CN104620683B - 印刷电路板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

通过用铝(Al)替换覆铜板(CCL)的铜箔来增加热辐射效率和挠曲强度的印刷电路板(PCB)及其制造方法被公开。制造方法包括(a)制备铝(Al)箔，(b)将Al箔接合到绝缘层的两侧，(c)形成穿过Al箔和绝缘层的通孔，(d)在绝缘层上通过将通孔的内表面的暴露部分金属化而形成金属层；(e)用锌(Zn)膜替换Al箔的表面；(f)通过相对于金属层和Zn膜的表面执行电镀而形成金属膜；以及(g)通过电镀在金属膜的表面上形成电镀膜。因此，即使在诸如震动、急剧温度变化等之类的恶劣环境下，也可防止衬底的损害。作为结果，可增加产品的可靠性。

Description

印刷电路板及其制造方法
技术领域
本发明涉及使用铝的印刷电路板(PCB)及其制造方法，并且更具体地涉及能够通过增加热辐射效率和挠曲强度在诸如振动、急剧温度变化等之类的恶劣环境下防止衬底的损害的PCB及其制造方法。
背景技术
一般地，印刷电路板(PCB)指代将各种元件通过集成布线电子连接或安装在零件上的该零件。随着技术的发展，PCB以各种形式被制造并且具有各种功能。随着包括家庭应用、通信设备、半导体设备、工业设备以及电动汽车控制的工业需求的增长，PCB的需求增加。特别是，随着电子零件变得小型化和现代化，PCB产品也变得更小、更轻以及更高的附加值。
这些电子设备的显著特征之一是电子设备由于变得多功能而消耗更多的电力，从而生成更多的热量。因此，有时候，电子零件的热量生成可确定用户满意度和购买标准。
按照惯例，多层PCB通过制备作为基板的覆铜板(CCL)以及在铜箔上累积形成电路图案的该铜箔。但是，使用铜(Cu)的常规的PCB受限于增加的热辐射效率。
因此，近来，具有比Cu更高的热导率的铝(Al)用在衬底中。
这样的技术的例子在2004年6月24日公开的日本专利公开号2004-179291中公开。
参考文献通过用Al替换绝缘层增加热辐射效率和挠曲强度，并且包括布置在两侧的电路。经由通孔处理形成表面粗糙度。同样，整个零件变为非导体。具有两个氧化极的Al致使与通孔的涂层紧密接触，并且在Al的两侧形成电路。Al的两极可被氧化10到100μm的深度。当深度是30μm时，Al不受电击的影响并且绝缘效率极佳。
发明内容
技术目标
但是，根据使用Al核的前述的PCB制造方法，因为Al具有比Cu更低的耐化学腐蚀性并且处于活性离子状态，所以在电解还原Cu电镀期间，Al核的表面可被腐蚀并且可发生不期望的化学反应。在这种情况下，由电解还原Cu电镀生成的Cu层不能完全地达到与布置在Cu层之下的Al核层的紧密接触。同样，即使在Cu电镀之后，由于接触力不足的缘故Cu层的表面可浮动，相应地降低产品的可靠性。
当由常规方法制造的PCB用于应用的温度范围相对稳定的办公自动装备、移动终端等时，Cu层的接触力可通过阳极化Al核来稳定。但是，当衬底应用于汽车的电子控制，特别是发动机室时，由于使用环境恶劣，所以可恶化Al膜和Cu层之间的接触。
另外，当衬底用于汽车时，可由于Al核和布置在Al核上的其它层之间热膨胀率不同的缘故而损害PCB。
具体地说，在半处理的Al的两侧上累积绝缘材料的方法中，由于电路腐蚀处理特性的缘故，绝缘层都连接到Al，并且因此不能形成独立的零件或电路。因此，当应用电流时，所有层的极性限于或正极或负极。因而，增加处理以制造多层衬底。同样，其受限于通过电路集成而简化产品。
本发明的一个方面提供能够增加热辐射效率和挠曲强度的PCB及其制造方法。
本发明的另一个方面提供在应用于汽车的恶劣环境下通过防止衬底的损害或破裂而增加产品的可靠性的PCB及其制造方法。
本发明的又一个方面提供了通过用比Cu相对轻的Al替换Cu而降低汽车电子零件的重量的PCB及其制造方法。
本发明的又一个方面提供了降低制造时间和成本的PCB及其制造方法。
本发明的又一个方面提供了能够实现必要的各种类型的电路的PCB及其制造方法，这是由于通过相对于绝缘材料累积Al的方法Al被接合到绝缘层并且由此通过电路集成而简化产品。
技术解决方案
按照本发明的一个方面，提供用于印刷电路板(PCB)的制造方法，方法包括步骤(a)制备铝(Al)箔；(b)将Al箔接合到绝缘层的两侧；(c)形成穿过Al箔和绝缘层的通孔；(d)在绝缘层上通过将通孔的内表面的暴露部分金属化而形成金属层；(e)用锌(Zn)膜替换Al箔的表面；(f)通过相对于金属层和Zn膜的表面执行电镀而形成金属膜；以及(g)通过电镀在金属膜的表面上形成电镀膜。
步骤(a)可包括通过蚀刻在Al箔上形成粗糙度。
可通过基于碱或基于酸的化学处理执行蚀刻。
步骤(b)可包括使用吸收Al箔的热膨胀的接合材料来接合Al箔和绝缘层。接合材料可包括基于聚酰亚胺或基于环氧的接合片。可通过将Al箔的上部和下部加热或加压而执行接合。金属层可在通孔的内表面中所暴露的接合材料的暴露部分上形成。
步骤(d)的金属层可包括碳电镀层。
步骤(f)的金属膜可通过电解还原电镀而形成。
步骤(g)可包括使用带电电镀形成电镀膜。
制造方法可进一步包括在电镀膜的表面上形成电路图案的步骤(h)，其中电路图案通过使用基于氯化物的材料酸蚀刻电镀膜和Al箔而形成。
按照例子，多层可通过重复步骤(a)和步骤(b)而形成。
按照本发明的一个方面，提供印刷电路板(PCB)，其包括衬底，其通过在绝缘层的两侧上接合Al箔而形成并且在其上形成通孔；金属层，其适合在绝缘层上将通孔的内表面的暴露部分金属化；锌(Zn)膜，其通过用Zn替换Al箔的表面而形成；金属膜，其通过相对于Zn膜执行置换电镀而形成；电镀膜，其布置在金属膜的表面上；以及电路图案，其通过蚀刻Al箔和电镀膜而形成。
Al箔可包含粗糙度，并且粗糙度可通过经由基于碱或基于酸的化学处理蚀刻而形成。
PCB可进一步包括接合Al箔和绝缘层的接合材料。
接合材料可包括基于聚酰亚胺或基于环氧的接合片。金属层可在通孔的内表面中所暴露的接合材料的暴露部分上形成。
衬底可作为多层衬底形成，该多层衬底通过制备多个绝缘层并且在每个绝缘层的两侧上接合Al箔而形成。
金属层可以是碳电镀层。
金属膜可以是通过电解还原电镀而形成的镍(Ni)膜。
电镀膜可通过带电电镀而形成。
电路图案可通过使用基于氯化物的材料酸蚀刻电镀膜和Al箔而形成。
基于氯化物的材料可包括氯化铁(FeCl3)、氯化铜(CuCl2)和次氯酸钠(NaOCl)中的至少一个。
该PCB可安装到汽车的电子零件。
另外，按照本发明的实施例，可以以各种形式实现电路。因此，可通过集成电路而简化产品。
附图说明
图1到11是按照本发明的实施例示出制造PCB的过程的截面图。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的实施例，在附图中示出其例子，其中通篇类似的参考标号指代类似的元件。为了解释本发明，通过参照图下面描述实施例。在本发明的描述中，如果相关公开领域或构造被确定为多余地使本发明的主题模糊，则省略它们。
在下文，参考图1到11将描述本发明的实施例的构造。
图1到11是按照本发明的实施例示出制造PCB的过程的截面图。
首先，如图1中所示，制备铝(Al)箔10。在Al箔10的表面上形成表面粗糙度以增加接合效率。例如，表面粗糙度可通过经由基于碱或基于酸的化学处理蚀刻而形成。执行基于硫酸盐的软蚀刻约一分钟。与一般的阳极化花费约6到10小时相比，软蚀刻可相当地减少用于形成表面粗糙度的时间。
其次，如图2中所示，使用具有高接合能力和绝缘功能的基于聚酰亚胺或基于环氧的粘合剂接合Al箔10。例如，如图1中所示，可使用基于聚酰亚胺的绝缘接合片30接合Al箔10。基于聚酰亚胺的接合片可具有与Al箔10相似的热膨胀系数。就是说，因为聚酰亚胺承受约400℃或更高的高温到约-269℃或更低的低温，所以根据Al的热膨胀系数(23.03×10-6/℃)的变化可被吸收。可以通过将Al箔10的上部和下部加热或加压而执行Al箔10和绝缘层20的接合。
其次，如图3中所示，从绝缘层20穿到Al箔10而形成通孔40。通孔40可通过钻孔、经由激光处理的冲孔、化学蚀刻等而形成。尽管在上面的说明中，在Al箔10和绝缘层20接合之后形成通孔40，但是这个方法不是限制性的。因此，可通过分别在Al箔10和绝缘层20处冲孔等而形成通孔，并且Al箔10和绝缘层20可被接合。备选地，可穿过Al箔10而提前形成孔，并且在绝缘层20的接合之后，可通过化学方法在与该孔对应的绝缘层20处形成通孔40。在下文，对于常规的解释，使用绝缘接合片30将Al箔10接合到绝缘层20的两侧并形成通孔40的结构将被称作“衬底”。可由通孔40在衬底上形成图案。
尽管本实施例示出通过在单个绝缘层20的两侧上接合Al箔10而形成的单层衬底的例子，但是本发明不限于此例子。通过制备多个绝缘层20并且在每个绝缘层20的两侧上接合Al箔10而形成的多层衬底可被应用。其次，如图4中所示，在衬底处形成的通孔40的内表面上形成金属层50，以将绝缘层20和绝缘接合片30金属化。金属层50可通过碳电镀层的直接电镀而形成。因此，当提供金属层50时，碳可渗透到绝缘层20和绝缘接合片30中，由此导通在衬底上部和下部处形成的Al箔10。
其次，如图5中所示，相对于金属层50可执行锌酸盐处理，由此用锌(Zn)层60替换Al箔10的表面的预定厚度。当执行锌酸盐处理时，除金属层50之外，通过衬底的通孔40的内表面而暴露的Al箔10的侧表面可选择性地被Zn膜60替换。就是说，如图5中所示，在锌酸盐处理期间，Al箔10的表面的一部分被Zn膜60替换。锌酸盐处理指代用Zn替换金属表面的方法，在大气中诸如Al之类的金属倾向于被氧化。
按照本实施例，因为Al箔10的表面通过锌酸盐处理而被Zn膜60替换，所以可在电解还原电镀或带电电镀期间增加Al箔10的表面的接触力。
另外，如图6中所示，执行电解还原电镀以形成具有相对于Zn膜60的高耐化学腐蚀性的金属膜，并且作为电解还原电镀，使用金属层执行电解(恢复)或置换电镀。例如，通过使用Ni执行带电电镀在金属层50和Zn膜60上形成镍(Ni)膜70。这里，Ni膜70可通过在电解还原电镀方法中花费相对较低生产成本的电解(恢复)而形成。在图6中，Ni膜70可通过相对于Zn膜60执行Ni电解(恢复)而形成。但是，取决于条件，Zn膜60可被Ni膜70替换。在这种情况下，Zn膜60的表面的完整或仅部分厚度可被Ni膜70替换。因此，即使在Ni置换电镀之后，Zn膜60的部分也可残留在Al箔10的表面上。
当执行Zn膜60的电镀时，具有高耐化学腐蚀性的另外的金属可用来替换Ni。例如，可使用金(Au)或银(Ag)。但是，考虑到材料成本，示范性使用Ni用于Zn膜60的电镀。
按照实施例，Zn膜60和将要被描述的层的铜(Cu)电镀膜80之间的接合可通过形成Ni膜70而增加。详细地说，因为Zn和Ni之间以及Ni和Cu之间的接合高于Zn和Cu之间的接合，所以当在Zn膜60和Cu电镀膜80之间形成Ni膜70时，在接合和表面强度增大的同时可阻止Zn膜60的腐蚀。
其次，如图7中所示，电镀膜80可通过在包括通孔40的Ni膜70的全部表面上带电电镀而形成。电镀膜80可以是通过带电电镀而形成的Cu膜。电镀膜80可形成约20μm或以上的厚度。可根据电学特性控制电镀膜80的厚度。
电解还原电镀或带电电镀可用作用于形成电镀膜80的方法。按照本实施，电镀膜80可通过带电电镀而形成。在这种情况下，在增加膜的质量和强度的同时可降低生产成本。
按照本实施例，因为Al箔10的表面和通孔40的内表面包括Ni膜70，所以整个膜是导电的。因此，可执行带电电镀。当执行电解还原电镀时，在预定的电镀溶剂中浸渍产品，在用于电解还原Cu电镀的用作催化剂的钯(Pd)和Zn之间发生置换，由此生成大量的氢。另外，生成容易污染电镀溶剂的Pd和Zn的化合物。相反，当执行带电电镀时，可解决无电电镀的问题并且可降低成本。
其次，如图8中所示，干燥膜90可应用到电镀膜80的表面。如图9中所示，使刻版膜匹配并且提供预定时间的曝光，从而显影所需图案91。
其次，如图10中所示，基于残留在电镀膜80表面上的干燥膜90，可使用诸如氯化铁(FeCl3)、氯化铜(CuCl2)和次氯酸钠(NaOCl)等之类的基于氯化物的材料相对于图案91执行酸蚀刻。通过酸蚀刻，Zn膜60、Ni膜70、电镀膜80和Al箔10被移除，从而形成孔92，其中将要形成用户所需电路。
其次，如图11中所示，干燥膜90被剥离。就是说，按照本发明的实施例，通过镶板形成电镀膜并且形成所需电路。
如上所述，按照本发明实施例，PCB可应用于汽车的电子零件。
尽管已示出和描述本发明的一些实施例，但是本发明不限于所描述的实施例。相反，本领域技术人员将理解，可在不脱离本发明的原理和精神的前提下对这些实施例作出改变，其范围由权利要求及其等同限定。
虽然参照具体的优选实施例已描述本公开，但是对于本领域技术人员来说可发生在本公开的精神和范围内的变动。例如，即使当所描述的技术以不同的顺序执行和/或所描述的***、结构、装置、电路等以与上述不同的方式连接或组合或用其它组件或等价物替换时，仍可实现适当的结果。
因此，要求保护的其它实施例和等同在权利要求的范围内。

Claims (24)

1.一种用于印刷电路板的制造方法，所述方法包括以下步骤：
(a)制备铝箔；
(b)将所述铝箔接合到绝缘层的两侧；
(c)形成穿透所述铝箔和所述绝缘层的通孔；
(d)在所述绝缘层上通过将所述通孔的内表面的暴露部分金属化而形成金属层；
(e)用锌膜替换所述铝箔的表面；
(f)通过相对于所述金属层和所述锌膜的表面执行电镀而形成金属膜，其中，所述锌膜的表面的完整或部分厚度被所述金属膜替换；以及
(g)通过电镀在所述金属膜的表面上形成电镀膜。
2.如权利要求1所述的制造方法，其中，所述步骤(a)包括通过蚀刻在所述铝箔上形成粗糙度。
3.如权利要求2所述的制造方法，其中通过基于碱或基于酸的化学处理执行所述蚀刻。
4.如权利要求1所述的制造方法，其中，所述步骤(b)包括使用吸收所述铝箔的热膨胀的接合材料来接合所述铝箔和所述绝缘层。
5.如权利要求4所述的制造方法，其中，所述接合材料包括基于聚酰亚胺或基于环氧的接合片。
6.如权利要求4所述的制造方法，其中，通过将所述铝箔的上部和下部加热或加压而执行所述接合。
7.如权利要求4所述的制造方法，其中，所述金属层在所述通孔的内表面中所暴露的所述接合材料的暴露部分上形成。
8.如权利要求1所述的制造方法，其中，所述步骤(d)的所述金属层包括碳电镀层。
9.如权利要求1所述的制造方法，其中，所述步骤(f)的所述金属膜通过电解还原电镀而形成。
10.如权利要求1所述的制造方法，其中，所述步骤(g)包括使用带电电镀形成所述电镀膜。
11.如权利要求1所述的制造方法，进一步包括在所述电镀膜的表面上形成电路图案的所述步骤(h)，
其中，所述电路图案通过使用基于氯化物的材料酸蚀刻所述电镀膜和所述铝箔而形成。
12.如权利要求1所述的制造方法，其中多层通过重复所述步骤(a)和所述步骤(b)而形成。
13.一种印刷电路板，包括：
衬底，其通过在绝缘层的两侧上接合铝箔而形成并且在其上形成通孔；
金属层，其适合在所述绝缘层上将所述通孔的内表面的暴露部分金属化；
锌膜，其通过用锌替换所述铝箔的表面而形成；
金属膜，其通过相对于所述金属层和所述锌膜执行置换电镀而形成，其中，所述锌膜的表面的完整或部分厚度被所述金属膜替换；
电镀膜，其布置在所述金属膜的表面上；以及
电路图案，其通过蚀刻所述铝箔和所述电镀膜而形成。
14.如权利要求13所述的印刷电路板，其中，所述铝箔包括粗糙度；并且
所述粗糙度通过经由基于碱或基于酸的化学处理蚀刻而形成。
15.如权利要求13所述的印刷电路板，进一步包括：
接合所述铝箔和所述绝缘层的接合材料。
16.如权利要求15所述的印刷电路板，其中，所述接合材料包括基于聚酰亚胺或基于环氧的接合片。
17.如权利要求15所述的印刷电路板，其中，所述金属层在所述通孔的内表面中所暴露的所述接合材料的暴露部分上形成。
18.如权利要求13所述的印刷电路板，其中，所述衬底作为多层衬底形成，所述多层衬底通过制备多个绝缘层并且在每个绝缘层的两侧上接合铝箔而形成。
19.如权利要求13所述的印刷电路板，其中，所述金属层是碳电镀层。
20.如权利要求13所述的印刷电路板，其中，所述金属膜是通过电解还原电镀而形成的镍(Ni)膜。
21.如权利要求13所述的印刷电路板，其中，所述电镀膜通过带电电镀而形成。
22.如权利要求13所述的印刷电路板，其中，所述电路图案通过使用基于氯化物的材料酸蚀刻所述电镀膜和所述铝箔而形成。
23.如权利要求22所述的印刷电路板，其中所述基于氯化物的材料包括氯化铁(FeCl3)、氯化铜(CuCl2)和次氯酸钠(NaOCl)中的至少一个。
24.如权利要求13到23中任一项所述的印刷电路板，其中，所述印刷电路板安装到汽车的电子零件。
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