专利名称：一种将铜散热片镶嵌入电路板的制作方法
技术领域：
本发明涉及电路板制造技术领域，特别是涉及一种将铜散热片镶嵌入电路板的制作方法。
背景技术：
现代电子技术的高速发展，越来越多的集成芯片用在复杂的电路设计上，同时电路板集成化大势已定，这对于一些大功率元器件组装在线路板上，如何散热成为一个较大的课题。通常的情况是在发热元件的表面贴装散热片，这样的设计虽解决了散热问题但却使得成品的体积大大增加，不利于产品高度集成化和高层板的设计需求。为了减小产品体积同时可以达到良好散热效果，一种将铜片镶嵌在电路板里的理念就应运而生。
专利号为ZL200910041004. 3，申请日为2009年7月9日所公开的一种电路板的制作方法中，其设计的铜片压合流程为手动操作，该方法是通过气压机和模具实现手动压合，不仅需要大量人力，同时产能低下，难于满足量产需求。
发明内容
基于此，针对上述问题，本发明提出一种将铜散热片镶嵌入电路板的制作方法，可使铜散热片的镶嵌压合工艺实现自动化，降低人力，增加产能和满足量产需求。本发明的技术方案是一种将铜散热片镶嵌入电路板的制作方法，包括以下步骤钻孔工序，在经过压板工序处理后的电路板上钻击铜散热片嵌入孔，控制钻咀的转速为20000转/分，入板速度为10英寸/分钟，退板速度为100英寸/分钟；镶嵌工序，将端部为圆柱形的铣刀安装于铣床上，再将具有铜散热片嵌入孔的电路板固定于铣床上，将铜散热片放置于铜散热片嵌入孔内，启动铣床，铣刀移至需要压合的铜散热片处，铣刀无转速向下压合铜散热片直到铜片完全镶嵌入电路板。作为一种优选实施方式，在钻孔工序中，所述压板工序是指将内层芯板、半固化片和外层基板通过热压工艺和冷压工艺压合，其中热压时间为180min，系统抽真空绝压20000Pa，控制压板压力为 5. 265Kgf/cm2—25. 207Kgf/cm2,温度为 150°C—200°C，冷压时间为60min，压力控制132. 6Kgf/cm2,温度为20°C。可以使压板后电路板厚度的精度控制在±3% 内。作为一种优选实施方式，在镶嵌工序之前，还包括以下步骤镀铜工序，对经钻孔工序处理后的电路板依次进行除胶、化学镀铜、全板电镀、图形转移、图形电镀、蚀刻，其中，全板电镀和图形电镀产生的铜厚是电镀总铜厚，且电镀总铜厚为30 μ m—40 μ m。可以使电路板的厚度分布均勻，以便于对后续的铜散热片镶嵌压合工艺提供更加便利的条件。作为一种优选实施方式，在镶嵌工序中，还包括以下步骤控制铣刀无转速向下压合铜片表面整体受到的压力为O. 3MPa — O. 6MPa，控制从铣刀端部接触铜片至铜片完全镶嵌入电路板的时间不超过5秒。可以使铜散热片高效、稳定镶嵌进入电路板内。在钻孔 工序中，每个铜散热片嵌入孔由钻咀分三次钻成，三次钻进深度的比例为30% 40% :30%。可以防止在钻取大孔径时容易出现的披锋、断钻咀等缺陷，容易控制且钻出的孔径一致性高。本发明的有益效果是(I)可使铜散热片的镶嵌压合工艺实现自动化，降低人力，增加产能和满足量产需求；(2)对铣床的铣刀进行重新改进，将铣刀的端部改成圆柱形，就能有效把铣床和压机的功能集于一体，达到压合效果；(3)通过控制压板、钻孔、镀铜、镶嵌工序的参数，使得电路板的板厚均匀，方便后期镶嵌作业，特别是对较大的铜散热片镶嵌，可以保证定位准确，结合效果好，板面平整度高，弯曲变形小。
图I是本发明实施例的工艺流程图；图2是本发明实施例中改进前后铣刀结构对比图；图3是本发明实施例中镶嵌入电路板中铜散热片的结构示意图；图4是本发明实施例中将铜散热片镶嵌入电路板的压合示意图；图5是本发明实施例电路板中镶嵌铜散热片的位置分三次钻孔示意图；图6是本发明实施例中镶嵌的铜散热片与电路板内层的接触电阻测试示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。实施例以在I. 7mm厚的PCB板上镶嵌直径为8. 2±0· 005mm和10. 2±0· 005mm的铜散热片作为实施例。图I是本实施例采用的一个完整电路板制造的工艺流程。图2是本发明实施例中改进前后铣刀结构对比图。图3是本发明实施例中镶嵌入电路板中铜散热片的结构示意图，铜散热片的直径可在8mm-12mm之间。本实施例中使用的铜散热片的直径为8. 2±0. 005mm 和 10. 2±0. 005mm 两种规格。以下结合图1，详细说明本发明的实施方式，其中内层芯板制作、湿绿油、表面处理为传统工艺，在此仅简要略述本实施例中所使用的方法，但不局限于此实施例中所采用的方法。如图I所示，一种将铜散热片镶嵌入电路板的制作方法步骤S101，内层芯板的制作工序，在绝缘基材的一面或两面覆以铜箔，利用菲林曝光，蚀刻完成导电图形转移的技术。步骤S102，钻孔工序，在经过压板工序处理后的电路板上钻击铜散热片嵌入孔，控制钻咀的转速为20000转/分，入板速度为10英寸/分钟，退板速度为100英寸/分钟。在钻孔工序中，每个铜散热片嵌入孔由钻咀分三次钻成，三次钻进深度的比例为30% 40% :30%。可以防止在钻取大孔径时容易出现的披锋、断钻咀等缺陷，容易控制且钻出的孔径一致性高。带铜片散热的电路板，除正常导通孔外，还需要在铜片镶嵌入线路板的位置预先钻孔。针对于大孔且孔径精度要求高的情况，本发明利用大钻咀分三次钻孔的方式，可以很好地避免一次性完成造成通孔处发热量过多，钻咀和线路板容易毁坏的缺点。第1、2、3次分段钻的深度比例 为30% 40% :30%。图5给出了孔径在8mm-12mm的钻孔示意图。本步骤中，使用的铜散热片的直径有两种，8. 2±0· 005mm和10. 2±0· 005mm。在线路板相应位置处，采用了 8. 225_和10. 225mm的大钻咀进行钻孔。钻完孔之后的孔径公差要求是在±0. 05mm以内。步骤S103，压板工序，将内层芯板、半固化片和外层基板通过热压工艺和冷压工艺压合，其中热压时间为180min，系统抽真空绝压20000Pa，控制压板压力为5. 265Kgf/cm2—25. 207Kgf/cm2,温度为150°C—200°C，冷压时间为60min，压力控制132. 6Kgf/cm2,温度为20°C。可以使压板后电路板厚度的精度控制在±3%内。在操作时，将内层芯板、半固化片和外层基板依次叠好完成压合。其中相应的工艺参数需要确保压合之后，使线路板的板厚精度控制在±3%以内。在本实施例中，所制作的线路板设计为I. 7mm,因此,压板后其板厚应控制在I. 65mm_l. 75mm之间。步骤S104，镀铜工序，对经钻孔工序处理后的电路板依次进行除胶、化学镀铜、全板电镀、图形转移、图形电镀、蚀刻，其中，全板电镀和图形电镀产生的铜厚是电镀总铜厚，且电镀总铜厚为30 μ m—40 μ m。可以使电路板的厚度分布均匀，以便于对后续的铜散热片镶嵌压合工艺提供更加便利的条件。为了加厚铜层，当然不仅仅只有本步骤中所列举的一种方法，但是其明显的特征是线路板上每一位置处的电镀铜厚的厚度值均在30-40 μ m之间，其中电镀铜厚是指全板电镀和图形电镀产生的铜厚总和。步骤S105，镶嵌工序，将端部为圆柱形的铣刀安装于铣床上，圆柱形的铣刀的直径比铜散热片嵌入孔的直径小2mm — 3mm，再将具有铜散热片嵌入孔的电路板固定于铣床上，电路板的插件面(C/S面)贴合铣床，另一面即焊接面(S/S面)朝上放置。将铜散热片放置于铜散热片嵌入孔内，启动铣床，铣刀移至需要压合的铜散热片处，铣刀无转速向下压合铜散热片直到铜片完全镶嵌入电路板。在镶嵌工序中，还需要控制铣刀无转速向下压合铜片表面整体受到的压力为O. 3MPa—O. 6MPa，控制从铣刀端部接触铜片至铜片完全镶嵌入电路板的时间不超过5秒。可以使铜散热片高效、稳定镶嵌进入电路板内。对铜散热片的镶嵌压合工序中，首先需要对传统铣床进行改装，使铣刀具有向下压合的功能，铣刀的形状也被设计成图2所示。本实施例中，改装之前的铣刀具有转速和落速设计，而没有压合功能。对铣刀的功能的转变在当前自动化技术如此发达的条件下，对于本领域技术人员来说，几乎没有困难，非常容易实现，属于现有技术，在此不作赘述。最主要的依旧是控制铣刀的下压深度，而下压深度是根据电路板的板厚来确定的。图4是本发明实施例中将铜散热片镶嵌入电路板的压合示意图。下压深度H等于铣刀离铣床水平平面台高度H1减去线路板板厚h。步骤S106，后续的湿绿油、表面处理、锣板的工序，属于现有技术中的常用手段，在此不作赘述。
在完成上述六个工序之后，便可得到一块镶嵌有铜散热片的电路板。发明人对实施例中所制造的线路板进行了一些可靠性测试。如图6所示，图6是本发明实施例中镶嵌的铜散热片与电路板内层的接触电阻测试示意图。在进行可靠性测试时，采用本发明中所述的方法制造的电路板，大部分都满足合格要求。下表是采用本发明所述方法制造的电路板的可靠性测试数据。
权利要求
1.一种将铜散热片镶嵌入电路板的制作方法，其特征在于，包括以下步骤 钻孔工序，在经过压板工序处理后的电路板上钻击铜散热片嵌入孔，控制钻咀的转速为20000转/分，入板速度为10英寸/分钟，退板速度为100英寸/分钟； 镶嵌工序，将端部为圆柱形的铣刀安装于铣床上，再将具有铜散热片嵌入孔的电路板固定于铣床上，将铜散热片放置于铜散热片嵌入孔内，启动铣床，铣刀移至需要压合的铜散热片处，铣刀无转速向下压合铜散热片直到铜片完全镶嵌入电路板。
2.根据权利要求I所述的一种将铜散热片镶嵌入电路板的制作方法，其特征在于，钻孔工序中，所述压板工序是指 将内层芯板、半固化片和外层基板通过热压工艺和冷压工艺压合，其中热压时间为180min，系统抽真空绝压20000Pa，控制压板压力为5. 265Kgf/cm2—25. 207Kgf/cm2,温度为150°C—200°C，冷压时间为60min，压力控制132. 6Kgf/cm2,温度为20°C。
3.根据权利要求I或2所述的一种将铜散热片镶嵌入电路板的制作方法，其特征在于，在镶嵌工序之前，还包括以下步骤 镀铜工序，对经钻孔工序处理后的电路板依次进行除胶、化学镀铜、全板电镀、图形转移、图形电镀、蚀刻，其中，全板电镀和图形电镀产生的铜厚是电镀总铜厚，且电镀总铜厚为30 u m—40 u m0
4.根据权利要求I或2所述的一种将铜散热片镶嵌入电路板的制作方法，其特征在于，在镶嵌工序中，还包括以下步骤 控制铣刀无转速向下压合铜片表面整体受到的压力为0. 3MPa—0. 6MPa，控制从铣刀端部接触铜片至铜片完全镶嵌入电路板的时间不超过5秒。
5.根据权利要求I所述的一种将铜散热片镶嵌入电路板的制作方法，其特征在于，在钻孔工序中，每个铜散热片嵌入孔由钻咀分三次钻成，三次钻进深度的比例为30% 40% 30%。
全文摘要
本发明公开了一种将铜散热片镶嵌入电路板的制作方法，包括以下步骤钻孔工序，在经过压板工序处理后的电路板上钻击铜散热片嵌入孔，控制钻咀的转速为20000转/分，入板速度为10英寸/分钟，退板速度为100英寸/分钟；镶嵌工序，将端部为圆柱形的铣刀安装于铣床上，再将具有铜散热片嵌入孔的电路板固定于铣床上，将铜散热片放置于铜散热片嵌入孔内，启动铣床，铣刀移至需要压合的铜散热片处，铣刀无转速向下压合铜散热片直到铜片完全镶嵌入电路板。本发明可使铜散热片的镶嵌压合工艺实现自动化，降低人力，增加产能和满足量产需求。
文档编号H05K3/30GK102802365SQ20121030682
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月24日 优先权日2012年8月24日
发明者黄杏娇, 陈德泉 申请人:皆利士多层线路版(中山)有限公司