CN103945641B

CN103945641B - 高导热线路板及其制作方法

Info

Publication number: CN103945641B
Application number: CN201410200168.7A
Authority: CN
Inventors: 张伯平
Original assignee: Xingtai Haina Electronics Technology Co Ltd
Current assignee: Xingtai Haina Electronics Technology Co., Ltd
Priority date: 2014-05-13
Filing date: 2014-05-13
Publication date: 2016-08-31
Anticipated expiration: 2034-05-13
Also published as: CN103945641A

Abstract

本发明涉及一种高导热线路板及其制作方法。本发明高导热线路板的结构是，其上层为导电铜箔层，下层为用高导热半固化片制成的高导热层，二者通过热压粘合在一起；在所述导电铜箔层的表面经贴膜、转印线路图以及蚀刻、褪膜后，形成高导热线路板。本发明通过线路板基材制作过程中添加高导热材料，使印制板本身除具有普通印制板的性能外，还具有了高导热优良性能，增加了对弱电元器件的散热保护功能。通过在线路板基材制作过程中添加高导热线路板基材，再通过对产品生产相关工艺流程进行优化，加工成本身具备高导热功能的线路板，使印制板本身除具有普通印制板的性能外，还具有了高导热优良性能，增加了对弱电元器件的散热保护功能。

Description

高导热线路板及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种印制线路板，具体地说是一种高导热线路板及其制作方法。

背景技术

导热基板散热的技术发展趋势将向高散热、低热阻、融入整个系统安装等功能方向发展。在导热基板技术的竞争上，将主要表现为工艺技术上的竞争，基板设计结构技术上的竞争，选取更能实现高性价比基板材料的应用技术上的竞争。随着微电子元件的迅速发展，电子元件的微型化，从电子管—晶体管—集成电路的提升，单个芯片功耗的不断增强，这些都导致电流密度的急剧提升，电子产业发展越迅速，对印制线路板的技术要求越高，印制线路板作为电子元器的重要部件，不仅是电子器材的支撑体，而且是电子元器件线路连接的提供者，进一步也作为所封装的通常高热流密度器件的直接导热散热途径，现在市场上使用最多的是传统覆铜板，其中的高分子树脂绝缘层材料导热系数低于0.6W/m.K，为提高导热能力，在树脂材料中添加高导热的化学材料，成为高导热半固化片，这是主要提高线路板导热能力的技术，而高导热性半固化片材料是制造具有散热功效的印制电路板，即散热基板的重要基材。近年来，随着散热基板的市场迅速扩大，发展高导热性线路板基板材料成为一个热门话题。

目前，电子行业中高导热产品都是用无树脂的金属基线路板，其结构通常为：金属基材层——绝缘导热材料层——导电线路层。上述的无树脂金属基材层线路板虽具有极为优越的导执散执能力，但仍存在以下缺陷：

1、由于上述金属基材层——绝缘导热材料层——导电线路层的三层结构，且绝缘导热材料层和导电线路层一般通过气相沉积技术、化学电镀技术或等离子喷涂技术获得，使上述三层结构的各层结构的各层由于各自的晶构排列及膨胀系数存在差异而导致线路板剥离强度差，具体解释为金属基材层与绝缘导热材料层之间，绝缘导热材料层与导电线路层之间的线路较弱。

2、气相沉积技术、化学电镀技术或等离子喷涂技术获得的绝缘导热材料层，其表面微观空隙或缺陷，以致采用气相沉积技术、化学电镀技术设置线路导电层时，导电线路层材料中的金属粒子会渗入到绝缘材料层表面的微观空隙或缺陷内，从而使绝缘导热层的有效厚度降低，进一步导致线路板的耐击穿电压下降。

发明内容

本发明的目的之一就是提供一种高导热线路板，以解决现有金属基高导热线路板存在的剥离强度差和耐击穿电压低的问题。

本发明的目的之二就是提供一种高导热线路板的制作方法，以实现印制电路板自身的高导热功能。

本发明的目的之一是这样实现的：一种高导热线路板，其上层为导电铜箔层，下层为用高导热半固化片制成的高导热层，二者通过热压粘合在一起；在所述导电铜箔层的表面经贴膜、转印线路图以及蚀刻、褪膜后，形成高导热线路板。

所述高导热半固化片是用玻纤布浸粘高导热树脂胶液后，经热压、烘干后制成的片状体。

本发明高导热线路板通过线路板基材制作过程中添加高导热材料，使印制板本身除具有普通印制板的性能外，还具有了高导热优良性能，增加了对弱电元器件的散热保护功能。由于没有金属基材层的使用，因此避免了现有金属基高导热线路板存在的剥离强度差和耐击穿电压低的问题。通过在线路板基材制作过程中添加高导热线路板基材，再通过对产品生产相关工艺流程进行优化，加工成本身具备高导热功能的线路板。使印制板本身除具有普通印制板的性能外，还具有了高导热优良性能，增加了对弱电元器件的散热保护功能，使下游企业的产品装配生产更加简便，可节约时间，降低成本，提高生产效率。

本发明的目的之二是这样实现的：一种高导热线路板的制作方法，包括以下步骤：

a、高导热树脂胶液的配制：

原料配比为：环氧树脂100 g，二甲基甲酰胺200～250L，双氰胺5～15 g，乙二醇甲醚50～100L，2-乙甲基咪唑0.1～0.2 g，α-氧化铝60～70g，六方氮化硼40～50g，氧化镁30～40 g，碳化硅20～30 g，结晶型氧化硅10～20 g。

配制方法为：将2-乙甲基咪唑先溶于少量二甲基甲酰胺中，再用剩余的二甲基甲酰胺与乙二醇甲醚搅拌混合，配成混合溶剂；向混合溶剂中加入双氰胺，搅拌溶解后，再加入其他原料组份，继续搅拌混合，最后加入上述溶解的2-乙甲基咪唑，充分搅拌后，停放至少8小时即成高导热树脂胶液。

b、高导热半固化片的制作：玻纤布在上胶机中开卷后经导向辊进入放有高导热树脂胶液的胶槽中浸胶，浸胶后通过挤胶辊挤掉多余的胶液，然后进入烘箱进行干燥处理，烘箱的温度控制在140～280℃；在通过烘箱的干燥期间内，去除所附胶液中的挥发物，并使树脂处于半固化状态；出烘箱后，按尺寸要求剪切成块，并整齐地叠放在储料架上，即成高导热半固化片。

c、高导热基板的制作：将铜箔铺放在若干层所述高导热半固化片的上面，形成叠层板料，通过热压机压合在一起，制成高导热基板。

d、开料：将所述高导热基板按产品设计要求，用裁剪机裁切成工作所需的尺寸，即成线路板。

e、钻孔：在线路板上按产品设计要求，用数控钻机钻孔，以便导通线路板两面的线路，方便装配元器件。

f、图形转移：将所需加工的线路图形先经CAD/CAM制作，再用光绘机绘制出黑菲林底片，然后用所述黑菲林底片复制出生产用的偶氮片，再将所述偶氮片根据孔位对准的方式贴于线路板的表面，通过曝光、显影的方式，在线路板上形成导电线路。

g、蚀刻：将所述线路板上定影后露出的铜面区域用酸性CuCl₂溶液进行腐蚀溶解，然后通过强碱溶液与曝过光的湿膜和干膜作用，将线路图形上的膜层褪去，保留下来有图形的线路和铜面，完成蚀刻操作，即成为印刷电路板。

本发明高导热线路板的制作方法还包括以下步骤：

h、防焊处理：通过网印方式在所述线路板上均匀涂上防焊材料和元件标识；对蚀刻和褪膜完成后的所述印刷电路板按常规方式进行丝印阻焊油墨操作。

i、文字印刷：按设计要求在所述印刷电路板的板面上通过丝网印刷机丝印字符，为用户元件的安装和后续维修提供方便；丝印后进行烘烤，烘烤条件为：150℃，60分钟。

j、外形加工：用锣机以铣切的方式加工所述印刷电路板的外形，使之达到产品设计要求的外形。

k、成品检验：对成品进行检验，包装，入库。

本发明制作方法中热压合制所述高导热基板的操作步骤是：将叠放好的所述叠层板料送入热压机中，在热压机的上、下模板与待压合的所述叠层板料之间放入经过抛光的钢板，作为盖板；备置两根并置的温度线，其一端用胶带固定在上、下模板与盖板之间，另一端接到热压机的主控电脑上，用于测量基板温度；将热压机升温至80℃时，开始测量基板温度，继续升温，使基板温度的升温速率保持在1～3℃/min，热压机的压力控制在10～20kg/cm²，当基板温度升至140℃时，保温10～20min；然后使基板温度升至170～175℃，将压力调整为25～30kg/cm²，保温60～70min；在保温结束后，关闭电源，待基板温度降至40℃以下时，卸机，完成热压合操作。

所述图形转移中的曝光、显影的工艺条件是：抽真空650～750mmHg，曝光级数7～9级；在静置15分钟以后进行显影处理，显影液中碳酸钠的浓度为1.0%，显影的温度为30±2℃，显影的压力为1.0～1.5 kg/cm²。

所述蚀刻步骤中所用蚀刻液的比重控制在1.26～1.32，铜离子含量为110～170g/L，酸当量为1.0～2.0N，蚀刻温度为50℃，速度控制在1.5m/min；褪膜段：NaOH药水浓度为2～3%，温度为50～60℃。

所述防焊处理的具体操作方式是：首先通过自动丝印机整板印刷一层阻焊油墨，静置15分钟以上，再在烤箱中预烘烤40～45分钟，烘烤温度为72～75℃，让油墨固化；然后用制作好的生产黄菲林对位、曝光，抽真空650～750mmHg，曝光级数11～13级，再静置15分钟以上；将对位、曝光完成后的基板显影，显影液中碳酸钠的浓度为1.0%，显影的温度为30±2℃，显影的压力为1.0～2.5kg/cm²，显影的速度为2.5～3.5m/min。

本发明高导热线路板具有以下特点：

1、优良的散热性：众所周知，很多双面板、多层板的密度高、功率大，热量的散发较为困难．常规的FR-4、CEM-3等线路板．皆为热的不良导体，热量不易散发。如果电子设备局部发热不能排除，势必导致电子元器件处于高温状态而失效，而本发明高导热线路板可有效解决上述问题。

2、较低的热膨胀性：常规的FR-4、CEM-3等印制电路板是树脂、增强材料及铜箔所构成的一种复合体。在板面的X轴和Y轴方向，印制电路板的热膨胀系数为13×10^-6～18×10^-6，在板厚之Z轴方向则为80×10^-6～90×l0^-6。印制电路板的金属化孔壁在Z 轴方向的热膨胀系数相差很大，经受高温低温变化时，热胀冷缩会使金属化孔开裂、断开，严重影响设备的可靠性。而高导热基材经过高温后，热膨胀系数为16.8×10^-6/℃ ，可以满足使用要求，能有效地解决散热问题，使印制线路板上不同材料的热膨胀冷缩问题得以缓解，从而提高了电子设备整机的耐用性和可靠性。

3、优良的机械强度：常规FR-4，CEM-3线路板中FR-4的抗断强度最高是450MPa(1.6mm厚)，而同规格的高导热基板的抗断强度是550MPa，金属基覆铜板中铝基的抗断强度是670MPa，铜基的是870MPa。

4、优良的抗腐蚀性，金属基材印制板在加工工艺中，遇酸、碱等处理复杂，报废率较高，应用到下游客户中，性能不稳定，成本偏高，不适于经济发展。本发明高导热线路板以传统基材添加高温材料为载体的印制线路板，在加工生产中按普通印制板生产，工艺中完全不用考虑酸、碱等问题，成品高导热性能接近金属基板，报废率低，成本低，利于生产，促进经济发展。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本发明高导热线路板，其上层为导电铜箔层1，下层为用高导热半固化片制成的高导热层2，二者通过热压粘合在一起；在所述导电铜箔层的表面经贴膜、转印线路图以及蚀刻、褪膜后，形成高导热线路板。所述高导热半固化片是用玻纤布浸粘高导热树脂胶液后，经热压、烘干后制成的片状体。

实施例2

本发明高导热线路板的制作方法是：

一、高导热树脂胶液的配制：

1、原料配比为：环氧树脂100 g，二甲基甲酰胺200～250L，双氰胺5～15 g，乙二醇甲醚50～100L，2-乙甲基咪唑0.1～0.2 g，α-氧化铝60～70g，六方氮化硼40～50g，氧化镁30～40 g，碳化硅20～30 g，结晶型氧化硅10～20 g。

2、配制方法为：将2-乙甲基咪唑先溶于少量二甲基甲酰胺中，再用剩余的二甲基甲酰胺与乙二醇甲醚搅拌混合，配成混合溶剂；向混合溶剂中加入双氰胺，搅拌溶解后，再加入其他原料组份，继续搅拌混合，最后加入上述溶解的2-乙甲基咪唑，充分搅拌后，停放至少8小时即成高导热树脂胶液。

3、树脂胶液的技术要求：固体含量65%～70%；凝胶时间(170℃)200～250s。

二、高导热半固化片的制作：

1、操作要求：玻纤布在上胶机中开卷后经导向辊进入放有高导热树脂胶液的胶槽中浸胶，浸胶后通过挤胶辊挤掉多余的胶液，然后进入烘箱进行干燥处理，烘箱的温度控制在140～280℃；在通过烘箱的干燥期间内，去除所附胶液中的溶剂等挥发物，并使树脂处于半固化状态；出烘箱后，按尺寸要求剪切成块，并整齐地叠放在储料架上，即成高导热半固化片。

2、参数控制：烘箱温度应分段控制；上胶机的传输速度控制在1.5～4.0m/s。调节挤胶辊的间隙可以控制树脂含量；调节烘箱各温区的温度、风量和车速等可以控制凝胶时间和挥发物的含量。

3、检测方法：在高导热半固化片的制造过程中，为了确保品质，需定时地对各项技术要求进行检测，树脂含量检测方法如下：

A、高导热半固化片的边缘至少25mm处，按宽度方向左、中、右分别切取三个试样，试样尺寸为100mm×100mm，对角线与经纬向平行；

B、逐张称重(W1)，准确至0.001g；

C、将试样放在福炉中，灼烧15min以上，或烧至碳化物全部去除；

D、将试样移至干燥器中，冷却至室温；

E、逐张称重(W2)，准确至0.001g；

F、计算：树脂含量=[(W1-W2)/W1]×100%。

三、高导热基板的制作：将铜箔铺放在若干层所述高导热半固化片的上面，形成叠层板料，通过热压机压合在一起，制成高导热基板。

热压合的具体操作步骤是：将叠放好的所述叠层板料送入热压机中，在热压机的上、下模板与待压合的所述叠层板料之间放入经过抛光的钢板，作为盖板；备置两根并置的温度线，其一端用胶带固定在上、下模板与盖板之间，另一端接到热压机的主控电脑上，用于测量基板温度；将热压机升温至80℃时，开始测量基板温度，继续升温，使基板温度的升温速率保持在1～3℃/min，热压机的压力控制在10～20kg/cm²，当基板温度升至140℃时，保温10～20min；然后使基板温度升至170～175℃，将压力调整为25～30kg/cm²，保温60～70min；在保温结束后，关闭电源，待基板温度降至40℃以下时，卸机，完成热压合操作。

需要注意的事项是：作为盖板的钢板必须保持平滑，不能有变形、刮伤或不平；钢板的厚度量应符合要求，对厚度低于2.0mm的钢板，不能再使用；热压机上、下模的平行度测试，不同点的厚度差＜0.27mm。停止热压机加热后，在保持压力不变的条件下，应使高导热基板冷却至室温后再出模、脱模。

四、开料：将压合好的高导热基板按产品设计要求，用裁剪机切边，并裁切成工作所需的尺寸，即成线路板。

五、钻孔：利用钻咀在高转速和落速情况下，在线路板上按产品设计要求，用数控钻机钻孔，以便导通线路板两面的线路，方便装配元器件。

六、图形转移：将所需加工的线路图形先经CAD/CAM制作，再用光绘机绘制出黑菲林底片，然后用所述黑菲林底片复制出生产用的偶氮片，再将所述偶氮片根据孔位对准的方式贴于线路板的表面，通过曝光、显影的方式，在线路板上形成导电线路。曝光、显影的工艺条件是：抽真空650～750mmHg，曝光级数7～9级；在静置15分钟以后进行显影处理，显影液中碳酸钠的浓度为1.0%，显影的温度为30±2℃，显影的压力为1.0～1.5 kg/cm²。

七、蚀刻：将所述线路板上定影后露出的铜面区域用酸性CuCl₂溶液进行腐蚀溶解，然后通过强碱溶液与曝过光的湿膜和干膜作用，将线路图形上的膜层褪去，保留下来有图形的线路和铜面，完成蚀刻操作，即成为印刷电路板。所用蚀刻液的比重控制在1.26～1.32，铜离子含量为110～170g/L，酸当量为1.0～2.0N，蚀刻温度为50℃，速度控制在1.5m/min；褪膜段：NaOH药水浓度为2～3%，温度为50～60℃。

八、防焊处理：通过网印方式在所述线路板上均匀涂上防焊材料和元件标识；对蚀刻和褪膜完成后的所述印刷电路板按常规方式进行丝印阻焊油墨操作。具体操作方式是：首先通过自动丝印机整板印刷一层阻焊油墨，静置15分钟以上，再在烤箱中预烘烤40～45分钟，烘烤温度为72～75℃，让油墨固化；然后用制作好的生产黄菲林对位、曝光，抽真空650～750mmHg，曝光级数11～13级，再静置15分钟以上；将对位、曝光完成后的基板显影，显影液中碳酸钠的浓度为1.0%，显影的温度为30±2℃，显影的压力为1.0～2.5kg/cm²，显影的速度为2.5～3.5m/min。

九、文字印刷：按产品设计要求，在所述印刷电路板的板面上通过丝网印刷机丝印字符，为用户元件的安装和后续维修提供方便。丝印后进行烘烤，烘烤条件为：150℃，60分钟。

十、外形加工：用锣机以铣切的方式加工所述印刷电路板的外形，使之达到产品设计要求的外形。

十一、成品检验：对成品进行检验，包装，入库。

本发明高导热线路板制作方法的技术创新点体现在：以高导热基材的印制板代替普通基材印制板，使其具有金属基板的导热性能，并保持其原有的线路板加工和使用性能。所制高导热线路板不但具有薄型化和轻量化的特点，还具有膨胀系数低和耐压高的特性。

Claims

1.一种高导热线路板的制作方法，其特征是，包括以下步骤：

a、高导热树脂胶液的配制：

原料配比为：环氧树脂100 g，二甲基甲酰胺200～250L，双氰胺5～15 g，乙二醇甲醚50～100L，2-乙甲基咪唑0.1～0.2 g，α-氧化铝60～70g，六方氮化硼40～50g，氧化镁30～40g，碳化硅20～30 g，结晶型氧化硅10～20 g；

配制方法为：将2-乙甲基咪唑先溶于少量二甲基甲酰胺中，再用剩余的二甲基甲酰胺与乙二醇甲醚搅拌混合，配成混合溶剂；向混合溶剂中加入双氰胺，搅拌溶解后，再加入其他原料组份，继续搅拌混合，最后加入上述溶解的2-乙甲基咪唑，充分搅拌后，停放至少8小时即成高导热树脂胶液；

b、高导热半固化片的制作：玻纤布在上胶机中开卷后经导向辊进入放有高导热树脂胶液的胶槽中浸胶，浸胶后通过挤胶辊挤掉多余的胶液，然后进入烘箱进行干燥处理，烘箱的温度控制在140～280℃；在通过烘箱的干燥期间内，去除所附胶液中的挥发物，并使树脂处于半固化状态；出烘箱后，按尺寸要求剪切成块，并整齐地叠放在储料架上，即成高导热半固化片；

c、高导热基板的制作：将铜箔铺放在若干层所述高导热半固化片的上面，形成叠层板料，通过热压机压合在一起，制成高导热基板；

d、开料：将所述高导热基板按产品设计要求，用裁剪机裁切成工作所需的尺寸，即成线路板；

e、钻孔：在线路板上按产品设计要求，用数控钻机钻孔，以便导通线路板两面的线路，方便装配元器件；

f、图形转移：将所需加工的线路图形先经CAD/CAM制作，再用光绘机绘制出黑菲林底片，然后用所述黑菲林底片复制出生产用的偶氮片，再将所述偶氮片根据孔位对准的方式贴于线路板的表面，通过曝光、显影的方式，在线路板上形成导电线路；

2.根据权利要求1所述的高导热线路板的制作方法，其特征是，还包括以下步骤：

h、防焊处理：通过网印方式在所述线路板上均匀涂上防焊材料和元件标识；对蚀刻和褪膜完成后的所述印刷电路板按常规方式进行丝印阻焊油墨操作；

i、文字印刷：按设计要求在所述印刷电路板的板面上通过丝网印刷机丝印字符，为用户元件的安装和后续维修提供方便；丝印后进行烘烤，烘烤条件为：150℃，60分钟；

j、外形加工：用锣机以铣切的方式加工所述印刷电路板的外形，使之达到产品设计要求的外形；

k、成品检验：对成品进行检验，包装，入库。

3.根据权利要求1所述的高导热线路板的制作方法，其特征是，热压合制所述高导热基板的操作步骤是：将叠放好的所述叠层板料送入热压机中，在热压机的上、下模板与待压合的所述叠层板料之间放入经过抛光的钢板，作为盖板；备置两根并置的温度线，其一端用胶带固定在上、下模板与盖板之间，另一端接到热压机的主控电脑上，用于测量基板温度；将热压机升温至80℃时，开始测量基板温度，继续升温，使基板温度的升温速率保持在1～3℃/min，热压机的压力控制在10～20kg/cm²，当基板温度升至140℃时，保温10～20min；然后使基板温度升至170～175℃，将压力调整为25～30kg/cm²，保温60～70min；在保温结束后，关闭电源，待基板温度降至40℃以下时，卸机，完成热压合操作。

4.根据权利要求1所述的高导热线路板的制作方法，其特征是，所述图形转移中的曝光、显影的工艺条件是：抽真空650～750mmHg，曝光级数7～9级；在静置15分钟以后进行显影处理，显影液中碳酸钠的浓度为1.0%，显影的温度为30±2℃，显影的压力为1.0～1.5kg/cm²。

5.根据权利要求1所述的高导热线路板的制作方法，其特征是，所述蚀刻步骤中所用蚀刻液的比重控制在1.26～1.32，铜离子含量为110～170g/L，酸当量为1.0～2.0N，蚀刻温度为50℃，速度控制在1.5m/min；褪膜段：NaOH药水浓度为2～3%，温度为50～60℃。

6.根据权利要求2所述的高导热线路板的制作方法，其特征是，所述防焊处理的具体操作方式是：首先通过自动丝印机整板印刷一层阻焊油墨，静置15分钟以上，再在烤箱中预烘烤40～45分钟，烘烤温度为72～75℃，让油墨固化；然后用制作好的生产黄菲林对位、曝光，抽真空650～750mmHg，曝光级数11～13级，再静置15分钟以上；将对位、曝光完成后的基板显影，显影液中碳酸钠的浓度为1.0%，显影的温度为30±2℃，显影的压力为1.0～2.5kg/cm²，显影的速度为2.5～3.5m/min。