一種可提高散熱效果的印製線路板的製作方法

2023-09-10 00:28:25 2

專利名稱：一種可提高散熱效果的印製線路板的製作方法
技術領域：
電子製品中通常會存在一些高功率的元器件，在工作過程中，這些元器件會發出大量的熱量從而導致電子製品局部過熱，改善散熱的設計也層出不窮。通過印製線路板來提高散熱效果是一種新型的設計。
背景技術：
電子製品中通常會存在一些高功率的元器件，在工作過程中，這些元器件會發出大量的熱量從而導致電子製品局部過熱，通過印製線路板來提高散熱效果是一種新型的設計，它的基本原理是將熱量從印製線路板的一側傳導至另一側並散發掉，傳統的方法有採用列陣排布的鍍有銅的導通孔來增加散熱效果，但這樣的設計會導致印製線路板面積增大從而成本增加，並且無法滿足更高的散熱功率設計，需要有更優化的設計方案才能滿足設計需求。發明內容本發明解決的技術問題是提供一種可提高散熱效果的印製線路板，其特徵在於， 在印製線路板的空位中塞入貫穿印製線路板的金屬塊，金屬塊的形狀和尺寸與印製線路板上的空位的形狀和尺寸相接近，金屬塊塞入空位中後，形成較緊密的配合而不易掉出來，利用金屬塊的高導熱性使得印製線路板也具有高導熱性能。本發明的進一步技術方案是金屬塊以及在印製線路板上挖出的空位的形狀均為圓柱形。本發明的進一步技術方案是金屬塊的大小與在印製線路板上挖出的空位的大小之間相差不超過士0. 20mm ；金屬塊的高度與印製線路板的厚度相接近，且金屬塊的高度與印製線路板的厚度相差不超過士0. 20mm。本發明的進一步技術方案是金屬塊為實心設計，金屬塊的圓弧面上存在凹形溝槽及凸出的條紋，凹形溝槽與凸出的條紋交替地分布在金屬塊的圓弧面上，金屬塊的圓弧面上存在的凹形溝槽及凸出的條紋的方向為沿著金屬塊的軸向而分布，且凹形溝槽及凸出的條紋相互之間平行。本發明的進一步技術方案是金屬塊的圓弧面上兩個相鄰的凸出的條紋的最頂部之間的距離在0. 1 1. Omm之間。本發明的進一步技術方案是金屬塊的圓弧面上存在的凹形溝槽的最底部與金屬塊的圓弧面上存在的凸出的條紋的最頂部之間的距離在0. 1 1.0mm之間。本發明解決的技術問題是提供一種可提高散熱效果的印製線路板，其特徵在於， 在印製線路板的空位中塞入貫穿印製線路板的金屬塊，金屬塊的形狀和尺寸與印製線路板上的空位的形狀和尺寸相接近，金屬塊塞入空位中後，形成較緊密的配合而不易掉出來，利用金屬塊的高導熱性使得印製線路板也具有高導熱性能，對於已完成在空位中塞入金屬塊的印製線路板，由鍍上的最少一層金屬層使得金屬塊與印製線路板連接成為一個整體。本發明的進一步技術方案是提供一種可提高散熱效果的印製線路板，其特徵在於，連接金屬塊與印製線路板成為一個整體的金屬層的厚度控制在1至10微米之間。[0013]本發明獲得的效果是採用本技術製造的印製線路板，在很小的成本代價下就可以獲得的散熱效果大大提高，技術水平得以大大提高。圖1為塞有金屬塊的印製線路板的側面剖視圖。圖2為塞有金屬塊的印製線路板的俯視圖。圖3為塞有金屬塊的印製線路板的側面剖視圖及尺寸標註情況。
圖4為製作高散熱效果的印製線路板所需的最少的流程的示圖。圖5為散熱用的金屬塊的俯視圖。圖6為散熱用的金屬塊的側視圖。圖7為塞了帶有凹凸槽設計的金屬塊的印製線路板的俯視圖。下面結合具體實施事例，對本發明技術方案進一步說明。印製線路板是由線路層和介質層構成，線路層通常是由金屬構成，如銅金屬，這些層是具有導電和導熱的特性。而介質層通常是由樹脂、填充料、玻璃纖維等材料構成，這些材料具有電的絕緣性能，而且導熱性能也很差。所以通常印製線路板不具備很強的導熱特性，對於發熱量大的電子產品，需要額外增加散熱裝置或設備才能夠滿足產品的散熱設計要求，但這樣的設計會使得電子產品的體積超大個，既不方便攜帶，成本也會很高。而金屬類物質都有很良好的導熱特性，利用金屬塊這種特性就可以設計出高散熱性能的印製線路板。而銅和鋁金屬都有很好的導熱特性，而且容易得到，不會增加昂貴的成本。本發明的具體實施方式
是提供一種可提高散熱效果的印製線路板，其特徵在於， 在印製線路板中塞入貫穿印製線路板的金屬塊，利用金屬的高導熱性使得印製線路板具有高導熱性能。如圖1所示，1表示印製線路板，2表示所塞入的金屬塊。所塞入的金屬塊為最少包含銅的成份的金屬或其合金，也可以採用鋁或其合金作為塞入的金屬塊。因為銅和鋁均具有良好的導熱性能，可以很好地散發印製線路板中的熱量。
具體實施方式
為方便加工，金屬塊以及在印製線路板上挖出的空位的形狀均為圓柱形，這樣的加工成本最低，方法也最簡單。從圖1(側面剖視圖)和圖2 (俯視圖)結合起來看，就可以很清楚地看出本設計的原理。當然將金屬塊以及在印製線路板上挖出的空位的形狀設計成其它形狀如立方形、橢圓立體形、三角立體形、多邊立體形等形狀也是可以滿足提高散熱設計要求的，但是加工成本會大大上升。金屬塊的形狀及大小與在印製線路板上挖出的空位的形狀及大小均接近，金屬塊塞入空位中後，形成緊密的配合而不會掉出來。金屬塊的大小與在印製線路板上挖出的空位的大小之間相差不超過士0.20mm。金屬塊的高度與印製線路板的厚度相接近，且金屬塊的高度與印製線路板的厚度相差不超過士0. 20mm。從圖3所示，a表示印製線路板的厚度， b表示金屬塊的高度，c表示金屬塊的大小，d表示印製線路板上挖出的空位的大小，根據設計，a與b之間相差不超過士0. 20mm, c與d之間相差不超過士0. 20mm。通常而言，所塞入的金屬塊的高度設計成不超出印製線路板的厚度，這樣安裝完後，金屬塊就不會凸出，利於後續其他電子元器件的安裝。金屬塊的設計方式具體如圖5所示，金屬塊的形狀為圓柱形，且為實心設計，金屬塊的圓弧面上存在凹形溝槽(如圖5和圖6中的4所示)及凸出的條紋(如圖5和圖6中的3所示)，凹形溝槽與凸出的條紋交替地分布在金屬塊的圓弧面上，金屬塊的圓弧面上存在的凹形溝槽及凸出的條紋的方向為沿著金屬塊的軸向而分布，且凹形溝槽及凸出的條紋相互之間平行，兩個相鄰的凸出的條紋的最頂部之間的距離(如圖5中的g所示)在 0. 1 1.0mm之間。金屬塊的圓弧面上存在的凹形溝槽的最底部與金屬塊的圓弧面上存在的凸出的條紋的最頂部之間的距離(如圖5中的f所示)在0.1 1.0mm之間。金屬塊的圓弧面上存在的凹形溝槽為「V」字形，當然設計成其他形狀也是可以的，但是設計成V字形是最節約成本同時也是最簡單的加工方式，它是在原本具有光滑圓柱面的圓柱形金屬塊的表面進行滾壓的方式壓出具有凹凸形狀的條紋，如果採用其他的設計方式，比如，如果將條紋設計成非直線型的，這時的條紋會非常不好加工，滾壓時需變換壓輪的方向和角度，加工起來會很困難，成本也較高。凹形溝槽橫截面所成的角度(如圖5中的e所示)在60° 120°之間。圓柱形的金屬塊的兩端需倒角(如圖5中的5所示，以及如圖6中的5所示)， 以利於金屬塊塞入印製線路板中。本發明的具體實施方式
是提供一種可提高散熱效果的印製線路板，其特徵在於， 此技術最少包含如下製作步驟在印製線路板上挖出空位一所挖出的空位的內壁進行金屬化一將金屬塊塞入空位。在印製線路板上挖出空位、所挖出的空位的內壁進行金屬化、將金屬塊塞入空位這幾個製作步驟是提高散熱效果而必須的步驟，而對於印製線路板的生產， 可能還需要其他的步驟，這些步驟會分別安排在上述的幾個生產步驟之間，實際的生產印製線路板過程中，印製線路板本身有自身所需的生產製作步驟或流程，並且不同的印製線路板，其製作流程或步驟是各不相同的，在此處只是給出了為提高散熱效果而必須的一些製作步驟，為提高散熱效果而必須的一些製作步驟與印製線路板自身必須的製作步驟結合在一起，就可以設計出可提高散熱效果的印製線路板的製作步驟。即使增加一些步驟，但這些均屬於本專利的權利要求範圍內。為提高散熱效果而必須的一些製作步驟如圖4所示， 具體每步的實施方法如下步驟100 在印製線路板上挖出空位在印製線路板的生產中，其最普通的多層板的生產流程為開料一內層圖形製作一內層檢查及修理一壓合成多層板一鑽孔一除膠沉銅一全板電鍍一外層圖形轉移一圖形電鍍一外層蝕刻一外層檢查及修理一阻焊一成型一電測試一包裝成品。上述的生產流程只是給出了最大的製作步驟，每個步驟中，還有很多相應的子步驟，這些子步驟是輔助主要步驟實現的。如「鑽孔」步驟中，鑽孔前需鑼邊、x-ray衝孔、磨邊等處理，上鑽機鑽孔前還需要打定位銷釘、貼膠紙、做首板試鑽孔等處理，之後才開始批量鑽孔，不能認為加上這些子步驟後就是一種創新。「在印製線路板上挖出空位」步驟是在鑽孔步驟中進行的，可以將它放在鑽孔步驟之前進行，也可以將它放在鑽孔步驟之後進行，也可以鑽孔與「在印製線路板上挖出空位」同時進行。「在印製線路板上挖出空位」可以採用鑽刀鑽的方式，這樣鑽孔來的是一個圓形的孔眼，如果所需的孔較大，沒有相應的大鑽刀，可以用較小的鑽刀多次鑽不同的位置，將相應的大孔鑽出來，這樣會比較麻煩。如果是任間形狀的空位，也可以用這樣的方法採用較小鑽刀多次擴大的方式製作而成。但是較簡單的方法是採用銑刀銑的方式，將銑刀沿所需加工成的空位的形狀的外圍銑一圈即可， 如果存在毛刺，可以再用較新的銑刀再釺一次，或者之後採用打磨的方式除去毛刺也可以。 所挖出的空位，可以是一個，也可以是多個。步驟200:所挖出的空位的內壁進行金屬化其目的就是在所挖出的空位的內壁覆蓋上一層連接在一起的金屬層，以使得導熱效果更佳，同時方便後續的加工的進行。完成了在印製線路板上挖出空位後，空位所在區域的內壁是沒有連續性的金屬連接起來的，需要將所挖出的空位的內壁進行金屬化。金屬化的過程通常包含除膠處理、導電化處理、電鍍加厚處理等步驟，具體如下除膠處理完成了步驟100所述的機械加工工序後，所挖出的空位的內壁通常會存在一些汙染物或雜物，需除去後才能保證印製線路板的可靠性。除膠方法有化學除膠、等離子除膠、或者是化學除膠與等離子除膠混合併用的方式，其目的就是將所挖出的空位的內壁存在的汙染物或雜物咬蝕掉。完成除膠處理後的印製線路板，特別是採用化學除膠粘方式時，印製線路板的表面會粘附有相關的化學藥品，需要清洗去，故還需增加相應的清洗工序，清洗工序可以是一道及一道以上，直至印製線路板被清洗乾淨為止。這些清洗工序通常會與化學除膠工序設計在同一條生產線中，這樣就可以一次性完成。所以相關的所有工序都可以統稱為除膠處理；導電化處理其目的是對完成了除膠處理的印製線路板沉積上一層可以導電的塗層，以使得後續的電鍍加厚處理步驟得以實現。導電化處理的方式較多，有化學沉銅法、黑孔法(碳黑法)等，導電化處理無論採用哪種方式實現，均是較複雜的處理流程，其中包含相關的化學處理過程和清洗過程，處理工序可能會多至數個步驟甚至是數十個步驟才能完成此導電化處理。此過程雖然複雜，但其基本原理是一樣的，就是在印製線路板表面及孔內沉積上一層可以導電的物質，這種可以導電的物質在後續的電鍍工序中可以起到啟鍍的作用，從而將原來沒有金屬層的位置鍍上一層具有一定厚度的金屬；電鍍加厚處理其目的就是將完成了導電化處理的印製線路板的所需位置鍍一層具有一定厚度的金屬，這種金屬通常是銅金屬，完成了這個步驟後，印製線路板的線路之間就可以獲得良好的導電或導熱性能。電鍍加厚過程也是一個很複雜的處理過程，不同產品會有不同的處理流程，有的採用一次性電鍍加厚的方法生產，也有的採用先全板電鍍初步加厚、再製作線路圖形、之後再進行圖形電鍍二次加厚的方法生產。其中包含相關的化學處理過程和清洗過程，處理工序可能會多至數個步驟甚至是數十個步驟才能完成此導電化處理。此過程雖然複雜，但其基本原理是一樣的，就是在印製線路板表面或孔內壁沉積上一層能滿足設計厚度要求的可以導電的物質，此層導電物質的厚度通常設計在10至50微米之間，也有需比50微米更厚的，這樣的厚度設計均在本權利要求範圍內。事實上，印製線路板的生產流程比上述還要遠遠複雜，完成了電鍍加厚處理後，還需製作印製線路板的圖形及線路，不同的印製線路板的圖形設計不同，其製作方法和過程也不盡相同。在上述電鍍加厚處理之後，還需要進行圖形轉移製作，完成了圖形轉移後，進行圖形電鍍的鍍銅加厚和鍍錫處理，之後進行褪膜、蝕刻、褪錫。也有的印製線路板完成了圖形轉移後，是採用電鍍鎳金處理的，如果金的厚度是要求是較厚(如大於0. 05微米)，還需要電鍍厚金處理，如果是局部加鍍厚金，在鍍厚金之前還需做二次圖形轉移，將不需要鍍厚金的位置掩蓋起來再進行局部電鍍厚金。步驟300 將金屬塊塞入空位對完成了上述的處理後「所挖出的空位的內壁進行金屬化」後，如存在線路製作的，還需要將印製線路板的圖形和線路製作出來。如果需要製作阻焊，還需將阻焊步驟完成，阻焊步驟包含了一系列的子步驟表面清潔、烘乾、絲印、 預烘、曝光、顯影、目視檢查、後烘等等，如果是需要兩次阻焊製作的，上述過程還需再重複一次；如果存在塞孔工藝的，需加上塞孔流程，塞孔還可以分為樹脂塞孔、阻焊塞孔、銅漿塞孔、銀漿塞孔、碳油塞孔等等，採用不同的材料塞孔，製作流程和要求是不盡相同的。之後， 需將金屬塊塞入空位處，以實現可高散熱的設計功能。在實際的印製線路板生產過程中，在上述所述的步驟100之前，還會有很多的製作步驟；在步驟100與步驟200之間，在步驟200與步驟300之間，以及在步驟300之後，均可以增加很多其他製作步驟，以完成印製線路板必須的製作流程。總之印製線路板的生產工藝和流程五花八門，要求各不一樣，而這些各種各樣的流程只能是屬於為實現某種功能或目的而設計的，它們都可以成為一個獨立的權利要求，但不能認為加上了這些獨特的流程後，是對本權利要求所作的一種創新。本發明的具體實施方式
是對於已完成在空位中塞入金屬塊的印製線路板，鍍上最少一層金屬層。在印製線路板的空位中塞入金屬塊後，印製線路板與金屬塊之間只是物理性接觸在一起，並沒有真正連成一個整體，它們雖然之間的配合較緊密，但當金屬塊受到外力的作用時，還是會被擠出或掉出，這樣就影響了產品整體的可靠性。對於已完成在空位中塞入金屬塊的印製線路板，鍍上最少一層金屬層，就可以使得金屬塊與印製線路板被新鍍上的金屬層連接成為一個整體，避免了出現分離的可靠性問題。所鍍上的金屬層最少是一層，當然可以是多層，不同層之間可以是同一種金屬成份，也可以是不同的金屬成份， 比如，先用化學方法沉積上一層很薄鈀，採用鈀作為催化劑再鍍上一層鎳，再在鎳的基礎上鍍一層金層或者置換上一層金層，這樣既可起到連接作用，金層也可以起到美觀及防腐蝕和氧化的作用。鎳層中可以包含其他元素，從而所鍍上去的是一層鎳合金層，如含有一定量的磷元素(大約控制在6%-18%的重量百分比之間)，或者含有一定的鈷元素、鉻元素等金屬中的一種或者是混合的合金，但主要成份採用鎳。其中包含鎳元素的金屬層的厚度控制在1至10微米之間，包含鎳元素的金屬層可以一次性鍍完成從而成為一層，也可以分多次鍍完，從而成為多導金屬層，但最終厚度仍控制在1至10微米之間。這些鍍層不局限於採用包含鎳的金屬材料，也可以是採用銅、錫、或者數種金屬的混合物，也可以是鍍多層鍍層、 而不同鍍層之間採用不同的金屬材料，只要這些金屬材料可以將金屬塊與印製線路板之間連接起來就可以了。通過這新鍍上的金屬層，就可以使得金屬塊與印製線路板連接成為一個整體。結合上面所述的「金屬塊的設計方式」金屬塊的形狀為圓柱形，且為實心設計，金屬塊的圓弧面上存在凹形溝槽(如圖5和圖6中的4所示)及凸出的條紋(如圖5和圖6 中的3所示)，凹形溝槽與凸出的條紋交替地分布在金屬塊的圓弧面上，金屬塊的圓弧面上存在的凹形溝槽及凸出的條紋的方向為沿著金屬塊的軸向而分布，且凹形溝槽及凸出的條紋相互之間平行，這些設計是為了使金屬塊更好地與印製線路板結合在一起而設計的，具體如圖7所示，採用這樣的設計，金屬塊2塞入到印製線路板1中後，因為凹凸槽的存在會導致有許多空位(如圖7中的8所示)產生，這些空位一方面可以使得在鍍金屬的時候藥水可以進入到金屬塊的側壁及印製線路板空位處的側壁，加強了藥水的流通，另一方面可以加大新鍍上去的金屬層與金屬塊及印製線路板之間的接觸面積，使得結合力更加強。對於已完成在空位中塞入金屬塊的印製線路板，採用沉鎳浸金的表面處理會比較方便簡單。採用沉鎳浸金的表面處理，在相關位置沉積上一層具有一定厚度的鎳層，通過鎳層就可以將印製線路板與金屬塊兩個部份連接起來成為一個整體。鎳層的厚度控制在1 至10微米之間。沉鎳浸金的主要處理流程有表面除油及清洗一微蝕及清洗一預浸一活化處理及清洗一沉鎳處理及清洗一浸金處理及清洗，因為金是貴重的金屬，在浸金處理後，往往會增加金回收的處理動作，以節約成本同時減少汙染。當然，對於已完成在空位中塞入金屬塊的印製線路板，採用其他的表面處理方式也是可行的，如噴錫、沉錫、沉銀、有機塗覆等。噴錫，又名熱風整平，是將經過預浸松香等助焊劑處理後的印製線路板浸入到被高溫熔化的焊料中去，之後採用高溫高壓的氣體將焊料吹平的方法。沉錫則是先將印製線路板進行表面清潔處理，之後採用化學處理的方法在需要的位置沉積上一層錫的方法。沉銀的原理與沉錫相似，只是沉積的材料變成了銀。有機塗覆則是先將印製線路板進行表面清潔處理，之後在印製線路板表面或者是所需的的位置塗覆上一層可以防止氧化及能幫助提高焊接性能的有機物質塗層。以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於本發明的保護範圍。
權利要求1.一種可提高散熱效果的印製線路板，其特徵在於，在所述的印製線路板的空位中塞入貫穿印製線路板的金屬塊，所述的金屬塊的形狀和尺寸與所述的印製線路板上的空位的形狀和尺寸相接近。
2.根據權利要求1所述的一種可提高散熱效果的印製線路板，其特徵在於，所述的金屬塊以及在所述的印製線路板上挖出的空位的形狀均為圓柱形。
3.根據權利要求1所述的一種可提高散熱效果的印製線路板，其特徵在於，所述的金屬塊的大小與在所述的印製線路板上挖出的空位的大小之間相差不超過士0. 20mm ；所述的金屬塊的高度與所述的印製線路板的厚度相接近，且金屬塊的高度與印製線路板的厚度相差不超過士0. 20mm。
4.根據權利要求2所述的一種可提高散熱效果的印製線路板，其特徵在於，所述的金屬塊為實心設計，所述的金屬塊的圓弧面上存在凹形溝槽及凸出的條紋，所述的凹形溝槽與凸出的條紋交替地分布在所述的金屬塊的圓弧面上，所述的凹形溝槽及凸出的條紋的方向為沿著金屬塊的軸向而分布，且所述的凹形溝槽及凸出的條紋相互之間平行。
5.根據權利要求4所述的一種可提高散熱效果的印製線路板，其特徵在於，所述的金屬塊的圓弧面上兩個相鄰的所述的凸出的條紋的最頂部之間的距離在0. 1 1. Omm之間。
6.根據權利要求4所述的一種可提高散熱效果的印製線路板，其特徵在於，所述的金屬塊的圓弧面上存在的所述的凹形溝槽的最底部與所述的凸出的條紋的最頂部之間的距離在0. 1 1.0mm之間。
7.一種可提高散熱效果的印製線路板，其特徵在於，在印製線路板的空位中塞入貫穿印製線路板的金屬塊，金屬塊的形狀和尺寸與印製線路板上的空位的形狀和尺寸相接近， 對於已完成在空位中塞入所述金屬塊的所述的印製線路板，由鍍上的最少一層金屬層使得所述的金屬塊與所述的印製線路板連接成為一個整體。
8.根據權利要求7所述的一種可提高散熱效果的印製線路板，其特徵在於，所述的金屬層的厚度控制在1至10微米之間。
專利摘要本實用新型涉及一種可提高散熱效果的印製線路板，它是在印製線路板中塞入貫穿印製線路板的金屬塊，利用金屬的高導熱性使得印製線路板具有高導熱性能。採用本印製線路板，在很小的成本代價下就可以獲得的散熱效果大大提高。
文檔編號H05K1/02GK202168268SQ20112014716
公開日2012年3月14日 申請日期2011年5月9日 優先權日2011年5月9日
發明者代芳, 劉香蘭, 劉香利, 戴成 申請人:代芳