CN117156661B - 高频微波印制电路板及其加工制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高频微波电路板技术领域，公开了一种高频微波印制电路板及其加工制造方法，其中，高频微波印制电路板，包括多个高频微波电路单元和散热基板，多个高频微波电路单元在散热基板上成矩阵式间隔排列；高频微波电路单元包括聚四氟乙烯介质块；聚四氟乙烯介质块的上表面设置有线槽，铜箔导线嵌入线槽内并沿所述线槽铺排；线槽的凹槽面与所述铜箔导线之间设置有绝缘层；聚四氟乙烯介质块的下表面与所述散热基板固定连接；聚四氟乙烯介质块的倒角处设置有容置腔；多个拼接在一起的聚四氟乙烯介质块的容置腔共同组合为散热机构，起到增强高频微波印制电路板散热的效果。

Description

高频微波印制电路板及其加工制造方法
技术领域
本发明涉及高频微波电路板技术领域，具体而言，涉及一种高频微波印制电路板及其加工制造方法。
背景技术
随着电子工业的发展，特别是微电子技术的发展，使集成电路的应用日益广泛，随之而来的是对印制电路板的制造工艺和精度也不断提出新的要求。高频微波印制板是一种新型的聚四氟乙烯基陶瓷颗粒增强的复合材料，在雷达、通信以及其他电子行业具有广泛的应用前景。目前，针对高频微波印制电路板的结构及其加工方法的相关技术层出不穷，但这些技术大多针对如何提高传输性能和降低介电损耗进行研究，但针对高频微波印制电路板的散热问题还未得到明显的改善。
有鉴于此，特提出本申请。
发明内容
本发明的目的是提供一种高频微波印制电路板及其加工制造方法，解决现有的高频微波印制电路板散热效果不佳的问题。
本发明通过下述技术方案实现：
一方面，提供一种高频微波印制电路板，包括多个高频微波电路单元和散热基板，多个所述高频微波电路单元在所述散热基板上成矩阵式间隔排列；所述高频微波电路单元包括聚四氟乙烯介质块；所述聚四氟乙烯介质块的上表面设置有线槽，铜箔导线嵌入所述线槽内并沿所述线槽铺排；所述线槽的凹槽面与所述铜箔导线之间设置有绝缘层；所述聚四氟乙烯介质块的下表面与所述散热基板固定连接；所述聚四氟乙烯介质块的倒角处设置有容置腔；多个拼接在一起的所述聚四氟乙烯介质块的容置腔共同组合为散热机构；所述散热机构包括第一散热通道、第二散热通道和第三散热通道；所述第一散热通道、所述第二散热通道和所述第三散热通道连通，所述第二散热通道位于所述第一散热通道的上方，所述第三散热通道分别位于所述第一散热通道的下方；所述第一散热通道用于容纳铜块，所述第二散热通道和所述第三散热通道均用于容纳铜柱；位于所述第三散热通道内的铜柱的底端与所述散热基板接触。
进一步的，所述散热基板包括凹槽；多个成矩阵式间隔排列的所述高频微波电路单元位于所述凹槽内，且所述散热基板的顶部与所述高频微波电路单元的顶部齐平；位于矩阵边缘处的所述高频微波电路单元的侧壁外表面与所述凹槽的侧壁内表面接触；所述凹槽的底部设置有多个凸起，所述聚四氟乙烯介质块的底部设置有多个与所述凸起对应的插槽，所述凸起嵌入所述插槽内。
进一步的，所述凸起为条状结构，多个条状结构的所述凸起在所述凹槽的底部平行且间隔排列。
进一步的，所述散热机构包括多个所述第二散热通道和多个所述第三散热通道；多个所述第二散热通道成矩阵式间隔排列；相邻两个所述第二散热通道之间的间距不小于0.2mm，位于矩阵边缘的所述第二散热通道到所述第一散热通道的边缘的距离不小于0.5mm；多个所述第三散热通道成矩阵式间隔排列；相邻两个所述第三散热通道之间的间距不小于0.2mm，位于矩阵边缘的所述第三散热通道到所述第一散热通道的边缘的距离不小于0.5mm。
进一步的，所述高频微波印制电路板还包括油墨层；所述油墨层覆盖在所述聚四氟乙烯介质块的上表面。
另一方面，提供一种高频微波印制电路板的加工制造方法，包括以下步骤：选择散热基板和多个聚四氟乙烯介质块；针对每一个所述聚四氟乙烯介质块执行S1-S2；S1：根据提前绘制的电路图在所述聚四氟乙烯介质块的上表面蚀刻对应的线槽，在所述线槽的内表面铺设绝缘层；S2：在所述聚四氟乙烯介质块的倒角处蚀刻容置腔；配置散热器件；所述散热器件包括铜块、第一铜柱和第二铜柱；所述铜块、所述第一铜柱和所述第二铜柱一体成型，所述第一铜柱的一端与所述铜块的上表面连接，所述第二铜柱与所述铜块的下表面连接；将经过S1和S2处理后的聚四氟乙烯介质块按照矩阵式间隔排列，使排列后的多个聚四氟乙烯介质块的容置腔共同组合成为散热机构，同时在每一个所述散热机构内对应地放置所述散热器件；所述散热机构包括用于容纳所述铜块的第一散热通道、用于容纳所述第一铜柱的第二散热通道和用于容纳所述第二铜柱第三散热通道；所述第一散热通道、所述第二散热通道和所述第三散热通道连通，所述第二散热通道位于所述第一散热通道的上方，所述第三散热通道分别位于所述第一散热通道的下方；将排列完成并放置有所述散热器件的多个聚四氟乙烯介质块与所述散热基板压合，并将所述第二铜柱的底端与所述散热基板固定连接；在压合后的聚四氟乙烯介质块的线槽内，沿线槽铺排铜箔导线。
进一步的，所述高频微波印制电路板的加工制造方法，还包括以下步骤：在所述散热基板上蚀刻凹槽；所述凹槽的尺寸与排列后的多个聚四氟乙烯介质块的总尺寸相同；所述凹槽的深度与所述聚四氟乙烯介质块的厚度相同；在所述凹槽的底部蚀刻多个凸起，在聚四氟乙烯介质块的底部蚀刻多个与所述凸起对应的插槽。
进一步的，配置散热器件之后包括以下步骤：对所述散热器件进行棕化处理。
进一步的，所述高频微波印制电路板的加工制造方法还包括以下步骤：在所述聚四氟乙烯介质块上蚀刻多个所述第二散热通道，使多个所述第二散热通道成矩阵式间隔排列；相邻两个所述第二散热通道之间的间距不小于0.2mm，位于矩阵边缘的所述第二散热通道到所述第一散热通道的边缘的距离不小于0.5mm；在所述聚四氟乙烯介质块上蚀刻多个所述第三散热通道，多个所述第三散热通道成矩阵式间隔排列；相邻两个所述第三散热通道之间的间距不小于0.2mm，位于矩阵边缘的所述第三散热通道到所述第一散热通道的边缘的距离不小于0.5mm；配置多个与所述第二散热通道对应的第一铜柱，配置多个与所述第三散热通道对应的第二铜柱。
进一步的，所述高频微波印制电路板的加工制造方法还包括以下步骤：在所述聚四氟乙烯介质块的上表面覆盖油墨层。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明采用在高频微波印制电路板内嵌埋铜块，利用铜块的热传导性对电路板进行散热，同时考虑内嵌的铜块所吸收的热量不能直接由铜块本身散发的限制，采用将铜块与铜柱连接，形成热量散发的通道，将热量通过散热通道发散出去，从而实现电路板的散热效果。进一步的采用底部散热基板与聚四氟乙烯介质块压合，增强电路板的散热效果。
2、考虑了物体受热膨胀的特性，采用间隔地排列多个铜柱的方式，不仅增大了散热通道的散热面积，同时铜柱之间的间距也可对抗其在高温过程中产生的热应力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的包含4个完整高频微波电路单元的电路板俯视图；
图2为本发明实施例提供的高频微波电路单元纵截面图；
图3为本发明实施例提供的聚四氟乙烯介质块立体图；
图4为本发明实施例提供的聚四氟乙烯介质块与散热基板的关系示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-高频微波电路单元，2-散热基板，3-油墨层，11-聚四氟乙烯介质块，12-铜箔导线，13-绝缘层，21-凹槽，111-容置腔，112-插槽，211-凸起。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
如图1所示，本发明实施例提供的一种高频微波印制电路板，包括多个高频微波电路单元1和散热基板2，为方便说明，本实施例图1中仅包含4个高频微波电路单元。这4个高频微波电路单元1在散热基板2上成矩阵式间隔排列。
如图2、图3所示，高频微波电路单元1包括聚四氟乙烯介质块11。聚四氟乙烯介质块11的上表面设置有线槽，铜箔导线12嵌入线槽内并沿线槽铺排；线槽的凹槽面与铜箔导线12之间设置有绝缘层13。聚四氟乙烯介质块11的下表面与散热基板2固定连接。聚四氟乙烯介质块11的倒角处设置有容置腔111；4个拼接在一起的聚四氟乙烯介质块11的容置腔111共同组合为散热机构。
该散热机构包括第一散热通道、第二散热通道和第三散热通道，且第一散热通道、第二散热通道和第三散热通道连通。其中，第二散热通道位于第一散热通道的上方，第三散热通道分别位于第一散热通道的下方；第一散热通道用于容纳铜块，第二散热通道和第三散热通道均用于容纳铜柱；位于第三散热通道内的铜柱的底端与散热基板2接触。
本实施例采用聚四氟乙烯作为介质基板，其具有良好的介电性能和化学稳定性，是一种工作范围宽(－230～260℃)，耐高温、高绝缘的基材。铜块和散热基板选用含铜量＞99.99%的T2紫铜。将铺排有铜箔导线的聚四氟乙烯介质块嵌入散热基板铜基内，聚四氟乙烯介质块与铜基板表面在同一平面上，在贴片封装时可以让铜基与高散热的元器件进行直接接触，利用铜块的热传导性对电路板进行散热，实现快速导热散热。
进一步的，散热基板2包括凹槽21；多个成矩阵式间隔排列的高频微波电路单元1位于凹槽21内，且散热基板2的顶部与高频微波电路单元1的顶部齐平；位于矩阵边缘处的高频微波电路单元1的侧壁外表面与凹槽21的侧壁内表面接触；凹槽21的底部设置有多个凸起211，聚四氟乙烯介质块11的底部设置有多个与凸起211对应的插槽112，凸起211嵌入所述插槽112内。一方面，凹槽与凸起相互嵌合，通过增加接触面积提升散热效果；另一方面，凹槽与凸起相互嵌合，便于聚四氟乙烯介质块与散热基板之间的稳定性。在其中一种实施方式中，该凸起211为如图4所示的条状结构，多个条状结构的凸起211在凹槽21的底部平行且间隔排列。此外，该凸起也可为柱状结构，相应的凹槽为柱状凹槽。
需说明的是，铜柱作为散热通道，其数量和直径大小影响着铜块的总导热率。单位面积内铜柱数量越多、直径越大，导热效果越好。然而，当印制电路板温度升高时，介电材料与铜块及铜柱之间因热膨胀系数差异出现互相牵制的热应力，持续高温会使不同材料间热应力逐渐聚集，最终导致印制电路板开裂。
鉴于此，本实施例一方面设置了多个所述第二散热通道和多个所述第三散热通道，以此增大散热面积，且多个第二散热通道和第三散热通道均成矩阵式间隔排列，保证两面传热均匀；另一方面，针对第二散热通道和第三散热通道，相邻两个散热通道之间的间距不小于0.2mm，位于矩阵边缘的散热通道到第一散热通道的边缘的距离不小于0.5mm。
此外，聚四氟乙烯介质块11的上表面覆盖油墨，用于保护电路。
相应的，本实施例提供一种高频微波印制电路板的加工制造方法，包括以下步骤：
步骤1：选择散热基板和多个聚四氟乙烯介质块。
步骤2：针对每一个聚四氟乙烯介质块执行S1-S2。
S1：根据提前绘制的电路图在聚四氟乙烯介质块的上表面蚀刻对应的线槽，在线槽的内表面铺设绝缘层；S2：在聚四氟乙烯介质块的倒角处蚀刻容置腔。
步骤3：配置散热器件；散热器件包括铜块、第一铜柱和第二铜柱；铜块、第一铜柱和第二铜柱一体成型，第一铜柱的一端与铜块的上表面连接，第二铜柱与所述铜块的下表面连接。
步骤4：将经过S1和S2处理后的聚四氟乙烯介质块按照矩阵式间隔排列，使排列后的多个聚四氟乙烯介质块的容置腔共同组合成为散热机构，同时在每一个所述散热机构内对应地放置所述散热器件；散热机构包括用于容纳铜块的第一散热通道、用于容纳第一铜柱的第二散热通道和用于容纳第二铜柱第三散热通道；第一散热通道、第二散热通道和第三散热通道连通，第二散热通道位于第一散热通道的上方，第三散热通道分别位于第一散热通道的下方。
步骤5：将排列完成并放置有散热器件的多个聚四氟乙烯介质块与散热基板压合，并将第二铜柱的底端与散热基板固定连接。
步骤6：在压合后的聚四氟乙烯介质块的线槽内，沿线槽铺排铜箔导线。
需说明的是，处于上述步骤1至步骤6外，印制电路板的其余加工工艺，如铣削、压合、悬空、防旱等均采用现有技术。
为增加接触面积提升散热效果，本实施例在所述散热基板上蚀刻凹槽。该凹槽的尺寸与排列后的多个聚四氟乙烯介质块的总尺寸相同；凹槽的深度与聚四氟乙烯介质块的厚度相同。相应的，在凹槽的底部蚀刻多个凸起，在聚四氟乙烯介质块的底部蚀刻多个与凸起对应的插槽。
为保证铜块与板件介电层的结合力，铜块需保证棕化效果，铜块六面棕化颜色需均匀、无污染。铜块过棕化线时，铜块的放置需采用辅助工具，将铜块放入辅助工具中，水平过棕化，避免铜块掉入机器中。过棕化辅助工具使用厚度3mm的基板制作。
此外，为保证铜块与板材的膨胀系数的匹配性、铜块表面棕化处理及埋铜块上盲孔的散热效果，铜块表面需双面棕化，对棕化后铜块进行烘烤，保证铜块和半固化片的结合力。同时，为防止介电材料与铜块及铜柱之间因热膨胀而开裂，本实施例在聚四氟乙烯介质块上蚀刻多个第二散热通道，使多个第二散热通道成矩阵式间隔排列；相邻两个第二散热通道之间的间距不小于0.2mm，位于矩阵边缘的第二散热通道到第一散热通道的边缘的距离不小于0.5mm。在聚四氟乙烯介质块上蚀刻多个第三散热通道，多个第三散热通道成矩阵式间隔排列；相邻两个第三散热通道之间的间距不小于0.2mm，位于矩阵边缘的第三散热通道到所述第一散热通道的边缘的距离不小于0.5mm。单位面积内总导热体积=铜柱体积×铜柱数量。
在聚四氟乙烯介质块的上表面覆盖油墨层，用于保护铜箔导线。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.高频微波印制电路板，其特征在于，包括多个高频微波电路单元（1）和散热基板（2），多个所述高频微波电路单元（1）在所述散热基板（2）上成矩阵式间隔排列；
所述高频微波电路单元（1）包括聚四氟乙烯介质块（11）；
所述聚四氟乙烯介质块（11）的上表面设置有线槽，铜箔导线（12）嵌入所述线槽内并沿所述线槽铺排；所述线槽的凹槽面与所述铜箔导线（12）之间设置有绝缘层（13）；
所述聚四氟乙烯介质块（11）的下表面与所述散热基板（2）固定连接；
所述聚四氟乙烯介质块（11）的倒角处设置有容置腔（111）；多个拼接在一起的所述聚四氟乙烯介质块（11）的容置腔（111）共同组合为散热机构；所述散热机构包括第一散热通道、第二散热通道和第三散热通道；所述第一散热通道、所述第二散热通道和所述第三散热通道连通，所述第二散热通道位于所述第一散热通道的上方，所述第三散热通道分别位于所述第一散热通道的下方；所述第一散热通道用于容纳铜块，所述第二散热通道和所述第三散热通道均用于容纳铜柱；位于所述第三散热通道内的铜柱的底端与所述散热基板（2）接触。
2.根据权利要求1所述的高频微波印制电路板，其特征在于，所述散热基板（2）包括凹槽（21）；多个成矩阵式间隔排列的所述高频微波电路单元（1）位于所述凹槽（21）内，且所述散热基板（2）的顶部与所述高频微波电路单元（1）的顶部齐平；位于矩阵边缘处的所述高频微波电路单元（1）的侧壁外表面与所述凹槽（21）的侧壁内表面接触；
所述凹槽（21）的底部设置有多个凸起（211），所述聚四氟乙烯介质块（11）的底部设置有多个与所述凸起（211）对应的插槽（112），所述凸起（211）嵌入所述插槽（112）内。
3.根据权利要求2所述的高频微波印制电路板，其特征在于，所述凸起（211）为条状结构，多个条状结构的所述凸起（211）在所述凹槽（21）的底部平行且间隔排列。
4.根据权利要求1所述的高频微波印制电路板，其特征在于，所述散热机构包括多个所述第二散热通道和多个所述第三散热通道；
多个所述第二散热通道成矩阵式间隔排列；相邻两个所述第二散热通道之间的间距不小于0.2mm，位于矩阵边缘的所述第二散热通道到所述第一散热通道的边缘的距离不小于0.5mm；
多个所述第三散热通道成矩阵式间隔排列；相邻两个所述第三散热通道之间的间距不小于0.2mm，位于矩阵边缘的所述第三散热通道到所述第一散热通道的边缘的距离不小于0.5mm。
5.根据权利要求1所述的高频微波印制电路板，其特征在于，还包括油墨层（3）；所述油墨层（3）覆盖在所述聚四氟乙烯介质块（11）的上表面。
6.高频微波印制电路板的加工制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
选择散热基板和多个聚四氟乙烯介质块；
针对每一个所述聚四氟乙烯介质块执行S1-S2；
S1：根据提前绘制的电路图在所述聚四氟乙烯介质块的上表面蚀刻对应的线槽，在所述线槽的内表面铺设绝缘层；S2：在所述聚四氟乙烯介质块的倒角处蚀刻容置腔；
配置散热器件；所述散热器件包括铜块、第一铜柱和第二铜柱；所述铜块、所述第一铜柱和所述第二铜柱一体成型，所述第一铜柱的一端与所述铜块的上表面连接，所述第二铜柱与所述铜块的下表面连接；
将经过S1和S2处理后的聚四氟乙烯介质块按照矩阵式间隔排列，使排列后的多个聚四氟乙烯介质块的容置腔共同组合成为散热机构，同时在每一个所述散热机构内对应地放置所述散热器件；所述散热机构包括用于容纳所述铜块的第一散热通道、用于容纳所述第一铜柱的第二散热通道和用于容纳所述第二铜柱第三散热通道；所述第一散热通道、所述第二散热通道和所述第三散热通道连通，所述第二散热通道位于所述第一散热通道的上方，所述第三散热通道分别位于所述第一散热通道的下方；
将排列完成并放置有所述散热器件的多个聚四氟乙烯介质块与所述散热基板压合，并将所述第二铜柱的底端与所述散热基板固定连接；
在压合后的聚四氟乙烯介质块的线槽内，沿线槽铺排铜箔导线。
7.根据权利要求6所述的高频微波印制电路板的加工制造方法，其特征在于，还包括以下步骤：
在所述散热基板上蚀刻凹槽；所述凹槽的尺寸与排列后的多个聚四氟乙烯介质块的总尺寸相同；所述凹槽的深度与所述聚四氟乙烯介质块的厚度相同；
在所述凹槽的底部蚀刻多个凸起，在聚四氟乙烯介质块的底部蚀刻多个与所述凸起对应的插槽。
8.根据权利要求7所述的高频微波印制电路板的加工制造方法，其特征在于，配置散热器件之后包括以下步骤：对所述散热器件进行棕化处理。
9.根据权利要求6所述的高频微波印制电路板的加工制造方法，还包括以下步骤：
在所述聚四氟乙烯介质块上蚀刻多个所述第二散热通道，使多个所述第二散热通道成矩阵式间隔排列；相邻两个所述第二散热通道之间的间距不小于0.2mm，位于矩阵边缘的所述第二散热通道到所述第一散热通道的边缘的距离不小于0.5mm；
在所述聚四氟乙烯介质块上蚀刻多个所述第三散热通道，多个所述第三散热通道成矩阵式间隔排列；相邻两个所述第三散热通道之间的间距不小于0.2mm，位于矩阵边缘的所述第三散热通道到所述第一散热通道的边缘的距离不小于0.5mm。
10.根据权利要求6所述的高频微波印制电路板的加工制造方法，还包括以下步骤：在所述聚四氟乙烯介质块的上表面覆盖油墨层。
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