研发一种散热效果好的线路板。
发明内容
基于此，本发明的目的是提供一种散热效果好的线路板的制作方法。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：
一种线路板的制作方法，包括如下步骤：
制备线路板预制件，该线路板预制件包括金属基层、外层线路层；
在所述线路板预制件上钻散热孔，该散热孔的孔底接触所述金属基层；
在所述散热孔的孔壁沉积金属，或者电镀填平所述散热孔；
对所述外层线路层进行图形转移，形成外层图形层；
曝光，显影，蚀刻，去膜，得线路板。
在其中一些实施例中，所述线路板预制件的制备包括如下步骤：
开料：取双层金属基板，切成指定尺寸的小料；该双层金属基板中的一层金属层作为金属基层，另一层金属层作为内层线路层；
定位：在所述小料上钻定位孔；
内层图形层制作：对所述内层线路层进行图形转移，形成内层图形层；
压合：于所述内层图形层的表面依次层叠半固化片和铜箔，压合，得铜箔作为外层线路层的线路板预制件；
或者，所述线路板预制件的制备包括如下步骤：
开料：取单层金属基板，切成指定尺寸的小料，该单层金属基板的金属层作为金属基层；
定位：在所述小料上钻定位孔；
压合：于所述单层金属基板的介电层的表面依次层叠半固化片和铜箔，压合，得铜箔作为外层线路层的线路板预制件。
在其中一些实施例中，所述散热孔延伸入所述金属基层的深度为2～8mil。该深度特别有利于散热、可靠性好。如果孔延伸入金属基层过深，或者钻穿金属基层，则难以保证孔的填铜厚度，可靠性变差。
在其中一些实施例中，所述散热孔的孔径为0.3～3mm，相邻所述散热孔之间的间隔大于0.25mm；或/和，所述散热孔的孔径为3～5mil，相邻所述散热孔之间的间隔大于0.2mm。
在其中一些实施例中，所述散热孔的孔径为0.3～2mm(优选为1.6～2mm)，相邻所述散热孔之间的间隔大于0.25mm；或/和，所述散热孔的孔径为3～5mil，相邻所述散热孔之间的间隔大于0.2mm。
在其中一些实施例中，所述金属基层的厚度为1～3mm；所述内层线路层的厚度为0.3～1OZ；所述外层线路层的厚度为0.3～3OZ；所述钻孔采用深度钻孔或/和激光钻孔。
在其中一些实施例中，所述深度钻孔的条件包括：转速为15～65krpm，落速为20～90ipm，回速为400～900ipm；所述激光钻孔的条件包括：频率为140～170Hz，脉冲宽度为3～20μs，激光能量为2～26mJ，脉冲次数为1～8，Mask尺寸为2～5mm。
在其中一些实施例中，所述深度钻孔的条件包括：转速为15～25krpm，落速为40～70ipm，回速为700～900ipm；所述激光钻孔的条件包括：频率为145～155Hz，脉冲宽度为3～16μs，激光能量为3～20mJ，脉冲次数为1～5，Mask(掩膜)尺寸为2～4mm。
在其中一些实施例中，所述压合的条件包括：温度为80～220℃，压力为52～220N/cm2，真空度为0.5～1.5bar。
在其中一些实施例中，所述双层金属基板选自双层铜基板、双层铝基板、双层铁基板中的至少一种；所述单层金属基板选自单层铜基板、单层铝基板、单层铁基板中的至少一种。优选地，所述双层金属基板为双层铜基板，所述单层金属基板为单层铜基板。
在其中一些实施例中，所述沉积、电镀的金属为铜、铝、铁中的至少一种。优选为铜。
本发明还提供一种上述的方法制作而成的线路板。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
发明人创造性地在线路板预制件上钻散热孔，该散热孔穿透线路板预制件外层线路层，延伸至其孔底接触金属基层，然后在孔壁沉积金属或者电镀填平该孔，孔壁沉积金属形成的金属层或者被金属填平的孔作为散热通道，连通了各层线路层与金属基层，该结构设计能够直接使线路层热量传导至金属基层散出，这种直接传热的方式具有较好的散热效果；特别是，挑选适当的散热孔延伸入金属基层的深度，或者采用合适孔径、间隔的散热孔，能够实现非常好的散热效果。并且本发明的该设计，还能保证沉积、电镀金属厚度从而不会使可靠性变差。同时，连通的各层线路层与金属基层形成统一体结构，使各层之间结合稳定且结合力强，不易剥落，线路板产品性能可靠。
附图说明
图1、图2为传统线路板结构示意图；
图3为实施例2制作的线路板结构示意图；
图4为实施例1制作的线路板结果示意图；
图中，1是外层线路层，2是内层线路层，3是金属基层，4是本申请散热孔制备的散热通道，5是介质层，6是传统线路中的散热通道。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明实施例中采用的金属基板购自贝格斯有限公司或EMC(中山市台光电子材料有限公司)，以EMC型号为EM-MP C1100，铜基厚度为1.0mm为例。
半固化片购自EMC，型号为1080RC60。本发明中的1mil＝25.4μm；1OZ＝1.35mil，即约为35μm。
实施例1
本实施例一种线路板及其制作方法，包括如下步骤：
1、线路板预制件的制备
(1)开料：取铜基板，该铜基板包括1.0mm铜基层和第一层线路铜层(即内层线路层)，第一线路铜层为0.33OZ铜层；将双层覆铜板(结构为两层金属层以及金属层之间的介电层)大料切成制指定尺寸的小料；
(2)定位(第一次钻孔)：在小料上钻定位孔，钻孔工艺程序选自如表1中A1至A3任一行条件即可，本实施例选用条件A1对应的参数；
表1
条件 直径(mm) 转速(krpm) 进刀速(ipm) 退刀速(ipm) 最大寿命
A1 2.05 24 17 500 120
A2 2.5 20 15 500 120
A3 3.3 20 13 500 120
(3)内层图形制作：使用负片底片，在0.33OZ厚的第一线路层上按照常规方法刻蚀制作内层图形；具体工序流程为磨板-辘膜-曝光-显影，其中辘膜工序使用1.5mil干膜；铜基层不设置线路，用干膜或PET膜做保护；
(4)按照常规工序对内层图形进行自动光学检测(AOI)，检查内层图形线路有无开路、短路、蚀不净等问题；
(5)黑化：按照常规工序对第一线路层进行棕化，铜基层用PET膜进行保护，依次包括上板-除油-水洗-预浸-棕化-水洗-烘板-冷却-出板工序；由此增大表面积，使结合力增大。
(6)压板：按叠板结构依次层放铜基板(含内层图形的第一线路层朝上)，以及半固化片和0.5OZ厚的铜箔，然后在高温高压下制成以铜箔为外层线路层的线路板预制件，工艺条件如表2所示。
表2
2、在所述线路板预制件上钻散热孔，该散热孔的孔底接触所述金属基层
本实施例采用深度钻孔的方式钻散热孔：直径为0.3～3.0mm。采用该尺寸的散热孔，更有利于线路板各层产生的热量的导出。深度钻孔的工艺条件选自下表3中A1至A29任一行所示条件，其中深度控制在15mil±3mil，使钻深控制在接触铜基面以下5mil±3mil的位置。钻孔孔壁到孔壁控制在大于0.25mm。本实施例选用A9所示条件进行深度钻孔。
表3
3、在所述散热孔的孔壁沉积金属层，电镀填平所述散热孔
利用化学反应按照常规方法在散热孔的孔壁沉积铜，利用脉冲填铜电镀填平散热孔。其中方波脉冲的频率；正向脉冲时间20ms，正反时间比10:1，电流15ASF，脉冲波形，电镀总时间为150min。
4、对所述外层线路层进行图形转移，形成外层图形层
使用正片底片，在0.5OZ厚的铜箔上按照常规方法刻蚀制作外层图形；具体的工序流程为磨板-辘膜-曝光-显影，其中辘膜工序使用2.0mil干膜。
按照常规工序对外层图形进行自动光学检测(AOI)，检查外层图形线路有无开路、短路、蚀不净等问题。
5、按照常规方法进行后工序，即曝光，显影，蚀刻，去膜，得线路板，其结构如图4所示。
实施例2
本实施例是实施例1的变化例，实施例2提供一种线路板及其制作方法：
1、线路板预制件的制备，该步骤中：
(1)开料：取单面覆铜板，含有1.0mm铜基层和介电层；将单面覆铜板大料切成制指定尺寸的小料。
(2)定位(第一次钻孔)：选用表1中A3对应的工艺条件。
(3)、(4)、(5)同实施例1。
(6)压板，按叠板结构依次层放铜基板(介质层朝上)，以及半固化片和0.5OZ厚的铜箔，然后在高温高压下制成铜箔作为外层线路层的线路板预制件。工艺条件如表2所示。
3、在所述线路板预制件上钻散热孔，该散热孔的孔底接触所述金属基层
本实施例采用激光钻孔制备散热孔：对线路板预制件进行激光钻孔，形成3mil～5mil激光孔径，和3mil～6mil孔深，为讯号在各层间导通和安插某些电子元件提供基础。钻孔的孔壁到孔壁控制在大于0.2mm。激光钻孔采用的工艺条件如表4中A1至A6任一组条件。本实施例选用的激光钻孔条件为A3所示的工艺条件。
表4
后续步骤同实施例1。该线路板如图3所示。
需要说明的是：本发明的技术方案在实施过程中，可以与传统工艺相结合，制备出兼有传统散热通道与本申请散热通道的线路板；本申请在制备线路板时，也可以对线路板预制件既进行控深钻孔又进行激光钻孔。
针对以上实施例1和实施例2，本发明还以采用常规技术手段(不深度钻孔、激光钻孔作为散热孔)制备的传统线路板(如图1、图2)为对照。
实验结果及分析：上述实施例可以达到直接散热的效果，实验测试显示传统线路板(如图1、图2)导热系数为3W/m.k，而以上实施例线路板导热系数为300W/m.k左右，使导热能力百倍提升。
对比例1
本对比例是实施例1的对比例，差别之处在于：
“3、深度钻孔”所得孔延伸入所述铜基层的深度设为10mil。
结果，本对比例制作的线路板会使镀铜难度加大，使电镀填铜效果变差，进一步影响散热效果和产品质量。实施例导热系数为215～296W/m.k，而本对比例1，因为镀铜与铜基接触不良，导致导热系数为30～100W/m.k。
如果将实施例2的“4、激光钻孔”所得孔延伸入所述铜基层的深度设为10mil，也会因为镀铜与铜基接触不良，导致导热系数为30～100W/m.k。
对比例2
本对比例是实施例1的对比例，差别之处在于：“3、深度钻孔”所得孔的孔径为0.2mm，相邻所述孔之间的间隔小于0.2mm。
结果，本对比例制作的线路板，会因设备能力的局限性使孔间距变小，甚至为0，导致整个激光钻孔处平整度变差，导热效果变差。实施例导热系数为215～296W/m.k，而本对比例2，因为镀铜与铜基接触不良，导致导热系数仅为70～120W/m.k。
如果将实施例2的“4、激光钻孔”所述孔的孔径为7mil，相邻所述孔之间的间隔小于0.1mm。也会因为镀铜与铜基接触不良，导致导热系数仅为70～120W/m.k。
综上所述，以上实施例在线路板预制件上钻散热孔，该散热孔穿透线路板预制件外层线路层，延伸至其孔底接触金属基层，然后在孔壁沉积金属层或者电镀填平该孔，孔壁沉积的金属层或者被金属填平的孔作为散热通道，连通了各层线路层与金属基层，该结构设计能够直接使线路层热量传导至金属基层散出，这种直接传热的方式具有较好的散热效果；特别是，挑选适当的散热孔延伸入金属基层的深度，或者采用合适孔径、间隔的散热孔，能够实现非常好的散热效果。并且本发明的该设计，还能保证沉积、电镀金属厚度从而不会使可靠性变差。同时，连通的各层线路层与金属基层形成统一体结构，使各层之间结合稳定且结合力强，不易剥落，线路板产品性能可靠。根据实验结果及设计特点，因为本实施例通过深孔及激光孔电镀填铜，使元器件线路层和铜基直接相连，使热量以接近铜的导热能力散出，进而达到很好的散热效果，能够解决目前电动汽车、充电桩等大电流载体的元器件及电路板散热问题。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种线路板的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
制备线路板预制件，该线路板预制件包括金属基层、外层线路层；
在所述线路板预制件上钻散热孔，该散热孔的孔底接触所述金属基层；
在所述散热孔的孔壁沉积金属，或者电镀填平所述散热孔；
对所述外层线路层进行图形转移，形成外层图形层；
曝光，显影，蚀刻，去膜，得线路板。
2.根据权利要求1所述的线路板的制作方法，其特征在于，所述线路板预制件的制备包括如下步骤：
开料：取双层金属基板，切成指定尺寸的小料；该双层金属基板中的一层金属层作为金属基层，另一层金属层作为内层线路层；
定位：在所述小料上钻定位孔；
内层图形层制作：对所述内层线路层进行图形转移，形成内层图形层；
压合：于所述内层图形层的表面依次层叠半固化片和铜箔，压合，得铜箔作为外层线路层的线路板预制件；
或者，所述线路板预制件的制备包括如下步骤：
开料：取单层金属基板，切成指定尺寸的小料，该单层金属基板的金属层作为金属基层；
定位：在所述小料上钻定位孔；
压合：于所述单层金属基板的介电层的表面依次层叠半固化片和铜箔，压合，得铜箔作为外层线路层的线路板预制件。
3.根据权利要求1或2所述的线路板的制作方法，其特征在于，所述散热孔延伸入所述金属基层的深度为2～8mil。
4.根据权利要求1或2所述的线路板的制作方法，其特征在于，所述散热孔的孔径为0.3～3mm，相邻所述散热孔之间的间隔大于0.25mm；或/和，所述散热孔的孔径为3～5mil，相邻所述散热孔之间的间隔大于0.2mm。
5.根据权利要求2所述的线路板的制作方法，其特征在于，所述金属基层的厚度为1～3mm；所述内层线路层的厚度为0.3～1OZ；所述外层线路层的厚度为0.3～3OZ；所述钻孔采用深度钻孔或/和激光钻孔。
6.根据权利要求5所述的线路板的制作方法，其特征在于，所述深度钻孔的条件包括：转速为15～65krpm，落速为20～90ipm，回速为400～900ipm；所述激光钻孔的条件包括：频率为140～170Hz，脉冲宽度为3～20μs，激光能量为2～26mJ，脉冲次数为1～8，掩膜尺寸为2～5mm。
7.根据权利要求2所述的线路板的制作方法，其特征在于，所述压合的条件包括：温度为80～220℃，压力为52～220N/cm2，真空度为0.5～1.5bar。
8.根据权利要求2所述的线路板的制作方法，其特征在于，所述双层金属基板选自双层铜基板、双层铝基板、双层铁基板中的至少一种；所述单层金属基板选自单层铜基板、单层铝基板、单层铁基板中的至少一种。
9.根据权利要求1至8任一项所述的线路板的制作方法，其特征在于，所述沉积、电镀的金属为铜、铝、铁中的至少一种。
10.权利要求1至9任一项所述的方法制作而成的线路板。
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