專利名稱：印刷電路板組件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種印刷電路板組件及其制造方法。
技術(shù)背景印刷電路板組件已經(jīng)大量應(yīng)用在通訊系統(tǒng)、個人消費(fèi)類電子以及汽車、醫(yī)療、軍工、航空航天等領(lǐng)域。按照功能可分為Heat-sink板、射頻板、背板 (母板)、卡板(子板)等。按照結(jié)構(gòu)又可分為單/雙面板、多層板等。Heat-sink板一般包含至少一塊電路板和一塊金屬基板。二者的結(jié)合方式 一般有錫膏焊接方式、不流膠半固化片方式、導(dǎo)熱粘結(jié)片方式，鉚釘、螺 絲等機(jī)械連接方式等。錫膏焊接方式因有助焊劑的存在，界面處易產(chǎn)生焊接 空洞。不流膠半固化片的導(dǎo)熱性不好，而導(dǎo)熱粘結(jié)片的成本很高。鉚釘、螺 絲等機(jī)械連接方式技術(shù)復(fù)雜，目前僅應(yīng)用于軍工產(chǎn)品，無法在普通產(chǎn)品上廣 泛應(yīng)用。多層印制板是由多層內(nèi)層板組成，可以理解為很多個單/雙面板粘疊 在一起，目前業(yè)界一般的做法是采用鉆通孔工藝，雖然簡單成熟，但是以降 低了板的器件密度為代價，也就是使板的尺寸變大了。母板與子板的連接一 般采用連接器，由于是采用垂直式連接，使整體的空間占用很大。射頻多層 印制板一般采用多張內(nèi)層板之間用粘結(jié)片的結(jié)構(gòu)，這樣會因?yàn)檎辰Y(jié)片與芯板 之間的Dk及Df不一致而造成的信號干擾。最新的方法是采用一種載有大量導(dǎo)電顆粒，尤其是銀顆粒的導(dǎo)電粘合劑 將第二印刷電路板與第一印刷電路板粘結(jié)在一起，并建立兩者之間的一電路 徑。該種方式制造的印刷電路板組件起初確實(shí)具有較低的體電阻，但是在高 溫、高濕的環(huán)境下，其中的導(dǎo)電粘合劑容易腐蝕，尤其是在第一印刷電路板 是鋁質(zhì)，而導(dǎo)電粘合劑中含有銀粒子時，這個問題尤為麻煩。因?qū)щ娬澈蟿?和第一印刷電路板之間的界面處易產(chǎn)生腐蝕，最終引發(fā)印刷電路板組件的電性能和機(jī)械性能不穩(wěn)定
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種印刷電路板組件及其制造方法。 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案印刷電路板組件，包括第一印刷電路板和第二印刷電路板，所述第一印 刷電路板和第二印刷電路板的一面均具有金屬連接部；所述第一印刷電路板 和第二印刷電路板疊合，且兩者的金屬連接部緊貼，兩者的金屬連接部通過 在真空環(huán)境下以無需焊劑的焊接方法直接結(jié)合成一體。印刷電路板組件的制造方法，包括下列步驟51、 提供一塊第二印刷電路板，且所述第二印刷電路板的一面具有金屬 連接部；52、 提供一塊第一印刷電路板，且所述第一印刷電路板的一面具有金屬 連接部；53、 將所述第二印刷電路板和第一印刷電路板疊合，并使兩者的金屬連 接部緊貼，然后在真空環(huán)境下使用無需焊劑的焊接方法使兩者的金屬連接部 結(jié)合成一體。本發(fā)明的有益效果是由于采用用無需焊劑的焊接方法，將第一印刷電路板和第二印刷電路板 直接結(jié)合在一起，因而避免了現(xiàn)有技術(shù)中焊劑對連接性能的影響；而且此種 結(jié)合方式可以保證在整個連接面上均可靠連接，因而也不會出現(xiàn)諸如現(xiàn)有技 術(shù)中簡單機(jī)械連接所具有的問題。


圖1是本發(fā)明具體實(shí)施方式
一印刷電路板組件的第一狀態(tài)示意圖； 圖2是本發(fā)明具體實(shí)施方式
一印刷電路板組件的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明具體實(shí)施方式
二印刷電路板組件的第一狀態(tài)示意圖； 圖4是本發(fā)明具體實(shí)施方式
二印刷電路板組件的第二狀態(tài)示意圖； 圖5是本發(fā)明具體實(shí)施方式
二印刷電路板組件的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6是本發(fā)明具體實(shí)施方式
三印刷電路板組件的第一狀態(tài)示意圖； 圖7是本發(fā)明具體實(shí)施方式
三印刷電路板組件的第二狀態(tài)示意圖； 圖8是本發(fā)明具體實(shí)施方式
三印刷電路板組件的結(jié)示意圖9是本發(fā)明具體實(shí)施方式
四印刷電路板組件的第一狀態(tài)示意圖； 圖10是本發(fā)明具體實(shí)施方式
四印刷電路板組件的第二狀態(tài)示意圖； 圖11是本發(fā)明具體實(shí)施方式
四印刷電路板組件的第三狀態(tài)示意圖； 圖12是本發(fā)明具體實(shí)施方式
四印刷電路板組件的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖13是本發(fā)明具體實(shí)施方式
五印刷電路板組件的第一狀態(tài)示意圖； 圖14是本發(fā)明具體實(shí)施方式
五印刷電路板組件的第二狀態(tài)示意圖； 圖15是本發(fā)明具體實(shí)施方式
五印刷電路板組件的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖16是本發(fā)明具體實(shí)施方式
六印刷電路板組件的第一狀態(tài)示意圖； 圖17是本發(fā)明具體實(shí)施方式
六印刷電路板組件的第二狀態(tài)示意圖； 圖18是本發(fā)明具體實(shí)施方式
六印刷電路板組件的第三狀態(tài)示意圖； 圖19是本發(fā)明具體實(shí)施方式
六印刷電路板組件的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖20是本發(fā)明具體實(shí)施方式
七印刷電路板組件的第一狀態(tài)示意圖； 圖21是本發(fā)明具體實(shí)施方式
七印刷電路板組件的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖22是本發(fā)明具體實(shí)施方式
八印刷電路板組件的第一狀態(tài)示意圖； 圖23是本發(fā)明具體實(shí)施方式
八印刷電路板組件的第二狀態(tài)示意圖； 圖24是本發(fā)明具體實(shí)施方式
八印刷電路板組件的結(jié)構(gòu)示意圖；具體實(shí)施方式
實(shí)施例一本具體實(shí)施方式
如圖1和圖2所示，其主要特點(diǎn)是通過熱壓工藝將第二 印刷電路板和第一印刷電路板直接結(jié)合在一起。如圖1所示，先按現(xiàn)有的工藝制作出第一印刷電路板和第二印刷電路板。 所述第一印刷電路板以絕緣介質(zhì)2為基體，所述絕緣介質(zhì)2為熱固性材料或 者熱塑性材料。在絕緣介質(zhì)2的上表面具有功能焊盤及線條1，還具有焊盤5， 其下表面為導(dǎo)熱面3。所述第二印刷電路板為包括散熱金屬基4的金屬基板。 所述連接部即指第一印刷電路板下表面的導(dǎo)熱面3和第二印刷線路板的上表 面。在保證兩者金屬連接部干凈的情況下，將第一印刷電路板對應(yīng)放置在第 二印刷電路板之上，并使兩者的金屬連接部緊貼，然后在真空環(huán)境下進(jìn)行熱 壓。熱壓溫度在150至700攝氏度之間，熱壓壓力需要達(dá)到10PSI(Poundsper square inch磅每平方英寸)，約合69千帕。 一般來說壓力越大越好，但是優(yōu)選250 500PSI。經(jīng)過大約20 120分鐘之后，如圖2所示，可以發(fā)現(xiàn)第一印 刷電路板上的導(dǎo)熱面3已經(jīng)和第二印刷電路板上的散熱金屬基4結(jié)合在一起 了。由于本具體實(shí)施方式
采用熱壓工藝將第二印刷電路板和第一印刷電路板 直接結(jié)合在一起，所制造出來的印刷電路板組件連接可靠，且連接性能不會 隨時間而有較大的改變，因而工作可靠、質(zhì)量上乘。 實(shí)施例二本具體實(shí)施方式
如圖3至5所示，與實(shí)施例一的不同之處在于，在進(jìn)行 熱壓之前，在保證第二印刷電路板和第一印刷電路板的金屬連接部干凈的情 況下，如圖4所示，在兩者的金屬連接部上通過電鍍、沉積等物理或者化學(xué) 的方法，形成一層金屬介質(zhì)層6。兩者金屬介質(zhì)層6的材料成分可以相同也 可以不同，可以是單一金屬，也可以是合金，但是一般需要保證其導(dǎo)電率需 大于l(T7 (^cm)"，且沒有放射性。最后將第一印刷電路板對應(yīng)放置在第二 印刷電路板之上，且使兩者的金屬介質(zhì)層6緊貼，然后使用熱壓力焊、超聲 波焊或者電磁焊等無需焊劑的焊接方法，使得兩者的金屬介質(zhì)層6結(jié)合在一 起，形成如圖5所示的結(jié)構(gòu)。第二印刷電路板和第一印刷電路板之間通過一 層含有金屬間化合物的金屬介質(zhì)層6結(jié)合在一起，從而保證了兩者之間可靠 的電連接。實(shí)施例一采用相同金屬融合，而PCB產(chǎn)品在業(yè)界一般采用銅作為 導(dǎo)通及信號傳輸?shù)拿浇?，這對于壓和的條件要求相對較高，進(jìn)而對設(shè)備的要 求也相對較高；實(shí)施例二釆用了增加介質(zhì)金屬的方法，而該介質(zhì)金屬的熔點(diǎn) 可以選擇相對較低的類型，如錫、鉛等，同時，若采用兩種不同的介質(zhì)金屬 時，可以根據(jù)合金相圖提供的信息，選擇更易于加工及合金可靠性更高的金 屬組合，如錫+鎳，銀+鎳等。實(shí)施例三本具體實(shí)施方式
如圖6至8所示，與實(shí)施例一的不同之處在于，第二印 刷電路板不再是一塊單純的金屬基板，而是一塊與第一印刷電路板類似的印 刷電路板，其也以絕緣介質(zhì)2為基底，至少在其一面設(shè)置有焊盤5，該焊盤5 即為連接部。制作時首先采用現(xiàn)有的工藝制作出第一印刷電路板和第二印刷 電路板。然后在保證兩者焊盤5均干凈的前提下，將第一印刷電路板對應(yīng)放 置在第二印刷電路板之上，并使兩者的焊盤5緊貼，然后在真空環(huán)境下進(jìn)行 熱壓。熱壓的條件與實(shí)施例一相同，即可形成如圖7所示的印刷電路板組件，
可以發(fā)現(xiàn)第一印刷電路板上的焊盤5已經(jīng)和第二印刷電路板上的焊盤5結(jié)合 在一起了。最后如圖8所示，在焊盤5周圍的空隙內(nèi)填充封膠7即成最終的 產(chǎn)品。該封膠與將元器件焊接到PCB上后再封膠的目的類似。當(dāng)實(shí)施例三完 成金屬融合后，由于采用了熱固性絕緣介質(zhì)，焊盤周圍的空隙不會被填滿， 為了保護(hù)融合在一起的焊盤，需要用封膠進(jìn)行保護(hù)。 實(shí)施例四本具體實(shí)施方式
如圖9至12所示，與實(shí)施例三的不同之處在于，在進(jìn)行 熱壓之前，也如實(shí)施例二中那樣，在兩者的焊盤5上通過電鍍、沉積等物理 或者化學(xué)的方法，形成一層金屬介質(zhì)層6，其結(jié)構(gòu)如圖10所示。然后通過熱 壓是兩者的金屬介質(zhì)層6結(jié)合在一起，即形成如圖11所示的結(jié)構(gòu)。最后也要 填充封膠7，形成如圖12所示的結(jié)構(gòu)，即成最終的產(chǎn)品。實(shí)施例五本具體實(shí)施方式
如圖13至15所示，與實(shí)施例三的不同之處在于，其不 是在熱壓之后再填充封膠，而是如圖14所是，在熱壓之前將在需要融合的焊 盤的相應(yīng)位置鏤空的半固化狀態(tài)的固化粘接片8夾在第二印刷電路板和第一 印刷電路板之間，然后進(jìn)行熱壓，即形成如圖15所示的結(jié)構(gòu)。目前業(yè)界做普 通PCB的板材多是熱固性材料(固化為不可逆反應(yīng)，后期不會隨溫度的升高 而回到固化前狀態(tài))，取材方便，應(yīng)用廣泛，固化粘結(jié)片性能與第一印刷電路 板和第二印刷電路板相同；同時，增加固化粘結(jié)片之后，就解決了壓和后封 膠的問題，因?yàn)榘牍袒诠袒瘯r，可以將所有的縫隙填滿。所以本具體實(shí) 施方式中的絕緣介質(zhì)2采用熱固性材料。實(shí)施例六本具體實(shí)施方式
如圖16至19所示，與實(shí)施例五的不同之處在于，在放 置半固化狀態(tài)的固化粘接片8進(jìn)行熱壓之前，還在第二印刷電路板和第一印 刷電路板的焊盤5表面，通過電鍍、沉積等物理或者化學(xué)的方法，形成一層 金屬介質(zhì)層6，其結(jié)構(gòu)如圖17所示。然后如圖18所示，夾上半固化狀態(tài)的 固化粘接片8。最后進(jìn)行熱壓，形成如圖19所示結(jié)構(gòu)的最終產(chǎn)品。本具體實(shí) 施方式中的絕緣介質(zhì)2采用熱固性材料。實(shí)施例七本具體實(shí)施方式
如圖20、 21所示，與實(shí)施例三的不同之處在于，熱壓之 后沒有填充封膠7。業(yè)界在做高頻產(chǎn)品時，多用到熱塑性材料，其特點(diǎn)就是 絕緣介質(zhì)可以多次隨溫度的升高而變軟，沒有固化反應(yīng)，在一定程度上有填 充縫隙的能力，所以本具體實(shí)施方式
中的絕緣介質(zhì)2采用熱塑性材料。 實(shí)施例八本具體實(shí)施方式
如圖22至24所示，與實(shí)施例七的不同之處在于，在熱 壓之前，也在兩者的焊盤5表面形成一層金屬介質(zhì)層6，然后再進(jìn)行熱壓， 使兩者的金屬介質(zhì)層6結(jié)合在一起。本具體實(shí)施方式
中的絕緣介質(zhì)2采用熱 塑性材料。需要補(bǔ)充說明的是，本文中所述的第一印刷電路板和第二印刷電路板不 但包括常見的普通電路板、IC載板，還包括埋入式電路板。其中的第一印刷 電路板和第二印刷電路板之一還可以是金屬基板、被動元件、貼裝器件等。 對于Heat-sink印制板而言，采用該發(fā)明方法，可以有效解決焊接空洞、不流 膠半固化片導(dǎo)熱性不好；導(dǎo)熱粘結(jié)片的成本很高；鉚釘、螺絲等應(yīng)用不廣泛 等問題。對于多層板來說，很大程度上簡化了任意層互聯(lián)的技術(shù)。對于母板 與子板連接來說，增加印制板可靠性，減小所占的空間，同時直接降低了客 戶的物料數(shù)量，對于降低管理成本及整體成本作用明顯。對于射頻印制板來 說，因?yàn)檎辰Y(jié)片與芯板的介質(zhì)常數(shù)(Dk)的不同，傳統(tǒng)的印制板制作工藝會出 現(xiàn)影響電信號的干擾。本發(fā)明避免了該問題。對于被動買入原件來說，通過 面連接，讓埋入真正的元器件一一而不是用PCB實(shí)現(xiàn)元器件的功能——得以 實(shí)現(xiàn)，同時避免為實(shí)現(xiàn)器件與板的連接而在器件上鉆孔。而且本發(fā)明不僅限于由"第一印刷電路板"和"第二印刷電路板"結(jié)合在一 起形成的電路板組件，該技術(shù)也可用于將多張內(nèi)層芯板壓合成一個多層板， 同樣可以在很大程度上提升電路板的密度，降低總層數(shù)，從而達(dá)到了降低成 本的目的。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明， 不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的 普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推 演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、印刷電路板組件，包括第一印刷電路板和第二印刷電路板，所述第一印刷電路板和第二印刷電路板的一面均具有金屬連接部，其特征在于所述第一印刷電路板和第二印刷電路板疊合，且兩者的金屬連接部緊貼，兩者的金屬連接部通過在真空環(huán)境下以無需焊劑的焊接方法直接結(jié)合成一體。
2、 如權(quán)利要求l所述的印刷電路板組件，其特征在于所述無需焊劑的 焊接方法為熱壓力焊或者超聲波焊或者電磁焊。
3、 如權(quán)利要求1所述的印刷電路板組件，其特征在于所述印刷電路板 組件還包括金屬介質(zhì)層，所述金屬介質(zhì)層覆著在第一印刷電路板和第二印刷 電路板的金屬連接部上；金屬介質(zhì)層為導(dǎo)電率大于l(T7 (Q.cm)"，且沒有放 射性的單一金屬或者合金；所述第一印刷電路板和第二印刷電路板結(jié)合后在 金屬介質(zhì)層內(nèi)產(chǎn)生有一層金屬間化合物。
4、 如權(quán)利要求l至3中任意一項(xiàng)所述的印刷電路板組件，其特征在于， 所述第一印刷電路板、第二印刷電路板之間的空隙內(nèi)還填充有封膠或者固化 粘接片。
5、 如權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的印刷電路板組件，其特征在于， 所述第一印刷電路板、第二印刷電路板為普通電路板、載板，采用主動或者 被動式埋入技術(shù)形成的電路板中的任意一種。
6、 印刷電路板組件的制造方法，包括下列步驟51、 提供一塊第二印刷電路板，且所述第二印刷電路板的一面具有金屬 連接部；52、 提供一塊第一印刷電路板，且所述第一印刷電路板的一面具有金屬 連接部；53、 將所述第二印刷電路板和第一印刷電路板疊合，并使兩者的金屬連 接部緊貼，然后在真空環(huán)境下使用無需焊劑的焊接方法使兩者的金屬連接部 結(jié)合成一體。
7、 如權(quán)利要求6所述的印刷電路板組件的制造方法，其特征在于，所述 步驟Sl和S2內(nèi)均包含形成介質(zhì)層的步驟；所述形成介質(zhì)層的步驟為采用化 學(xué)或者物理的方法在所述金屬連接部上覆著一層金屬介質(zhì)層；所述金屬介質(zhì) 層為導(dǎo)電率需大于l(T7 (ohm cm) '1，且沒有放射性的單一金屬或者合金；所述 第一印刷電路板和第二印刷電路板結(jié)合后在金屬介質(zhì)層內(nèi)產(chǎn)生有一層金屬間 化合物。
8、 如權(quán)利要求6所述的印刷電路板組件的制造方法，其特征在于，所述 的熱壓，其熱壓溫度為150攝氏度至700攝氏度，熱壓壓力大于69千帕。
9、 如權(quán)利要求6至8中任意一項(xiàng)所述的印刷電路板組件的制造方法，其 特征在于，所述無需焊劑的焊接方法為熱壓力焊或者超聲波焊或者電磁焊。
10、 如權(quán)利要求6至8中任意一項(xiàng)所述的印刷電路板組件的制造方法， 其特征在于，所述第一印刷電路板、第二印刷電路板為普通電路板、載板， 以及采用主動或者被動式埋入技術(shù)形成的電路板中的任意一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種印刷電路板組件及其制造方法。該印刷電路板組件包括第一印刷電路板和第二印刷電路板，且第一印刷電路板和第二印刷電路板的一面均具有金屬連接部；制造時，將第一印刷電路板和第二印刷電路板疊合，且使兩者的金屬連接部緊貼，最后在真空環(huán)境下通過無需焊劑的焊接方法，將第一印刷電路板和第二印刷電路板直接結(jié)合在一起。采用本發(fā)明技術(shù)方案的印刷電路板組件及其制造方法，由于采用無需焊劑的焊接方法，將第一印刷電路板和第二印刷電路板直接結(jié)合在一起，因而避免了現(xiàn)有技術(shù)中焊劑對連接性能的影響；而且此種結(jié)合方式可以保證在整個金屬連接部上均可靠連接，因而也不會出現(xiàn)諸如現(xiàn)有技術(shù)中簡單機(jī)械連接所具有的問題。
文檔編號H05K3/36GK101400222SQ20081021708
公開日2009年4月1日 申請日期2008年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月20日
發(fā)明者劉德波, 孔令文 申請人:深圳市深南電路有限公司