CN110891365A - 制备具有内嵌陶瓷散热体的电路板的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种制备具有内嵌陶瓷散热体的电路板的方法，包括如下步骤：提供陶瓷散热体，该陶瓷散热体包括陶瓷本体和形成在陶瓷本体侧面的侧面咬合部；将陶瓷散热体固定至绝缘基板，并将侧面咬合部配置为延伸至绝缘基板内的多层绝缘介质层之间；在陶瓷本体和绝缘基板的上表面形成导电线路图案。本发明制备方法具有成本低、便于批量生产的优点，且所得到的电路板具有极佳的耐电压稳定性。

Description

制备具有内嵌陶瓷散热体的电路板的方法
技术领域
本发明涉及印刷电路板领域；更具体地，是涉及一种制备具有内嵌陶瓷散热体的电路板的方法。
背景技术
诸如LED装置(例如LED发光器件)、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发热电子器件通常被安装到印刷电路板上，且在工作过程中一般会释放大量热量。因此，通常要求用于安装这些发热电子器件的印刷电路板具有良好的散热性能。
中国专利申请CN201180037321.3公开了一种印刷电路板，其包括树脂材质的绝缘基板和内嵌于绝缘基板的柱状陶瓷散热体，该陶瓷散热体能够快速导出发热器件所产生的热量，但陶瓷散热体的热膨胀系数和印刷电路板的绝缘基板的热膨胀系数之间存在显著差别，导致陶瓷散热体在经过一定次数的冷热循环后容易与绝缘基板分离并从绝缘基板中脱落。
针对陶瓷散热体在经过一定次数的冷热循环后容易从绝缘基板中脱落的问题，中国专利申请CN201610171996.1公开了一种带有陶瓷散热体的印刷电路板，其利用分别位于电路板两个相对表面上的导电图案层和散热层对陶瓷散热体进行夹持，基本解决了陶瓷散热体从绝缘基板中脱落的问题。
上述现有技术中，陶瓷散热体与绝缘基板结合的侧面均为光滑面，陶瓷散热体与绝缘基板之间只有物理结合，结合力较低。电路板的耐电压能力在经过较短时间使用后就可能显著降低，可靠性差。
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低成本地制备具有内嵌陶瓷散热体的电路板的方法，使得该电路板能够在较长使用期限内保持较佳耐电压性能。
为了实现上述的主要目的，本发明提供了一种制备具有内嵌陶瓷散热体的电路板的方法，包括如下步骤：
提供陶瓷散热体，所述陶瓷散热体包括陶瓷本体和形成在陶瓷本体侧面的侧面咬合部，陶瓷本体的上表面形成有第一金属层；
将陶瓷散热体放置到绝缘基板层叠体内；其中，绝缘基板层叠体包括多层绝缘介质层、设置在多层绝缘介质层之间的半固化片、以及位于其上表面的第二金属层，绝缘介质层和半固化片具有供陶瓷散热体穿过的贯穿孔，侧面咬合部配置为延伸至多层绝缘介质层之间；
热压绝缘基板层叠体而得到绝缘基板，热压后第一金属层和第二金属层的表面保持平齐，陶瓷散热体贯穿绝缘基板，并与绝缘基板相对固定；
在电路板的上表面形成连接第一金属层和第二金属层的第三金属层；
对第一金属层、第二金属层和第三金属层进行图形化蚀刻处理，以在陶瓷散热体和绝缘基板的上表面形成导电线路图案。
本发明人发现，在背景技术的电路板中，由于陶瓷和绝缘基板的物理性能(例如热膨胀系数)存在较大差异，因此经过一定次数的冷热循环后，在二者结合处较易形成微观裂缝，该微观缝隙在绝缘基板两个相对表面之间的延伸距离等于绝缘基板的厚度，导致该结合处的耐电压能力在经过较短时间使用后就可能显著降低，可靠性差。
本发明的电路板制备方法，将陶瓷散热体的侧面咬合部配置为延伸至多层绝缘介质层之间，即侧面咬合部配置为咬入绝缘基板内部并被绝缘介质层夹持，不仅增大了陶瓷散热体与绝缘基板之间的接触面积，而且使得二者的物理结合强度及可靠性得到提升，降低陶瓷散热体与绝缘基板之间形成微观缝隙甚至相互脱离的可能性。并且，在热压成型绝缘基板的同时实现陶瓷散热体的安装固定，具有成本低、便于批量生产的优点。
本发明的优选实施例中，陶瓷本体的下表面具有第四金属层，绝缘基板层叠体的下表面具有第五金属层，热压后第四金属层和第五金属层的表面保持平齐；电路板制备方法包括在电路板的下表面形成连接第四金属层和第五金属层的第六金属层。
根据本发明的一种更优选实施方式，为更好地保持第四金属层和第五金属层的平整度及去除其表面残留物质，热压后先对电路板的下表面进行研磨处理，再在电路板的下表面形成连接第四金属层和第五金属层的第六金属层。
根据本发明的另一更优选实施方式，对第五金属层和第六金属层进行图形化蚀刻处理，以在绝缘基板的下表面形成第二导电线路图案。即，此时陶瓷散热体的下表面不具有导电线路，陶瓷散热体下表面覆盖的未被蚀刻金属仅用于增大对外散热/传热面积。
根据本发明的再一更优选实施方式，对第四金属层、第五金属层和第六金属层进行图形化蚀刻处理，以在绝缘基板和陶瓷散热体的下表面形成第二导电线路图案。
本发明的优选实施例中，为更好地保持第一金属层和第二金属层的平整度及去除其表面残留物质，热压后先对电路板的上表面进行研磨处理，再在电路板的上表面形成连接第一金属层和第二金属层的第三金属层。
本发明中，侧向延伸部的延伸距离可以根据耐压需求而设定。本发明的优选实施例中，侧向延伸部在垂直于绝缘基板厚度方向上的延伸距离大于等于0.3mm小于等于5mm。
根据本发明的一种更优选实施方式，侧向延伸部在垂直于绝缘基板厚度方向上的延伸距离大于等于0.5mm小于等于3mm。
本发明的优选实施例中，侧面咬合部在陶瓷本体的整个周向上设置。这样的好处在于，即使当陶瓷散热体和绝缘基板之间形成微观裂缝时，由于侧向延伸部的存在，该微观缝隙在绝缘基板两个相对表面之间的延伸距离大于绝缘基板的厚度，从而增大了上部金属层和下部金属层之间的爬电距离，使得电路板经长期使用仍可保持较佳的耐电压性能。
本发明中，对陶瓷散热体的材质可以不作限制，例如陶瓷散热体为选自氮化铝、氧化铝、氮化硅或碳化硅陶瓷中的任意一种。
为了更清楚地说明本发明的目的、技术方案和优点，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是本发明电路板中陶瓷散热体的结构示意图；
图2是本发明电路板中陶瓷散热体优选实施例1的俯视结构示意图；
图3是本发明电路板中陶瓷散热体优选实施例2的俯视结构示意图；
图4是本发明方法将陶瓷散热体放置到绝缘基板层叠体内的结构示意图；
图5是本发明方法热压步骤所得电路板的结构示意图；
图6是本发明方法在电路板上表面和下表面形成金属层的结构示意图；
图7是本发明电路板优选实施例的结构示意图。
具体实施方式
具有内嵌陶瓷散热体的电路板结构
为便于清楚阐述本发明的方法，首先结合图7对本发明具有内嵌陶瓷散热体的电路板结构进行说明。如图7所示，该电路板包括绝缘基板10和设置在绝缘基板10内的陶瓷散热体20，陶瓷散热体20在绝缘基板10的厚度方向上贯穿绝缘基板10。其中，绝缘基板10包括多层绝缘介质层，例如绝缘介质层11至13，粘着材料14设置在绝缘介质层11至13之间以及绝缘基板10和陶瓷散热体20之间，起到粘着连接作用；绝缘介质层例如为FR-4或者BT等有机材质的绝缘基板材料，粘着材料14例如为经热压而固化的半固化片。
陶瓷散热体20例如为氮化铝、氧化铝、氮化硅或碳化硅陶瓷，其包括陶瓷本体21和侧面咬合部22。其中，侧面咬合部22在垂直于绝缘基板10厚度的方向上延伸，延伸距离大于等于0.3mm且小于等于5mm，优选为大于等于0.5mm且小于等于3mm(例如大约为1mm)。侧面咬合部22在垂直于绝缘基板10厚度的方向上延伸至绝缘基板10内部，且在绝缘基板10的厚度方向上由绝缘介质层12和13夹持。
电路板的上表面具有上部金属层231，上部金属层231形成为导电线路图案，且上部金属层231的至少一部分由绝缘基板10的上表面延伸至陶瓷散热体20的上表面。具体地，上部金属层331包括形成在绝缘基板10上表面的第一金属层2312、形成在陶瓷散热体20上表面的第二金属层2311以及连接第一金属层2312和第二金属层2311的第三金属层2313；
优选的，电路板的下表面具有下部金属层232。下部金属层232完全覆盖陶瓷散热体20和绝缘基板10的下表面。下部金属层232包括形成在陶瓷散热体20下表面的第四金属层2321、形成在绝缘基板10下表面的第五金属层2322以及连接第四金属层2321和第五金属层2322的第六金属层2323，下部金属层232整体上覆盖陶瓷散热体20和绝缘基板10的下表面。在电路板的其他实施例中，可以省略电路板下表面的下部金属层232，或者省略其中的第六金属层2323。
制备具有内嵌陶瓷散热体的电路板的方法
本发明电路板的制备方法包括提供陶瓷散热体的步骤，该陶瓷散热体包括陶瓷本体和形成在陶瓷本体侧面的侧面咬合部，陶瓷本体的上表面形成有第一金属层。优选的，陶瓷本体的下表面具有第四金属层。
对此，请参阅图1，作为实施例的陶瓷散热体20包括陶瓷本体21和形成在陶瓷本体21侧面的侧面咬合部22，陶瓷本体21的上表面具有第一金属层2311，陶瓷本体21的下表面具有第四金属层2321。陶瓷散热体20的制备可以通过机械加工双面有金属层的陶瓷基板而得到。
其中，侧面咬合部22优选在环绕陶瓷本体21的整个周向上设置。例如图2所示，陶瓷本体21为圆柱体，侧面咬合部22形成为环绕陶瓷本体21整个周向设置的环状体。又例如图3所示，陶瓷散热体20包括四棱柱状本体21以及形成在四棱柱状本体21整个周向上的呈矩形的侧面咬合部22。容易理解，本发明的其他实施例中，陶瓷本体可以形成为例如椭圆柱形等其他形状；侧面咬合部22可以仅形成在陶瓷本体21的部分周向上，例如仅形成在陶瓷本体21的两个相对侧面。
本发明电路板的制备方法包括将陶瓷散热体放置到绝缘基板层叠体内的步骤；其中，绝缘基板层叠体包括多层绝缘介质层、设置在多层绝缘介质层之间的半固化片、以及位于其上表面的第二金属层，绝缘介质层和半固化片具有供陶瓷散热体穿过的贯穿孔，侧面咬合部配置为延伸至多层绝缘介质层之间。优选的，绝缘基板层叠体的下表面具有第五金属层。
请参阅4，绝缘基板层叠体包括绝缘介质层11、12和13，绝缘介质层11-13之间具有半固化片14’，绝缘介质层12的上表面(即绝缘基板层叠体的上表面)具有第二金属层2312，绝缘介质层13的下表面(即绝缘基板层叠体的下表面)具有第五金属层2322，绝缘介质层11-13和半固化片14’具有供陶瓷散热体20穿过的贯穿孔。其中，绝缘介质层11的贯穿孔的孔径大于绝缘介质层12和13的孔径，使得侧面咬合部22(见图1)配置为延伸至绝缘介质层12和13之间。
本发明电路板的制备方法包括热压绝缘基板层叠体而得到绝缘基板的步骤。热压过程中在绝缘基板层叠体的相对表面施加压力，并同时对其进行加热，使得半固化片14’发生固化反应而得到绝缘基板10(见图5)，半固化片14’固化形成固化态的粘着材料14，且半固化片14’内的树脂流动填充陶瓷散热体20和绝缘基板10之间的间隙，使得绝缘基板10和陶瓷散热体20经由粘着材料14的粘结连接而相对固定。
如图5所示，热压后，绝缘基板层叠体的厚度减小，第一金属层2311和第二金属层2312的表面基本上平齐，第四金属层2321和第五金属层2322的表面基本上平齐。优选的，热压后对电路板的上、下表面进行研磨处理而去除流动到各个金属层表面的树脂。
本发明电路板的制备方法包括如下步骤：在电路板的上表面形成连接第一金属层和第二金属层的第三金属层；优选的，在电路板的下表面形成连接第四金属层和第五金属层的第六金属层。如图6所示，在粘着材料14、第一金属层2311和第二金属层2312的表面形成第三金属层2313，第三金属层2313连接并覆盖第一金属层2311和第二金属层2312；在粘着材料14、第四金属层2321和第五金属层2322的表面形成第六金属层2323，第六金属层2323连接并覆盖第四金属层2321和第五金属层2322。
其中，形成第三金属层2313的步骤又可以包括：以化学沉铜工艺在粘着材料14、第一金属层2311和第二金属层2312的表面形成底铜层，然后采用电镀法在该底铜层上电镀加厚铜而最终得到第三金属层2313。容易理解，可以采用同样的方法(先化学沉积，然后电镀)，在形成第三金属层2313的同时、之前或之后，形成第六金属层2323。
本发明电路板的制备方法还包括对第一金属层2311、第二金属层2312的第三金属层2313进行图形化蚀刻处理的步骤，以在陶瓷散热体20和绝缘基板10的上表面形成导电线路图案。
在其他实施例中，可以对第五金属层和第六金属层进行图形化蚀刻处理，以在绝缘基板的下表面形成第二导电线路图案；或者，对第四金属层、第五金属层和第六金属层进行图形化蚀刻处理，以在绝缘基板和陶瓷散热体的下表面形成第二导电线路图案。另外，电路板还可以进一步包括设置在绝缘基板内部的内层导电线路。
容易理解，本发明电路板的制备方法还可以包括敷设阻焊层、电路板外形制作、在露出于阻焊层的焊盘表面形成保护金属层等步骤，该等步骤均为本领域的公知常识，故在此省略对其的详细说明。
虽然本发明以具体实施例揭露如上，但这些具体实施例并非用以限定本发明实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的发明范围内，当可作些许的变化/替换，即凡是依照本发明所做的同等改变，应为本发明的保护范围所涵盖。

Claims (10)

1.一种制备具有内嵌陶瓷散热体的电路板的方法，包括如下步骤：
提供陶瓷散热体，所述陶瓷散热体包括陶瓷本体和形成在所述陶瓷本体侧面的侧面咬合部，所述陶瓷本体的上表面形成有第一金属层；
将所述陶瓷散热体放置到绝缘基板层叠体内；其中，所述绝缘基板层叠体包括多层绝缘介质层、设置在多层绝缘介质层之间的半固化片、以及位于其上表面的第二金属层，所述绝缘介质层和所述半固化片具有供所述陶瓷散热体穿过的贯穿孔，所述侧面咬合部配置为延伸至所述多层绝缘介质层之间；
热压所述绝缘基板层叠体而得到绝缘基板，热压后所述第一金属层和所述第二金属层的表面保持平齐，所述陶瓷散热体贯穿所述绝缘基板，并与所述绝缘基板相对固定；
在所述电路板的上表面形成连接所述第一金属层和所述第二金属层的第三金属层；
对所述第一金属层、所述第二金属层和所述第三金属层进行图形化蚀刻处理，以在所述陶瓷散热体和所述绝缘基板的上表面形成导电线路图案。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述陶瓷本体的下表面具有第四金属层，所述绝缘基板层叠体的下表面具有第五金属层，热压后所述第四金属层和所述第五金属层的表面保持平齐；所述方法包括在所述电路板的下表面形成连接所述第四金属层和所述第五金属层的第六金属层。
3.如权利要求2所述的方法，其中，热压后先对所述电路板的下表面进行研磨处理，再在所述电路板的下表面形成连接所述第四金属层和所述第五金属层的第六金属层。
4.如权利要求2所述的方法，其中，对所述第五金属层和所述第六金属层进行图形化蚀刻处理，以在所述绝缘基板的下表面形成第二导电线路图案。
5.如权利要求2所述的方法，其中，对所述第四金属层、所述第五金属层和所述第六金属层进行图形化蚀刻处理，以在所述绝缘基板和所述陶瓷散热体的下表面形成第二导电线路图案。
6.如权利要求1所述的方法，其中，热压后先对所述电路板的上表面进行研磨处理，再在所述电路板的上表面形成连接所述第一金属层和所述第二金属层的第三金属层。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述侧向延伸部在垂直于所述绝缘基板厚度方向上的延伸距离大于等于0.3mm小于等于5mm。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述侧向延伸部在垂直于所述绝缘基板厚度方向上的延伸距离大于等于0.5mm小于等于3mm。
9.如权利要求1所述的方法，其中，所述侧面咬合部在所述陶瓷本体的整个周向上设置。
10.如权利要求1所述的方法，其中，所述陶瓷散热体为选自氮化铝、氧化铝、氮化硅或碳化硅陶瓷中的任意一种。
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CN114071861A (zh) * 2021-11-15 2022-02-18 珠海和进兆丰电子科技有限公司 一种通过镶嵌陶瓷导热的电路板及其制造方法

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