CN111148353A - 具有铜基散热体的电路板的制备方法 - Google Patents

具有铜基散热体的电路板的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有铜基散热体的电路板的制备方法，包括：在平整铜基板的预定位置形成贯穿该铜基板的贯穿孔，并在贯穿孔内填充绝缘树脂；在铜基板的两个相对表面制作导热铜凸台；在铜基板的两个相对表面依次设置绝缘基材和铜箔层，绝缘基材和铜箔层具有供导热铜凸台穿过的窗口，且铜箔层和导热铜凸台的表面平齐；在对应于贯穿孔的位置制作贯穿电路板的导电过孔，导电过孔的直径小于贯穿孔的直径；在电路板的两个相对表面制作导电线路和器件导热焊盘。本发明的电路板制备方法使得电路板表面的导电线路与绝缘基材之间具有良好的结合力，且导电过孔与铜基板之间的电绝缘可靠性高。

Description

具有铜基散热体的电路板的制备方法
技术领域
本发明涉及电路板领域；更具体地，是涉及一种电路板的制备方法。
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。
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
针对现有技术的不足，本发明的主要目的是提供一种具有铜基散热体的电路板的制备方法，使得电路板表面的导电线路与绝缘基材之间具有良好的结合力，且导电过孔与铜基板之间的电绝缘可靠性高。
为了实现上述的主要目的，本发明实施例提供了一种具有铜基散热体的电路板的制备方法，包括如下步骤：
S1，在平整铜基板的预定位置形成贯穿该铜基板的贯穿孔，并在贯穿孔内填充绝缘树脂；
S3，在铜基板的两个相对表面制作导热铜凸台；其中，铜基板两个相对表面的导热铜凸台具有相同的高度；
S5，在铜基板的两个相对表面设置绝缘基材和铜箔层；绝缘基材和铜箔层具有供导热铜凸台穿过的窗口，且铜箔层和导热铜凸台的表面平齐；
S7，在对应于贯穿孔的位置制作贯穿电路板的导电过孔，导电过孔的直径小于贯穿孔的直径；
S9，在电路板的两个相对表面制作导电线路和器件导热焊盘；其中，电路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铜凸台直接连接。
本发明的制备方法，先在铜基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，导电过孔与铜基板之间被贯穿孔内的绝缘树脂可靠电绝缘，使得电路板具有良好的电绝缘性能。特别地，先在铜基板的贯穿孔内填充绝缘树脂，再在铜基板的两侧设置绝缘基材和铜箔层，然后形成导电过孔，确保导电线路(特别是与导电过孔连接处的导电线路)与绝缘基材具有良好的结合力。
本发明的制备方法，在电路板的两个相对表面制作通过导电过孔电连接的导电线路，使得电路板能够双面安装半导体器件，也有利于电路板的小型化；器件导热焊盘与导热铜凸台直接连接，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铜凸台和铜基板快速扩散，使得电路板具有良好的导热性能。
优选的，贯穿孔内填充的绝缘树脂的热膨胀系数为40-80ppm/℃(Tg后)，以使其与铜基板更好地接合，防止爆板。
根据本发明的一种具体实施方式，步骤S3中首先在铜基板的两个相对表面形成覆铜层，然后在覆铜层中用于形成导热铜凸台的区域覆盖抗蚀膜，将覆铜层中未被抗蚀膜覆盖的区域蚀刻掉而得到导热铜凸台。优选地，步骤S3中，通过电镀铜工艺在铜基板的两个相对表面形成覆铜层。
根据本发明的另一具体实施方式，步骤S3中，首先在铜基板的两个相对表面覆盖抗镀膜，该抗镀膜在用于形成导热铜凸台的区域具有露出铜基板表面的电镀孔；然后在电镀孔内的铜基板表面电镀铜而得到导热铜凸台。
根据本发明的一种具体实施方式，导热铜凸台的高度为80微米至500微米，优选为80微米至200微米，例如大约100微米。
根据本发明的一种具体实施方式，步骤S5中，首先在铜基板的两个相对表面设置一个或多个具有铜箔层的绝缘芯板，在绝缘芯板之间以及绝缘芯板与铜基板之间设置半固化片，该半固化片具有供导热铜凸台穿过的第一窗口，绝缘芯板具有供导热铜凸台穿过的第二窗口；然后热压而形成绝缘基材。容易理解，在该具体实施方式中，铜基板的每一侧可以形成两层以上的导电线路，例如在铜基板的每个表面设置一个双面具有铜箔层的绝缘芯板，就可以得到具有四层导电线路的多层电路板，包括位于电路板两个表面的两层导电线路及位于电路板内部的两层导电线路。导电线路的具体层数可以根据需求设置，制作时相应地匹配所需的绝缘芯板数量即可。
优选的，半固化片的热膨胀系数介于该绝缘芯板的热膨胀系数和绝缘树脂的热膨胀系数之间。通过对材料热膨胀系数的控制，可降低半固化片与绝缘芯板及绝缘树脂之间因热膨胀系数的差异导致的结合性能劣化，同样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和绝缘树脂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铜基板之间的电绝缘能力。
根据本发明的另一具体实施方式，铜箔层的表面附有作为绝缘基材的树脂基膜，步骤S5中压合树脂基膜而使其连接至铜基板。通常，用于负载铜箔层的树脂基膜具有相对较低的热膨胀系数，有利于提高其与铜基板之间的结合力。树脂基膜的热膨胀系数优选为40-80ppm/℃(Tg后)。
根据本发明的一种具体实施方式，步骤S7包括：在对应于贯穿孔的位置形成贯穿电路板的绝缘孔，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；对电路板的两个相对表面进行研磨。
更具体的，在形成导电环的同时，在电路板的两个相对表面形成与导电环连接的第一覆铜层；在对电路板的两个相对表面进行研磨之后，在电路板两个相对表面形成第二覆铜层；对电路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，从而在电路板的两个相对表面制作导电线路及器件导热焊盘。
根据本发明的一种优选实施方式，器件导热焊盘形成为完全覆盖导热铜凸台，以促进二者之间热阻的最小化；导电线路具有形成在导电过孔位置上的导电焊盘，以促进电路板的进一步小型化。
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是本发明实施例1在平整铜基板上形成贯穿孔的结构示意图；
图2是本发明实施例1在铜基板的贯穿孔内填充绝缘树脂的结构示意图；
图3是本发明实施例1以电镀工艺在铜基板的两个相对表面电镀覆铜层的结构示意图；
图4是本发明实施例1在铜基板两个相对表面的覆铜层上设置抗蚀膜的结构示意图；
图5是本发明实施例1在铜基板两个相对表面形成导热铜凸台后的结构示意图；
图6是本发明实施例1在铜基板两个相对表面叠放半固化片和铜箔层的结构示意图；
图7是本发明实施例1在热压步骤后电路板的结构示意图；
图8是本发明实施例1形成贯穿电路板的绝缘孔的结构示意图；
图9是本发明实施例1在绝缘孔内壁形成导电环及在电路板两个相对表面形成第一覆铜层的结构示意图；
图10是本发明实施例1在导电环内填充树脂的结构示意图；
图11是本发明实施例1在电路板两个相对表面形成第二覆铜层的结构示意图；
图12是本发明实施例1在电路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13是本发明实施例1制作阻焊层的结构示意图；
图14是本发明实施例2在铜基板两个相对表面设置抗镀膜的结构示意图；
图15是本发明实施例2在铜基板两个相对表面电镀导热铜凸台的结构示意图；
图16是本发明实施例3在铜基板两个相对表面设置绝缘基材和铜箔层的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
实施例1的制备方法包括在平整铜基板的预定位置形成贯穿该铜基板的贯穿孔，并在贯穿孔内填充绝缘树脂的步骤。例如，参阅图1，在平整铜基板11的预定位置以例如机械钻孔或激光打孔工艺形成贯穿铜基板11的贯穿孔111。需说明的是，图1中的两个贯穿孔111仅为一种示意性的表达，贯穿孔111的数量可以根据需要设置。如图2所示，以树脂塞孔工艺在贯穿孔111内填充绝缘树脂12。其中，绝缘树脂12的热膨胀系数优选为40-80ppm/℃(Tg后)，例如大约60ppm/℃。
实施例1的制备方法包括在铜基板的两个相对表面制作导热铜凸台的步骤。例如，首先如图3所示在铜基板11的两个相对表面电镀预定厚度的覆铜层13，然后如图4所示在覆铜层13中用于形成导热铜凸台的区域覆盖抗蚀膜101；如图5所示，将覆铜层13中未被抗蚀膜101覆盖的区域蚀刻掉而得到导热铜凸台131。
其中，铜基板11两个相对表面的导热铜凸台131的高度相同，其高度为80微米至500微米，例如大约100微米。铜基板11两个相对表面的导热铜凸台131的形状可以相同或不同，铜基板11每个表面可具有一个或多个形状相同或不同的导热铜凸台131。
实施例1的制备方法包括在铜基板的两个相对表面依次设置绝缘基材和铜箔层的步骤。例如，如图6所示，首先在铜基板11的两个相对表面依次设置具有第一窗口211的半固化片21和具有第二窗口311的绝缘芯板310，绝缘芯板310的外表面具有铜箔层31；然后，对电路板进行热压，使半固化片21固化而连接绝缘芯板310和铜基板11，并与绝缘芯板310一起构成绝缘基材。其中，第一窗口211大于第二窗口311，以避免或减少热压时半固化片21流动至电路板表面。需说明的是，半固化片21和绝缘芯板310的叠层数量可以根据需求设置，而并非一定如图3所示的仅具有一层半固化片。例如可以在铜基板的每个表面叠放多层绝缘芯板，从而在铜基板的每个表面侧形成多层导电线路。
如图7所示，热压后半固化片21与绝缘芯板310、铜基板11和绝缘树脂12连接，并填充导热铜凸台131和铜箔层31之间的间隙，铜箔层31和导热铜凸台131的表面平齐。优选的，在热压后对电路板的两个相对表面进行研磨处理。
实施例1的制备方法包括在热压所得电路板上对应于贯穿孔的位置制作贯穿电路板的导电过孔的步骤。本发明中，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：如图8所示，首先在电路板上对应于贯穿孔111的位置进行激光打孔或机械钻孔，以制作贯穿电路板的绝缘孔41，绝缘孔41的直径小于贯穿孔11的直径；然后，如图9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10所示，以树脂塞孔工艺在导电环42内填充树脂43。优选的，在导电环42内填充树脂43之后，再次对电路板的两个相对表面进行研磨。
继续参阅图9，于形成导电环42的同时，在电路板的两个相对表面形成与导电环42连接的第一覆铜层32，且第一覆铜层32覆盖铜箔层31和导热铜凸台131的表面(即对电路板进行整板电镀)。接着请参阅图11，实施例1的制备方法还包括在将树脂43填充至导电环42且对电路板的两个相对表面进行研磨之后，在电路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的步骤。
实施例1的制备方法还包括在电路板的两个相对表面制作导电线路和器件导热焊盘的步骤。如图12所示，对电路板两个相对表面的铜箔层31、第一覆铜32和第二覆铜层33进行蚀刻处理，以在电路板的两个相对表面制作导电线路302及器件导热焊盘301。其中，导电线路302形成在绝缘基材上，电路板两个相对表面的导电线路302之间通过导电过孔电连接；导电线路302包括形成在导电过孔上的导电焊盘303。器件导热焊盘301与导热铜凸台131直接连接，且器件导热焊盘301形成为完全覆盖导热铜凸台131。
实施例1的制备方法优选还包括在电路板的两个相对表面制作阻焊层的步骤。参阅图13，其中，阻焊层50配置为露出器件导热焊盘301和的导电焊盘303。实施例1的制备方法可以进一步包括在导热焊盘301和导电焊盘303表面形成金属保护层(例如镍/钯/金复合薄膜)的步骤。
实施例2
实施例2与实施例1的区别仅在于导热铜凸台的制备方法不同，故以下仅对实施例2中导热铜凸台的制备方法进行说明，对实施例2其他步骤的描述请参阅前述实施例1。
实施例2的导热铜凸台制备步骤包括：首先如图14所示，在铜基板11的两个相对表面覆盖抗镀膜102，抗镀膜102在用于形成导热铜凸台的区域具有露出铜基板11表面的电镀孔1021；然后如图15所示，在电镀孔1021内的铜基板11表面电镀铜而得到导热铜凸台131。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于铜基板表面的绝缘基材和铜箔层的设置方式不同，故以下仅对实施例3中绝缘基材和铜箔层的具体设置方式进行说明，对实施例3其他步骤的描述请参阅前述实施例1。
如图16所示，实施例3中在铜基板11的两个相对表面叠置附有树脂基膜310’的铜箔层31’(即RCC铜箔)，RCC铜箔具有供导热铜凸台131穿过的窗口311’；压合树脂基膜310’而使其连接至铜基板11。由此，在铜基板11的两个相对表面设置绝缘基材和铜箔层。其中，树脂基膜的热膨胀系数优选为40-80ppm/℃(Tg后)。
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)

1.一种具有铜基散热体的电路板的制备方法，包括如下步骤：
S1，在平整铜基板的预定位置形成贯穿该铜基板的贯穿孔，并在所述贯穿孔内填充绝缘树脂；
S3，在所述铜基板的两个相对表面制作导热铜凸台；其中，所述铜基板两个相对表面的导热铜凸台具有相同的高度；
S5，在所述铜基板的两个相对表面设置绝缘基材和铜箔层；所述绝缘基材和所述铜箔层具有供所述导热铜凸台穿过的窗口，且所述铜箔层和所述导热铜凸台的表面平齐；
S7，在对应于所述贯穿孔的位置制作贯穿电路板的导电过孔，所述导电过孔的直径小于所述贯穿孔的直径；
S9，在电路板的两个相对表面制作导电线路和器件导热焊盘；其中，电路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铜凸台直接连接。
2.如权利要求1所述的制备方法，其中，步骤S3中，首先在所述铜基板的两个相对表面形成覆铜层，然后在所述覆铜层中用于形成所述导热铜凸台的区域覆盖抗蚀膜，将所述覆铜层中未被所述抗蚀膜覆盖的区域蚀刻掉而得到所述导热铜凸台。
3.如权利要求2所述的制备方法，其中，步骤S3中，通过电镀铜工艺在所述铜基板的两个相对表面形成所述覆铜层。
4.如权利要求1所述的制备方法，其中，步骤S3中，首先在所述铜基板的两个相对表面覆盖抗镀膜，所述抗镀膜在用于形成所述导热铜凸台的区域具有露出所述铜基板表面的电镀孔；然后在所述电镀孔内的铜基板表面电镀铜而得到所述导热铜凸台。
5.如权利要求1所述的制备方法，其中，所述导热铜凸台的高度为80微米至500微米。
6.如权利要求1所述的制备方法，其中，步骤S5中，在所述铜基板的两个相对表面设置一个或多个具有铜箔层的绝缘芯板，在所述绝缘芯板之间以及所述绝缘芯板与所述铜基板之间设置半固化片，所述半固化片具有供所述导热铜凸台穿过的第一窗口，所述绝缘芯板具有供所述导热铜凸台穿过的第二窗口；然后热压而形成所述绝缘基材。
7.如权利要求1所述的制备方法，其中，所述铜箔层的表面附有树脂基膜，步骤S5中压合所述树脂基膜而使其连接至所述铜基板。
8.如权利要求1所述的制备方法，其中，步骤S7包括：在对应于所述贯穿孔的位置形成贯穿电路板的绝缘孔，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树脂；对电路板的两个相对表面进行研磨。
9.如权利要求8所述的制备方法，其中，在形成所述导电环的同时，在电路板的两个相对表面形成与所述导电环连接的第一覆铜层；在对电路板的两个相对表面进行研磨之后，在电路板两个相对表面形成第二覆铜层；对电路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，从而在电路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。
10.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铜凸台，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。
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