CN113473719A - 散热铝基板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及印制线路板技术领域，特别涉及散热铝基板及其制备方法。所述散热铝基板的制备方法包括以下步骤：获取铝基覆铜板，所述铝基覆铜板的结构包括铝层、介质层和铜层，所述介质层位于所述铝层上，所述铜层位于所述介质层上，所述铜层的厚度为n1；于所述铝基覆铜板上钻通孔，所述通孔的直径为L1；于所述铜层上钻控深孔，所述控深孔的深度为n2，直径为L2，使n2＜n1，L2＞L1，且所述控深孔的钻孔范围涵盖所述通孔的钻孔范围；于所述通孔中压入金属钉，使铝层能够与铜层导通。本发明通过独特的设计，将铝基覆铜板中铝层与表面铜层的进行了导通，可以传递大电流，瞬间释放大量能量，快速散热，保护线路板安全、可靠。
Description
技术领域
本发明涉及印制线路板技术领域，特别涉及散热铝基板及其制备方法。
背景技术
随着电子产品向轻、薄、小、高密度、多功能化等方向发展，对印制线路板上元件组装密度和集成度越来越高，对功率的消耗也越来越大，这对PCB基板的散热性提出了更高的要求。如果PCB基板的散热性不好，就会导致印制电路板上元器件过热，从而使整机可靠性下降。
铝基覆铜板是金属PCB基板中应用最广的一种基板，铝基覆铜板可以是双面覆铜，也可以是单面覆铜，以单面覆铜板为例，其由铜箔、介质层及铝基板组成。具有优异的电气性能、散热性、电磁屏蔽性、高耐压及弯曲加工性能，主要用于汽车、摩托车、计算机、家电、通讯电子产品、电力电子产品以及LED节能产品。
有必要针对如何提高铝基覆铜板的散热性进行研究。
发明内容
基于此，本发明提供一种散热铝基板的制备方法。通过独特的设计，将铝基覆铜板中铝层与表面铜层的进行了导通，可以传递大电流，瞬间释放大量能量，快速散热，保护线路板安全、可靠。
技术方案为：
一种散热铝基板的制备方法，包括以下步骤：
获取铝基覆铜板，所述铝基覆铜板的结构包括铝层、介质层和铜层，所述介质层位于所述铝层上，所述铜层位于所述介质层上，所述铜层的厚度为n1；
于所述铝基覆铜板上钻通孔，所述通孔的直径为L1；
于所述铜层上钻控深孔，所述控深孔的深度为n2，直径为L2，使n2＜n1，L2＞L1，且所述控深孔的钻孔范围涵盖所述通孔的钻孔范围
于所述通孔中压入金属钉，使铝层能够与铜层导通。
在其中一个实施例中，所述金属钉的结构包括铜钉芯、镀铜层、镍层和锡层；
所述镀铜层将所述铜钉芯包覆，所述镍层将所述镀铜层包覆，所述锡层将所述镍层包覆。
在其中一个实施例中，所述镀铜层的厚度为3μm±1μm；镍层的厚度为3μm±1μm；所述锡层的厚度为5μm±2μm。
在其中一个实施例中，所述金属钉的制备方法包括以下步骤：
采用滚镀的方法，于所述铜钉芯上包覆镀铜层；
采用滚镀的方法，于所述镀铜层上包覆镍层；
采用滚镀的方法，于所述镍层上包覆锡层。
在其中一个实施例中，所述铜钉芯具有钉身部和头部，所述钉身部和头部一体连接，所述钉身部和头部的外端部均为平头。
在其中一个实施例中，所述钉身部的外端面的截面面积大于所述头部的外端面的截面面积。
在其中一个实施例中，于所述铝基覆铜板上钻通孔的步骤包括：
于所述铝基覆铜板的铜层和铝层上均加盖木质底板，沿所述铜层至铝层的方向钻孔。
在其中一个实施例中，于所述铜层上钻控深孔的步骤包括：
沿所述铜层至铝层的方向钻孔。
在其中一个实施例中，所述通孔与所述控深孔共轴心线。
在其中一个实施例中，所述L1为1.7mm±0.01mm，所述L2为2.3mm±0.01mm，所述n1≥3OZ，所述n1≥2×n2。
在其中一个实施例中，所述n2为1mil～2mil。
在其中一个实施例中，控制所述金属钉的钉身外端面与所述铜层的外表面的高度相差1mil内。
本发明还提供上述制备方法制备的散热铝基板。
与现有方案相比，本发明具有以下有益效果：
为了提高铝基覆铜板的散热性，本申请发明人想到将铝基覆铜板中铝层与表面铜层的进行导通，然而，参考铜基覆铜板将内部铜层与表面铜层导通的方法，其采用钻通孔后进行化学镀铜的方法，实现二者的导通。如果采用相同的方法应用在铝基覆铜板上，由于铝基覆铜板的金属芯材为铝，铝具有活泼的化学活性，与酸碱钧可发生反应，而化学镀铜的电镀液通常为酸液，两者会发生反应，影响导电性能，所以不能通过上述钻孔后化学电镀的方法，实现铝基覆铜板中铝层与表面铜层的导通。而且目前，行业内对如何在上述情况下进行化学电镀，仍然存在难处，从这一角度很难攻克铝基覆铜板的散热问题。于是，本申请发明人转换思路，先在铝基覆铜板上钻通孔，再在通孔的基础上，继续钻控深孔，而且，控深孔的深度需要小于铜层的厚度，这种情况下，在通孔内压入金属钉后，金属钉可以将铝基覆铜板上的铝层和表面铜层导通。可以传递大电流，瞬间释放大量能量，快速散热，保护线路板安全、可靠。同时，相对于直接在通孔内压入金属钉，在通孔的钻孔范围更大范围地钻控深孔，可以避免PCB表面压痕，避免压伤绿油和铜面。
附图说明
图1为一个实施例中散热铝基板的结构示意图；
图2为一个实施例中铜钉结构示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明公开内容理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
术语
除非另外说明或存在矛盾之处，本文中使用的术语或短语具有以下含义：
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明中，“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
还应当理解的是，在解释元件的连接关系或位置关系时，尽管没有明确描述，但连接关系和位置关系解释为包括误差范围，该误差范围应当由本领域技术人员所确定的特定值可接受的偏差范围内。例如，“大约”、“近似”或“基本上”可以意味着一个或多个标准偏差内，在此不作限定。
本文中，所使用的术语“和/或”、“或/和”、“及/或”的可选范围包括两个或两个以上相关所列项目中任一个项目，也包括相关所列项目的任意的和所有的组合，所述任意的和所有的组合包括任意的两个相关所列项目、任意的更多个相关所列项目、或者全部相关所列项目的组合。
本文中，“一种或几种”指所列项目的任一种、任两种或任两种以上。其中，“几种”指任两种或任两种以上。
本文中所使用的“其组合”、“其任意组合”、“其任意组合方式”等中包括所列项目中任两个或任两个以上项目的所有合适的组合方式。
本文中，“合适的组合方式”、“合适的方式”、“任意合适的方式”等中所述“合适”，以能够实施本发明的技术方案、解决本发明的技术问题、实现本发明预期的技术效果为准。
本文中，“优选”仅为描述效果更好的实施方式或实施例，应当理解，并不构成对本发明保护范围的限制。
本发明中，以开放式描述的技术特征中，包括所列举特征组成的封闭式技术方案，也包括包含所列举特征的开放式技术方案。
本发明中，涉及到数值区间，如无特别说明，则包括数值区间的两个端点。
本发明中涉及的百分比含量，如无特别说明，对于固液混合和固相-固相混合均指质量百分比，对于液相-液相混合指体积百分比。
本发明中涉及的百分比浓度，如无特别说明，均指终浓度。所述终浓度，指添加成分在添加该成分后的体系中的占比。
本发明中的温度参数，如无特别限定，既允许为恒温处理，也允许在一定温度区间内进行处理。所述的恒温处理允许温度在仪器控制的精度范围内进行波动。
随着电子产品向轻、薄、小、高密度、多功能化等方向发展，对印制线路板上元件组装密度和集成度越来越高，对功率的消耗也越来越大，这对PCB基板的散热性提出了更高的要求。如果PCB基板的散热性不好，就会导致印制电路板上元器件过热，从而使整机可靠性下降。
铝基覆铜板是金属PCB基板中应用最广的一种基板，铝基覆铜板可以是双面覆铜，也可以是单面覆铜，以单面覆铜板为例，其由铜箔、介质层及铝基板组成。具有优异的电气性能、散热性、电磁屏蔽性、高耐压及弯曲加工性能，主要用于汽车、摩托车、计算机、家电、通讯电子产品、电力电子产品以及LED节能产品。
有必要针对如何提高铝基覆铜板的散热性进行研究。
为了提高铝基覆铜板的散热性，本申请发明人想到将铝基覆铜板中铝层与表面铜层的进行导通，然而，参考铜基覆铜板将内部铜层与表面铜层导通的方法，其采用钻通孔后进行化学镀铜的方法，实现二者的导通。如果采用相同的方法应用在铝基覆铜板上，由于铝基覆铜板的金属芯材为铝，铝具有活泼的化学活性，与酸碱钧可发生反应，而化学镀铜的电镀液通常为酸液，两者会发生反应，影响导电性能，所以不能通过上述钻孔后化学电镀的方法，实现铝基覆铜板中铝层与表面铜层的导通。而且目前，行业内对如何在上述情况下进行化学电镀，仍然存在难处，从这一角度很难攻克铝基覆铜板的散热问题。于是，本申请发明人转换思路，先在铝基覆铜板上钻通孔，再在通孔的基础上，继续钻控深孔，而且，控深孔的深度需要小于铜层的厚度，这种情况下，在通孔内压入金属钉后，金属钉可以将铝基覆铜板上的铝层和表面铜层导通。可以传递大电流，瞬间释放大量能量，快速散热，保护线路板安全、可靠。同时，相对于直接在通孔内压入金属钉，在通孔的钻孔范围更大范围地钻控深孔，可以避免PCB表面压痕，避免压伤绿油和铜面。
具体地，本发明的散热铝基板的制备方法的技术方案为：
参见图1，一个实施例中，散热铝基板01的制备方法，包括以下步骤：
获取铝基覆铜板，所述铝基覆铜板的结构包括铝层10、介质层11和铜层12，所述介质层11位于所述铝层10上，所述铜层12位于所述介质层11上，所述铜层12的厚度为n1；
于所述铝基覆铜板上钻通孔13，所述通孔13的直径为L1；
于所述铜层上钻控深孔14，所述控深孔14的深度为n2，直径为L2，使n2＜n1，且L2＞L1，且所述控深孔的钻孔范围涵盖所述通孔的钻孔范围；
于所述通孔13中压入金属钉15，使铝层10能够与铜层12导通。
在本实施例中，铝基覆铜板为单面覆铜的铝基覆铜板，铜层12的厚度n1为3OZ。
在一些其他的实施例中，铜层12的厚度n1还可以大于3OZ或小于3OZ。
优选地，铜层12的厚度n1≥3OZ。
本实施例中，介质层11的材料为导热绝缘材料。
在本实施例中，于所述铝基覆铜板上钻通孔的步骤包括：
于所述铝基覆铜板的铜层12和铝层10上均加盖木质底板，沿所述铜层12至铝层10的方向钻孔。加盖木质底板的目的是防止钻孔时损伤基板。沿所述铜层12至铝层10的方向钻孔，保证铝基覆铜板的图形面朝上，可以防止钻孔时铜面产生披锋。
可以理解地，通孔就是将铝基覆铜板各层贯通的孔，通孔的深度就是铝基覆铜板的厚度。
在本实施例中，通孔13的直径L1为1.7mm。
在其他实施例中，L1为1.7mm±±0.01mm。
钻完通孔13后，继续在铜层12上钻控深孔14，本实施例中，于所述铜层上钻控深孔的步骤包括：沿所述铜层12至铝层10的方向钻孔。
本实施例中，通孔13和控深孔14共轴心线，控深孔14的深度为n2，直径为L2，控制n2＜n1，L2＞L1，保证在通孔内压入金属钉15后，金属钉15可以将铝基覆铜板上的铝层10和表面铜层12导通。
本实施例中，控深孔14的深度n2为1mil～2mil，直径L2为2.3mm。
在其他实施例中，n2满足：n1≥2×n2，L2为2.3mm±0.01mm。
可以理解地，孔的直径不同，钻孔参数也随之变化。根据孔的直径大小不同，在钻机上设定不同的钻孔参数，钻孔参数包括：进刀速/IPM、转速/KPRM、退刀速/IPM以及钻嘴的最大寿命/hits。设定好后，开动钻机钻板。
在一些实施例中，可参照表1所示的工艺参数进行钻孔：
表1
在本实施例中，钻通孔13前，于所述铝基覆铜板的铜层12和铝层10上均加盖木质底板，并沿所述铜层12至铝层10的方向钻孔。钻通孔13后，继续在铜层12上钻控深孔14，钻控深孔14后，将铜层12和铝层10上的木质底板取下。
于所述通孔13中压入金属钉15，本实施例中，所述金属钉15的结构包括铜钉芯16、镀铜层、镍层和锡层；
所述镀铜层将所述铜钉芯16包覆，所述镍层将所述镀铜层包覆，所述锡层将所述镍层包覆。
参见图2，本实施例的铜钉芯16的侧视图如图2a所示，铜钉芯16的正视图如图2b所示。
铜钉芯16具有钉身部161和头部162，所述钉身部161和所述头部162一体连接；
可以理解地，所述钉身部161和所述头部162一体连接，此时，所述钉身部161和所述头部162共用一个端面，此端面可称为内端面。
本实施例中，所述钉身部161和头部162的外端部均为平头。即，外端面均为平面。
可以理解地，所述钉身部161的外端部为远离所述头部162的一侧的端部，所述头部162的外端部为远离所述钉身部161的一侧的端部。所述钉身部161的外端面为远离所述头部162的一侧的端面，所述头部162的外端面为远离所述钉身部161的一侧的端面。
本实施例中，所述钉身部161呈圆柱状，所述钉身部161具有相同的径向截面直径。所述头部162呈锥台状，被设计为倒角的形状。沿头部尖端延伸方向，径向截面直径逐渐变小。可以理解地，径向截面是指过某个点与轴线垂直的截面。
本实施例中，所述钉身部161的外端面的截面面积大于所述头部162的外端面的截面面积。
通过在铜钉芯16上包覆金属层，保证铜钉芯的硬度和耐磨性。使其在钉入的过程中，达到金属钉与铝层10，金属钉与铜层12完美的连通。
本实施例中，所述镀铜层的厚度为3μm；镍层的厚度为3μm；所述锡层的厚度为5μm。
在其他实施例中，所述镀铜层的厚度为3μm±1μm；镍层的厚度为3μm±1μm；所述锡层的厚度为5μm±2μm。
在本实施例中，所述金属钉的制备方法包括以下步骤：
采用滚镀的方法，于所述铜钉芯16上包覆镀铜层；
采用滚镀的方法，于所述镀铜层上包覆镍层；
采用滚镀的方法，于所述镍层上包覆锡层。
本实施例中，金属钉的高度为1.54mm±0.03mm，金属钉的钉身径向截面直径与通孔13的直径相匹配，为1.7mm±0.02mm，钉头最小径向截面直径为1.035mm±0.02mm。
可以理解地，金属钉15的结构与铜钉芯16的结构对应，包括钉身和钉头。钉身呈圆柱状，钉身具有相同的径向截面直径。钉头呈锥台状，沿钉头尖端延伸方向，径向截面直径逐渐变小。径向截面是指过某个点与轴线垂直的截面。
本实施例中，压入所述金属钉15后，控制所述金属钉15的钉身外端面与所述铜层的外表面的高度差在1mil内。
可以理解地，金属钉15的钉身和钉头一体连接，共用一个端面，这一端面称为内端面。金属钉15的钉身外端面，是指远离钉头一侧的端面，金属钉15的钉头外端面，是指远离钉身一侧的端面。金属钉15的钉身外端面和钉头外端面均为平面，且金属钉15的钉身外端面的截面面积大于钉头外端面的截面面积。
进一步可以理解地，压入金属钉15后，金属钉的钉头外端面靠近并接触铝层10，金属钉的钉身外端面靠近并接触铜层12，控制所述金属钉的钉身外端面与所述铜层的外表面的高度差在1mil内，保持铜层平整，可有利于下一步加工。
本实施例中，用模具将金属钉15的钉身固定在压铜粒机上，固定好后，用压铜粒机的液压柱，将金属钉15压入进通孔13中，并使用测平整度仪器测量铜层平整度。
可以理解地，金属钉15钉入后，可分别与铝层10和铜层12紧密接触，测试推力＞50N，满足要求，完成钉入。
采用上述制备方法，将铝基覆铜板中铝层与表面铜层的进行了导通，可以传递大电流，瞬间释放大量能量，快速散热，保护线路板安全、可靠。
在一些其他的实施例中，铝基覆铜板还可以是双面覆铜的铝基覆铜板，其结构为铝层、介质层、铜层、第二介质层和第二铜层，所述介质层位于所述铝层一侧上，所述铜层位于所述介质层上，所述第二介质层位于所述铝层的另一侧，所述第二铜层位数所述第二介质层上。
可参照上述方法于双面覆铜的铝基覆铜板上钻通孔和控深孔，所述第二铜层的厚度为n3，控制控深孔的深度为n2＜n3。
在一些其他的实施例中，所述通孔和控深孔的数量还可以是多个。
本发明还提供上述制备方法制备的散热铝基板。
在一个实施例中，以上述散热铝基板为原料，通过本领域线路板的常规制备方法，可制备高散热的线路板。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种散热铝基板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤
获取铝基覆铜板，所述铝基覆铜板的结构包括铝层、介质层和铜层，所述介质层位于所述铝层上，所述铜层位于所述介质层上，所述铜层的厚度为n1；
于所述铝基覆铜板上钻通孔，所述通孔的直径为L1；
于所述铜层上钻控深孔，所述控深孔的深度为n2，直径为L2，使n2＜n1，L2＞L1，且所述控深孔的钻孔范围涵盖所述通孔的钻孔范围；
于所述通孔中压入金属钉，使铝层能够与铜层导通。
2.根据权利要求1所述的散热铝基板的制备方法，其特征在于，所述金属钉的结构包括铜钉芯、镀铜层、镍层和锡层；
所述镀铜层将所述铜钉芯包覆，所述镍层将所述镀铜层包覆，所述锡层将所述镍层包覆。
3.根据权利要求2所述的散热铝基板的制备方法，其特征在于，所述镀铜层的厚度为3μm±1μm；镍层的厚度为3μm±1μm；所述锡层的厚度为5μm±2μm。
4.根据权利要求2所述的散热铝基板的制备方法，其特征在于，所述金属钉的制备方法包括以下步骤：
采用滚镀的方法，于所述铜钉芯上包覆镀铜层；
采用滚镀的方法，于所述镀铜层上包覆镍层；
采用滚镀的方法，于所述镍层上包覆锡层。
5.根据权利要求2所述的散热铝基板的制备方法，其特征在于，所述铜钉芯具有钉身部和头部，所述钉身部和头部一体连接，所述钉身部和头部的外端部均为平头。
6.根据权利要求5所述的散热铝基板的制备方法，其特征在于，所述钉身部的外端面的截面面积大于所述头部的外端面的截面面积。
7.根据权利要求1-6任一项所述的散热铝基板的制备方法，其特征在于，于所述铝基覆铜板上钻通孔的步骤包括：
于所述铝基覆铜板的铜层和铝层上均加盖木质底板，沿所述铜层至铝层的方向钻孔。
8.根据权利要求1-6任一项所述的散热铝基板的制备方法，其特征在于，所述通孔与所述控深孔共轴心线。
9.根据权利要求1-6任一项的散热铝基板的制备方法，其特征在于，压入所述金属钉后，所述L1为1.7mm±0.01mm，所述L2为2.3mm±0.01mm，所述n1≥3OZ，所述n1≥2×n2；及/或，
控制所述金属钉的钉身外端面与所述铜层的外表面的高度差在1mil内。
10.一种散热铝基板，其特征在于，由权利要求1-9任一项所述的制备方法制备而成。
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