CN111901987B - 内嵌导热体的电路板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种内嵌导热体的电路板及其制备方法，包括如下步骤：⑴提供多层芯板和粘结片的基板层叠体，多层芯板中的上层芯板具有定位通孔，上层芯板之外的其他芯板具有与定位通孔相对应的容置通孔；定位通孔包括四个角部形成圆弧过渡的第一矩形通孔，容置通孔包括四个角部形成外凸圆角的第二矩形通孔；⑵将矩形导热体放置到定位通孔和容置通孔内，矩形导热体的四个角部与定位通孔的四个角部抵接而被定位，矩形导热体的侧壁与第一矩形通孔和第二矩形通孔的对应侧壁之间则具有间隙；⑶热压基板层叠体而得到电路板基板，并将矩形导热体固定在基板中。本发明可实现矩形导热体在电路板中的精准定位，而且具有制作方便、电气可靠性佳的优点。

Description

内嵌导热体的电路板及其制备方法
技术领域
本发明涉及电路板领域；更具体地说，是涉及一种内嵌导热体的电路板及其制备方法。
背景技术
功率器件通常安装到电路板上，器件工作时产生的热量会使其内部温度迅速上升，若不及时将该热量散发，器件就会因过热而出现性能下降甚至失效的问题。因此，通常要求用于安装这些功率器件的电路板具有良好的散热性能。金属及陶瓷材料具有远高于树脂的导热系数，为提高树脂基电路板(例如FR-4电路板)的导热性能，现有技术中经常采用在树脂基电路板内埋嵌金属或陶瓷导热体的解决方案。
在制作内嵌导热体的电路板时，通常先对芯板进行开窗处理形成容纳导热体的通孔，然后将导热体放置到该通孔内。其中，通孔的尺寸需要大于导热体的尺寸，以在导热体和通孔的侧壁之间形成填充粘结材料的间隙。由于通孔具有大于导热体的尺寸，导热体放入通孔后难以被精确定位，使得导热体在电路板中的安装位置极易出现偏差。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的第一方面提供了一种内嵌导热体的电路板制备方法，包括如下步骤：
⑴提供基板层叠体，所述基板层叠体包括多层芯板和设置在芯板之间的粘结片，所述多层芯板中的上层芯板具有定位通孔，上层芯板之外的其他芯板具有与所述定位通孔相对应的容置通孔；其中，所述定位通孔包括四个角部形成圆弧过渡的第一矩形通孔，所述容置通孔包括四个角部形成外凸圆角的第二矩形通孔；
⑵将矩形导热体放置到所述定位通孔和所述容置通孔内，所述矩形导热体的四个角部与所述第一矩形通孔四个角部的过渡圆弧抵接而被定位，所述矩形导热体的侧壁与所述第一矩形通孔和所述第二矩形通孔的对应侧壁之间则具有间隙；
⑶热压所述基板层叠体而得到电路板基板，并使得所述粘结片流动填充所述间隙后固化，以将所述矩形导热体固定在所述基板中。
其中，定位通孔包括四个角部形成圆弧过渡的第一矩形通孔，矩形导热体的四个角部与第一矩形通孔四个角部的过渡圆弧抵接而被定位，从而能够精确地控制矩形导热体的安装位置。容置通孔包括四个角部形成外凸圆角的第二矩形通孔，这样即使不同芯板层叠时存在位置偏差，也不影响将矩形导热体顺利地放入容置通孔内。
特别的，第二矩形通孔角部的外凸圆角向外凸出于过渡圆弧，即除上层芯板之外的其他芯板与矩形导热体的角部之间同样存在间隙，这样热压时粘结片会流动填充在外凸圆角内，使得矩形导热体的四个角部与其他芯板之间同样填充粘结材料，提高矩形导热体角部与其他芯板之间的结合可靠性，有效预防矩形导热体角部与基板结合处在热胀冷缩后形成贯穿基板的缝隙。
优选的，所述第一矩形通孔和所述第二矩形通孔的尺寸相同。
优选的，所述间隙的宽度控制为0.05mm-0.3mm。
其中，所述矩形导热体具有大于芯板绝缘基材的导热系数，作为电路板的主要散热通道，显著提高电路板的散热性能。具体的，所述矩形导热体可以为陶瓷或金属材质。
优选的，所述矩形导热体为陶瓷材质，所述粘结片的热膨胀系数介于所述矩形导热体的热膨胀系数和所述芯板绝缘基材的热膨胀系数之间。
本发明的实施例中，热压时粘结片除了实现芯板之间的粘结固定外，还流动填充芯板和矩形导热体之间的间隙，作为芯板和矩形导热体之间的粘结材料。因此，选用粘结片的热膨胀系数介于矩形导热体的热膨胀系数和芯板绝缘基材的热膨胀系数之间，可以在电路板遭受环境温度冲击时起到良好的缓冲作用，避免因导热体和芯板之间热膨胀系数相差过大而在二者结合处产生裂缝引起的电气失效，有效提升电路板的耐温度冲击能力。
更优选的，所述粘结片为BT玻纤布粘结片或环氧改性BT玻纤布粘结片，所述芯板为FR-4芯板。
本发明的第二方面提供了一种内嵌导热体的电路板，包括基板和设置在所述基板内的矩形导热体，所述基板包括多层芯板，所述多层芯板中的上层芯板具有定位通孔，上层芯板之外的其他芯板具有与所述定位通孔相对应的容置通孔，所述矩形导热体设置在所述定位通孔和所述容置通孔内；所述定位通孔包括四个角部形成圆弧过渡的第一矩形通孔，所述容置通孔包括四个角部形成外凸圆角的第二矩形通孔，所述矩形导热体的四个角部与所述第一矩形通孔四个角部的过渡圆弧抵接而被定位，所述矩形导热体的侧壁与所述第一矩形通孔和所述第二矩形通孔的对应侧壁之间填充有粘结材料。
如前所述，矩形导热体的四个角部与第一矩形通孔四个角部的过渡圆弧抵接而被定位，从而能够精确地控制矩形导热体的安装位置。容置通孔包括四个角部形成外凸圆角的第二矩形通孔，既便于制作电路板时将矩形导热体顺利地放入容置通孔内，也有利于提高矩形导热体角部与其他芯板之间的结合可靠性，有效预防矩形导热体角部与基板结合处在热胀冷缩后形成贯穿基板的缝隙，进而提高电路板的耐温度冲击能力和电气可靠性。
优选的，所述第一矩形通孔和所述第二通孔的尺寸相同，所述矩形导热体的侧壁与所述第一矩形通孔和所述第二矩形通孔的对应侧壁之间具有0.05mm-0.3mm的间距。
优选的，所述矩形导热体为金属或陶瓷材质。
优选的，所述粘结材料的热膨胀系数介于所述矩形导热体的热膨胀系数和所述芯板绝缘基材的热膨胀系数之间。粘结材料在电路板遭受环境温度冲击时起到良好的缓冲作用，避免导热体和芯板之间因热膨胀系数相差过大而产生裂缝所引起的电气失效，进一步提升电路板的耐温度冲击能力及其电气可靠性。
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是本发明电路板制备方法实施例的流程示意图；
图2是本发明实施例中上层芯板开窗后的主表面视图；
图3是图2的A-A剖视图；
图4是本发明实施例中下层芯板开窗后的主表面视图；
图5是图4的A-A剖视图；
图6是本发明实施例中半固化态粘结片开窗后的主表面视图；
图7是本发明实施例中层叠多层芯板和半固化态粘结片以及将导热体放置到芯板和半固化态粘结片开窗部位后的主表面视图；
图8是图7的A-A剖视图；
图9是本发明实施例中电路板热压后的结构示意图；
图10是本发明实施例中电路板形成导电过孔后的结构示意图。
具体实施方式
下面，以具有两层芯板及内嵌陶瓷导热体的电路板为例，对本发明的制备方法实施例及所制备电路板的结构进行说明。
首先，请参阅图1，本发明的电路板制备方法实施例包括对上层芯板、下层芯板和半固化态粘结片进行开窗处理的步骤。
其中，如图2和3所示，上层芯板11开窗处理后形成定位通孔111，定位通孔111包括第一矩形通孔1111和形成在第一矩形通孔1111四个角部的过渡圆弧1112。上层芯板11可以为FR-4芯板，其包括FR-4基材110、铜箔层1121和铜箔层1122，铜箔层1121和铜箔层1122分别形成在FR-4基材110的两个相对主表面。
第一矩形通孔1111和过渡圆弧1112的尺寸可以根据矩形导热体20(见图7和8)的尺寸确定。优选的，如图7所示，第一矩形通孔1111和矩形导热体20的对应侧壁之间具有间隙L，间隙L的宽度优选为0.05mm-0.3mm，间隙L的宽度过小不利于粘结材料的填充及矩形导热体20的粘结固定，过大则容易导致后续整板覆铜时间隙L内粘结材料与覆铜层的结合力欠佳。
具体的，过渡圆弧1112的尺寸设置为当矩形导热体20放入定位通孔111后能与矩形导热体20的角部抵接，以实现对矩形导热体20的安装定位。可以通过铣切工艺形成定位通孔111，过渡圆弧1112的直径可以通过选用适当直径的铣刀来控制。
如图4和5所示，下层芯板12开窗处理后形成容置通孔121，容置通孔121包括第二矩形通孔1211和形成在第二矩形通孔1211四个角部的外凸圆角1212，第二矩形通孔1211和第一矩形通孔1111的尺寸可以基本上相同。可以通过先铣切后钻孔的方式形成容置通孔121，即先通过铣切工艺得到第二矩形通孔1211，然后在其四个角部钻孔而形成外凸圆角1212。下层芯板12同样可以是FR-4芯板，其包括FR-4基材120、以及分别形成在FR-4基材120两个相对主表面的铜箔层1221和铜箔层1222。
如图6所示，半固化态粘结片13开窗处理后形成第三矩形通孔131，第三矩形通孔131的四个角部可以为如图6所示的直角，也可以为形成圆弧过渡的圆角。第三矩形通孔131的尺寸可以大于第一矩形通孔1111的尺寸，例如，当第三矩形通孔131和第一矩形通孔1111的中心相互对准时，第三矩形通孔131和第一矩形通孔1111对应侧壁之间的间距为0.05mm-0.15mm。其中，粘结片13优选为BT玻纤布粘结片或环氧改性BT玻纤布粘结片。
继续参阅图1，本发明的电路板制备方法实施例包括将下层芯板、粘结片和上层芯板按顺序叠放的步骤，以及将导热体放入芯板和粘结片的开窗位置的步骤。具体的，如图7和8所示，下层芯板12、粘结片13和上层芯板11从下向上叠层放置，成为基板层叠体，叠放时尽量将第二矩形通孔1211、第三矩形通孔131和第一矩形通孔1111的中心对齐。其中，下层芯板12和上层芯板11之间可放置一层或多层粘结片13。
本发明的实施例中，根据需要，叠板之前可以对上层芯板11的铜箔层1122和下层芯板12的铜箔层1222进行蚀刻处理，以得到内层导电线路。本发明的其他实施例中，上层芯板11可以仅具有铜箔层1121，下层芯板12可以仅具有铜箔层1221。
本发明的实施例中，定位通孔111的四个角部形成过渡圆弧1112，如图7所示，将矩形导热体20放置到定位通孔111时，矩形导热体20的四个角部与过渡圆弧1112抵接而被定位，从而能够精准地控制矩形导热体20的嵌入位置。
容易理解，上层芯板11和下层芯板12叠放时不可避免地会存在一定程度上的对位误差，导致定位通孔111和容置通孔121之间产生位置偏移。本发明的实施例中，容置通孔121的四个角部均具有外凸圆角1212，如图7所示，当上层芯板11和下层芯板12层叠放置时，外凸圆角1212凸出于过渡圆弧1112之外，矩形导热体20放入容置通孔121后不与容置通孔121的任何边缘接触或抵接。这样，即使定位通孔111和容置通孔121之间产生位置偏移，也可以顺利地将矩形导热体20放入到容置通孔121内。
如图8所示，矩形导热体20的上、下表面均可以具有金属层21，金属层例如为与矩形导热体20直接连接或通过钛层连接的铜箔层。矩形导热体20上表面的金属层21可以具有与铜箔层1121相同的厚度，矩形导热体20下表面的金属层21可以具有与铜箔层1221相同的厚度。铜箔层1121可以具有与铜箔层1221相同的厚度。
再次参阅图1，本发明电路板制备方法实施例包括对芯板和粘结片层叠体进行热压的步骤。如图9所示，热压基板层叠体而得到电路板基板，并使得粘结片13流动填充芯板和矩形导热体20之间的间隙后固化，在矩形导热体20和芯板之间形成粘结材料，以将矩形导热体20固定在电路板基板中。热压后，矩形导热体20上表面的金属层21与铜箔层1121的表面基本平齐，矩形导热体20下表面的金属层21与铜箔层1221的表面基本平齐。
本发明的实施例中，第二矩形通孔1211的四个角部形成外凸圆角1212，外凸圆角1212向外凸出于过渡圆弧1112，确保下层芯板12和矩形导热体20的四个角部之间同样存在间隙，热压时粘结片13会流动填充在外凸圆角1212内，即矩形导热体20的四个角部与下层芯板12之间也填充有粘结材料，从而提高矩形导热体20角部与下层芯板12之间的结合可靠性，有效预防矩形导热体20角部与基板结合处在热胀冷缩后形成贯穿基板的缝隙，改善电路板的耐温度冲击能力和电气可靠性。
本发明的优选实施例中，外凸圆角1212相对于第二矩形通孔1211的对角线对称设置，且矩形导热体20的角部与对应外凸圆角1212边缘之间的最小间距为0.05mm-0.3mm。这样，既有利于热压过程中粘结材料填充到外凸圆角1212内，也可以保证后续整板覆铜时外凸圆角1212内的粘结材料与覆铜层之间具有较好的结合力。
本发明的优选实施例中，上层芯板11和下层芯板12使用FR-4材料，Tg前的Z轴热膨胀系数例如为约45ppm；粘结片13采用BT玻纤布粘结片或环氧改性BT玻纤布粘结片，Tg前的Z轴热膨胀系数例如为约25ppm；矩形导热体20的材质为陶瓷，例如氮化铝陶瓷，Z轴热膨胀系数约4.5ppm。粘结片13的热膨胀系数介于陶瓷与FR-4芯板的绝缘基材之间，粘结片13热压后流动填充间隙L，作为粘结材料固定矩形导热体20，在电路板遭受环境温度冲击时起到良好的缓冲作用，避免FR-4芯板与矩形导热体20两种材料因热膨胀系数相差过大而导致二者结合处裂缝产生，有效提升电路板耐温度冲击能力，同时避免全部使用低膨胀系数材料所带来的成本大幅上升。
如图10所示，热压后在电路板基板中钻孔形成导通孔30，然后进行整板沉铜和电镀铜，从而在电路板的上表面和下表面分别形成覆铜层41和覆铜层42；整板沉铜和电镀铜还在导通孔30的内壁形成覆铜层31，覆铜层31作为不同导电线路之间的导电路径(导电过孔)。进一步地，在电路板的上表面和下表面制作导电图形，然后依次进行阻焊制作、字符制作等后续流程，即可得到电路板成品。
容易理解，本发明的其他实施例中，矩形导热体也可以为金属材质；根据导电线路层数和/或电路板厚度的需求，电路板可以具有三层以上的FR-4芯板，上层芯板具有容纳及对矩形导热体进行定位的定位通孔，除上层芯板之外的其他芯板具有容纳矩形导热体的容置通孔。其中，上层芯板是指放入矩形导热体时位于最上部的芯板。
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)

1.一种内嵌导热体的电路板制备方法，包括如下步骤：
⑴提供基板层叠体，所述基板层叠体包括多层芯板和设置在芯板之间的粘结片，所述多层芯板中的上层芯板具有定位通孔，上层芯板之外的其他芯板具有与所述定位通孔相对应的容置通孔；其中，所述定位通孔包括四个角部形成圆弧过渡的第一矩形通孔，所述容置通孔包括四个角部形成外凸圆角的第二矩形通孔；
⑵将矩形导热体放置到所述定位通孔和所述容置通孔内，所述矩形导热体的四个角部与所述第一矩形通孔四个角部的过渡圆弧抵接而被定位，所述矩形导热体的侧壁与所述第一矩形通孔和所述第二矩形通孔的对应侧壁之间则具有间隙；
⑶热压所述基板层叠体而得到电路板基板，并使得所述粘结片流动填充所述间隙后固化，以将所述矩形导热体固定在所述基板中。
2.根据权利要求1所述的电路板制备方法，其中，所述第一矩形通孔和所述第二矩形通孔的尺寸相同。
3.根据权利要求1所述的电路板制备方法，其中，所述间隙的宽度控制为0.05mm-0.3mm。
4.根据权利要求1所述的电路板制备方法，其中，所述矩形导热体为陶瓷或金属材质。
5.根据权利要求1所述的电路板制备方法，其中，所述矩形导热体为陶瓷材质，所述粘结片的热膨胀系数介于所述矩形导热体的热膨胀系数和所述芯板绝缘基材的热膨胀系数之间。
6.根据权利要求5所述的电路板制备方法，其中，所述粘结片为BT玻纤布粘结片或环氧改性BT玻纤布粘结片，所述芯板为FR-4芯板。
7.一种内嵌导热体的电路板，包括基板和设置在所述基板内的矩形导热体，所述基板包括多层芯板，所述多层芯板中的上层芯板具有定位通孔，上层芯板之外的其他芯板具有与所述定位通孔相对应的容置通孔，所述矩形导热体设置在所述定位通孔和所述容置通孔内；其中，所述定位通孔包括四个角部形成圆弧过渡的第一矩形通孔，所述容置通孔包括四个角部形成外凸圆角的第二矩形通孔，所述矩形导热体的四个角部与所述第一矩形通孔四个角部的过渡圆弧抵接而被定位，所述矩形导热体的侧壁与所述第一矩形通孔和所述第二矩形通孔的对应侧壁之间填充有粘结材料。
8.根据权利要求7所述的电路板，其中，所述第一矩形通孔和所述第二矩形 通孔的尺寸相同，所述矩形导热体的侧壁与所述第一矩形通孔和所述第二矩形通孔的对应侧壁之间具有0.05mm-0.3mm的间距。
9.根据权利要求7所述的电路板，其中，所述矩形导热体为金属或陶瓷材质。
10.根据权利要求7所述的电路板，其中，所述粘结材料的热膨胀系数介于所述矩形导热体的热膨胀系数和所述芯板绝缘基材的热膨胀系数之间。
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