CN108882538A - 电路板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电路板及其制备方法，该电路板包括绝缘芯板、分别位于绝缘芯板两个相对表面侧的第一金属层和第二金属层，绝缘芯板包括绝缘基材和内嵌于绝缘基材的绝缘散热体；该制备方法包括：在第一金属层和绝缘散热体之间以及第二金属层和绝缘散热体之间设置半固化态的导热粘结材料，对导热粘结材料进行加热或热压处理，使得导热粘结材料发生固化反应而完成绝缘散热体和第一金属层之间以及绝缘散热体和第二金属层之间的粘结连接。本发明的电路板及其制备方法具有制作工艺简单环保、成本低的优点。

Description

电路板及其制备方法

技术领域

本发明涉及电路板领域；更具体地，本发明涉及一种内嵌绝缘散热体的电路板及其制备方法。

背景技术

例如LED芯片/灯珠、晶闸管、GTO(门极可关断晶闸管)、GTR(电力晶体管)、MOSFET(电力场效应晶体管)、IGBT(绝缘栅双极晶体管)和电力二极管等的各种半导体器件通常利用电路板作为安装载板，这些半导体器件在工作过程中通常会产生热量，为避免热量积聚形成高温而影响其性能，需要由电路板将半导体器件所产生的热量及时导出。

中国专利文献CN 105611724A公开了一种内嵌陶瓷散热器的印刷电路板及其制备方法，其中利用陶瓷散热器快速导出半导体器件所产生的热量。该电路板的制备方法中，先通过热压方式制备双面覆铜的基板并将同样双面覆铜的陶瓷散热器固定在绝缘基板中，而后通过化学镀及电镀工艺在基板及散热器的两相对表面形成覆铜层，最后蚀刻该表面覆铜层而形成相应的导电和/或导热图案。

这种电路板及其制备方法的缺点在于，采用化学镀及电镀工艺形成表面覆铜层，不仅流程复杂、成本高，而且化学镀及电镀还会产生大量工业废水，造成较大的环保压力。另外，由于工艺及成本的限制，该方法难以制备具有较厚表面覆铜层(例如大于0.2毫米)的电路板。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的主要目的是提供一种成本低、工艺简单且环保的电路板制备方法。

本发明的另一目的是提供一种制作成本低、制作工艺简单且环保的电路板。

为了实现上述的主要目的，本发明的第一方面提供了一种电路板制备方法，该电路板包括绝缘芯板、位于绝缘芯板第一表面侧的第一金属层、位于绝缘芯板第二表面侧的第二金属层，绝缘芯板包括绝缘基材和设置在绝缘基材中的绝缘散热体；该制备方法包括如下步骤：

S210：在第一金属层和绝缘散热体之间设置半固化态的第一导热粘结材料，对第一导热粘结材料进行加热或热压处理，使得第一导热粘结材料发生固化反应而粘结第一金属层和绝缘散热体；

S230：在第二金属层和绝缘散热体之间设置半固化态的第二导热粘结材料，对第二导热粘结材料进行加热或热压处理，使得第二导热粘结材料发生固化反应而粘结第二金属层和绝缘散热体。

上述制备方法中，通过导热粘结材料的固化反应实现绝缘散热体与第一金属层之间及绝缘散热体与第二金属层之间的连接，无需采用现有技术所需的化学镀及电镀工艺，具有成本低、工艺简单且环保的优点。另外，第一金属层和第二金属层的厚度可以灵活地设置，既可以采用具有相对较小厚度(例如15微米至100微米)的金属板材；也可以采用具有相对较大厚度(例如0.2毫米至3毫米)的金属板材，以满足大电流半导体器件的需求，而这是现有技术中化学镀及电镀工艺所难以实现的。

于本发明的一种具体实施例中，在步骤S210之后且在步骤S230之前，还包括如下步骤：

S221：在第一金属层上依次交错层叠半固化片和绝缘介质层，半固化片和绝缘介质层具有贯通孔，绝缘散热体位于贯通孔内；

S222：对半固化片和绝缘介质层进行热压处理，使得半固化片发生固化反应而形成绝缘芯板；

S223：对绝缘芯板的上表面进行研磨，以完全露出绝缘散热体的上表面。

作为本发明的一种优选实施方式，第一导热粘结材料为半固化态银胶或半固化态导热胶；并且其中，步骤S210包括：

S211：采用丝网印刷工艺在第一金属层的预定区域设置第一导热粘结材料，并将绝缘散热体放置到第一导热粘结材料上；

S212：对第一导热粘结材料进行加热处理，使得第一导热粘结材料发生固化反应而粘结第一金属层和绝缘散热体。

作为本发明的另一优选实施方式，第二导热粘结材料为导热半固化片、半固化态银胶或半固化态导热胶；并且其中，步骤S230包括：

S231：在绝缘芯板的上表面覆盖第二导热粘结材料，并将第二金属层叠放到第二导热粘结材料上；

S232：对第二导热粘结材料进行加热或者热压处理，使得第二导热粘结材料发生固化反应而粘结第二金属层、绝缘散热体和绝缘基材。

于本发明的另一具体实施例中，第一导热粘结材料和第二导热粘结材料为导热半固化片，步骤210和步骤230是按照如下方法同时进行的：

依次层叠第一金属层、第一导热粘结材料、绝缘芯板层叠体、第二导热粘结材料和第二金属层，绝缘芯板层叠体包括多层绝缘介质层和设置在相邻绝缘介质层之间的半固化片，半固化片和绝缘介质层具有贯通孔，绝缘散热体位于贯通孔内；

进行热压处理，使得半固化片发生固化反应而形成绝缘芯板，第一导热粘结材料发生固化反应而粘结第一金属层、绝缘散热体和绝缘基材，且第二导热粘结材料发生固化反应而粘结第二金属层、绝缘散热体和绝缘基材。

上述技术方案中，步骤210、步骤230及绝缘芯板制备是通过一次热压工艺实现的，可进一步简化电路板制备工艺，降低生产成本。

于本发明的再一具体实施例中，第一导热粘结材料和第二导热粘结材料为导热半固化片，制备方法还包括如下步骤：

S110：提供绝缘芯板层叠体，该绝缘芯板层叠体包括多层绝缘介质层和设置在相邻绝缘介质层之间的半固化片，半固化片和绝缘介质层具有贯通孔，绝缘散热体位于贯通孔内；

S120：对绝缘芯板层叠体进行热压处理，使得半固化片发生固化反应而形成绝缘芯板；

S130：对绝缘芯板的上、下表面进行研磨处理，以完全露出绝缘散热体的上、下表面；

在步骤S130之后，按如下方法同时进行步骤S210和步骤S230：

依次层叠第一金属层、第一导热粘结材料、绝缘芯板、第二导热粘结材料和第二金属层；

接着进行热压处理，使得第一导热粘结材料发生固化反应而粘结第一金属层、绝缘散热体和绝缘基材，且第二导热粘结材料发生固化反应而粘结第二金属层、绝缘散热体和绝缘基材。

本发明的制备方法中，第一金属层和第二金属层优选厚度为35微米至2毫米的铜板材，更优选厚度为0.2毫米至2毫米的铜板材；绝缘散热体优选为陶瓷。

上述技术方案中，单独利用陶瓷作为绝缘散热体，无需如现有技术中一样在陶瓷体的上、下表面形成覆铜层后得到绝缘散热体，显著降低绝缘散热体及电路板的制作成本。

本发明的制备方法中，步骤S210中控制半固化态的第一导热粘结材料的厚度优选为30微米至100微米，步骤S230中控制半固化态的第二导热粘结材料的厚度优选为30微米至100微米；并且其中，第一导热粘结材料和第二导热粘结材料的固化温度优选为100℃至180℃(例如大约150℃)，导热系数优选为大于2W/(m·K)。

为了实现本发明的另一目的，本发明的第二方面提供了一种电路板，包括内嵌绝缘散热体的绝缘芯板、位于绝缘芯板上表面侧的第一金属层以及位于绝缘芯板下表面侧的第二金属层，该第一金属层和/或第二金属层为图案化金属层；其中，第一金属层和绝缘散热体之间通过第一热固化型导热粘结材料粘结连接，第二金属层和绝缘散热体之间通过第二热固化型导热粘结材料粘结连接。

本发明的电路板中，绝缘散热体与第一金属层之间及绝缘散热体与第二金属层之间通过热固型导热粘结材料连接，其制作过程无需采用现有技术所需的化学镀及电镀工艺，具有制作成本低、工艺简单且环保的优点。另外，第一金属层和第二金属层的厚度可以灵活地设置，既可以采用具有相对较小厚度(例如15微米至100微米)的金属板材；也可以采用具有相对较大厚度(例如0.2毫米至3毫米)的金属板材，以满足大电流半导体器件的需求。

在本发明电路板的一种具体实施例中，第一金属层和第二金属层是厚度为35微米至2毫米的铜层，绝缘散热体为陶瓷。

本发明的电路板中，优选地，第一热固化型导热粘结材料和第二热固化型导热粘结材料的固化温度为100℃至180℃，导热系数大于2W/(m·K)，厚度为15微米至80微米。

为了更清楚地阐述本发明的目的、技术方案及优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

附图说明

图1是本发明电路板制备方法实施例1中步骤S211的示意图；

图2是本发明电路板制备方法实施例1中步骤S221的示意图；

图3是本发明电路板制备方法实施例1中步骤S222的示意图；

图4是本发明电路板制备方法实施例1中步骤S223的示意图；

图5是本发明电路板制备方法实施例1中步骤S231的示意图；

图6是本发明电路板制备方法实施例1所得电路板的示意图；

图7是本发明电路板制备方法实施例2所得电路板的示意图；

图8是本发明电路板制备方法实施例5中叠板步骤示意图；

图9是本发明电路板制备方法实施例5中热压步骤所得电路板的示意图；

图10是本发明电路板制备方法实施例6中绝缘芯板的层叠示意图；

图11是本发明电路板制备方法实施例6中绝缘芯板的结构示意图；

图12是本发明电路板制备方法实施例6中热压步骤所得电路板的示意图。

具体实施方式

实施例1

实施例1的电路板制备方法依次包括如下步骤：

S211：如图1所示，提供厚度为0.2毫米至2毫米(例如大约1毫米)的铜板材11(第一金属层)，采用丝网印刷工艺在铜板材11的预定区域丝印厚度为大约30微米至100微米(例如大约50微米)的半固化态银胶21(第一导热粘结材料)，并将陶瓷散热体31放置到半固化态银胶21上；

S212：对银胶21进行加热处理(即对步骤S211所得到的半成品进行加热处理)，使得银胶21发生固化反应(固化后，银胶21的厚度会变薄)而粘结铜板材11和陶瓷散热体31；

S221：如图2所示，在铜板材11上依次交错层叠至少一层半固化片321和至少一层绝缘介质层322，半固化片321和绝缘介质层322具有贯通孔323，陶瓷散热体31位于贯通孔323内；1其中，半固化片321和绝缘介质层322的层叠厚度略大于陶瓷散热体31；

S222：如图3所示，对半固化片321和绝缘介质层322进行热压处理(即对步骤S221所得到的半成品进行加热处理)，使得半固化片321发生固化反应而形成绝缘芯板30，绝缘芯板30包括陶瓷散热体31以及由绝缘介质层322和固化后的半固化片321所形成的绝缘基材32；

参见图3，热压过程中，半固化片321内的树脂会流动而填充陶瓷散热体31和绝缘介质层322之间的间隙，使得绝缘基材32和陶瓷绝缘体31之间紧密连接；部分树脂301还会流动至绝缘芯板30的表面并固化；

S223：如图4所示，对绝缘芯板30的上表面进行研磨，去除绝缘芯板30上表面的部分树脂301，以完全露出陶瓷散热体31的上表面，并实现绝缘芯板30上表面的平整化；

S231：如图5所示，在绝缘芯板40的上表面覆盖半固化态的银胶22(第二导热粘结材料)，然后将厚度为0.2毫米至2毫米(例如大约1毫米)的铜板材12(第二金属层)叠放到银胶22上；

S232：对银胶22进行加热处理(即对步骤S231所得到的半成品进行加热处理)，使得银胶22发生固化反应而粘结铜板材12、陶瓷散热体31和绝缘基材32；

接着，如图6所示，对铜板材11进行蚀刻处理，以使得铜板材11形成图案化结构，该图案化结构包括覆盖陶瓷散热体31的导热焊盘111以及形成在绝缘基材42上的导电线路/焊盘112。

进一步地，根据需要对所得到的电路板进行阻焊制作、表面处理制作及外形制作等，这些均可以参照现有电路板制作工艺进行，并为本领域技术人员所熟知，在此省略对其的详细说明。

实施例1中，陶瓷散热体3可以是例如氮化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷、碳化硅陶瓷等各种陶瓷材料；半固化态银胶21和22的导热系数大于20W/(m·K)、优选为大于40W/(m·K)，例如选用日本藤仓化成株式会社的、规格/型号为XA-874的银胶。

如图6所示，实施例1所得到的电路板包括内嵌陶瓷散热体31的绝缘芯板30、位于绝缘芯板30第一表面侧的图案化铜层11以及位于绝缘芯板30第二表面侧的非图案化铜层12(作为散热层)；其中，图案化铜层11和陶瓷散热体31之间通过银胶21固化粘结连接，非图案化铜层12和陶瓷散热体31之间以及非图案化铜层12和绝缘基材32之间通过银胶22固化粘结连接。固化银胶21和22的厚度优选为15微米至80微米，更优选为15微米至50微米，例如30微米至50微米。

实施例2

图7是实施例2的结构示意图。如图7所示，实施例2与实施例1的区别在于，本实施例的绝缘散热体包括陶瓷散热体31以及设置在其上、下表面的覆铜层311，覆铜层311的厚度为15微米至50微米。另外，覆铜层311可以仅形成在陶瓷散热体31的上表面或下表面。

实施例3

实施例3与实施例1的区别在于：在步骤S211及步骤S231中，利用半固化态导热胶(具有导热性能而不具有导电性能)代替银胶(同时具有导热性能和导电性能)。该半固化态导热胶的导热系数大于2W/(m·K)、优选为大于3W/(m·K)，例如选用岑创光电科技(上海)有限公司的、规格/型号为ST0903的半固化态导热胶。

实施例3中，导热胶不具备导电性能，因此一方面可以进一步对铜板材12进行蚀刻处理而得到图案化导电线路/焊盘，从而得到双面均形成有电路的电路板；另一方面，导电线路/焊盘可以同时形成在陶瓷绝缘体31的上表面和/或下表面。进一步地，还可以如现有技术中所普遍应用的，形成电连接电路板两侧表面电路图案的导电过孔。

实施例4

实施例4与实施例1或实施例3的区别在于：在步骤S231中，利用导热半固化片代替银胶或半固化态导热胶，对导热半固化片进行加热处理，使得导热半固化片发生固化反应而粘结第二金属层、陶瓷散热体和绝缘基材。

相应地，可以进一步对铜板材12进行蚀刻处理而得到图案化导电线路/焊盘，从而得到双面均形成有电路的电路板

本发明中(包括下述实施例5至7中)，导热半固化片的导热系数大于5W/(m·K)、优选为大于10W/(m·K)，例如选用日本日立化成株式会社的、规格/型号为HT-9000或HT-1500的导热半固化片。

实施例5

实施例5的电路板制备方法包括如下步骤：

如图8所示，首先依次层叠铜板材11’、导热半固化片121、绝缘芯板层叠体、导热半固化片122和铜板材12’，绝缘芯板层叠体包括多层绝缘介质层1322和设置在相邻绝缘介质层1322之间的半固化片1321，半固化片1321和绝缘介质层1322具有贯通孔1323，陶瓷散热体131位于贯通孔1323内；其中，铜板材11’和12’的厚度为30微米至0.1毫米，导热半固化片的厚度为大约30微米至100微米(例如大约50微米)；绝缘芯板层叠体可以根据板厚要求设置。

如图9所示，接着进行热压处理，使得半固化片1321发生固化反应而形成绝缘芯板130，绝缘芯板130包括陶瓷绝缘体131和绝缘基材132；导热半固化片121发生固化反应而粘结铜板材11’、陶瓷散热体131和绝缘基材132，且导热半固化片122发生固化反应而粘结铜板材12’、陶瓷散热体131和绝缘基材132。

然后，对铜板材11’和/或铜板材12’进行蚀刻处理，以形成图案化导电线路/焊盘和/或导热焊盘。进一步地，根据需要对所得到的电路板进行阻焊制作、表面处理制作及外形制作等，这些均可以参照现有电路板制作工艺进行，并为本领域技术人员所熟知，在此省略对其的详细说明。

实施例5所得到的电路板包括内嵌陶瓷散热体131的绝缘芯板130、位于绝缘芯板130第一表面侧的图案化铜板材11’和/或位于绝缘芯板130第二表面侧的图案化铜板材12’；其中，图案化铜板材11’和陶瓷散热体131之间以及图案化铜板材11’和绝缘基材132之间通过导热半固化片121固化粘结连接，图案化铜板材12’和陶瓷散热体131之间以及图案化铜板材12’和绝缘基材132之间通过导热半固化片122固化粘结连接。导热半固化片固化后的厚度(指其在铜板材和陶瓷散热体之间的厚度)优选为15微米至80微米，更优选为15微米至50微米，例如30微米至50微米。

实施例6

实施例6的制备方法包括如下步骤：

S110：如图10所示，提供绝缘芯板层叠体，该绝缘芯板层叠体包括多层绝缘介质层2322和设置在相邻绝缘介质层2322之间的半固化片2321，半固化片2321和绝缘介质层2322具有贯通孔2323，陶瓷散热体231位于贯通孔2323内；

S120：对绝缘芯板层叠体进行热压处理，使得半固化片2321发生固化反应而形成绝缘芯板230；

S130：如图11所示，对绝缘芯板230的上、下表面进行研磨处理，以完全露出陶瓷散热体的上、下表面；

接着，依次层叠铜板材211、导热半固化片221、绝缘芯板230、导热半固化片222和铜板材212；

然后进行热压处理，使得导热半固化片221发生固化反应而粘结铜板材211、陶瓷散热体231和绝缘基材232，且导热半固化片222发生固化反应而粘结铜板材212、陶瓷散热体231和绝缘基材232。

接着，对铜板材1211和/或铜板材212进行蚀刻处理，以形成图案化导电线路/焊盘和/或导热焊盘。

容易理解，在本发明的各个实施例中，电路板内陶瓷散热体31的数量可以为一个或多个，例如图6所示的电路板实施例1包括两个陶瓷散热体31。实施例5至7中，绝缘散热体可以采用上、下表面均具有覆铜层的陶瓷散热体。

虽然以上通过优选实施例描绘了本发明，但应当理解的是，本领域普通技术人员在不脱离本发明的发明范围内，凡依照本发明所作的同等改进，应为本发明的保护范围所涵盖。

Claims (10)

1.一种电路板制备方法，所述电路板包括绝缘芯板、位于所述绝缘芯板第一表面侧的第一金属层、位于所述绝缘芯板第二表面侧的第二金属层，所述绝缘芯板包括绝缘基材和设置在所述绝缘基材中的绝缘散热体；所述制备方法包括如下步骤：

S210：在所述第一金属层和所述绝缘散热体之间设置半固化态的第一导热粘结材料，对所述第一导热粘结材料进行加热或热压处理，使得所述第一导热粘结材料发生固化反应而粘结所述第一金属层和所述绝缘散热体；

S230：在所述第二金属层和所述绝缘散热体之间设置半固化态的第二导热粘结材料，对所述第二导热粘结材料进行加热或热压处理，使得所述第二导热粘结材料发生固化反应而粘结所述第二金属层和所述绝缘散热体。

2.如权利要求1所述的电路板制备方法，其中，在步骤S210之后且在步骤S230之前，还包括如下步骤：

S221：在所述第一金属层上依次交错层叠半固化片和绝缘介质层，所述半固化片和所述绝缘介质层具有贯通孔，所述绝缘散热体位于所述贯通孔内；

S222：对所述半固化片和所述绝缘介质层进行热压处理，使得所述半固化片发生固化反应而形成所述绝缘芯板；

S223：对所述绝缘芯板的上表面进行研磨，以完全露出所述绝缘散热体的上表面。

3.如权利要求2所述的电路板制备方法，其中，所述第一导热粘结材料为半固化态银胶或半固化态导热胶；并且其中，步骤S210包括：

S211：采用丝网印刷工艺在所述第一金属层的预定区域设置所述第一导热粘结材料，并将所述绝缘散热体放置到所述第一导热粘结材料上；

S212：对所述第一导热粘结材料进行加热处理，使得所述第一导热粘结材料发生固化反应而粘结所述第一金属层和所述绝缘散热体。

4.如权利要求2所述的电路板制备方法，其中，所述第二导热粘结材料为导热半固化片、半固化态银胶或半固化态导热胶；并且其中，步骤S230包括：

S231：在所述绝缘芯板的上表面覆盖所述第二导热粘结材料，并将所述第二金属层叠放到所述第二导热粘结材料上；

S232：对所述第二导热粘结材料进行加热或者热压处理，使得所述第二导热粘结材料发生固化反应而粘结所述第二金属层、所述绝缘散热体和所述绝缘基材。

5.如权利要求1所述的电路板制备方法，其中，所述第一导热粘结材料和所述第二导热粘结材料为导热半固化片，步骤210和步骤230是按照如下方法同时进行的：

依次层叠所述第一金属层、所述第一导热粘结材料、绝缘芯板层叠体、所述第二导热粘结材料和所述第二金属层，所述绝缘芯板层叠体包括多层绝缘介质层和设置在相邻绝缘介质层之间的半固化片，所述半固化片和所述绝缘介质层具有贯通孔，所述绝缘散热体位于所述贯通孔内；

进行热压处理，使得所述半固化片发生固化反应而形成所述绝缘芯板，所述第一导热粘结材料发生固化反应而粘结所述第一金属层、所述绝缘散热体和所述绝缘基材，且所述第二导热粘结材料发生固化反应而粘结所述第二金属层、所述绝缘散热体和所述绝缘基材。

6.如权利要求1所述的电路板制备方法，其中，所述第一导热粘结材料和所述第二导热粘结材料为导热半固化片，所述制备方法还包括如下步骤：

S110：提供绝缘芯板层叠体，所述绝缘芯板层叠体包括多层绝缘介质层和设置在相邻绝缘介质层之间的半固化片，所述半固化片和所述绝缘介质层具有贯通孔，所述绝缘散热体位于所述贯通孔内；

S120：对所述绝缘芯板层叠体进行热压处理，使得所述半固化片发生固化反应而形成所述绝缘芯板；

S130：对所述绝缘芯板的上、下表面进行研磨处理，以完全露出所述绝缘散热体的上、下表面；

在所述步骤S130之后，按如下方法同时进行步骤S210和步骤S230：

依次层叠所述第一金属层、所述第一导热粘结材料、所述绝缘芯板、所述第二导热粘结材料和所述第二金属层；

接着进行热压处理，使得所述第一导热粘结材料发生固化反应而粘结所述第一金属层、所述绝缘散热体和所述绝缘基材，且所述第二导热粘结材料发生固化反应而粘结所述第二金属层、所述绝缘散热体和所述绝缘基材。

7.如权利要求1所述的电路板制备方法，其中，所述第一金属层和所述第二金属层是厚度为35微米至2毫米的铜板材，所述绝缘散热体为陶瓷。

8.如权利要求1所述的电路板制备方法，其中，步骤S210中控制所述半固化态的第一导热粘结材料的厚度为30微米至100微米，步骤S230中控制所述半固化态的第二导热粘结材料的厚度为30微米至100微米；并且其中，所述第一导热粘结材料和所述第二导热粘结材料的固化温度为100℃至180℃，导热系数大于2W/(m·K)。

9.一种电路板，包括内嵌绝缘散热体的绝缘芯板、位于所述绝缘芯板第一表面侧的第一金属层以及位于所述绝缘芯板第二表面侧的第二金属层，所述第一金属层和/或所述第二金属层为图案化金属层；其中，所述第一金属层和所述绝缘散热体之间通过第一热固化型导热粘结材料粘结连接，所述第二金属层和所述绝缘散热体之间通过第二热固化型导热粘结材料粘结连接。

10.如权利要求9所述的电路板，其中，所述第一金属层和所述第二金属层是厚度为35微米至2毫米的铜层，所述绝缘散热体为陶瓷；优选地，所述第一热固化型导热粘结材料和所述第二热固化型导热粘结材料的固化温度为100℃至180℃，导热系数大于2W/(m·K)，厚度为15微米至80微米。