CN110446328B - 一种pcb板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种PCB板及其制造方法，该PCB板包括PCB板体，该PCB板体具有TOP面和与该TOP面相对的BOT面，所述PCB板体上设置有一个以上的过孔区域，每个所述过孔区域分别设置有多个过孔，所述PCB板体的TOP面在所述过孔区域处通过去除阻焊油形成第一开窗，以用于焊接元器件；所述PCB板体的BOT面在所述过孔区域处覆盖有阻焊油，并且该PCB板体的BOT面在与所述过孔区域相邻的位置通过去除阻焊油形成一个以上的第二开窗。本发明通过将BOT面的第二开窗与过孔区域在PCB板体上错开设置，而且在BOT面的过孔区域处也覆盖了阻焊油，能够避免在PCB板上焊接时锡从过孔漏下导致元器件的焊接不良的问题。

Description

一种PCB板及其制造方法

技术领域

本发明属于PCB板散热技术领域，更具体地，涉及一种PCB板及其制造方法。

背景技术

电子设备在工作期间所消耗的电能，比如射频功放，FPGA元器件，电源类产品，除了有用功外，大部分转化成热量散发。电子设备产生的热量，使内部温度迅速上升，如果不及时将该热量散发，设备会继续升温，器件就会因过热失效，电子设备的可靠性将下降。

SMT(表面贴装技术)使电子设备的安装密度增大，有效散热面积减小，设备温升严重地影响可靠性，因此，对热设计的研究显得十分重要。

锡膏是伴随着SMT应运而生的一种新型焊接材料，是由焊锡粉、助焊剂以及其它的表面活性剂、触变剂等加以混合形成的膏状混合物，主要用于SMT行业PCB板的表面电阻、电容、IC等元器件的焊接，但是，在元器件焊接时，锡膏容易流到PCB板的其他位置而造成元器件的焊接不良的问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种PCB板及其制造方法，其通过改变PCB开窗形状及过孔排列方式，在使用传统的PCB板加工工艺的同时也能保证最佳的PCB散热效果，同时不会造成元器件焊接不良的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种PCB板，包括PCB板体，该PCB板体具有TOP面和与该TOP面相对的BOT面，所述PCB板体上设置有一个以上的过孔区域，每个所述过孔区域分别设置有多个过孔，其中，

所述PCB板体的TOP面在所述过孔区域处通过去除阻焊油形成第一开窗，以用于焊接元器件；

所述PCB板体的BOT面在所述过孔区域处覆盖有阻焊油，并且该PCB板体的BOT面在与所述过孔区域相邻的位置通过去除阻焊油形成一个以上的第二开窗。

优选地，每个所述过孔的内壁均覆盖有铜。

优选地，每个所述第二开窗均为条形并且它们相互平行，每个所述过孔区域内分别设置有一列以上的过孔组，每列过孔组均具有多个所述过孔，并且每列过孔组的这些过孔均沿着每个所述第二开窗的纵向布置。

优选地，所述PCB板体整体呈矩形，所述第二开窗的纵向相对于该PCB板体的其中任意一条侧边倾斜。

优选地，每个过孔区域分别设置一列过孔组，每个所述过孔的内径均为8mil-12mil，每个所述第二开窗的宽度均为25mil-60mil，每列过孔组中任意相邻的两个过孔的中心距为40mil-60mil。

优选地，所述PCB板体整体呈矩形，所述第二开窗的纵向与该PCB板体的其中任意一条侧边平行。

优选地，每个过孔区域分别设置多列过孔组，并且，

每个所述过孔的内径均为8mil-12mil，每个所述第二开窗的宽度均为25mil-60mil，每列过孔组中任意相邻的两个过孔的中心距均为30mil-60mil。

优选地，每个所述过孔内均填充有锡铅合金。

优选地，所述第二开窗处通过镀锡形成凹凸不平的表面。

按照本发明的另一个方面，还提供了所述的PCB板的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在环氧板的相对的两表面上分别铺上一层完整的铜箔，从而形成覆铜板，再通过腐蚀在该覆铜板形成电路线路；

2)在步骤1)所形成的覆铜板的过孔区域钻孔，从而在过孔区域形成多个过孔；

3)在覆铜板的每层铜箔的表面分别刷上阻焊油，从而形成PCB板体；

4)所述PCB板体的TOP面在所述过孔区域处通过去除阻焊油形成第一开窗，所述PCB板体的BOT面在所述过孔区域处覆盖有阻焊油，并且该PCB板体的BOT面在与所述过孔区域相邻的位置通过去除阻焊油形成一个以上的第二开窗。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1)本发明通过在PCB板体的BOT面上设置与过孔区域相邻的第二开窗，使得过孔区域与第二开窗错开，而且在BOT面的过孔区域处也覆盖了阻焊油，能够避免在PCB板的第一开窗外焊接元器件时导致锡大量流到BOT面而导致的虚焊问题。

2)本发明可以通过控制过孔区域与第二开窗的分布密度，让锡铅合金融化后填充到过孔中，尽可能增加过孔的导热效率，并且且由于过孔中的锡铅合金可以让热容增大，还能够防止PCB板上的元器件瞬间升温。

3)本发明可以在第二开窗处增加锡来让第二开窗处呈凹凸不平的形状，进而增加PCB板的散热面积。

附图说明

图1是本发明中实施例1中过孔区域和第二开窗的布置示意图；

图2是本发明中实施例2中过孔区域和第二开窗的布置示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1

参照图1，一种PCB板，包括PCB板体，该PCB板体具有TOP面和与该TOP面相对的BOT面，TOP面上安装的元器件较BOT面多，BOT面主要用于散热，所述PCB板体上设置有一个以上的过孔区域1’，所述过孔区域1’设置有多个过孔3’，每个所述过孔3’的内壁均覆盖有铜，其中，

所述PCB板体的TOP面在所述过孔区域1’处通过去除阻焊油形成第一开窗，以用于在所述第一开窗处涂抹锡膏后焊接元器件；

所述PCB板体的BOT面在所述过孔区域1’处覆盖有阻焊油，并且该PCB板体的BOT面在与所述过孔区域1’相邻的位置通过去除阻焊油形成一个以上的第二开窗2’，这样可以让过孔区域1’处的热量传导到第二开窗2’处进行散热；由于第二开窗2’与过孔区域1’相邻，因此第二开窗2’与过孔区域1’是错开、不重叠的，可以在一个过孔区域1’的相邻的周围设置多个第二开窗2’，也可以在一个第二开窗2’相邻的周围设置多个过孔区域1’，或者它们如果都设置有多个的话，还可以错开设置。

进一步，在PCB板体的BOT面上的发热区域设置过孔区域1’和第二开窗2’，优选所述过孔区域1’与第二开窗2’均设置有多个，各第二开窗2’处通过镀锡形成凹凸不平的表面，以增加散热面积，从而有助于PCB板更好的进行散热，此外，每个所述第二开窗2’均为条形并且它们相互平行，每个过孔区域1’均设置一列以上的过孔组，每列过孔组均具有多个过孔3’，并且每列过孔组的这些过孔3’均沿着每个所述第二开窗2’的纵向布置；

本发明通过将第二开窗2’与过孔3’在PCB板体上错开设置，并且在BOT面的过孔区域1’也还设置有阻焊油，可以有效防止在PCB板体的TOP面上焊接元器件时锡大量流到BOT面而导致的虚焊问题；本发明能够充分利用空气对流散热，在过孔区域1’相邻的位置设置第二开窗2’能够将元器件产生的热量均匀分布到每个第二开窗2’所在区域，散热性能好，同时避免了虚焊问题，且不增加工艺成本。

此外，过孔区域1’可以通过常规的过孔盖油工艺来覆盖阻焊油，相比于通过树脂塞孔技术，可以有效控制生产成本。优选地，各第二开窗2’处通过镀锡形成凹凸不平的表面，以增加散热面积。

进一步，所述PCB板体整体呈矩形，图1中的矩形外框表示发热区域，并且该发热区域的四条边与PCB板体的四条边分别平行，所述第二开窗2’的纵向相对于该PCB板体的其中任意一条侧边倾斜，优选与任意一条侧边夹角为45°，这样在加工第二开窗2’和过孔3’时比较容易控制角度，方便加工形成第二开窗2’和过孔组。

进一步，每个过孔区域1’分别设置一列过孔组，每个所述过孔3’的内径均为8mil-12mil，外径均为18mil-24mil，每个第二开窗2’的宽度均为25mil-60mil；在每列过孔组中，任意相邻的两个过孔3’的中心距均为40mil-60mil；每列过孔组的这些过孔3’的中心线所确定的平面为过孔中心面，任意相邻的两个过孔中心面的距离均为65mil-120mil。通过对孔径、孔距和第二开窗2’的宽度进行控制，可以充分发挥出过孔3’和第二开窗2’的散热性能，而且将第二开窗2’的宽度设置在25mil-60mil，既不影响后期通过人工镀锡(40mil-60mil不影响人工镀锡)和机器镀锡(25mil-40mil不影响机器镀锡)在第二开窗2’处形成凹凸不平的表面(不增加人工镀锡和机器镀锡难度)，也不会因为过孔3’太分散导致第二开窗2’表面温度不均匀影响实际散热效果(第二开窗2’离过孔3’近的位置温度较高)，过孔区域1’内的热量可以通过过孔组及两侧的第二开窗2’进行散热。而且通过对孔径和孔距进行控制，既能满足散热效果，又不会增加加工成本。

进一步，每个所述过孔3’内均填充有锡铅合金，以增加过孔3’的散热效率。填充锡铅合金后，单个过孔3’的导热效率相对于业界常用的树脂塞孔的方式得到提高，因此PCB板的整体导热性能也比成本较高的树脂塞孔工艺要好。

按照本发明的另一个方面，还提供了所述的PCB板的制造方法，包括以下步骤：

1)在环氧板的相对的两表面上分别铺上一层完整的铜箔，从而形成覆铜板；

2)在步骤1)所形成的覆铜板的过孔区域1’钻孔，从而在过孔区域1’形成多个过孔3’；

3)在覆铜板的每层铜箔的表面分别刷上阻焊油，从而形成PCB板体；

4)所述PCB板体的TOP面在所述过孔区域1’处通过去除阻焊油形成第一开窗，所述PCB板体的BOT面在所述过孔区域1’处覆盖有阻焊油，并且该PCB板体的BOT面在与所述过孔区域1’相邻的位置通过去除阻焊油形成一个以上的第二开窗2’，此后可以在每个过孔3’的内壁分别镀铜，以及在第一开窗外涂上一层锡膏，以用于后续焊接元器件，再在过孔3’处填充锡铅合金，然后可以在第二开窗2’外通过镀锡形成凹凸不平的表面。

实施例2

参照图2，一种PCB板，包括PCB板体，该PCB板体具有TOP面和与该TOP面相对的BOT面，TOP面上安装的元器件较BOT面多，BOT面主要用于散热，所述PCB板体上设置有一个以上的过孔区域1”，所述过孔区域1”设置有多个过孔3”，每个所述过孔3”的内壁均覆盖有铜，其中，

所述PCB板体的TOP面在所述过孔区域1”处通过去除阻焊油形成第一开窗，以用于在所述第一开窗处涂抹锡膏后焊接元器件；

所述PCB板体的BOT面在所述过孔区域1”处覆盖有阻焊油，并且该PCB板体的BOT面在与所述过孔区域1”相邻的位置通过去除阻焊油形成一个以上的第二开窗2”，这样可以让过孔区域1”处的热量传导到第二开窗2”处进行散热；由于第二开窗2”与过孔区域1”相邻，因此第二开窗2”与过孔区域1”是错开、不重叠的，可以在一个过孔区域1”的相邻的周围设置多个第二开窗2”，也可以在一个第二开窗2”相邻的周围设置多个过孔区域1”，或者它们如果都设置有多个的话，还可以错开设置。

进一步，在PCB板体的BOT面上的发热区域设置过孔区域1”和第二开窗2”，优选所述过孔区域1”与第二开窗2”均设置有多个，各第二开窗2”处通过镀锡形成凹凸不平的表面，以增加散热面积，从而有助于PCB板更好的进行散热，此外，每个所述第二开窗2”均为条形并且它们相互平行，每个过孔区域1”均设置一列以上的过孔组，每列过孔组均具有多个过孔3”，并且每列过孔组的这些过孔3”均沿着每个所述第二开窗2”的纵向布置；

本发明通过将第二开窗2”与过孔3”在PCB板体上错开设置，并且在BOT面的过孔区域1”也还设置有阻焊油，可以有效防止在PCB板体的TOP面上焊接元器件时锡大量流到BOT面而导致的虚焊问题；本发明能够充分利用空气对流散热，在过孔区域1”相邻的位置设置第二开窗2”能够将元器件产生的热量均匀分布到每个第二开窗2”所在区域，散热性能好，同时避免了虚焊问题，且不增加工艺成本。

此外，过孔区域1”可以通过常规的过孔盖油工艺来覆盖阻焊油，相比于通过树脂塞孔技术，可以有效控制生产成本。优选地，各第二开窗2”处通过镀锡形成凹凸不平的表面，以增加散热面积。

进一步，所述PCB板体整体呈矩形，图2中的矩形外框表示发热区域，并且该发热区域的四条边与PCB板体的四条边分别平行，所述第二开窗2”的纵向与该PCB板体的其中任意一条侧边平行，这样在加工第二开窗2”和过孔3”时比较容易控制角度，方便加工形成第二开窗2”和过孔组。此外，对于任意相邻的两个第二开窗2”而言，它们的两端分别平齐，这样方便加工出这些第二开窗2”及控制这些第二开窗2”的位置。

进一步，每个过孔区域分别设置多列过孔组，所有过孔区域1”的这些过孔3”按照阵列布置；每个所述过孔3”的内径均为8mil-12mil，外径均为18mil-24mil，每个所述第二开窗2”的宽度均为25mil-60mil；每个过孔区域1”中，每行的任意相邻的两个过孔3”的中心距均为40mil-60mil，在每列过孔组中，任意相邻的两个过孔3”的中心距均为30mil-60mil；对于任意相邻的两个过孔区域1”而言，每行中靠近同一个第二开窗2”的两个过孔3”的中心距均为65mil-120mil。通过对孔径、孔距和第二开窗2”的宽度进行控制，可以充分发挥出过孔3”和第二开窗2”的散热性能，而且将第二开窗2”的宽度设置在25mil-60mil，既不影响后期人工镀锡(40mil-60mil不影响人工镀锡)及机器镀锡(25mil-40mil不影响机器镀锡)在第二开窗2”处形成凹凸不平的表面(不增加人工镀锡和机器镀锡难度)，也不会因为过孔3”太分散导致第二开窗2”表面温度不均匀影响实际散热效果(第二开窗2”离过孔3”近的位置温度较高)，过孔区域1”内的热量可以通过过孔组及两侧的第二开窗2”进行散热。而且通过对孔径和孔距进行控制，既能满足散热效果，又不会增加加工成本。

进一步，每个所述过孔3”内均填充有锡铅合金，以增加过孔3”的散热效率。填充锡铅合金后，单个过孔3”的导热效率相对于业界常用的树脂塞孔的方式得到提高，因此PCB板的整体导热性能也比成本较高的树脂塞孔工艺要好。

按照本发明的另一个方面，还提供了所述的PCB板的制造方法，包括以下步骤：

1)在环氧板的相对的两表面上分别铺上一层完整的铜箔，从而形成覆铜板；

2)在步骤1)所形成的覆铜板的过孔区域1”钻孔，从而在过孔区域1”形成多个过孔3”；

3)在覆铜板的每层铜箔的表面分别刷上阻焊油，从而形成PCB板体；

4)所述PCB板体的TOP面在所述过孔区域1”处通过去除阻焊油形成第一开窗，所述PCB板体的BOT面在所述过孔区域1”处覆盖有阻焊油，并且该PCB板体的BOT面在与所述过孔区域1”相邻的位置通过去除阻焊油形成一个以上的第二开窗2”，此后可以在每个过孔3”的内壁分别镀铜，以及在第一开窗外涂上一层锡膏，以用于后续焊接元器件，再在过孔3”处填充锡铅合金，然后可以在第二开窗2”外通过镀锡形成凹凸不平的表面。

下面以实施例2为例计算导热效果与树脂塞孔设计导热性能对比。

表1为标准过孔孔壁铜厚的标准要求，现以常规0.25INCH(10mil或254UM)钻孔形成的过孔孔径对比计算：

使用树脂塞孔工艺：孔壁铜厚以IPC-I标准取平均厚度20um，树脂塞孔形成的圆柱直径为254-2*20＝214um。

使用填充锡铅合金的新设计：过孔的孔壁铜厚同上为25um，假设锡铅合金将过孔充分填充(实际制造时整个过孔区域约50％区域的过孔能被充分填充)，锡铅合金形成的圆柱直径为214um。

表1 标准过孔孔壁铜厚的标准要求(IPC-6012B、GJB 362A-96、QJ3103-99)

通过查询表2中300K条件下金属材料导热率知铜的导热率为397W/m·K，常用的焊锡丝为锡63％铅37％的锡铅合金的导热率为50.9W/m·K。

表2 300K条件下各金属材料导热率

金80 锡20	57
		锡63 铅37	50.9
锡60 铅40	49.8
		锡50 铅50	46.7
锡62 铅36 银2	49
		金88 锗12	44
锡40 铅60	43.6
		锡30 铅70	40.5
锡20 铅80	37.4
		锡10 铅90	35.8
锡5 铅95	35.2
		铅	35
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>(96％)	35
		锡银	33

通过查询表3中300K条件下各非金属材料的导热率知BT环氧树脂的导热率为0.19W/m·K。

表3 300K条件下各非金属材料导热率

BT环氧树脂	0.19
		FR-4	0.11
空气	0.03

当使用BT环氧树脂塞过孔时孔壁铜厚约35um，过孔中心直径10mil区域被树脂填充，单个过孔在单位时间内传导热量可通过以下公式简化计算：

Q＝(397×孔壁截面积+0.19×内径导热材料截面积)×A (1)

通过公式(1)，获得采用BT环氧树脂塞孔填充的单孔导热为Q_树脂＝(397×(0.254^2×π-0.214^2×π)+0.19×(0.214^2×π))×A，最终结果为：Q_树脂＝23.363A。

当将BT环氧树脂变成了锡铅合金填充的新设计(为保证两者具有对比性，在其他条件不变的条件下，只是将BT环氧树脂替换成锡铅合金)，通过公式(1)获得单个过孔单位时间内传到热量可使用以下公式简化计算：Q_锡铅合金＝(397×孔壁截面积+50.9×内径导热材料截面积)×A，最终结果为：Q_锡铅合金＝30.655A。

其中，A为面积转换系数，即是将单位面积的导热率转换为单孔导热率，由于此对比中为单孔对比所以可以简化为上式进行计算。此系数A和板厚有关，由于在两种不同过孔条件下板厚不变所以这个A可以在最后的比较时消去，且公式(1)是简化的公式，因为实际上单位时间内热传递需要依据材质的导热率和导热距离(在此指板厚)计算，导热距离就可理解为上面公式中的面积转换系数A。

对比以上结果可知新设计中单个孔的导热效率相对于业界常用的BT环氧树脂塞孔的方式增强了30％以上，所以在新设计中，即使过孔的总数量相较树脂塞孔的孔数量降低了30％-50％，但是由于新设计中每个过孔导热效率的增强所以最终的导热性能可以达到成本较高的树脂塞孔工艺的80％甚至更高。通过控制过孔区域与第二开窗的分布密度，让锡铅合金融化后填充到过孔中，尽可能增加过孔的导热效率。

上述结果通过等效计算的方式直接证明了新设计在对导热能力影响不大的情况下能显著降低加工成本。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种PCB板，包括PCB板体，该PCB板体具有TOP面和与该TOP面相对的BOT面，其特征在于，所述PCB板体上设置有一个以上的过孔区域，以传导热量，每个所述过孔区域分别设置有多个过孔，每个所述过孔内均填充有锡铅合金，其中，

所述PCB板体的TOP面在所述过孔区域处通过去除阻焊油形成第一开窗，以用于焊接元器件；

所述PCB板体的BOT面在所述过孔区域处覆盖有阻焊油，并且该PCB板体的BOT面在与所述过孔区域相邻的位置通过去除阻焊油形成一个以上的第二开窗，以让过孔区域处的热量传导到第二开窗处进行散热；

通过控制过孔区域与第二开窗的分布密度，让锡铅合金融化后填充到过孔中，以增加过孔的导热效率。

2.根据权利要求1所述的一种PCB板，其特征在于，每个所述过孔的内壁均覆盖有铜。

3.根据权利要求2所述的一种PCB板，其特征在于，每个所述第二开窗均为条形并且它们相互平行，每个所述过孔区域内分别设置有一列以上的过孔组，每列过孔组均具有多个所述过孔，并且每列过孔组的这些过孔均沿着每个所述第二开窗的纵向布置。

4.根据权利要求3所述的一种PCB板，其特征在于，所述PCB板体整体呈矩形，所述第二开窗的纵向相对于该PCB板体的其中任意一条侧边倾斜。

5.根据权利要求4所述的一种PCB板，其特征在于，每个过孔区域分别设置一列过孔组，每个所述过孔的内径均为8mil-12mil，每个所述第二开窗的宽度均为25mil-60mil，每列过孔组中任意相邻的两个过孔的中心距为40mil-60mil。

6.根据权利要求3所述的一种PCB板，其特征在于，所述PCB板体整体呈矩形，所述第二开窗的纵向与该PCB板体的其中任意一条侧边平行。

7.根据权利要求6所述的一种PCB板，其特征在于，每个过孔区域分别设置多列过孔组，并且，

每个所述过孔的内径均为8mil-12mil，每个所述第二开窗的宽度均为25mil-60mil，每列过孔组中任意相邻的两个过孔的中心距均为30mil-60mil。

8.根据权利要求1所述的一种PCB板，其特征在于，所述第二开窗处通过镀锡形成凹凸不平的表面。

9.权利要求1～8中任一权利要求所述的PCB板的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在环氧板的相对的两表面上分别铺上一层完整的铜箔，从而形成覆铜板，再通过腐蚀在该覆铜板形成电路线路；

2)在步骤1)所形成的覆铜板的过孔区域钻孔，从而在过孔区域形成多个过孔；

3)在覆铜板的每层铜箔的表面分别刷上阻焊油，从而形成PCB板体；

4)所述PCB板体的TOP面在所述过孔区域处通过去除阻焊油形成第一开窗，所述PCB板体的BOT面在所述过孔区域处覆盖有阻焊油，并且该PCB板体的BOT面在与所述过孔区域相邻的位置通过去除阻焊油形成一个以上的第二开窗。

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