一种嵌入式强电流大功率pcb板及其制作方法

xiaoxiao2020-9-10  7

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专利名称:一种嵌入式强电流大功率pcb板及其制作方法
技术领域
本发明属于PCB板制造技术领域,特别是一种嵌入式强电流大功率PCB板及其制 作方法,主要用于强电流大功率电子产品的功率部份与控制部份的整合。
背景技术
印刷电路板(Printed Circuit Board)简称PCB,又称印制板,是电子产品的重要 部件之一。用印制电路板制造的电子产品具有可靠性高、一致性好、机械强度高、重量轻、体 积小、易于标准化等优点。几乎每种电子设备,小到电子手表、计算器,大到计算机、通信设 备、电子雷达系统,只要存在电子元器件,它们之间的电气互连就要使用印制板。在电子技术发展的早期,电路由电源、导线、开关和元器件构成。元器件都是用导 线连接的,而元件的固定是在空间中立体进行的。随着电子技术的发展,电子产品的功能、 结构变得很复杂,元件布局、互连布线都受到很大的空间限制,如果用空间布线方式,就会 使电子产品变得眼花缭乱。因此就要求通过PCB板对电子元件和布线进行规划。而随着电子产品向轻量化和便携化的发展,PCB板不仅并存了其原有的电气互联 和支撑元器件的作用,还起到将功率部份与控制部份进行整合的作用。然而如图1所示,为 实现功率部份与控制部份的功能,目前大多数的强电流大功率电子产品在与大电流输出、 仪器输入端连接时,都是采用一定厚度的金属块导体(铜排)进行互联,同时在互联的电路 输出、输入端用电线进行连接,以实现电路控制部份功能的正常化。这种连接方式虽然能将强电流大功率电子产品的功率部份与电路控制等部份组 合在一起达到产品之功能,但是其组装工序复杂、通过电线连接的连接端容易松动、高低压 强弱电流不能同时进行,只能分开独立;而且线路凌乱、占用空间大,金属块导体(铜排)裸 露在空气中容易氧化和腐蚀,需要采用较厚的金属块导体,导致成本较高。

发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种嵌入式强电流大功率PCB板及其制作方 法,以解决目前强电流大功率电子产品在功率与控制部份整合过程中所存在的组装工序复 杂、连接端容易松动、高低压强弱电流不能同时进行以及线路凌乱、占用空间大,成本较高 等问题。为实现上述目的,本发明主要采用以下技术方案一种嵌入式强电流大功率PCB板,包括芯板(1)和设置于芯板(1)上表面的第一 铜箔层、芯板(1)下表面的第二铜箔层(5),所述第一铜箔层(4)通过第一半固化片(2) 压合在芯板(1)的上表面,所述第二铜箔层( 通过第二半固化片C3)压合在芯板(1)的下 表面,所述芯板(1)上还设有至少一个镂空槽(101),该镂空槽(101)中固定卡嵌有一形状 与镂空槽(101)相同、且厚度不大于芯板(1)的导体结构件(6),所述导体结构件(6)上设 置有至少两个贯穿的导线孔(601),所述第一铜箔层(4)上设置有与上述导线孔(601)对应 的第一穿孔G01),第二铜箔层(5)上设置有与上述导线孔(601)对应的第二穿孔(501),所述导线孔(601)、第一穿孔001)、第二穿孔(501)贯穿连通;所述第一半固化片(2)上设 置有与导线孔(601)对应的第一通孔001),第二半固化片(3)上设置有与导线孔(601)对 应的第二通孔(301)。其中所述镂空槽(101)为封闭式固定槽,该封闭式固定槽四边位于芯板(1)内,且 导体结构件(6)固定卡嵌于该封闭式固定槽中,金属导体板可以全部嵌入在芯板中。其中所述镂空槽(101)为开放式固定槽,该开放式固定槽位于芯板(1)上,且贯穿 芯板(1)两侧或一侧,导体结构件(6)固定卡嵌于该开放式固定槽中,且导体结构件(6)的 两端位于芯板(1)两侧外部的两侧或一侧,金属导体板可以部份嵌入在芯板中;对于金属 导体板部份嵌入在芯板,其余部份裸露在芯板外部,裸露在外部的金属导体板表面不需要 绝缘层进行保护,裸露在外部的部份金属导体板可以任意长度进行任意形状制作,可以形 成多维的立体空间进行任意的连接。其中所述导体结构件(6)为一金属导体板,金属导体板根据设计嵌入芯板中的形 状进行成型,成型尺寸不大于在芯板的镂空槽尺寸,金属导体板的厚度和尺寸不受任何限 制。其中所述导体结构件(6)由多个金属导体板相互叠加而成,且相邻两金属导体板 之间通过绝缘层隔离,金属导体板根据设计嵌入芯板中的形状进行成型,成型尺寸不大于 在芯板的镂空槽尺寸,金属导体板的厚度和尺寸不受任何限制。另外本发明还提供了一种嵌入式强电流大功率PCB板的制作方法,其具体包括步 骤(1)、在芯板上铣出镂空槽;O)、将形状与上述镂空槽相同、且厚度不大于芯板的导体结构件固定卡嵌在上述 镂空槽中;(3)、将第一铜箔层通过第一半固化片压合在芯板的上表面,将第二铜箔层通过第 二半固化片压合在芯板的下表面;0)、对上述压合好的产品进行钻孔,并对第一铜箔层、第二铜箔层进行图像转移 和图形制作,在铜箔层上形成设计所需线路和满足大功率及电路控制的部份,同时对上述 钻孔后形成的通孔进行孔金属化处理,获得所需的孔壁铜厚度,之后再对产品进行阻焊制 作;(5)、在阻焊后产品上需要连接导体结构件的相应位置处进行盲沉镂空,露出导体 结构件并在该导体结构件上进行钻孔,形成与外部其它连接件进行连接的导线孔。其中步骤(1)和步骤⑵之间还包括对导体结构件进行棕/黑化处理,由于导体结构件是金属块,需要进行对导体结 构件进行超粗化,超粗化完成后进行常规的棕化处理,棕化处理包括酸除油一三级水洗一 碱除油一三级水洗一预棕化一棕化一五级水洗一吸干一烘干;超粗化是对金属块表面形成 微观凹凸不平的表面,增大金属块表面的比表面积,在金属块凹凸不平的表面上进行棕化, 形成有机金属膜,使压合过程中半固化片在高温条件下流动的胶与有机金属膜牢固结合在 一起。其中步骤(5)后还包括(6)、对上述导线孔进行孔金属化处理。
与现有技术相比,本发明将导体结构件嵌入到PCB板的内层中,利用导体结构件 上的导线孔形成大电流输出端与仪器输入端的互联,同时通过PCB板铜箔层上的线路实现 对电路的控制,从而取代电线连接,解决了强电流大功率电子产品在功率与控制部份整合 过程中所存在的组装工序复杂、连接端容易松动、高低压强弱电流不能同时进行以及线路 凌乱、占用空间大,成本较高的问题。


图1为现有强电流大功率电子产品的电流输出端与仪器输入端通过金属块导体 联接的示意图。图2为本发明强电流大功率电子产品的电流输出端与仪器输入端通过嵌入式强 电流大功率PCB板联接的示意图。图3为本发明嵌入式强电流大功率PCB板的连接结构示意图。图4为本发明芯板镂空槽为封闭式固定槽的示意图。图5为本发明芯板镂空槽为开放式固定槽之一的示意图。图6为本发明芯板镂空槽为开放式固定槽之二的示意图。图中标识说明芯板1、镂空槽101、第一半固化片2、第一通孔201、第二半固化片 3、第二通孔301、第一铜箔层4、第一穿孔401、第二铜箔层5、第二穿孔501、导体结构件6、 导线孔601。
具体实施例方式本发明的核心思想是本发明在PCB板的芯板内嵌入导体结构件,通过该导体结 构件实现大电流输出端与仪器输入端之间的互联,同时可使该导体结构件与PCB板自身的 线路设计连接,以实现对仪器的电路及功率控制。为阐述本发明的思想及目的,下面将结合附图和具体实施例对本发明做进一步的 说明。请参见图2所示,图2为本发明强电流大功率电子产品的电流输出端与仪器输入 端通过嵌入式强电流大功率PCB板联接的示意图。其中针对目前强电流大功率电子产品的 电流输出端与仪器输入端通过金属块导体联接所存在的组装工序复杂、连接端容易松动、 高低压强弱电流不能同时进行以及线路凌乱、占用空间大,成本较高等问题,本发明利用嵌 入式PCB板取代原有的金属块导体及连接电线,通过一个嵌入式的PCB板实现在大电流输 出端与仪器的输入端联接,而同时又利用PCB板本身的线路设计实现对电路及功率的控 制,由嵌入在PCB板芯板中的导体结构件代替原有的金属块导体,由设置在PCB板铜箔层上 的线路设计代替电线连接。如图3所示,图3为本发明嵌入式强电流大功率PCB板的连接结构示意图。其中 所述的嵌入在PCB板主要包括有芯板1和设置于芯板1上表面的第一铜箔层4、芯板下表面 的第二铜箔层5,所述第一铜箔层4通过第一半固化片2压合在芯板1的上表面,所述第二 铜箔层5通过第二半固化片3压合在芯板1的下表面,所述芯板1上还设有至少一个镂空 槽101,该镂空槽101中固定卡嵌有一形状与上述镂空槽相同、且厚度不大于芯板的导体结 构件6,所述导体结构件6上设置有至少两个贯穿的导线孔601,所述第一铜箔层4上设置有与上述导线孔601对应的第一穿孔401,第二铜箔层5上设置有与上述导线孔601对应的 第二穿孔501,所述导线孔601、第一穿孔401、第二穿孔501三者贯穿连通。其中所述的第一半固化片2、第二半固化片3为流动胶体,且均由多个半固化片构 成,这些半固化片铺设在芯板1的上下两面上,可满足导体结构件截面与镂空芯板间缝隙 的胶量填充和导体结构件与表面导体间的绝缘层厚度。对应的在第一半固化片2、第二半固化片3上设置有与上述导线孔601、第一穿孔 401、第二穿孔501对应连通的第一通孔201和第二通孔301。上述过程完成后,在PCB板上开设的孔中加装螺栓,通过螺栓锁紧实现PCB板与外 部大电流输出端、仪器输入端的互联。本发明中的嵌入式PCB板可根据用户的不同需要设计成与外部多个大电流输出 端、多个仪器输入端的连接结构,如果电流输出端、仪器输入端各为一个时,所采用的导体 结构件6实际上就是一块金属铜板或铜排,通过该金属铜板或铜排实现大电流输入端与仪 器输出端的连接;如果大电流输出端为一个、仪器输入端为多个时,此时可根据需要通过导 体结构件6上的多个导线孔601连接输出;如果需要输入的电流分为高低压强弱电流时,则 需要采用分层的导体结构件6,这里分层的导体结构件6是由多个金属导体板相互叠加而 成,且相邻两金属导体板之间通过绝缘层隔离,不同的金属导体板连接到外部的电源不同, 而对应输入到仪器的电流也相应不同,由于这些金属导体板之间通过绝缘层隔离,因此也 不会出现短路现象。另外,需要说明的是本发明中所述镂空槽101可以为封闭式固定槽(见图4),也可 以是开放式固定槽(见图5、图6),如果镂空槽101为封闭式固定槽,那么该封闭式固定槽 的四边位于芯板1内,且导体结构件6固定卡嵌于该封闭式固定槽中,即该导体结构件6全 部嵌入在芯板中,无裸露在芯板1外侧的部分(图4)。如果镂空槽101为开放式固定槽(见图5、图6),该开放式固定槽则分为全开放式 (图5)和半开放式(图6)。如果为全开放式固定槽,则该固定槽位于芯板1上,且贯穿芯 板1的两侧,导体结构件6固定卡嵌于该全开放式固定槽中,且导体结构件6的两端位于芯 板1两侧外部,即导体结构件6的中间部分在芯板1内,而两端则裸露在芯板1两侧外部, 只有中间的部分嵌入在芯板1内;如果为半开放式固定槽,则该固定槽只有一侧穿过芯板1 一侧(图6所示),对应地导体结构件6该侧边部分位于芯板1该侧的外部,且裸露在外部 的金属导体板表面不需要绝缘层进行保护,裸露在外部的部份金属导体板可以任意长度进 行任意形状制作,也可以形成多维的立体空间进行任意的连接。以上是对本发明的结构原理进行的说明,下面将结合附图和具体实施例对本发明 嵌入式PCB板的制作方法做进一步的描述。本发明还提供了一种嵌入式强电流大功率PCB板的制作方法,其具体包括步骤(1)、在芯板上铣出镂空槽;这里选择的芯板为FR4芯板,这里选择镂空槽的数量及大小深度可根据用户的设 计需要进行。O)、将形状与上述镂空槽相同、且厚度不大于芯板的导体结构件固定卡嵌在上述 镂空槽中;这里导体结构件的选择也相应的根据PCB板的应用环境进行选择,如果该PCB板用于单一大电流输出、仪器输入则可选择金属铜排或铜片;如果应用在强弱电流分别输出、 多个仪器输入的连接工作环境,则应该选择分层绝缘的导体结构件;在导体结构件选择之后,需要对其进行棕/黑化处理,以增加导体结构件的比表 面积,提升导体结构件与半固化片的粘结强度,然后将导体结构件固定卡嵌在上述镂空槽 中后,再进行压合处理,以确保导体结构件与镂空槽的紧密卡合,形成一体,其具体过程为 超粗化和棕化处理,超粗化完成后进行常规的棕化处理,棕化处理包括酸除油一三级水洗 —碱除油一三级水洗一预棕化一棕化一五级水洗一吸干一烘干;超粗化是对金属块表面形 成微观凹凸不平的表面,增大金属块表面的比表面积,在金属块凹凸不平的表面上进行棕 化,形成有机金属膜,使压合过程中半固化片在高温条件下流动的胶与有机金属膜牢固结 合在一起。(3)、将第一铜箔层通过第一半固化片压合在芯板的上表面,将第二铜箔层通过第 二半固化片压合在芯板的下表面;由于芯板为绝缘材料,为实现电路的控制部分连接,需要在芯板的上下两面形成 线路,即将第一铜箔层通过第一半固化片压合在芯板的上表面,将第二铜箔层通过第二半 固化片压合在芯板的下表面,通过半固化片的粘合作用,将铜箔层与芯板压制成一个整体 结构,而导体结构件则被完全嵌入芯板的内部,形成预叠好的初板。0)、对上述压合好的产品进行钻孔,并对第一铜箔层、第二铜箔层进行图像转移 和图形制作,在铜箔层上形成设计所需线路和满足大功率及电路控制的部份,同时对上述 钻孔后形成的通孔进行孔金属化处理,获得所需的孔壁铜厚度,之后再对产品进行阻焊制 作;(5)、在阻焊后产品上需要连接导体结构件的相应位置处进行盲沉镂空,露出导体 结构件并在该导体结构件上进行钻孔,形成与外部其它连接件进行连接的导线孔。另外还需要对产品的表面线路按照正常PCB板的设计进行,对所形成的电路进行 表面处理,达到设计的要求。(6)、对上述导线孔进行孔金属化处理。综上所述,本发明将导体结构件嵌入到PCB板的内层中,利用导体结构件上的导 线孔形成大电流输出端与仪器输入端的互联,同时通过PCB板铜箔层上的线路实现对电路 的控制,取代了电线连接,解决了强电流大功率电子产品在功率与控制部份整合过程中所 存在的组装工序复杂、连接端容易松动、高低压强弱电流不能同时进行以及线路凌乱、占用 空间大,成本较高的问题。以上对本发明所提供的一种嵌入式强电流大功率PCB板及其制作方法进行了详 细介绍,本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说 明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据 本发明的思想,在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不 应理解为对本发明的限制。
权利要求
1.一种嵌入式强电流大功率PCB板,其特征在于包括芯板(1)和设置于芯板(1)上表 面的第一铜箔层、芯板(1)下表面的第二铜箔层(5),所述第一铜箔层(4)通过第一半 固化片( 压合在芯板(1)的上表面,所述第二铜箔层( 通过第二半固化片( 压合在 芯板(1)的下表面,所述芯板(1)上还设有至少一个镂空槽(101),该镂空槽(101)中固定 卡嵌有一形状与镂空槽(101)相同、且厚度不大于芯板(1)的导体结构件(6),所述导体结 构件(6)上设置有至少两个贯穿的导线孔(601),所述第一铜箔层(4)上设置有与上述导线 孔(601)对应的第一穿孔G01),第二铜箔层( 上设置有与上述导线孔(601)对应的第二 穿孔(501),所述导线孔(601)、第一穿孔001)、第二穿孔(501)贯穿连通;所述第一半固 化片(2)上设置有与导线孔(601)对应的第一通孔001),第二半固化片(3)上设置有与导 线孔(601)对应的第二通孔(301)。
2.根据权利要求1所述的嵌入式强电流大功率PCB板,其特征在于所述镂空槽(101) 为封闭式固定槽,该封闭式固定槽四边位于芯板(1)内,且导体结构件(6)固定卡嵌于该封 闭式固定槽中。
3.根据权利要求1所述的嵌入式强电流大功率PCB板,其特征在于所述镂空槽(101) 为开放式固定槽,该开放式固定槽位于芯板(1)上,且贯穿芯板(1)两侧或一侧,导体结构 件(6)固定卡嵌于该开放式固定槽中,且导体结构件(6)的一端或两端位于芯板(1)两侧 外部的两侧或一侧。
4.根据权利要求1或2或3所述的嵌入式强电流大功率PCB板,其特征在于所述导体 结构件(6)为一金属导体板。
5.根据权利要求1或2或3所述的嵌入式强电流大功率PCB板,其特征在于所述导体 结构件(6)由多个金属导体板相互叠加而成,且相邻两金属导体板之间通过绝缘层隔离。
6.根据权利要求1所述的嵌入式强电流大功率PCB板,其特征在于所述第一半固化片(2)由多层半固化片构成。
7.根据权利要求1所述的嵌入式强电流大功率PCB板,其特征在于所述第二半固化片(3)由多层半固化片构成。
8.一种嵌入式强电流大功率PCB板的制作方法,其特征在于具体包括步骤(1)、在芯板上铣出镂空槽;O)、将形状与上述镂空槽相同、且厚度不大于芯板的导体结构件固定卡嵌在上述镂空 槽中;(3)、将第一铜箔层通过第一半固化片压合在芯板的上表面,将第二铜箔层通过第二半 固化片压合在芯板的下表面;G)、对上述压合好的产品进行钻孔,并对第一铜箔层、第二铜箔层进行图像转移和图 形制作,在铜箔层上形成设计所需线路和满足大功率及电路控制的部份,同时对上述钻孔 后形成的通孔进行孔金属化处理,获得所需的孔壁铜厚度,之后再对产品进行阻焊制作;(5)、在阻焊后产品上需要连接导体结构件的相应位置处进行盲沉镂空,露出导体结构 件并在该导体结构件上进行钻孔,形成与外部其它连接件进行连接的导线孔。
9.根据权利要求8所述的嵌入式强电流大功率PCB板的制作方法,其特征在于步骤 ⑴和步骤⑵之间还包括对导体结构件进行棕/黑化处理。
10.根据权利要求8所述的嵌入式强电流大功率PCB板的制作方法,其特征在于步骤 (5)后还包括(6)、对上述导线孔进行孔金属化处理。
全文摘要
本发明公开了一种嵌入式强电流大功率PCB板及其制作方法,包括步骤(1)、在芯板上铣出镂空槽;(2)、将形状与上述镂空槽相同、且厚度不大于芯板的导体结构件固定卡嵌在上述镂空槽中;(3)、将第一铜箔层通过第一半固化片压合在芯板的上表面,将第二铜箔层通过第二半固化片压合在芯板的下表面;(4)、对上述压合好的产品进行钻孔,并对第一铜箔层、第二铜箔层进行图像转移和图形制作,在铜箔层上形成设计所需线路和满足大功率及电路控制部份,同时对上述形成的通孔进行孔金属化,获得所需的孔壁铜厚度,之后再进行阻焊制作;(5)、在阻焊后产品上需要连接导体结构件的相应位置进行盲沉镂空,露出导体结构件并在该导体结构件上进行钻孔,形成与外部其它连接件进行连接的导线孔。与现有技术相比,本发明将导体结构件嵌入到PCB板的内层中,利用导体结构件上的孔或面形成大电流输出端与仪器输入端的互联,同时通过除PCB板中嵌入的大功率导体结构件外的其它电路部份线路,实施元器件封装,实现对电路的控制,从而取代原始电线连接完成电路控制部份,解决了强电流大功率电子产品在功率与控制部份整合过程中所存在的组装工序复杂、连接端容易松动、高低压强弱电流不能同时进行以及线路凌乱、占用空间大,成本较高的问题。
文档编号H05K1/02GK102123560SQ201110049119
公开日2011年7月13日 申请日期2011年3月1日 优先权日2011年3月1日
发明者郭阳, 陆景富, 黄建国 申请人:梅州博敏电子有限公司, 深圳市博敏电子有限公司

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