CN111132476A - 双面线路散热基板的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双面线路散热基板的制备方法，其包括如下步骤：在平整金属板的预定位置形成贯穿该金属板的贯穿孔，并在贯穿孔内填充绝缘树脂；在金属板的两侧热压半固化片和铜箔层，热压后半固化片和铜箔层具有露出金属板表面的导热窗口；在导热窗口内制作与金属板直接连接的导热凸台；在散热基板上对应于贯穿孔的位置制作导电过孔，导电过孔的直径小于贯穿孔的直径；在散热基板的两个相对表面制作导电线路和器件导热焊盘；其中，散热基板两个相对表面的导电线路之间通过导电过孔电连接，器件导热焊盘与导热凸台直接连接。本发明的制备方法可有效解决导电过孔与金属板之间绝缘问题，而且能提高导电线路与绝缘基材的结合力。

Description

双面线路散热基板的制备方法

技术领域

本发明涉及散热基板领域；更具体地，是涉及一种制备双面具有导电线路的散热基板的方法。

背景技术

例如LED(发光二极管)、MOSFET(电力场效应晶体管)和IGBT(绝缘栅双极晶体管)等的功率半导体器件通常以具有良好散热性能的电路板作为安装载板，因功率半导体器件在工作时会产生大量热烈，故要求作为其安装载板的电路板具有良好的导热性能，该类电路板通常也被称为散热基板。

中国专利申请CN201110031935.2公开了一种双层高散热夹芯金属基印刷电路板的制备方法，其中在绝缘基板的芯部设置铜基或铝基散热板而形成“三明治”式的夹芯金属电路板，以期利用铜基或铝基散热板来增强电路板的散热性能。但因铜基或铝基散热板被设置在绝缘基板芯部，安装在绝缘基板上的功率半导体器件不能与铜基或铝基散热板直接连接，故该电路板的散热性能仍有待于进一步提高。

中国专利申请CN201110139947.7公开了一种带有金属微散热器的印刷电路板的制备方法，包括制备连为一体的金属底层及金属微散热器步骤、将常规印刷电路板和金属底层及金属微散热器结合为一体的步骤；其中，功率半导体器件安装于金属微散热器表面上，工作时散发的热量可经金属微散热器传导至金属底层，再经金属底层传导至印刷电路板外，有效地解决了功率半导体器件与金属板之间的导热问题。但该制备方法所得到的电路板仅能在其一侧安装功率器件，在应用场合上受到较多限制。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种散热基板的制备方法，其不仅使得散热基板具有良好的电绝缘性能和散热性能，而且可增进导电线路与绝缘基材之间的结合力。

为了实现上述的主要目的，本发明提供了一种双面线路散热基板的制备方法，包括如下步骤：

在平整金属板的预定位置形成贯穿该金属板的贯穿孔，并在贯穿孔内填充绝缘树脂；

在金属板的两侧热压半固化片和铜箔层，热压后半固化片和铜箔层具有露出金属板表面的导热窗口；

在导热窗口内制作与金属板直接连接的导热凸台；

在散热基板上对应于贯穿孔的位置制作导电过孔，导电过孔的直径小于贯穿孔的直径；

在散热基板的两个相对表面制作导电线路和器件导热焊盘；其中，散热基板两个相对表面的导电线路之间通过导电过孔电连接，器件导热焊盘与导热凸台直接连接。

本发明的制备方法，在散热基板的两个相对表面制作通过导电过孔电连接的导电线路，使得散热基板能够双面安装半导体器件，有利于散热基板的小型化；器件导热焊盘与导热凸台直接连接，设置在器件导热焊盘上的功率器件工作时产生的热量可经由导热凸台和金属板快速扩散，使得散热基板具有良好的导热性能。

本发明的制备方法，先在金属板的贯穿孔内填充绝缘树脂，再在金属板的两侧热压半固化片和铜箔层，可以确保导电线路与绝缘基材具有良好的结合力；并且，先在金属板的贯穿孔内填充绝缘树脂，可以确保贯穿孔内的空间被绝缘树脂完全填满，导电过孔与金属板之间被贯穿孔内的绝缘树脂可靠电绝缘，使得散热基板具有良好的电绝缘性能。

本发明中，金属板优选采用厚度为0.5毫米至3毫米的铜板，导热凸台的高度优选为0.1毫米至1毫米。

根据本发明的一种具体实施方式，在露出于导热窗口的金属板表面上电镀填充导热窗口的铜，从而形成导热凸台。这种方法所制备的导热凸台与金属板之间具有较好的结合力，促进二者连接界面处的热阻最小化。

根据本发明的另一具体实施方式，利用丝网印刷的方式在导热窗口内填充银浆或者铜浆，然后烘烤而形成导热凸台。由此，可以高效率地制作导热凸台，降低制作成本。

本发明中，器件导热焊盘优选形成为完全覆盖导热凸台，以进一步降低二者之间的热阻；器件导热焊盘与导电线路的表面平齐，便于散热基板的制备及后续进行功率器件的焊接。

在本发明的优选实施例中，热压半固化片和铜箔层包括：

将具有第一窗口的半固化片和具有第二窗口的铜箔层放置到金属板的相对两侧；其中，第一窗口的范围大于导热窗口，第二窗口的范围与导热窗口相同；

在热压机中对半固化片和铜箔层进行热压；

去除流动至导热窗口范围内的金属板表面的半固化片。

上述技术方案中，控制第一窗口的范围大于导热窗口，可以减少热压过程中流动至导热窗口范围内的半固化片的量。可以通过控深铣或化学除胶工艺去除导热窗口范围内的金属板表面的半固化片。

在本发明的优选实施例中，制作导电过孔包括：

在散热基板上对应于贯穿孔的位置形成贯穿散热基板的绝缘孔，绝缘孔的直径小于贯穿孔的直径；

在绝缘孔的整个内壁上形成导电环；

以树脂塞孔工艺在导电环内填充树脂；

对散热基板的两个相对表面进行研磨。

其中，在形成导电环的同时，在散热基板的两个相对表面形成与导电环连接的第一覆铜层；在对散热基板的两个相对表面进行研磨之后，在散热基板两个相对表面形成第二覆铜层；对散热基板两个相对表面的铜箔层、第一覆铜层和第二覆铜层进行蚀刻处理，以在散热基板的两个相对表面制作导电线路及器件导热焊盘。

作为本发明的一种优选实施方式，导电线路具有形成在导电过孔位置上的导电焊盘，由此可以减少散热基板所需的布线面积，促进基板的小型化。

本发明中，铜箔层优选为压延铜箔层，该压延铜箔层与半固化片相邻的一侧粘附有树脂薄膜。采用压延铜箔层，有利于进一步提高导电线路与绝缘基材之间的结合力。

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是本发明制备方法实施例在平整金属板的贯穿孔内填充绝缘树脂的结构示意图；

图2是本发明制备方法实施例在金属板的两个相对表面侧叠放半固化片和铜箔层的结构示意图；

图3是本发明制备方法实施例在热压步骤后散热基板的结构示意图；

图4是本发明制备方法实施例在导热窗口内形成导热凸台的结构示意图；

图5是本发明制备方法实施例形成贯穿散热基板的绝缘孔的结构示意图；

图6是本发明制备方法实施例在绝缘孔内壁形成导电环及在散热基板两个相对表面形成第一覆铜层的结构示意图；

图7是本发明制备方法实施例在导电环内填充树脂的结构示意图；

图8是本发明制备方法实施例树脂塞孔及研磨后在散热基板两个相对表面形成第二覆铜层的结构示意图；

图9是本发明制备方法实施例在散热基板两个相对表面形成导电线路和器件导热焊盘的结构示意图；

图10是本发明制备方法实施例制作阻焊层的结构示意图。

具体实施方式

本发明的制备方法包括在平整金属板的预定位置形成贯穿该金属板的贯穿孔，并在该贯穿孔内填充绝缘树脂的步骤。该步骤的示例可参阅图1，在平整金属板11的预定位置以例如机械钻孔或激光打孔工艺形成贯穿金属板11的贯穿孔121；其中，金属板11优选厚度为0.5毫米至3毫米的铜板。需说明的是，图1中的两个贯穿孔121仅为一种示意性的表达，贯穿孔121的数量可以根据需要设置。在形成贯穿孔121之后，以树脂塞孔工艺在贯穿孔121内填充绝缘树脂122。

本发明的制备方法包括在金属板的相对两侧热压半固化片和铜箔层的步骤，热压后半固化片(已处于固化状态)和铜箔层具有露出金属板表面的导热窗口。具体地，首先，如图2所示，在金属板11的两侧依次放置半固化片21和粘附有树脂薄膜310的压延铜箔层31；其中，半固化片21具有第一窗口211，压延铜箔层31具有第二窗口311，第一窗口211的范围大于导热窗口111(见图3)，第二窗口311的范围与导热窗口111相同。然后，在热压机中对半固化片21和压延铜箔层31进行热压，半固化片21流动且发生固化反应而连接压延铜箔层31和金属板11。在热压之后，去除流动至导热窗口111范围内的金属板表面的半固化片，得到图3所示结构的散热基板。其中，可以通过控深铣或化学除胶工艺去除导热窗口111范围内的金属板11表面的半固化片，此为本领域的常用技术手段，故在此省略对其的详细说明。

其中，半固化片21的热膨胀系数介于树脂基膜310的热膨胀系数和绝缘树脂122的热膨胀系数之间。通过对材料热膨胀系数的控制，可降低半固化片21与树脂基膜310及绝缘树脂122之间因热膨胀系数的差异导致的结合性能劣化，有利于进一步提高导电线路和绝缘基材之间的结合力。特别地，通过对材料热膨胀系数的控制，可降低长期使用后半固化片21和绝缘树脂122之间因热膨胀系数的差异而产生缝隙的概率，该缝隙将显著降低导电过孔和金属板11之间的电绝缘能力。

本发明的制备方法包括在导热窗口内制作与金属板直接连接的导热凸台的步骤。参阅图4所示，在露出于导热窗口111的金属板11表面上电镀填充导热窗口111的铜，从而形成导热凸台13；或者，利用丝网印刷的方式在导热窗口111内填充银浆或者铜浆，然后烘烤而形成导热凸台13。其中，导热凸台13的表面与压延铜箔层31的表面平齐，导热凸台13的高度优选为0.1毫米至1毫米。需说明的是，金属板11两个相对表面的导热凸台13的高度和/或形状可以相同或不同。

本发明的制备方法包括在散热基板上对应于贯穿孔的位置制作导电过孔的步骤，该导电过孔的直径小于贯穿孔的直径。导电过孔示例包括导电环42和填充在导电环42内的树脂43，制作该导电过孔的步骤包括：首先，如图5所示，在散热基板上对应于贯穿孔121的位置进行激光打孔或机械钻孔，以制作贯穿散热基板的绝缘孔41，绝缘孔41的直径小于贯穿孔121的直径；然后，如图6所示，以化学镀、或者先化学镀后电镀的方式在绝缘孔41的整个内壁上形成铜质导电环42；接着，如图7所示，以树脂塞孔工艺在导电环42内填充树脂43；在导电环42内填充树脂43之后，对散热基板的两个相对表面进行研磨。

继续参阅图6，于形成导电环42的同时，在散热基板的两个相对表面形成与导电环42连接的第一覆铜层32，第一覆铜层32覆盖铜箔层31和导热凸台13的表面(即对散热基板进行整板电镀)。接着请参阅图8，在对散热基板的两个相对表面进行研磨之后，在散热基板两个相对表面形成覆盖第一覆铜层32和树脂43的第二覆铜层33。

本发明的制备方法实施例包括在散热基板的两个相对表面制作导电线路和器件导热焊盘的步骤。请参阅图9所示，对散热基板两个相对表面的铜箔层31、第一覆铜层32和第二覆铜层33进行蚀刻处理，从而在散热基板的两个相对表面制作导电线路30以及器件导热焊盘301。其中，导电线路30形成在绝缘基材(包括半固化片21和树脂薄膜310)上，散热基板两个相对表面的导电线路30之间通过导电过孔电连接，导电线路30具有形成在导电过孔的位置上导电焊盘302；器件导热焊盘301与导热凸台13直接连接，且器件导热焊盘301形成为完全覆盖导热凸台13。

本发明的制备方法实施例还包括在散热基板的两个相对表面制作阻焊层的步骤。参阅图10，其中，阻焊层50配置为露出器件导热焊盘301和导电线路导电焊盘302。本发明的制备方法可以进一步包括在导热焊盘301和导电焊盘302表面形成金属保护层(例如镍/钯/金复合薄膜)的步骤。

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)

1.一种双面线路散热基板的制备方法，包括如下步骤：

在平整金属板的预定位置形成贯穿该金属板的贯穿孔，并在所述贯穿孔内填充绝缘树脂；

在所述金属板的两侧热压半固化片和铜箔层，热压后所述半固化片和所述铜箔层具有露出所述金属板表面的导热窗口；

在所述导热窗口内制作与所述金属板直接连接的导热凸台；

在散热基板上对应于所述贯穿孔的位置制作导电过孔，所述导电过孔的直径小于所述贯穿孔的直径；

在散热基板的两个相对表面制作导电线路和器件导热焊盘；其中，散热基板两个相对表面的导电线路之间通过所述导电过孔电连接，所述器件导热焊盘与所述导热凸台直接连接。

2.如权利要求1所述的制备方法，其中，所述金属板是厚度为0.5毫米至3毫米的铜板，所述导热凸台的高度为0.1毫米至1毫米。

3.如权利要求1所述的制备方法，其中，在露出于所述导热窗口的金属板表面上电镀填充所述导热窗口的铜，从而形成所述导热凸台。

4.如权利要求1所述的制备方法，其中，利用丝网印刷的方式在所述导热窗口内填充银浆或者铜浆，然后烘烤而形成所述导热凸台。

5.如权利要求1所述的制备方法，其中，所述器件导热焊盘形成为完全覆盖所述导热凸台，且所述器件导热焊盘与所述导电线路的表面平齐。

6.如权利要求1所述的制备方法，其中，热压半固化片和铜箔层包括：

将具有第一窗口的半固化片和具有第二窗口的铜箔层放置到所述金属板的相对两侧；其中，所述第一窗口的范围大于所述导热窗口，所述第二窗口的范围与所述导热窗口相同；

在热压机中对所述半固化片和所述铜箔层进行热压；

去除流动至所述导热窗口范围内的金属板表面的半固化片。

7.如权利要求1所述的制备方法，其中，制作所述导电过孔包括：

在散热基板上对应于所述贯穿孔的位置形成贯穿散热基板的绝缘孔，所述绝缘孔的直径小于所述贯穿孔的直径；

在所述绝缘孔的整个内壁上形成导电环；

以树脂塞孔工艺在所述导电环内填充所述树脂；

对散热基板的两个相对表面进行研磨。

8.如权利要求7所述的制备方法，其中，在形成所述导电环的同时，在散热基板的两个相对表面形成与所述导电环连接的第一覆铜层；在对散热基板的两个相对表面进行研磨之后，在散热基板两个相对表面形成第二覆铜层；对散热基板两个相对表面的铜箔层、第一覆铜层和第二覆铜层进行蚀刻处理，以在散热基板的两个相对表面制作所述导电线路及所述器件导热焊盘。

9.如权利要求8所述的制备方法，其中，所述导电线路具有形成在所述导电过孔位置上的导电焊盘。

10.如权利要求1所述的制备方法，其中，所述铜箔层为压延铜箔层，所述压延铜箔层与所述半固化片相邻的一侧粘附有树脂薄膜。

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