一种嵌合式印制结构件的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种嵌合式印制结构件的制备方法，包括以下操作：以机箱盖板的一面作为基准面，根据电路图形底片在基准面上确定固定位和电路图形的边框；将基准面平整后，对机箱盖板表面进行绝缘处理，在其表面形成散热绝缘层；在基准面的散热绝缘层上涂覆导热绝缘层；在导热绝缘层上加载铜箔，在铜箔表面上制作电路图形；电路图形制作完成后覆盖保护层，将机箱盖板加工成形；对机箱盖板外露面进行表面防护处理，并在外露面上涂覆热控材料。印制电路上所连接的大功率元件散发的热量将通过传导直接到机箱盖板，再通过机箱盖板将热量辐射到外部环境，实现热量快速散发到外围空间，避免了箱内其余器件受到高温的影响，为整机稳定、可靠运行提供了保障。
【专利说明】一种嵌合式印制结构件的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于功率电子产品的散热【技术领域】，涉及一种嵌合式印制结构件的制备方法。
【背景技术】
[0002]电子产品的日益小型化及高密度组装技术的应用对产品的散热效果提出较高的要求，尤其是功率电子产品对散热的需求更为迫切。印制板作为电子产品的主要部件，起着支撑和传导作用，其上承载的功率器件及导线在工作时会产生大量的热，为保证器件和产品稳定运行，避免热量的局部聚集带来的严重后果，必须对印制板进行有效的散热设计，使电路产生的热量快速排出，以确保产品的安全性、使用寿命和可靠性。
[0003]如图1所示，电子产品的印制件一般通过锁紧机构固定于机箱的卡槽内，这样，器件和回路产生的热量通过热辐射的方式传导到导热板上，再由导热板通过固定板条和锁紧机构传至机箱，最后由机箱散发到周围空间；这种散热方式因导热环节多及粘接胶与印制板上的阻焊膜的影响，热量散发效果较差；尤其对于大功率器件，就很难满足工作要求。此夕卜，该结构为了固定印制件，采用了散热板、固定板条、锁紧装置等复杂系统。
[0004]随着电子产品高密度组装及器件高度集成技术的发展，散热问题已成为高科技产品，尤其是功率控制仪器迫切要解决的技术难题。有效解决印制板散热问题是进行产品热设计时必须考虑的内容。常采用的方法是:⑴在器件底部放置金属基导热板；⑵器件用导热胶和印制板粘在一起采用金属基或金属芯印制板J4)采用散热块或导热条；(5)机箱表面处理采用热控涂层等措施。经测试，以上措施虽有散热作用，但多处存在热阻，散热环节多，占用机箱箱内空间，散热面积小、增加整机重量等缺点，功率器件或功率控制电路板的散热效果不佳。
【发明内容】
[0005]本发明解决的问题在于提供一种嵌合式印制结构件的制备方法，利用铝基机箱箱体作为印制板散热基板，可实现热量高效散发到机箱外围空间。
[0006]本发明是通过以下技术方案来实现:
[0007]一种嵌合式印制结构件的制备方法，包括以下操作:
[0008]I)以机箱盖板的一面作为基准面，根据电路图形底片在基准面上确定固定位和电路图形的边框；
[0009]2)将基准面平整后，对机箱盖板表面进行绝缘处理，在其表面形成散热绝缘层；在基准面的散热绝缘层上涂覆导热绝缘层；
[0010]3)在导热绝缘层上加载铜箔，在铜箔表面上制作电路图形；
[0011]4)电路图形制作完成后覆盖保护层，将机箱盖板加工成形；
[0012]5)对机箱盖板外露面进行表面防护处理，并在外露面上涂覆热控材料。
[0013]选择与机箱盖板的尺寸及结构设计相匹配的板材，经平整加工后确定一面作为基准面以在其表面制作电路图形；并在基准面上确定电路图形的布设区域。
[0014]所述的步骤2)中的绝缘处理为:
[0015]对机箱盖板的基准面进行喷砂处理后，将机箱盖板浸入到复合电解液中，以其作为阳极，阳极与阴极之间施加15?20V，以I?2.5A/dm2的电流密度进行电化学处理I?3h，在机箱盖板上形成散热绝缘层；
[0016]所述的复合电解液中包括150?220g/L的硫酸，10?20g/L的草酸。
[0017]所述的步骤2)中的导热绝缘层的涂覆为:
[0018]对散热绝缘层干燥处理之后，在散热绝缘层上丝网漏印一层导热绝缘胶；或者，在散热绝缘层上覆盖半固化的导热粘接片。
[0019]所述的散热绝缘层的厚度为20?30 μ m,导热绝缘层的厚度为100?200 μ m，散热绝缘层和导热绝缘层的击穿电压达1000V?1500V，漏电电流不超过0.05mA。
[0020]所述的步骤3)中铜箔的加载为:
[0021]在真空条件下，将可制作电路图形的铜箔平铺在具有粘结性的导热绝缘层上，在150?200°C下施加200?350psi的压力，保持2?3h，将铜箔加载在导热绝缘层上。
[0022]所述的步骤3)中铜箔表面上制作电路图形是按照单面印制板工艺进行的。
[0023]所述在电路图形制作完成后，按照电路图形边线用免转移胶带保护电路图形，免转移胶带与电路图形之间不能有缝隙存在。
[0024]所述的机箱盖板加工成形是依据机箱盖板的结构图，采用铣床铣削成形，然后在其外表面进行局部遮蔽防护后进行表面处理。
[0025]所述在外露面上涂覆热控材料是在机箱盖板外露面喷涂热控漆。
[0026]与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果:
[0027]本发明提供的嵌合式印制结构件的制备方法，是将机加工艺、功能性表面处理工艺及多层印制板工艺进行集成，利用铝基机箱箱体作为印制板散热基板，经过表面处理后具有良好吸附性、散热性和绝缘性，与印制电路图形通过导热绝缘层连接；印制图形之外的区域在印制图形制作完成后进行机械加工，再经过局部表面处理后涂覆热辐射层，热发射率可以大于0.80 ;由于将印制电路图形制作在该箱体的内表面，功率器件集中焊装在该表面，机箱盖板直接与外部环境相接触，当其内表面与印制电路图形通过高导热绝缘层紧密连接，其余部位经过局部表面处理后涂覆热控涂层，调高了热发射率；印制电路上所连接的大功率元件散发的热量将通过传导直接到铝基机箱盖板，再通过铝基机箱盖板将热量辐射到外部环境，实现热量快速散发到外围空间，避免了箱内其余器件受到高温的影响，为整机稳定、可靠运行提供了保障。
[0028]本发明提供的嵌合式印制结构件的制备方法，经对基板进行粗化绝缘处理后用导热绝缘胶或导热粘接片压制铜箔，利用普通印制板生产线完成了印制图形的制作，该图形也可以是多层，但需单面焊接；在印制图形制作后依然可以进行结构尺寸的加工及表面处理，缩短了散热路径，有效提高了器件与线路产生的热量，解决了功率器件和功率电子产品的散热问题；在某功率产品上得到成功应用(回路电流为30?40A)，使用后使机箱表面温度保持在38°C以下.[0029]本发明提供的嵌合式印制结构件的制备方法，由于印制电路图形直接嵌合在电子产品机箱的壁板或盖板上，因而简化了锁紧机构、固定板条和导热板，减轻了机箱重量；适用于大功率电源、高密度组装产品、汽车电子、LED产品等领域，散热良好，功能元件、印制电路板及整机运行稳定。
[0030]本发明提供的嵌合式印制结构件的制备方法，通过对盖板进行散热绝缘处理后，再结合印制板生产工艺，能够实现箱体结构尺寸和印制板的布图尺寸的统一，而且定位准确，制作简便。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1是现有机箱内部结构示意图；
[0032]图2是嵌合式散热印制结构件示意图；
[0033]图3是嵌合式散热印制结构件剖面图；
[0034]图4是压制铜箔后的剖面图；
[0035]图5是加工后最终广品不意图；
[0036]图6是表面处理示意图。
【具体实施方式】
[0037]下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
[0038]本发明提供的嵌合式印制结构件的制备方法，包括以下操作:
[0039]I)以机箱盖板的一面作为基准面，根据电路图形底片在基准面上确定固定位和电路图形的边框；
[0040]2)将基准面平整后，对机箱盖板表面进行绝缘处理，在其表面形成散热绝缘层；在基准面的散热绝缘层上涂覆导热绝缘层；
[0041]3)在导热绝缘层上加载铜箔，在铜箔表面上制作电路图形；
[0042]4)电路图形制作完成后覆盖保护层，将机箱盖板加工成形；
[0043]5)对机箱盖板外露面进行表面防护处理，并在外露面上涂覆热控材料。
[0044]嵌合式印制结构件的制备方法，是一种包含一块功能印制电路板和铝基板(电子产品机箱的壁板或盖板)的散热印制结构件制作方法，其中金属铝基板一面经过表面处理后(具有良好吸附性、散热性和绝缘性)，与印制电路图形通过导热绝缘层连接；印制图形之外的区域在印制图形制作完成后进行机械加工，再经过局部表面处理后涂覆热辐射层。印制件上的功率元件和线路产生的热量通过传导直接到达机箱表面，再通过高辐射率涂层将热量辐射到外部环境。由于电路板直接嵌合在电子产品机箱的壁板或盖板上，因而简化了锁紧机构、固定板条和导热板，减轻了机箱重量。
[0045]具体的，所述的步骤2)中的绝缘处理为:
[0046]对机箱盖板的基准面进行喷砂处理后，将机箱盖板浸入到复合电解液中，以其作为阳极，阳极与阴极之间施加15?20V，以I?2.5A/dm2的电流密度进行电化学处理I?3h，在机箱盖板上形成散热绝缘层；
[0047]所述的复合电解液中包括150?220g/L的硫酸，10?20g/L的草酸。
[0048]所述的步骤2)中的导热绝缘层的涂覆为:
[0049]对散热绝缘层干燥处理之后，在散热绝缘层上丝网漏印一层导热绝缘胶(可选用商品化的产品)；或者，在散热绝缘层上覆盖半固化的导热粘接片(可选用商品化的产品)。
[0050]所述的散热绝缘层的厚度为20?30 μ m,导热绝缘层的厚度为100?200 μ m，散热绝缘层和导热绝缘层的击穿电压达1000V?1500V，漏电电流不超过0.05mA。
[0051]所述的步骤3)中铜箔的加载为:
[0052]在真空条件下，将可制作电路图形的铜箔平铺在具有粘结性的导热绝缘层上，在150?200°C下施加200?350psi的压力，保持2?3h，将铜箔加载在导热绝缘层上。
[0053]所述的步骤3)中铜箔表面上制作电路图形是按照单面印制板工艺进行的。
[0054]所述在电路图形制作完成后，按照电路图形边线用免转移胶带保护电路图形，免转移胶带与电路图形之间不能有缝隙存在。
[0055]所述的机箱盖板加工成形是依据机箱盖板的结构图，采用铣床铣削成形，然后在其外表面进行局部遮蔽防护后进行表面处理。
[0056]所述在外露面上涂覆热控材料是在机箱盖板外露面喷涂热控漆(可选用商品化的产品)。
[0057]下面结合附图给出具体的实施例。
[0058]实施例1
[0059]参见图2?图6，一种嵌合式印制结构件的制备方法，包括以下操作:
[0060]I)以机箱盖板的一面作为基准面，根据电路图形底片在基准面上确定固定位和电路图形的边框；
[0061]具体的，根据机箱铝盖板图纸尺寸及结构确定下料尺寸，六个面经粗加工见光后，确定基准面；按照铝板长宽尺寸设置底片四周框线、电路图形边线和定位点；用于印制电路图形制作时对位，保证印制图形与盖板结构尺寸；
[0062]按照铝板外形尺寸和定位点尺寸用数控钻点孔；再用台钻钻孔，去除毛刺；
[0063]2)将基准面平整后，对机箱盖板表面进行绝缘处理，在其表面形成散热绝缘层；在基准面的散热绝缘层上涂覆导热绝缘层；
[0064]具体的，对铝板单面进行喷砂处理后进行电化学处理:将机箱盖板浸入到复合电解液中，以其作为阳极，阳极与阴极之间施加15?20V，以2?2.5A/dm2的电流密度进行电化学处理1.5?2h，在机箱盖板上形成散热绝缘层；所述的复合电解液中包括200?220g/L的硫酸，10?15g/L的草酸；
[0065]对散热绝缘层干燥处理之后，在散热绝缘层上丝网漏印一层导热绝缘胶；散热绝缘层、导热绝缘层如图3所示；
[0066]3)在导热绝缘层上加载铜箔，在铜箔表面上制作电路图形；
[0067]具体的，在真空条件下，将可制作电路图形的铜箔平铺在具有粘结性的导热绝缘层上，在150?200°C下施加200?350psi的压力，保持2?3h，将铜箔加载在导热绝缘层上,如图4所示；
[0068]制作电路图形是按照单面印制板工艺制作电路图形，工艺流程是:作图一保护暴露基材一蚀刻一退膜一图形表面处理一丝印阻焊膜一热风整平一丝印字符一检验。重要环节是:对铜箔进行化学处理后印制或压制感光膜，根据感光膜选用蚀刻方法(酸性或碱性)；蚀刻时应保护好暴露基材，避免基材腐蚀；丝印阻焊膜前应对电路图形进行表面处理，保证膜层结合力与外观的一致性；[0069]4)电路图形制作完成后覆盖保护层，将机箱盖板加工成形；
[0070]具体的，在电路图形制作完成后，按照电路图形边线用免转移胶带保护电路图形，免转移胶带与电路图形之间不能有缝隙存在；依据机箱盖板的结构图，采用铣床铣削成形，然后在其外表面进行局部遮蔽防护后进行表面处理。
[0071]5)对机箱盖板外露面进行表面防护处理，并在外露面上涂覆热控材料。
[0072]具体的，在机箱盖板外露面喷涂热控漆(可选用商品化的产品)。
[0073]实施例2
[0074]参见图2?图6，一种嵌合式印制结构件的制备方法，包括以下操作:
[0075]I)以机箱盖板的一面作为基准面，根据电路图形底片在基准面上确定固定位和电路图形的边框；
[0076]具体的，机箱铝盖板下料，尺寸比图纸尺寸的长度和宽度大5mm?IOmm ;厚度比图纸尺寸大6mm?8mm ;利用刨床刨削两面至厚度大于图纸要求0.5?0.8mm,用统床统削四
周至光面，测量长、宽，并记录，确定基准面；
[0077]光绘印制电路图形底片，在四角设置# 2?f 3_定位点，按照铝板长宽尺寸设置四周框线；阻焊和字符光绘底片采取同样的定位方法，并增加电路图形边线；
[0078]以确定的基准面、铝板外形尺寸及光绘定位点尺寸编制钻孔文件，用数控钻点孔；再用台钻钻孔，去除毛刺；
[0079]2)将基准面平整后，对机箱盖板表面进行绝缘处理，在其表面形成散热绝缘层；在基准面的散热绝缘层上涂覆导热绝缘层；
[0080]具体的，对铝板单面进行喷砂处理后进行电化学处理:将机箱盖板浸入到复合电解液中，以其作为阳极，阳极与阴极之间施加15?18V，以1.5?2.0A/dm2的电流密度进行电化学处理1.5?2h，在机箱盖板上形成散热绝缘层；所述的复合电解液中包括180?200g/L的硫酸，12?15g/L的草酸；其中散热绝缘层的厚度20?30 μ m具有绝缘和散热功倉泛，
[0081]对散热绝缘层干燥处理之后，在散热绝缘层上覆盖半固化的导热粘接片；
[0082]该散热绝缘层和导热绝缘层具有良好的粘附力，击穿电压可达1000V?1500V，漏电电流不超过0.05mA ；
[0083]3)在导热绝缘层上加载铜箔，在铜箔表面上制作电路图形；
[0084]具体的，在喷砂面采用高导热绝缘胶或导热粘接片压制铜箔(铜箔厚度应满足印制电路设计要求)，如有多层电路图形，可在内层薄片制作完成后进行压制；
[0085]在真空条件下，将可制作电路图形的铜箔平铺在具有粘结性的导热绝缘层上，在180?200°C下施加250?300psi的压力，保持2.5?3h，将铜箔加载在导热绝缘层上；
[0086]制作印制图形:按照单面印制板工艺制作电路图形，即:作图一蚀刻一丝印阻焊膜一热风整平一丝印字符一检验，作图和丝印阻焊前应对铜箔和导线进行化学处理；
[0087]4)电路图形制作完成后覆盖保护层，将机箱盖板加工成形；
[0088]具体的，按照电路图形边线用免转移胶带保护图形，注意不能有缝隙存在和保证平整性。依据结构图，编制机械加工工艺文件，采用普通铣床或加工中心完成铣削，在完成钳工序内容，经检验合格后进行局部电镀和喷漆；处理前应对铝基板进行局部遮蔽防护后做表面处理。[0089]5)对机箱盖板外露面进行表面防护处理，并在外露面上涂覆热控材料。
[0090]具体的，外表面涂覆热控涂料(可选用商品化的产品)。热控涂料具有较高的热辐射率，能够将印制结构件的工作热快速、高效的辐射到外围空间。表面处理部位如图6所不；最后的广品如图5所不。
[0091]本发明提供的嵌合式印制结构件的制备方法，利用铝基机箱箱体作为印制板散热基板，将印制电路图形制作在该箱体的内表面，适用于功率产品、汽车电子、LED产品等领域；已成功用于某功率控制仪器，其散热性、绝缘性、装饰性、可实施性及耐蚀防护性均通过各项测试及试验，散热良好，器件、线路板及整机运行稳定。
【权利要求】
1.一种嵌合式印制结构件的制备方法，其特征在于，包括以下操作: 1)以机箱盖板的一面作为基准面，根据电路图形底片在基准面上确定固定位和电路图形的边框； 2)将基准面平整后，对机箱盖板表面进行绝缘处理，在其表面形成散热绝缘层；在基准面的散热绝缘层上涂覆导热绝缘层； 3)在导热绝缘层上加载铜箔，在铜箔表面上制作电路图形； 4)电路图形制作完成后覆盖保护层，将机箱盖板加工成形； 5)对机箱盖板外露面进行表面防护处理，并在外露面上涂覆热控材料。
2.如权利要求1所述的嵌合式印制结构件的制备方法，其特征在于，选择与机箱盖板的尺寸及结构设计相匹配的板材，经平整加工后确定一面作为基准面以在其表面制作电路图形；并在基准面上确定电路图形的布设区域。
3.如权利要求1所述的嵌合式印制结构件的制备方法，其特征在于，所述的步骤2)中的绝缘处理为: 对机箱盖板的基准面进行喷砂处理后，将机箱盖板浸入到复合电解液中，以其作为阳极，阳极与阴极之间施加15?20V,以I?2.5A/dm2的电流密度进行电化学处理I?3h,在机箱盖板上形成散热绝缘层； 所述的复合电解液中包括150?220g/L的硫酸，10?20g/L的草酸。
4.如权利要求1所述的嵌合式印制结构件的制备方法，其特征在于，所述的步骤2)中的导热绝缘层的涂覆为: 对散热绝缘层干燥处理之后，在散热绝缘层上丝网漏印一层导热绝缘胶；或者，在散热绝缘层上覆盖半固化的导热粘接片。
5.如权利要求1所述的嵌合式印制结构件的制备方法，其特征在于，所述的散热绝缘层的厚度为20?30 μ m，导热绝缘层的厚度为100?200 μ m，散热绝缘层和导热绝缘层的击穿电压达1000V?1500V，漏电电流不超过0.05mA。
6.如权利要求1所述的嵌合式印制结构件的制备方法，其特征在于，所述的步骤3)中铜箔的加载为: 在真空条件下，将可制作电路图形的铜箔平铺在具有粘结性的导热绝缘层上，在150?200°C下施加200?350psi的压力，保持2?3h，将铜箔加载在导热绝缘层上。
7.如权利要求1所述的嵌合式印制结构件的制备方法，其特征在于，所述的步骤3)中铜箔表面上制作电路图形是按照单面印制板工艺进行的。
8.如权利要求1所述的嵌合式印制结构件的制备方法，其特征在于，所述在电路图形制作完成后，按照电路图形边线用免转移胶带保护电路图形，免转移胶带与电路图形之间不能有缝隙存在。
9.如权利要求1所述的嵌合式印制结构件的制备方法，其特征在于，所述的机箱盖板加工成形是依据机箱盖板的结构图，采用铣床铣削成形，然后在其外表面进行局部遮蔽防护后进行表面处理。
10.如权利要求1所述的嵌合式印制结构件的制备方法，其特征在于，所述在外露面上涂覆热控材料是在机箱盖板外露面喷涂热控漆。
【文档编号】H05K7/20GK103702545SQ201310665087
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月9日 优先权日:2013年12月9日
【发明者】杨胜利 申请人:中国航天科技集团公司第九研究院第七七一研究所