CN113079645B

CN113079645B - 一种夹心铝基印制线路板压合方法

Info

Publication number: CN113079645B
Application number: CN202110340547.6A
Authority: CN
Inventors: 曾雪芳; 王兰
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2021-03-30
Filing date: 2021-03-30
Publication date: 2023-01-24
Anticipated expiration: 2041-03-30
Also published as: CN113079645A

Abstract

本发明属于印制电路板技术领域，具体的说是一种夹心铝基印制线路板压合方法，包括以下步骤：S1：将铝基板固定到夹具上之后，在铝基板上进行钻孔，得到通孔；S2：在S1步骤的基础上，将铝基板浸入到50‑60℃的DI水中，进行超声波清洗，清洗完成并烘干后，在铝基板的上表面和下表面上分别贴上半固化片，之后，在半固化片的表面覆盖一层铜箔；S3：在S3步骤的基础上，将铝基板送入到层压机中，对铝基板进行层压处理，得到半成品线路板；S4：在S3步骤的基础上，在铝基板上通孔的位置，重新进行钻孔，得到工作孔，并对工作孔的内壁进行金属化处理；本发明制备的线路板生产成本低，且性能和稳定性良好。

Description

一种夹心铝基印制线路板压合方法

技术领域

本发明属于印制电路板技术领域，具体地说是一种夹心铝基印制线路板压合方法。

背景技术

随着电子产品向轻、薄、短、小及高密度、多功能化发展，印制板上元件组装密度和集成度越来越高，功率消耗越来越大，此对PCB基板的散热性要求越来越迫切，基板的散热性好坏，直接影响电子设备整机的可靠性和安全性，如果基板散热性不好，就会导致印制电路板上元器件过热，从而使整机的可靠性和安全性降低。铝基板导热性好，电磁屏蔽性能佳，且重量轻，已经成为金属基板的首要选择，但现有的铝基板在制作时大多成本较高，且性能和稳定性较差。

现有技术中也存在一些关于夹心铝基印制线路板的技术方案，如申请号为CN201410702619.7的中国专利公开了一种多层铝基夹芯印制板的制作方法，包括铝基夹芯隔离环的制作、对铝基夹芯隔离环进行真空压合填胶、铝基夹芯表面处理、铝基夹芯封边处理和多层层压复合处理。通过在铝基夹芯上金属化通孔的位置通过钻孔方式制作出外圆直径大于金属化通孔直径的隔离环，采用钻孔铜箔作为表面防护对铝基夹芯隔离环进行铝基夹芯真空压胶，真空压胶完成后的铝基夹芯进行表面粗化和清洗处理，再对铝基夹芯采取压合封边处理，最后将多层PCB板将铝基夹芯夹在中间对位固定后进行压合处理，得到多层铝基夹芯印制板，该方案生产效率高、散热效果好、产品可靠性高和安全性高，但是在生产过程中，线路板的生产过程中的工序较多，生产设备要求高，生产方法较为复杂，生产成本高。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，解决铝基板制作成本较高，且性能和稳定性较差的问题，本发明提出一种夹心铝基印制线路板压合方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述一种夹心铝基印制线路板压合方法，包括以下步骤：

S1：将铝基板固定到夹具上之后，在铝基板上进行钻孔，得到通孔；

S2：在S1步骤的基础上，将铝基板浸入到50-60℃的DI水中，进行超声波清洗，清洗完成并烘干后，在铝基板的上表面和下表面上分别贴上半固化片，之后，在半固化片的表面覆盖一层铜箔；

S3：在S3步骤的基础上，将铝基板送入到层压机中，对铝基板进行层压处理，得到半成品线路板；所述层压处理过程中的温度为170-175℃，保持温度60-65min；

S4：在S3步骤的基础上，在铝基板上通孔的位置，重新进行钻孔，得到工作孔，并对工作孔的内壁进行金属化处理；所述通孔的直径比工作孔的直径大0.6-1.2mm；

所述铝基板完成钻孔后、进行超声清洗之前，使用模具采用冲压的方式，在铝基板的上表面和下表面上冲压得到沟槽；所述沟槽从铝基板表面的通孔处穿过；所述沟槽的深度为0.1-0.15mm；所述铝基板的边缘处存在首尾相连的环形的沟槽；所述沟槽之间存在相互连通的区域；

工作时，在铝基板的表面压制沟槽，从而使铝基板在贴合半固化片和铜箔后，在层压过程中，能够使半固化片紧贴到铝基板的表面上，提升层压完成后的半固化片与铝基板之间的结合力，降低层压完成后线路板出现“爆板”和“分层”的现象，提升压合完成后线路的质量，保证线路板的性能和稳定性良好，延长线路板的使用寿命，同时，在使用过程中，在铝基板的表面上冲压形成沟槽后，沟槽在铝基板的表面上存在一定的加强效果，抑制压合完成后铝基板出现变形、扭曲的可能，提升压合后线路板的性能，避免线路板变形、扭曲而报废，产生损失，同时，在层压过程中，通过沟槽的作用，能够引导半固化片上多余的树脂流动，使之进入到通孔中，对通孔进行封堵，避免半固化片上的多余树脂溢出，污染层压机，同时，减少传统加工过程中，在通孔中填充树脂棒的工序，提高生产效率，降低人工劳动成本。

优选的，所述铝基板进行查超声清洗之后，对铝基板表面进行表面处理；所述表面处理过程中，使用火焰喷枪对铝基板进行灼烧；所述表面处理过程中，火焰喷枪的温度为665-670℃；所述表面处理时间为3-5S；所述铝基板进行表面处理时，铝基板处于氮气气氛中；

工作时，通过使用火焰灼烧铝基板，能够将铝基板在冲压沟槽和钻通孔时，在铝基板表面和通孔内壁上产生的毛刺烧融、去除，避免在铝基板的表面存在毛刺，影响到压合后的线路板的性能，同时，避免存在的毛刺引起压合后的线路板耐压性能降低，同时，在使用火焰灼烧的过程中，使用氮气对铝基板进行保护，能够在灼烧完成后，在铝基板的表面上形成一层氮化铝保护层，提高铝基板的绝缘、导热性能，降低线路板在使用过程中被电流击穿绝缘层，引起短路的可能。

优选的，所述半固化片在贴合到铝基板的表面之前进行前处理；所述半固化片进行前处理时，在半固化片将要贴到铝基板的表面上涂布一层液态的硅酸钠溶液；所述半固化片表面涂布硅酸钠溶液后，在粘合剂表面通过气流吹出的方式均匀布撒一层树脂颗粒；所述树脂颗粒的直径为0.2-0.3mm；所述树脂颗粒的种类与半固化片中使用的树脂种类相同；

工作时，通过使用硅酸钠溶液将树脂颗粒粘附到半固化片的表面后，在将半固化片贴到铝基板上进行压合，能够通过树脂颗粒增加半固化片与铝基板之间的粘合剂的数量，提高粘合效果，同时，通过添加的树脂颗粒，能够保证在层压过程中，存在足量的树脂通过沟槽进入到通孔中，将通孔进行封堵，防止在铝基板上开设的通孔数量较多时，半固化片上携带的树脂数量不足，不能够将铝基板上所有的通孔全部完全封堵，引起通孔内存在树脂空洞的现象，影响线路板的可靠性，导致线路板良品率低，增加生产成本，同时，在层压过程中，通过高温的作用，使部分硅酸钠转变为氧化硅，通过氧化硅自身的性质，提升半固化片压合后生产的绝缘层的绝缘性和抗腐蚀性，同时，通过硅酸钠向氧化硅的转化过程中，提升半固化片在压合过程中与铝基板之间的结合力，提高压合后线路板的性能与稳定性，降低线路板在使用过程中出现“爆板”和“分层”的可能性。

优选的，所述硅酸钠溶液中添加有硅烷偶联剂；所述硅酸钠溶液中添加的硅烷偶联剂的比例为0.6-1.2wt％；所述树脂颗粒在制造过程中，均匀混入有硅烷偶联剂；所述树脂颗粒中添加的硅烷偶联剂的比例为0.6-1.2wt％；

工作时，通过添加硅烷偶联剂能够进一步的提升半固化片与铝基板之间的结合力，降低压合后得到的线路板在使用过程中出现“爆板”和“分层”的可能性，提升线路板的性能和稳定性，同时，在使用过程中，通过添加的硅烷偶联剂，能够提升进入到通孔中的树脂与铝基板上通孔内壁之间的结合力，防止在线路板压合完成后，通孔中的形成的树脂柱受到后续处理影响，从通孔中被拉出或推出，造成通孔内壁暴露在环境中，影响到线路板的正常使用，造成线路板报废。

优选的，所述树脂颗粒中添加有氮化铝微粒；所述氮化铝微粒的添加量为35-45wt％；

工作时，通过在树脂颗粒中添加氮化铝，能够有效的提升压合后得到的线路板的导热性能和绝缘性能，使线路板在使用过程中出现电流击穿绝缘层，导致短路的可能性降低，提升线路板的性能和稳定性。

优选的，所述铜箔与通孔连接处的铜箔底面为斜面，且在竖直方向上，斜面靠近通孔的一端位于斜面靠近铜箔的一端下方；

工作时，通过在沟槽与通孔的连接处设置斜面，能够促进层压过程中融化的树脂进入到通孔中，提升树脂对通孔填充、封堵的效果，防止通孔中出现树脂空洞的现象，引起线路板报废。

本发明的有益效果如下：

1.本发明所述一种夹心铝基印制线路板压合方法，通过在铝基板的表面冲压形成沟槽，增加铝基板表面的粗糙度，提升半固化片与铝基板之间的结合力，降低压合后的线路板出现“爆板”和“分层”的可能性，提升线路板的性能和稳定性，同时，沟槽在铝基板的表面上存在一定的加强效果，抑制压合完成后铝基板出现变形、扭曲的可能同时，在钻出通孔和冲压形成沟槽并进行倾斜后，使用火焰灼烧铝基板，将加工过程中形成的毛刺烧融、去除，避免毛刺导致线路板报废以及引起线路板耐压性降低，同时，在使用过程中，通过火焰灼烧去除毛刺，能够同时对清洗后的铝基板进行烘干，减少加工工序数量。

2.本发明所述一种夹心铝基印制线路板压合方法，在生产过程中，通过添加树脂颗粒、硅酸钠溶液、硅烷偶联剂、氮化铝，提升压合后制备得到的线路板的性能和稳定性，通过硅酸钠溶液和硅烷偶联剂提升半固化片与铝基板之间的结合力，降低线路板出现“爆板”和“分层”的可能性，同时，通过氮化铝的作用，提升线路板的导热性和绝缘性，提升线路板的性能。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明的线路板的结构示意图；

图2是本发明的线路板中铝基板的局部俯视图；

图3是本发明的线路板中通孔处局部剖视图；

图4是本发明的压合方法的步骤流程图；

图中：铝基板1、半固化片2、铜箔3、通孔4、沟槽5、斜面51。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1至图4所示，本发明所述一种夹心铝基印制线路板压合方法，包括以下步骤：

S1：将铝基板1固定到夹具上之后，在铝基板1上进行钻孔，得到通孔4；

S2：在S1步骤的基础上，将铝基板1浸入到50-60℃的DI水中，进行超声波清洗，清洗完成并烘干后，在铝基板1的上表面和下表面上分别贴上半固化片2，之后，在半固化片2的表面覆盖一层铜箔3；

S3：在S3步骤的基础上，将铝基板1送入到层压机中，对铝基板1进行层压处理，得到半成品线路板；所述层压处理过程中的温度为170-175℃，保持温度60-65min；

S4：在S3步骤的基础上，在铝基板1上通孔4的位置，重新进行钻孔，得到工作孔，并对工作孔的内壁进行金属化处理；所述通孔4的直径比工作孔的直径大0.6-1.2mm；

所述铝基板1完成钻孔后、进行超声清洗之前，使用模具采用冲压的方式，在铝基板1的上表面和下表面上冲压得到沟槽5；所述沟槽5从铝基板1表面的通孔4处穿过；所述沟槽5的深度为0.1-0.15mm；所述铝基板1的边缘处存在首尾相连的环形的沟槽5；所述沟槽5之间存在相互连通的区域；

工作时，在铝基板1的表面压制沟槽5，从而使铝基板1在贴合半固化片2和铜箔3后，在层压过程中，能够使半固化片2紧贴到铝基板1的表面上，提升层压完成后的半固化片2与铝基板1之间的结合力，降低层压完成后线路板出现“爆板”和“分层”的现象，提升压合完成后线路的质量，保证线路板的性能和稳定性良好，延长线路板的使用寿命，同时，在使用过程中，在铝基板1的表面上冲压形成沟槽5后，沟槽5在铝基板1的表面上存在一定的加强效果，抑制压合完成后铝基板1出现变形、扭曲的可能，提升压合后线路板的性能，避免线路板变形、扭曲而报废，产生损失，同时，在层压过程中，通过沟槽5的作用，能够引导半固化片2上多余的树脂流动，使之进入到通孔4中，对通孔4进行封堵，避免半固化片2上的多余树脂溢出，污染层压机，同时，减少传统加工过程中，在通孔4中填充树脂棒的工序，提高生产效率，降低人工劳动成本。

作为本发明一种实施方式，所述铝基板1进行查超声清洗之后，对铝基板1表面进行表面处理；所述表面处理过程中，使用火焰喷枪对铝基板1进行灼烧；所述表面处理过程中，火焰喷枪的温度为665-670℃；所述表面处理时间为3-5S；所述铝基板1进行表面处理时，铝基板1处于氮气气氛中；

工作时，通过使用火焰灼烧铝基板1，能够将铝基板1在冲压沟槽5和钻通孔4时，在铝基板1表面和通孔4内壁上产生的毛刺烧融、去除，避免在铝基板1的表面存在毛刺，影响到压合后的线路板的性能，同时，避免存在的毛刺引起压合后的线路板耐压性能降低，同时，在使用火焰灼烧的过程中，使用氮气对铝基板1进行保护，能够在灼烧完成后，在铝基板1的表面上形成一层氮化铝保护层，提高铝基板1的绝缘、导热性能，降低线路板在使用过程中被电流击穿绝缘层，引起短路的可能。

作为本发明一种实施方式，所述半固化片2在贴合到铝基板1的表面之前进行前处理；所述半固化片2进行前处理时，在半固化片2将要贴到铝基板1的表面上涂布一层液态的硅酸钠溶液；所述半固化片2表面涂布硅酸钠溶液后，在粘合剂表面通过气流吹出的方式均匀布撒一层树脂颗粒；所述树脂颗粒的直径为0.2-0.3mm；所述树脂颗粒的种类与半固化片2中使用的树脂种类相同；

工作时，通过使用硅酸钠溶液将树脂颗粒粘附到半固化片2的表面后，在将半固化片2贴到铝基板1上进行压合，能够通过树脂颗粒增加半固化片2与铝基板1之间的粘合剂的数量，提高粘合效果，同时，通过添加的树脂颗粒，能够保证在层压过程中，存在足量的树脂通过沟槽5进入到通孔4中，将通孔4进行封堵，防止在铝基板1上开设的通孔4数量较多时，半固化片2上携带的树脂数量不足，不能够将铝基板1上所有的通孔4全部完全封堵，引起通孔4内存在树脂空洞的现象，影响线路板的可靠性，导致线路板良品率低，增加生产成本，同时，在层压过程中，通过高温的作用，使部分硅酸钠转变为氧化硅，通过氧化硅自身的性质，提升半固化片2压合后生产的绝缘层的绝缘性和抗腐蚀性，同时，通过硅酸钠向氧化硅的转化过程中，提升半固化片2在压合过程中与铝基板1之间的结合力，提高压合后线路板的性能与稳定性，降低线路板在使用过程中出现“爆板”和“分层”的可能性。

作为本发明一种实施方式，所述硅酸钠溶液中添加有硅烷偶联剂；所述硅酸钠溶液中添加的硅烷偶联剂的比例为0.6-1.2wt％；所述树脂颗粒在制造过程中，均匀混入有硅烷偶联剂；所述树脂颗粒中添加的硅烷偶联剂的比例为0.6-1.2wt％；

工作时，通过添加硅烷偶联剂能够进一步的提升半固化片2与铝基板1之间的结合力，降低压合后得到的线路板在使用过程中出现“爆板”和“分层”的可能性，提升线路板的性能和稳定性，同时，在使用过程中，通过添加的硅烷偶联剂，能够提升进入到通孔4中的树脂与铝基板1上通孔4内壁之间的结合力，防止在线路板压合完成后，通孔4中的形成的树脂柱受到后续处理影响，从通孔4中被拉出或推出，造成通孔4内壁暴露在环境中，影响到线路板的正常使用，造成线路板报废。

作为本发明一种实施方式，所述树脂颗粒中添加有氮化铝微粒；所述氮化铝微粒的添加量为35-45wt％；

作为本发明一种实施方式，所述沟槽5与通孔4连接处的沟槽5底面为斜面51，且在竖直方向上，斜面51靠近通孔4的一端位于斜面51靠近沟槽5的一端下方；

工作时，通过在沟槽5与通孔4的连接处设置斜面51，能够促进层压过程中融化的树脂进入到通孔4中，提升树脂对通孔4填充、封堵的效果，防止通孔4中出现树脂空洞的现象，引起线路板报废。

具体工作流程如下：

工作时，在铝基板1的表面压制沟槽5，从而使铝基板1在贴合半固化片2和铜箔3后，在层压过程中，使半固化片2紧贴到铝基板1的表面上，提升层压完成后的半固化片2与铝基板1之间的结合力，同时，在使用过程中，在铝基板1的表面上冲压形成沟槽5后，沟槽5在铝基板1的表面上存在一定的加强效果，同时，在层压过程中，通过沟槽5的作用，能够引导半固化片2上多余的树脂流动，使之进入到通孔4中，对通孔4进行封堵；通过使用火焰灼烧铝基板1，将铝基板1在冲压沟槽5和钻通孔4时，在铝基板1表面和通孔4内壁上产生的毛刺烧融、去除；通过使用硅酸钠溶液将树脂颗粒粘附到半固化片2的表面后，在将半固化片2贴到铝基板1上进行压合，增加半固化片2与铝基板1之间的粘合剂的数量，同时，在层压过程中，通过高温的作用，使部分硅酸钠转变为氧化硅，通过氧化硅自身的性质，提升半固化片2压合后生产的绝缘层的绝缘性和抗腐蚀性，提高半固化片2在压合过程中与铝基板1之间的结合力；通过添加硅烷偶联剂进一步的提升半固化片2与铝基板1之间的结合力，同时，在使用过程中，通过添加的硅烷偶联剂，提升进入到通孔4中的树脂与铝基板1上通孔4内壁之间的结合力；通过在树脂颗粒中添加氮化铝，提升压合后得到的线路板的导热性能和绝缘性能；通过在沟槽5与通孔4的连接处设置斜面51，促进层压过程中融化的树脂进入到通孔4中。

为验证本发明中制备的夹心铝基印制线路板的实际性能与稳定性，现作出以下实验。

选取市售的铝基线路板(样品一)、PCB线路板(样品二)、本发明线路板(样品三)，对线路板的实际性能的稳定性进行实验。

实验一：将三种样品使用支架水平夹持，之后，使用同一规格的电加热片，对电加热片接通电源并升温至45℃后，将电加热片贴附到三种样品的下表面上，之后，使用红外测温仪，对三种样品的上表面温度进行测量，记录三种样品的上表面温度到达45℃所需时间。所述实验进行三次，对三次结果计算平均值后进行记录，检测结果如表1所示。

实验二：将三种样品在温度40℃，90-95％RH条件下处理96小时，在正常条件下恢复2小时后，使用耐压测试仪对样品进行介质耐压测试，记录样品出现击穿或飞弧的峰值电压。所述实验进行三次，对三次结果计算平均值后进行记录，检测结果如表2所述。

实验三：将三种样品在温度40℃，90-95％RH条件下处理96小时，在正常条件下恢复2小时后，对样品进行绝缘电阻测试，记录样品在500v/DC，1min条件下的绝缘电阻。所述实验进行三次，对三次结果计算平均值后进行记录，检测结果如表3所述。

实验四：将三种样品裁切成10*10cm的小板，之后，将裁切后的小板浸入到温度为280-290℃的锡炉中，浸入次数为3次，每次10s。处理完成后，检验为外观并取样切片观察。所述实验的检测结果如表4所示。

表1

表2

表3

表4

由实验结果可知：本发明制备的夹心铝基线路印制线路板的实际性能与稳定性均优于现有的普通铝基线路板和PCB线路板，在实际使用过程中能够得到更好的应用效果，因此，本发明的制备方法具有明显的优点，具有推广使用的价值。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种夹心铝基印制线路板压合方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：将铝基板(1)固定到夹具上之后，在铝基板(1)上进行钻孔，得到通孔(4)；

S2：在S1步骤的基础上，将铝基板(1)浸入到50-60℃的DI水中，进行超声波清洗，清洗完成并烘干后，在铝基板(1)的上表面和下表面上分别贴上半固化片(2)，之后，在半固化片(2)的表面覆盖一层铜箔(3)；

S3：在S3步骤的基础上，将铝基板(1)送入到层压机中，对铝基板(1)进行层压处理，得到半成品线路板；所述层压处理中的温度为170-175℃，保持温度60-65min；

S4：在S3步骤的基础上，在铝基板(1)上通孔(4)的位置，重新进行钻孔，得到工作孔，并对工作孔的内壁进行金属化处理；所述通孔(4)的直径比工作孔的直径大0.6-1.2mm；

所述铝基板(1)完成钻孔后、进行超声清洗之前，使用模具采用冲压的方式，在铝基板(1)的上表面和下表面上冲压得到沟槽(5)；所述沟槽(5)从铝基板(1)表面的通孔(4)处穿过；所述沟槽(5)的深度为0.1-0.15mm；所述铝基板(1)的边缘处存在首尾相连的环形的沟槽(5)；所述沟槽(5)之间存在相互连通的区域；

所述铝基板(1)进行超声清洗之后，对铝基板(1)表面进行表面处理；所述表面处理过程中，使用火焰喷枪对铝基板(1)进行灼烧；所述表面处理过程中，火焰喷枪的温度为665-670℃；所述表面处理时间为3-5S；所述铝基板(1)进行表面处理时，铝基板(1)处于氮气气氛中；

所述沟槽(5)与通孔(4)连接处的沟槽(5)底面为斜面(51)，且在竖直方向上，斜面(51)靠近通孔(4)的一端位于斜面(51)靠近沟槽(5)的一端下方。

2.根据权利要求1所述一种夹心铝基印制线路板压合方法，其特征在于：所述半固化片(2)在贴合到铝基板(1)的表面之前进行前处理；所述半固化片(2)进行前处理时，在半固化片(2)将要贴到铝基板(1)的表面上涂布一层液态的硅酸钠溶液；所述半固化片(2)表面涂布硅酸钠溶液后，在粘合剂表面通过气流吹出的方式均匀布撒一层树脂颗粒；所述树脂颗粒的直径为0.2-0.3mm；所述树脂颗粒的种类与半固化片(2)中使用的树脂种类相同。

3.根据权利要求2所述一种夹心铝基印制线路板压合方法，其特征在于：所述硅酸钠溶液中添加有硅烷偶联剂；所述硅酸钠溶液中添加的硅烷偶联剂的比例为0.6-1.2wt％；所述树脂颗粒在制造过程中，均匀混入有硅烷偶联剂；所述树脂颗粒中添加的硅烷偶联剂的比例为0.6-1.2wt％。

4.根据权利要求3所述一种夹心铝基印制线路板压合方法，其特征在于：所述树脂颗粒中添加有氮化铝微粒；所述氮化铝微粒的添加量为35-45wt％。