CN111050495A - 多层厚铜板的内层制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多层厚铜板的内层制作方法，包括步骤：获取铜箔板，将铜箔板进行表面处理；采用激光切割的方法在铜箔板上进行图形处理，形成预先编制好的图形；在两铜箔板之间加入半固化片并依次层叠；进行真空加热压合，形成层压板。本发明采用激光切割铜箔，割缝宽度小，也就是线条之间的线间距小；激光切割加工无需化学蚀刻，整个过程环保，无污染；同时割缝边缘平整，没有化学蚀刻的侧蚀现象，进一步增强了线圈的耐瞬间电流冲击能力，同时增加了产品的一致性；在铜箔切割的过程中对割缝进行树脂填充间隙，一方面可防止局部图形脱落，增强图形的稳定性，另一方面，预先对图形的间隙进行树脂填充，可减少压合时半固化片的层数，降低成品的板厚。

Description

多层厚铜板的内层制作方法

技术领域

本发明涉及电路板技术领域，特别是涉及一种多层厚铜板的内层制作方法。

背景技术

近年来，厚铜PCB板广泛应用于功率相关产品中，如无线充电器、平面变压器及永磁电机无铁芯定子等。此类产品的共同特点是工作时电流大，基本形状比较有规律，一般为回转线圈；所采用的PCB双面覆铜板铜箔厚，大多不低于4盎司，1盎司＝0.035mm；同时PCB为高层板，有的层数高达26层。

传统的PCB生产过程中，内层采用蚀刻工艺，利用化学药水来腐蚀铜箔，生成图形，达到加工的目的。对于厚铜板，由于侧蚀的原因，线条之间的间距(如下简称线间距)较薄铜板大大增加。如对于1/2盎司的铜板，目前PCB生产厂家线间距普遍可控制在3mil，1mil＝0.0254mm；而对于4盎司的厚铜板，目前最小的线间距不低于8mil，远远大于薄铜板的3mil。

厚铜板的线间距增大后，带来如下一系列的问题：

对于相同平面空间的回转线圈来说，其线圈的有效圈速降低，同时较宽的线间距导致覆铜板铜箔利用率降低，功率器件的功率密度降低；

由于线间距较大，多层板在进行压合时，为了让胶(半固化片加热后高温软化呈液态，俗称B-Stage)充分填充与线条之间的间隙中，需增加半固化片PP的张数，压合后的成品PCB板厚度增大。当内层半固化片PP张数增加后，成品PCB板内层的导热系数降低，导热效果变差，限制了器件的电流增加，从而抑制了器件功率的提升；当压合后的成品PCB板厚度增大后，如对于轴向磁场无铁芯永磁电机来说，即电机气隙增加。因而为达到相同的磁场强度，需要使用更多的永磁材料，增加的材料的使用，同时电机的重量也增加了。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种多层厚铜板的内层制作方法，以克服现有技术的上述缺陷。

为实现上述目的，本发明提供一种多层厚铜板的内层制作方法，包括如下步骤：

S1、获取铜箔板，将铜箔板进行表面处理；

S2、采用激光切割的方法在铜箔板上进行图形处理，形成预先编制好的图形；

S3、在两相邻的铜箔板之间加入半固化片并依次层叠；

S4、进行真空加热压合，形成层压板。

优选地，在步骤S2中，在切割形成图形的过程中，沿割缝路径进行树脂填充间隙，避免局部图形脱落或偏移。

优选地，铜箔板为电解铜箔板或压延铜箔板。

优选地，在步骤S1中，表面处理包括如下步骤：

S11、将铜箔板进入酸洗槽去除铜层表面的氧化物；

S12、将铜箔板进行第一次水洗，然后进入碱洗槽去除铜箔板表面残留物；

S13、将铜箔板进行第二次水洗，然后进入活化槽使铜箔板表面活化；

S14、将铜箔板进入棕化槽进行棕化处理形成棕化膜；

S15、将铜箔板进行第三次水洗，然后进行去离子水洗；

S16、将铜箔板烘干去除棕化膜表面水分。

优选地，将层压板进行钻孔或外形加工。

优选地，将层压板进行外层加工、金属化孔、树脂塞孔、焊盘阻焊或外表绿油步骤。

优选地，在步骤S4中，压合包括吻压、全压和冷压三个步骤。

如上所述，本发明涉及的多层厚铜板的内层制作方法，具有以下有益效果：

1、采用激光切割铜箔，割缝宽度小，也就是线条之间的线间距小；

2、激光切割加工无需化学蚀刻，整个过程环保，无污染；同时割缝边缘平整，没有化学蚀刻的侧蚀现象，进一步增强了线圈的耐瞬间电流冲击能力，同时增加了产品的一致性；

3、在铜箔切割的过程中对割缝进行树脂填充间隙，一方面可防止局部图形脱落，增强图形的稳定性；另一方面，预先对图形的间隙进行树脂填充，可减少压合时半固化片的层数，降低成品的板厚，也就是降低了气隙长度的大小，减少了功率器件磁性材料的用量；

4、由于半固化片的导热系数低，压合时半固化片的张数减少，提高了内层铜箔的散热能力，进一步提升了器件的功率密度；

5、对于低电压大电流的功率器件，走线宽度一般很大，但较大的线宽带来了很大的涡流损耗。由于激光切割的割缝很窄，此时可在铜箔导线内进行切割开口，添加割缝，让导线达到利兹线的效果，这样对线圈电阻的影响很小，而带来的好处是有效减小了涡流损耗，提高了器件的效率。

附图说明

图1为本发明层叠后的结构示意图。

元件标号说明

1 内层铜箔板

2 外层铜箔板

3 半固化片

4 定位柱

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

现有技术中，半固化片又称PP片，是Pre-pregnant的英文缩写，是PCB中的介质材料和粘合材料，由玻璃纤维和环氧树脂组成。在常温下半固化片是固态，高温加热时半固化片胶状化将上下两侧铜箔粘合起来，半固化片成为中间的介质。

半固化片具有三个生命周期满足压板的要求：A-Stage，液态的环氧树脂。B-Stage，部分聚合反应，成为固体胶片，是半固化片。C-Stage，压板过程中，半固化片经过高温熔化成为液体，然后发生高分子聚合反应，成为固体聚合物，将铜箔与基材粘结在一起，成为固体的树脂。

本发明提供一种多层厚铜板的内层制作方法，包括如下步骤：

S1、获取铜箔板，铜箔板开料后将铜箔板进行表面处理，即棕化处理，去除铜箔板表面的油污，同时增加铜箔板表面粗糙度，以增强内层铜箔板1与半固化片之间压合后粘合强度。

S2、采用激光切割的方法在铜箔板上进行图形处理，形成预先编制好的图形；具体如下，可按照铜箔板定位孔的位置放入对应的工装中定位进行激光切割加工。激光器发出的极佳光束质量(典型的焦点直径为10至50μm)可以在铜箔上产生巨大的功率密度，使铜箔瞬时被加热至汽化温度，蒸发形成孔洞；同时激光切割机可根据预先编制好的图形，通过计算机数控系统，控制激光头光束对铜箔材料的运动，孔洞连续形成宽度极窄的切缝，如0.1mm左右，完成对铜箔板的切割，得到预先编制好的铜箔图形。

S3、在两相邻的铜箔板之间加入半固化片并依次按规律层叠，如果有外层铜箔板2，将两片外层铜箔板2在内层铜箔板1层叠完毕后分别叠在两侧。

S4、进行真空加热压合，形成层压板。压合是借助B-Stage半固化片把各层图形铜箔粘合成整体的一种工艺手段，这种粘合是通过界面上大分子之间的相互扩散，渗透进而交联实现的。整个过程包括吻压、全压和冷压三个阶段。在吻压阶段B-Stage半固化片中的树脂溶融成低粘度树脂，浸润全部粘合面并填充图形线路空隙，逐出气泡以及逐渐提高树脂的动态粘度，进入高压后彻底完成排气，填隙以及均匀分布至树脂的固化交联反应完全。而冷压是使多层板快速冷却时消除热应力，保持尺寸稳定。

优选地，在步骤S2中，在激光切割进行图形加工时，为避免局部图形脱落或位置偏移，可在激光切割过程中延割缝路径喷涂树脂，该树脂与半固化片中所使用的树脂具有相同或相近的原料，并都具有A-Stage，B-Stage以及C-Stage三个阶段。一方面树脂在半固化后可稳定图形，保证加工的顺利进行；另一方面，在割缝中喷涂树脂，可预先对割缝进行填充，并随即在割缝中进入半固化状态，大大减少了压合时半固化片的张数，对降低成品板厚非常有帮助。

优选地，铜箔板为功率器件的导体，一般采用如压延铜箔或电解铜箔的无氧铜板，经过开料将大料铜箔板剪切为多个制造单元。同时，还可在铜板上加工若干个定位孔，以方便后续激光切割及压合的定位操作。

优选地，在步骤S1中，表面处理通常采用棕化工艺，通过酸碱洗除去铜箔表面的氧化物、油脂、干膜、指纹印等异物，经化学药水与铜箔表面发生化学反应，增加铜面的粗糙度，粗化铜箔面，加大PP与铜箔之间的结合力。同时，棕化后铜箔表面变粗糙，减少了后续激光切割过程中铜表对激光的反射，方便了生产的顺利进行。

在一种优选实施例中，表面处理包括如下步骤：S11、将铜箔板进入酸洗槽，通过酸洗槽的酸性药水如硫酸铜离子以去除铜层表面的氧化物，清洁铜面；S12、将铜箔板进行第一次水洗，然后进入碱洗槽，通过碱洗槽中的除油剂去除铜箔板表面残留的油脂、干膜、指纹印；S13、将铜箔板进行第二次水洗，然后进入活化槽，应用活化剂使铜箔板表面活化，以利于下一步棕化的进行；S14、将铜箔板进入棕化槽进行棕化处理，铜箔板表面在硫酸、双氧水的作用下进行微蚀，使铜表面得到平稳的微观凹凸不平的表面形状，增大铜与树脂接触表面积的同时，棕化液中的有机添加剂与铜表面反应生成一层有机金属转换膜，即棕化膜，该层膜能有效地嵌入铜表面，在铜表面与树脂之间形成一层网格状转化层，增强内层铜与树脂的结合力，提高层压板的抗热冲击、抗分层能力；S15、将铜箔板进行第三次水洗洗清洁残留的药水，然后进行去离子水洗，降低铜箔板表面的离子含量，最终清洁铜箔板；S16、将铜箔板烘干去除棕化膜表面水分。

优选地，将压合好的层压板进行钻孔或外形加工等操作，用以不同层间导体的导通做准备。钻孔可用机械钻床，或采用激光钻孔。激光钻孔消除了机械钻床钻孔过程中对多层板加工时的应力，同时有效抑制了孔边缘毛刺的产生，有利于后续过孔镀铜。钻孔完成后，就可以进行过孔镀铜了，以便形成用于不同层之间导通的过孔。

优选地，为了方便使用，最后可将层压板进行外层加工、金属化孔、树脂塞孔、焊盘阻焊或外表绿油等工序。

本发明采用激光切割铜箔板，割缝宽度小。如对于厚度为0.15mm的铜箔，割缝宽度通常不大于0.08mm，约为3.1mil，远低于前述化学蚀刻的线间距，铜箔的有效利用率增大。因而，对于同一尺寸功率器件的线圈而言，可采用相同线宽布置更多圈数的线圈，即提高了感应电动势，或者采用相同圈数而布置更宽线条的线圈，即提高了器件电流，从而提高了器件的功率密度。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种多层厚铜板的内层制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、获取铜箔板，将铜箔板进行表面处理；

S2、采用激光切割的方法在铜箔板上进行图形处理，形成预先编制好的图形；

S3、在两相邻的铜箔板之间加入半固化片并依次层叠；

S4、进行真空加热压合，形成层压板。

2.根据权利要求1所述的多层厚铜板的内层制作方法，其特征在于：在步骤S2中，在切割形成图形的过程中，沿割缝路径进行树脂填充间隙，避免局部图形脱落或偏移。

3.根据权利要求1所述的多层厚铜板的内层制作方法，其特征在于：铜箔板为电解铜箔板或压延铜箔板。

4.根据权利要求1所述的多层厚铜板的内层制作方法，其特征在于：在步骤S1中，表面处理包括如下步骤：

S11、将铜箔板进入酸洗槽去除铜层表面的氧化物；

S12、将铜箔板进行第一次水洗，然后进入碱洗槽去除铜箔板表面残留物；

S13、将铜箔板进行第二次水洗，然后进入活化槽使铜箔板表面活化；

S14、将铜箔板进入棕化槽进行棕化处理形成棕化膜；

S15、将铜箔板进行第三次水洗，然后进行去离子水洗；

S16、将铜箔板烘干去除棕化膜表面水分。

5.根据权利要求1所述的多层厚铜板的内层制作方法，其特征在于：将层压板进行钻孔或外形加工。

6.根据权利要求1或5所述的多层厚铜板的内层制作方法，其特征在于：将层压板进行外层加工、金属化孔、树脂塞孔、焊盘阻焊或外表绿油步骤。

7.根据权利要求1所述的多层厚铜板的内层制作方法，其特征在于：在步骤S4中，压合包括吻压、全压和冷压三个步骤。

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