CN112804822B - 一种内嵌散热材料的线路板及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种内嵌散热材料的线路板制作方法，包括如下过程：选择树脂，在树脂体系中加入填料，制备胶液；选择散热材料，在散热材料侧面产生胶层；对侧面产生胶层的散热材料进行烘烤处理，使胶层处于半固化阶段；然后将带有半固化胶层的散热材料嵌入绝缘基板中，进行压合，制作线路板。本发明提供的方法可很大程度上改善流胶缺陷，避免填胶不足状况的发生；通过填料的添加和调配，优化胶层导热性能，降低散热材料与绝缘基体界面的温度梯度，减小散热材料与其周围树脂间热膨胀系数的差异，降低长期在高低温交替的使用环境下不同材料热膨胀系数差异造成的裂缝，保证线路板的电性能和绝缘性，有效提高线路板的寿命和长期可靠性。

Description

一种内嵌散热材料的线路板及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种内嵌散热材料的线路板及其制作方法，属于印制线路板技术领域。
背景技术
随着电子产品向轻薄化、小型化和高度集成化方向的快速发展，对印制线路板的高导热性以及耐高压能力等方面提出了更高的要求。为了使线路板满足散热要求，通常采用埋嵌铜块或埋嵌陶瓷等内嵌散热材料的方式。内嵌散热材料能够大大提高线路板的散热性能，但是仍存在一些问题，比如：
申请号为CN201180037321.3的专利公开了一种线路板，其包括树脂基材的绝缘基板和内嵌于绝缘基板的柱状陶瓷散热材料，很好地实现了将元器件产生的热量快速导出，但是陶瓷散热材料与绝缘基板二者的热膨胀系数差异很大，导致陶瓷散热材料在经过一定次数的冷热循环后容易与绝缘基板分离。
申请号为CN201610171996.1的专利公开了一种带有陶瓷散热材料的印制线路板，其利用分别位于线路板两个相对表面的导电图案层和散热层对陶瓷散热材料进行夹持，基本解决了陶瓷散热材料从绝缘基材中脱落的问题。
申请号为CN201510251730.3的专利公开了一种埋嵌铜块印制线路板的制作方法，包括埋铜块压合处理，铣槽、沉金和嵌铜块压合处理等步骤，很好地实现了提高产品良率和生产效率的目的，且具有品质一致性好的特点，但是工艺流程复杂且成本较高。
散热材料与绝缘基板之间的结合需在压合步骤靠流动树脂填充二者之间的缝隙，这就对粘结片的胶含量和流动性有较高要求，而现有技术容易发生填胶不足的状况。散热材料本身与周围树脂的导热系数差异较大，当元器件的热量传递到线路板上，散热体与树脂界面存在明显的温度梯度，不利于整个线路板的长期可靠性。散热材料与周围树脂材料的热膨胀系数差异较大，在多次冷热循环后，容易发生树脂裂纹。
发明内容
目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种内嵌散热材料的线路板及其制作方法。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种内嵌散热材料的线路板制作方法，包括如下过程，
选择树脂，在树脂体系中加入填料，制备胶液；
选择散热材料，在散热材料侧面产生胶层；
对侧面产生胶层的散热材料进行烘烤处理，使胶层处于半固化阶段；
然后将带有半固化胶层的散热材料嵌入绝缘基板中，进行压合，制作线路板。
进一步地，所述填料由不同尺寸的大颗粒填料和小颗粒填料混合形成。
进一步地，根据胶层的传热和膨胀系数要求，确定填料堆积模型，然后根据填料堆积模型计算获得大颗粒填料粒径与小颗粒填料粒剂的关系。
进一步地，所述胶层通过喷涂、或浸涂、或模铸方式产生。
进一步地，所述胶层厚度与大颗粒填料粒径呈倍数关系。
进一步地，压合前，散热材料与绝缘基板之间间隔100～200μm。
进一步地，所述散热材料为陶瓷块或铜块。
进一步地，所述胶层的导热系数介于散热材料和绝缘基板之间。
进一步地，所述胶层的热膨胀系数介于散热材料和绝缘基板之间。
一种内嵌散热材料的线路板，采用上述方法制作得到。
有益效果：本发明提供的一种内嵌散热材料的线路板制作方法，通过纯胶层对散热材料与绝缘基材件的缝隙进行填充，很大程度上改善流胶缺陷，避免填胶不足状况的发生；通过填料的添加和调配，优化胶层导热性能，降低散热材料与绝缘基体界面的温度梯度，减小散热材料与其周围树脂间热膨胀系数的差异，降低长期在高低温交替的使用环境下不同材料热膨胀系数差异造成的裂缝，保证线路板的电性能和绝缘性，有效提高线路板的寿命和长期可靠性。
附图说明
图1为实施例1堆积模型A的立体示意图；
图2为图1中拆分出的四面柱体；
图3为图2中拆分出的正四面体；
图4为球体堆积模拟图；
图5为图4的球体投影平面图；
图6为实施例2堆积模型B的立体示意图；
图7、图8为不同角度的球体投影平面图；
图9为长方体形散热材料涂胶后的俯视示意图；
图10为圆柱体形散热材料涂胶后的俯视示意图；
图11为图9或图10的截面示意图；
图12为本发明制作的线路板俯视示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作更进一步的说明。
实施例1
(1)在树脂体系中加入粒径为25～30μm的大颗粒和粒径为3.8～4.7μm的小颗粒，制备胶液；对于不同粒径颗粒，可采用不同规格的球磨机或其他方式获得。
实施例1中选择的两种粒径的颗粒，混合后形成堆积模型A，根据堆积模型A可反推验证大颗粒半径R和小颗粒半径r之间的关系。
堆积模型A如图1所示的六方最密堆积的正六面柱体，大颗粒位于正六面柱体的十二个顶点处，正六面柱体的中间有三个小颗粒；图2为图1中拆分出的一个四面柱体，图2中又可拆分出一个正四面体单元，该正四面体单元的底面三角形的边长为2R，底面积
Figure BDA0002872426440000031
则堆积模型A的底面积
Figure BDA0002872426440000032
正四面体单元的高为h，通过几何计算，
Figure BDA0002872426440000033
则堆积模型A的高
Figure BDA0002872426440000034
堆积模型A的体积
Figure BDA0002872426440000035
单个大颗粒填料的体积
Figure BDA0002872426440000036
六方最密堆积的
Figure BDA0002872426440000037
Figure BDA0002872426440000038
图4为球体堆积模拟图，根据图3、图5进行计算，2h＝R+r，
Figure BDA0002872426440000039
与步骤(1)中采用的填料大颗粒和小颗粒粒径关系一致。
实施例1中填料的选择适合导热需求较高的场合。
(2)选择散热材料1，在散热材料1侧面产生胶层2；所述散热材料1为陶瓷块或铜块，或其他热导率高的散热材料；散热材料为图9所示的长方体，或图10所示的圆柱体，截面如图11所示。所产生的胶层厚度控制在50～100μm。
(3)对侧面产生胶层的散热材料进行烘烤处理，使胶层处于半固化阶段。
(4)然后将带有半固化胶层2的散热材料1嵌入绝缘基板3中，进行压合，压合前散热材料与绝缘基板之间间距100～200μm；压合后按正常工艺制作线路板，线路板如图12所示，线路板表面制作有线路4。
实施例2
(1)在粘合剂中加入粒径为25～30μm的大颗粒和粒径为15.8～18.9μm的小颗粒，制备胶液；对于不同粒径颗粒，可采用不同规格的球磨机或其他方式获得。
实施例2中选择的两种粒径的颗粒，混合后形成堆积模型B，根据堆积模型B可反推验证大颗粒半径R和小颗粒半径r之间的关系。
堆积模型B为图6所示的体心立方堆积，大颗粒位于立方体的八个顶点，小颗粒位于立方体的中心，其中，
Figure BDA0002872426440000041
a2+b2＝(4R)2，因此
Figure BDA0002872426440000042
堆积模型B的
Figure BDA0002872426440000043
Figure BDA0002872426440000044
根据图7、图8进行计算，
Figure BDA0002872426440000045
与步骤(1)中采用的填料大颗粒和小颗粒粒径关系一致。
实施例2中填料的选择适合导热需求适中且热膨胀系数较低的场合。
(2)选择散热材料，在散热材料侧面产生胶层；所述散热材料为陶瓷块或铜块，或其他热导率高的散热材料；所产生的胶层厚度控制在50～100μm。
(3)对侧面产生胶层的散热材料进行烘烤处理，使胶层处于半固化阶段。
(4)然后将带有半固化胶层的散热材料嵌入绝缘基板中，进行压合，压合前散热材料与绝缘基板之间间距100～200μm；压合后按正常工艺制作线路板。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种内嵌散热材料的线路板制作方法，其特征在于：包括如下过程，
选择树脂，在树脂体系中加入填料，制备胶液；
选择散热材料，在散热材料侧面产生胶层；
对侧面产生胶层的散热材料进行烘烤处理，使胶层处于半固化阶段；
然后将带有半固化胶层的散热材料嵌入绝缘基板中，进行压合，制作线路板；
所述填料由不同尺寸的大颗粒填料和小颗粒填料混合形成；
根据胶层的传热和膨胀系数要求，确定填料堆积模型为堆积模型A或者堆积模型B，然后根据填料堆积模型计算获得大颗粒填料粒径与小颗粒填料粒径的关系；
堆积模型A为六方最密堆积的正六面柱体，大颗粒位于正六面柱体的十二个顶点处，正六面柱体的中间有三个小颗粒，大颗粒填料粒径R与小颗粒填料粒径r的关系为r≈0.155R；
堆积模型B为体心立方堆积，大颗粒位于立方体的八个顶点，小颗粒位于立方体的中心，大颗粒填料粒径R与小颗粒填料粒径r的关系为r≈0.63R。
2.根据权利要求1所述的一种内嵌散热材料的线路板制作方法，其特征在于：所述胶层通过喷涂、或浸涂、或模铸方式产生。
3.根据权利要求2所述的一种内嵌散热材料的线路板制作方法，其特征在于：所述胶层厚度与大颗粒填料粒径呈倍数关系。
4.根据权利要求3所述的一种内嵌散热材料的线路板制作方法，其特征在于：压合前，散热材料与绝缘基板之间间隔100~200μm。
5.根据权利要求1所述的一种内嵌散热材料的线路板制作方法，其特征在于：所述散热材料为陶瓷块或铜块。
6.根据权利要求5所述的一种内嵌散热材料的线路板制作方法，其特征在于：所述胶层的导热系数介于散热材料和绝缘基板之间。
7.根据权利要求5所述的一种内嵌散热材料的线路板制作方法，其特征在于：所述胶层的热膨胀系数介于散热材料和绝缘基板之间。
8.一种内嵌散热材料的线路板，采用权利要求1-7任一项所述方法制作得到。
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