CN117528917B - 一种线路板及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种线路板及制备方法。所述方法包括：将陶瓷板按照预设电路板形状，制作成预设尺寸的陶瓷基板；对所述陶瓷基板进行打孔，得到带孔陶瓷基板；在所述带孔陶瓷基板上镀金属层膜，得到金属陶瓷基板；在所述金属陶瓷基板上制作预设线路，得到带有线路的陶瓷基板；对所述带有线路的陶瓷基板进行蚀刻，得到带有凸铜块的陶瓷基板；对所述带有凸铜块的陶瓷基板进行淬火处理，得到硬化的陶瓷基板；对所述硬化的陶瓷基板进行防氧化处理，得到陶瓷线路板；其中，金属层膜为电路部分，凸铜块为热层部分。本发明使用陶瓷板作为基板，具有高导热性和热膨胀系数，适合在极端条件下使用的高功率密度电路设计，比传统线路板更具优势。
Description
技术领域
本发明涉及线路板制作技术领域，还涉及一种线路板及制备方法。
背景技术
近几年铜基印刷线路板已得到广泛的应用，相比FR-4（一种耐燃材料等级的代号，所代表的意思是树脂材料经过燃烧状态必须能够自行熄灭的一种材料规格）印刷线路板，铜基印刷线路板的散热性得到广泛认可。铜基本身导热系数较高，可达到，但绝缘层导热系数只能达到2至/>，所以绝缘层的导热性能决定了铜基印刷线路板整体的导热性能偏低，无法充分利用铜基的高导热性能，发热元器件的热量不能及时传导出去，导致产品的寿命、性能等大打折扣。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种线路板及制备方法，以解决现有的线路板导热性能不好的问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
本发明的第一个方面，提供了一种线路板的制备方法，包括：
将陶瓷板按照预设电路板形状，制作成预设尺寸的陶瓷基板；
对所述陶瓷基板进行打孔，得到带孔陶瓷基板；
在所述带孔陶瓷基板上镀金属层膜，得到金属陶瓷基板；
在所述金属陶瓷基板上制作预设线路，得到带有线路的陶瓷基板；
对所述带有线路的陶瓷基板进行蚀刻，得到带有凸铜块的陶瓷基板；凸铜块与灯珠导热焊盘对应；
对所述带有凸铜块的陶瓷基板进行淬火处理，得到硬化的陶瓷基板；
对硬化的所述陶瓷基板进行防氧化处理，得到陶瓷线路板；
其中，金属层膜为电路部分，凸铜块为热层部分。
可选的，对所述陶瓷基板进行打孔，包括：
在所述陶瓷基板上压涂树脂铜箔，得到带有树脂铜箔的陶瓷基板；
对所述带有树脂铜箔的陶瓷基板进行蚀刻处理，得到带有树脂的陶瓷基板；
采用二氧化碳激光在所述带有树脂的陶瓷基板上直接成孔，并进行孔化处理，得到带孔陶瓷基板。
可选的，在所述带孔陶瓷基板上镀金属层膜，包括：
激发金属靶材表面的原子，并对所述金属靶材进行加热，使所述金属靶材表面的原子形成原子蒸汽；
将所述原子蒸汽沉积在所述带孔陶瓷基板上，得到金属陶瓷基板。
可选的，将所述原子蒸汽沉积在所述带孔陶瓷基板上，得到金属陶瓷基板，包括：
将所述原子蒸汽沉积在所述带孔陶瓷基板上，得到带有金属薄膜层的陶瓷基板；
利用整板电镀的方式增厚金属薄膜层，得到金属陶瓷基板。
可选的，在所述金属陶瓷基板上制作预设线路，得到带有线路的陶瓷基板，包括：
将预设电路图以图片格式与负片材料结合，得到带有电路图的负片；
将所述带有电路图的负片固定在所述金属陶瓷基板上，得到带有线路的陶瓷基板。
可选的，对所述带有线路的陶瓷基板进行蚀刻，得到带有凸铜块的陶瓷基板，包括：
将所述带有线路的陶瓷基板浸入蚀刻溶剂中进行蚀刻，去除线路间距里的金属薄膜，得到带有凸铜块的陶瓷基板。
可选的，所述方法还包括：
对所述陶瓷线路板进行X射线检测、拉力检测、热冲击检测中的一种或多种检测，得到合格陶瓷线路板。
可选的，所述方法还包括：
对所述合格陶瓷线路板进行超声波清洗，得到清洗后的合格陶瓷线路板。
可选的，对所述陶瓷线路板进行X射线检测、拉力检测、热冲击检测中的一种或多种检测，得到合格陶瓷线路板，包括：
使用X射线检测所述陶瓷线路板是否存在开路、短路、空焊、漏焊的情况，若不存在，则所述陶瓷线路板为合格陶瓷线路板；
对所述陶瓷线路板进行拉力检测，若拉力检测结果符合预设拉力要求，则所述陶瓷线路板为合格陶瓷线路板；
对所述陶瓷线路板进行热冲击检测，若热冲击检测结果符合预设热冲击要求，则所述陶瓷线路板为合格陶瓷线路板。
本发明的第二个方面，提供了一种线路板，所述线路板由第一个方面所述的制备方法制备而成，所述线路板的金属层膜为电路部分，凸铜块为热层部分。
本发明的上述方案至少包括以下有益效果：
本发明的上述方案，使用陶瓷板作为基板制作而成的线路板，适用于高性能、高可靠性、高频率、高功率、高温度、高精度的电子器件，适用于高温和高压以及腐蚀性或振动电路条件，具有高导热性和热膨胀系数，适合在极端条件下使用的高功率密度电路设计，尤其是在航空航天和汽车行业，比传统线路板更具优势。
附图说明
图1是本发明实施例中的线路板的制备方法的流程示意图；
图2是本发明实施例中的预设电路板形状的布局图；
图3是本发明实施例中的四层线路板的结构示意图；
图4是本发明实施例中的线路板的结构示意图。
附图标记说明：41-陶瓷基板，42-线路，43-凸铜块，44-发热器件，45-导热焊盘。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
如图1所示，本发明的实施例提出一种线路板的制备方法，包括：
步骤11，将陶瓷板按照预设电路板形状，制作成预设尺寸的陶瓷基板；
步骤12，对所述陶瓷基板进行打孔，得到带孔陶瓷基板；
步骤13，在所述带孔陶瓷基板上镀金属层膜，得到金属陶瓷基板；
步骤14，在所述金属陶瓷基板上制作预设线路，得到带有线路的陶瓷基板；
步骤15，对所述带有线路的陶瓷基板进行蚀刻，得到带有凸铜块的陶瓷基板；凸铜块与灯珠导热焊盘对应；
步骤16，对所述带有凸铜块的陶瓷基板进行淬火处理，得到硬化的陶瓷基板；
步骤17，对硬化的所述陶瓷基板进行防氧化处理，得到陶瓷线路板；其中，金属层膜为电路部分，凸铜块为热层部分。
本发明实施例的线路板的制备方法，使用陶瓷板作为基板制作而成的线路板，适用于高性能、高可靠性、高频率、高功率、高温度、高精度的电子器件，适用于高温和高压以及腐蚀性或振动电路条件，具有高导热性和热膨胀系数，适合在极端条件下使用的高功率密度电路设计，尤其是在航空航天和汽车行业，比传统线路板更具优势。
具体的，可以使用氧化铝陶瓷或者氮化铝陶瓷作为陶瓷基板。
本发明的一可选实施例中，步骤12，包括：
步骤121，在所述陶瓷基板上压涂树脂铜箔，得到带有树脂铜箔的陶瓷基板；
步骤122，对所述带有树脂铜箔的陶瓷基板进行蚀刻处理，得到带有树脂的陶瓷基板；
步骤123，采用二氧化碳激光在所述带有树脂的陶瓷基板上直接成孔，并利用镀覆孔工艺进行孔化处理，得到带孔陶瓷基板。
具体的，在陶瓷基板上层压涂树脂铜箔，然后将铜箔全部蚀刻去掉，就可采用二氧化碳激光在裸露的树脂表面直接成孔，再继续按照镀覆孔工艺方法进行孔化处理，得到带孔陶瓷基板。激光钻孔是一种非接触式工艺，因此消除了钻孔振动对陶瓷基板造成的损伤，有利于降低成本；而二氧化碳激光所需的冲孔时间非常短，有利于提高工作效率，节约线路板的制作时间。陶瓷基板上的孔用于连接电子元件和排线。
本发明的一可选实施例中，步骤13，包括：
步骤131，激发金属靶材表面的原子，并对所述金属靶材进行加热，使所述金属靶材表面的原子形成原子蒸汽；
步骤132，将所述原子蒸汽沉积在所述带孔陶瓷基板上，得到金属陶瓷基板。
具体的，金属靶材可以是金、银、铜等任一导电材料，也可以根据用户的实际需要进行其他选择。采用激发金属靶材表面的原子，使其沉积在陶瓷基板上的方式，形成的金属薄膜具有成膜速率高、基片温度低、膜的粘附性好、可实现大面积镀膜的优点。可以利用高能粒子（通常为离子或电子）轰击金属靶材，使其表面原子被溅射出来，并沉积在陶瓷基板表面形成薄膜。得到金属陶瓷基板的基本过程是：准备带孔陶瓷基板和金属靶材，靶材可以是不同元素的金属或氧化物；在靶材蒸发前，需要将靶材放置在高真空环境下，使其表面的原子被激发，随后，靶材被加热至接近气化温度，靶材原子在高能粒子的轰击下发生电离，形成原子蒸汽，进而被气流带走，溅射到带孔陶瓷基板上，得到金属陶瓷基板。在带孔陶瓷基板上镀金属层膜的目的是为了在陶瓷基板上形成导电层。
本发明的一可选实施例中，步骤132，包括：
步骤1321，将所述原子蒸汽沉积在所述带孔陶瓷基板上，得到带有金属薄膜层的陶瓷基板；
步骤1322，利用整板电镀的方式增厚金属薄膜层，得到金属陶瓷基板。
金属薄膜层的成分、厚度、均匀度等参数会影响薄膜的电学性能和机械性能，因此，在将原子蒸汽沉积在带孔陶瓷基板上后，采用整板电镀的方式增厚薄膜层，保护金属薄膜层不被氧化和微蚀磨损掉，为后续的制作线路、蚀刻等做好准备。
本发明的一可选实施例中，步骤14，包括：
步骤141，将预设电路图以图片格式与负片材料结合，得到带有电路图的负片；
步骤142，将所述带有电路图的负片固定在所述金属陶瓷基板上，得到带有线路的陶瓷基板。
具体的，利用光化学原理，将预设电路图的形状转移到陶瓷基板上，再利用化学原理，将预设电路图在陶瓷基板上制作出来。制作带有线路的陶瓷基板的具体流程是：首先选择合适的负片材料，如PET薄膜（一种性能比较全面的包装薄膜），将预设电路图输出为图片文件格式，将图片文件与负片材料输入线路板设计软件，通过软件将预设电路图的图片文件和负片材料进行匹配，送入光刻机进行曝光和显影，以形成带有电路图的负片；然后，将带有电路图的负片固定在金属陶瓷基板上，得到带有线路的陶瓷基板。通过以上步骤，将金属层膜上具有预设电路图的形状。
本发明的一可选实施例中，步骤15，包括：
将所述带有线路的陶瓷基板浸入蚀刻溶剂中进行蚀刻，去除线路间距里的金属薄膜，得到带有凸铜块的陶瓷基板。
由于带有线路的陶瓷基板上可能存在多余的金属薄膜，因此需要将线路间距里的金属薄膜除去，具体操作流程可以是：将印制好的预设电路图通过光敏干膜或光敏胶进行复制，制作出蚀刻模板，蚀刻模板需要将需要蚀刻的区域裸露在外，以便进行蚀刻处理；将制作好的蚀刻模板贴在带有线路的陶瓷基板上，并将其浸泡在蚀刻溶剂中，让需要蚀刻的区域被化学药品蚀刻掉。蚀刻溶剂可以使用氯化铁或过氧化氢等，蚀刻后，得到带有凸铜块的陶瓷基板，将带有凸铜块的陶瓷基板清洗干净。
本发明的一可选实施例中，为了防止线路上导线之间的短路，还可以在带有线路的陶瓷基板上涂覆一层绝缘材料，如聚酰亚胺等有机聚合物，可以使用热压或蚀刻等工艺确保绝缘材料与线路之间的良好粘附。
本发明的一可选实施例中，在带有线路的陶瓷基板上添加焊接垫和阻焊剂。焊接垫用于连接电子元件和导线，而阻焊剂用于保护导线免受外界干扰和损坏。具体的，在需要焊接的位置上添加金属焊接垫，并在其他位置上涂覆一层阻焊剂以保护导线。
本发明的一可选实施例中，所述方法还包括：
步骤18，对所述陶瓷线路板进行X射线检测、拉力检测、热冲击检测中的一种或多种检测，得到合格陶瓷线路板。
具体的，可以对陶瓷线路板进行X射线检测、拉力检测、热冲击检测、热循环老化检测、击穿电压检测和外观检测的所有检测，只要通过所有检测的陶瓷线路板才是合格陶瓷线路板，提高线路板的质量。
本发明的一可选实施例中，所述方法还包括：
步骤19，对所述合格陶瓷线路板进行超声波清洗，得到清洗后的合格陶瓷线路板。
对陶瓷线路板进行检测后，需要对其进行清洗，以保证其洁净度和美观。超声波清洗不直接接触陶瓷线路板，避免了对陶瓷线路板的损坏，有利于降低成本；另外，超声波清洗的清洗效率高、效果好，有利于提高方法的效率和线路板的质量。
本发明的一可选实施例中，步骤18，包括：
步骤181，使用X射线检测所述陶瓷线路板是否存在开路、短路、空焊、漏焊的情况，若不存在，则所述陶瓷线路板为合格陶瓷线路板；
步骤182，对所述陶瓷线路板进行拉力检测，若拉力检测结果符合预设拉力要求，则所述陶瓷线路板为合格陶瓷线路板；
步骤183，对所述陶瓷线路板进行热冲击检测，若热冲击检测结果符合预设热冲击要求，则所述陶瓷线路板为合格陶瓷线路板。
具体的，还可以对陶瓷线路板进行热循环老化检测，具体是将陶瓷线路板上的电路进行长时间运行，模拟正常使用环境下的工作状态，可以检测线路板的功能性能和稳定性，能够模拟线路板在正常工作环境下的稳定性和寿命；热循环老化检测符合预设热循环老化检测要求的陶瓷线路板为合格陶瓷线路板；还可以对陶瓷线路板进行击穿电压检测和外观检测等，符合击穿电压检测要求和外观检测要求的陶瓷线路板为合格陶瓷线路板。对陶瓷线路板进行何种检测，以及选择一种或多种检测，都可以根据用户需求进行具体设置，本发明实施例并不对其进行限制。
本发明实施例提出的线路板的制备方法的一个具体实施例：
首先对接收的线路板布局文件进行格式转换，一般会有自己的线路板布局文件格式，因此，需要将线路板布局文件的格式进行统一转换，如转换为Extended Gerber RS-274X 或者 Gerber X2格式；
然后需要对线路板布局文件中的预设电路板形状进行检查，查看预设电路板形状是否符合制作工艺、是否存在缺陷等，检查标准可以包括：所有元件在电路板的同一面、元件应放置在栅格上且互相平行或垂直排列、元件无重叠、不同组件相邻焊盘图形之间的最小间距大于1mm等，只有符合以上检查标准的预设电路板形状才是合格的，能够用于后续制作。如图2所示，为一种预设电路板形状的布局图。
使用氧化铝陶瓷或者氮化铝陶瓷作为陶瓷基板，首先对陶瓷基板进行清洗，以免陶瓷基板上的灰尘可能导致最后的电路短路或者断路。如图3所示，以四层线路为例，镀金属层膜后的金属陶瓷基板301作为芯板，将一张金属陶瓷基板301和两张铜膜302用半固化片303粘连起来，制作顺序从金属陶瓷基板301开始，不断地叠加在一起，然后固定，金属陶瓷基板301和半固化片303之间、半固化片303和铜膜302之间均设有线路。半固化片303是金属陶瓷基板301与铜膜302的粘合剂，同时也起到绝缘的作用。依次将两层半固化片、一层铜膜和一层承压的铝板覆盖到金属陶瓷基板上，然后送入真空热压机中进行层压。铝板还起到了隔离不同金属陶瓷基板以及保证金属陶瓷基板外层铜膜光滑的作用。真空热压机里的高温可以融化半固化片里的环氧树脂，在压力下将金属陶瓷基板和铜膜固定在一起金属陶瓷基板的两面都会被一层光滑的铜膜所覆盖。
制作金属陶瓷基板和半固化片之间的线路时，在金属陶瓷基板表面盖上一层感光膜，这种膜遇到光会固化，在金属陶瓷基板的金属层膜上形成一层保护膜，将两层带有电路图的负片固定在金属陶瓷基板上，然后插入最上层的负片，保证多层负片叠位置精准。用紫外线灯管对金属层膜上的感光膜进行照射，透光的胶片下，感光膜被固化，不透光的胶片下还是没有固化的感光膜。固化感光膜底下覆盖的铜膜就是需要的线路板布局的线路，然后用碱液将没有固化的感光膜清洗掉，需要的铜膜线路将会被固化的感光膜所覆盖，再用强碱，比如氢氧化钠将不需要的铜膜蚀刻掉，将固化的感光膜撕掉，露出需要的线路板布局线路铜膜。
本发明的实施例提供了一种线路板，所述线路板由如图1实施例中任一实施例所述的制备方法制备而成，所述线路板的金属层膜为电路部分，凸铜块为热层部分。
如图4所示，本发明实施例提供的线路板，基板采用了陶瓷基板41，陶瓷基板上的金属层膜上通过负片的方式设有线路42，发热器件44通过导热焊盘45固定在凸铜块43上，并通过凸铜块43和陶瓷基板41进行散热。其中，发热器件44可以是LED灯珠。
本发明实施例的线路板，使用陶瓷板作为基板，制作而成的线路板适用于高性能、高可靠性、高频率、高功率、高温度、高精度的电子器件，适用于高温和高压以及腐蚀性或振动电路条件，具有高导热性和热膨胀系数，适合在极端条件下使用的高功率密度电路设计，尤其是在航空航天和汽车行业，比传统线路板更具优势。
以上所述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，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种线路板的制备方法，其特征在于，包括：
将陶瓷板按照预设电路板形状，制作成预设尺寸的陶瓷基板；
对所述陶瓷基板进行打孔，得到带孔陶瓷基板；
在所述带孔陶瓷基板上镀金属层膜，得到金属陶瓷基板；
在所述金属陶瓷基板上制作预设线路，得到带有线路的陶瓷基板；
在带有线路的陶瓷基板上需要焊接的位置添加焊接垫，在其他位置涂覆阻焊剂；焊接垫用于连接电子元件和导线，阻焊剂用于保护导线；
对所述带有线路的陶瓷基板进行蚀刻，得到带有凸铜块的陶瓷基板；凸铜块与灯珠导热焊盘对应；
对所述带有凸铜块的陶瓷基板进行淬火处理，得到硬化的陶瓷基板；
对硬化的所述陶瓷基板进行防氧化处理，得到陶瓷线路板；
其中，金属层膜为电路部分，凸铜块为热层部分；
其中，对所述陶瓷基板进行打孔，包括：
在所述陶瓷基板上压涂树脂铜箔，得到带有树脂铜箔的陶瓷基板；
对所述带有树脂铜箔的陶瓷基板进行蚀刻处理，将铜箔全部去掉，得到带有树脂的陶瓷基板；
采用二氧化碳激光在所述带有树脂的陶瓷基板上直接成孔，并进行孔化处理，得到带孔陶瓷基板；
其中，在所述带孔陶瓷基板上镀金属层膜，包括：
利用高能粒子轰击金属靶材，激发金属靶材表面的原子，并对所述金属靶材进行加热，使所述金属靶材表面的原子在高能粒子的轰击下发生电离，形成原子蒸汽；
将所述原子蒸汽沉积在所述带孔陶瓷基板上，得到金属陶瓷基板；
其中，将所述原子蒸汽沉积在所述带孔陶瓷基板上，得到金属陶瓷基板，包括：
将所述原子蒸汽沉积在所述带孔陶瓷基板上，得到带有金属薄膜层的陶瓷基板；
利用整板电镀的方式增厚金属薄膜层，得到金属陶瓷基板；
其中，在所述金属陶瓷基板上制作预设线路，得到带有线路的陶瓷基板，包括：
将预设电路图以图片格式与负片材料结合，得到带有电路图的负片；具体的，将预设电路的图片文件和负片材料进行匹配，送入光刻机进行曝光和显影，形成带有电路图的负片；
将所述带有电路图的负片固定在所述金属陶瓷基板上，得到带有线路的陶瓷基板；
其中，对所述带有线路的陶瓷基板进行蚀刻，得到带有凸铜块的陶瓷基板，包括：
将所述带有线路的陶瓷基板浸入蚀刻溶剂中进行蚀刻，去除线路间距里的金属薄膜，得到带有凸铜块的陶瓷基板；具体的，将印制好的预设电路图通过光敏干膜或者光敏胶进行复制，制作出蚀刻模板，蚀刻模板将需要蚀刻的区域裸露在外，将制作好的蚀刻模板贴在带有线路的陶瓷基板上，并浸泡在蚀刻溶液中，让需要蚀刻的区域被化学药品蚀刻掉，去除线路间距里的金属薄膜，得到带有凸铜块的陶瓷基板。
2.根据权利要求1所述的线路板的制备方法，其特征在于，还包括：
对所述陶瓷线路板进行X射线检测、拉力检测、热冲击检测中的一种或多种检测，得到合格陶瓷线路板。
3.根据权利要求2所述的线路板的制备方法，其特征在于，还包括：
对所述合格陶瓷线路板进行超声波清洗，得到清洗后的合格陶瓷线路板。
4.根据权利要求2所述的线路板的制备方法，其特征在于，对所述陶瓷线路板进行X射线检测、拉力检测、热冲击检测中的一种或多种检测，得到合格陶瓷线路板，包括：
使用X射线检测所述陶瓷线路板是否存在开路、短路、空焊、漏焊的情况，若不存在，则所述陶瓷线路板为合格陶瓷线路板；
对所述陶瓷线路板进行拉力检测，若拉力检测结果符合预设拉力要求，则所述陶瓷线路板为合格陶瓷线路板；
对所述陶瓷线路板进行热冲击检测，若热冲击检测结果符合预设热冲击要求，则所述陶瓷线路板为合格陶瓷线路板。
5.一种线路板，其特征在于，所述线路板由权利要求1至4任一项所述的制备方法制备而成，所述线路板的金属层膜为电路部分，凸铜块为热层部分。
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