CN104780718A - 印制电路板中埋入电容的方法及其印制电路板 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种印制电路板中埋入电容的方法及其印制电路板；属于电路板制作工艺技术领域；其技术要点包括下述步骤：(1)基体制作；(2)压合，将基体1、基体2、基体3和金属层，根据多层板制作工艺，将基体1与基体2、基体3和金属层中的一种或多种组合压合形成多层线路板，在基体2、基体3和金属层三者的接触部之间均设有基体1；(3)钻孔及金属化；(4)外层图形制作，形成内埋多层电容个体和/或多层电容个体并联结构的多层印制电路板；本发明旨在提供一种在无需额外增加成本的前提下实现埋入电容阻值的精确控制，工艺简单的印制电路板中埋入电容的方法及其印制电路板；用于电路板制作。

Description

印制电路板中埋入电容的方法及其印制电路板

技术领域

本发明涉及一种电路板的制备工艺，更具体地说，尤其涉及一种印制电路板中埋入电容的方法。本发明同时还涉及具有上述埋入电容的印制电路板。

背景技术

随着电子设计技术的日益成熟，传统印制电路板逐渐无法满足当今电子产品向短小轻薄以及多功能模块化集成方向的发展需求，因此衍生了无源器件印制电路板内部集成这一新兴技术。其中电容数目居无源器件需求之首，埋入电容技术因而成为众多电路板厂家在无源器件集成领域发展的重中之重。将电容埋入到印制电路板中优点有三：1)可以减少表面贴装元件的组装费用，增加线路板的可利用面积，或者可缩减线路板的面积和层数；2)信号传输距离的缩短可以减少电磁干扰,并具备较低的电感；焊点与其引线、引脚所构成的回路的消除，可避免信号通过时所造成的不良寄生效应，且频率越高寄生影响越大，因而特别适于射频应用；3)大幅度焊点数的减少，可减少通孔数量并提高产品可靠性。此技术具有良好的市场前景。

目前主流的埋入电容电路板技术主要有两种：层压技术和印刷技术。采用层压技术将埋入电容材料压入印制电路板中，埋入电容材料和覆铜板类似，即在绝缘介质两面压合金属层，绝缘介质含有高的介电常数，形成平面电容的介质层，与两面的金属层形成平面电容；印刷技术通常用来制备大容值电容，通常分为丝印和喷墨(ink-jet printing)两种技术方式，在金属层上印刷一层或喷上一层电容油墨，在电容油墨上在印刷或者镀上一层金属层，形成平面电容。采用层压技术制备的埋入式电容工艺简单，但是该工艺受制于材料，制备的埋入式电容的容值密度较低，而且此种材料目前价格昂贵，制备的平面电容成本高于表面安装电容元件，而且容值精度较差，很难控制到15％以内；采用丝印技术制备的埋入电容工艺工艺相对于层压技术较复杂，丝印平面的尺寸和厚度均匀性控制较差，因此制作的埋入电容的容值精度比层压技术还要低很多，目前无法应用于实际产品。

发明内容

本发明的前一目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种在无需额外增加成本的前提下实现埋入电容阻值的精确控制，工艺简单的印制电路板中埋入电容的方法。

本发明的后一目的在提供一种具有上述埋入电容的印制电路板。

本发明的前一技术方案是这样实现的：一种印制电路板中埋入电容的方法，包括下述步骤：

(1)基体制作：(a)在贴有保护膜的半固化绝缘基材上沿垂直方向钻通孔，在孔内塞入电容油墨，形成基体1；(b)在基体1两面压合金属层，单面图形制作形成基体2，图形制作时预设与基体1中电容油墨相连接的导电体；(c)在基体1两面压合金属层、双面图形制作形成基体3，图形制作时预设与基体1中电容油墨相连接的导电体；

(2)压合，将基体1、基体2、基体3和金属层，根据多层板制作工艺，将基体1与基体2、基体3和金属层中的一种或多种组合压合形成多层线路板，在基体2、基体3和金属层三者的接触部之间均设有基体1；

(3)钻孔及金属化，在多层线路板上各电容油墨的两侧分别钻两个孔并对孔进行金属化，两个金属化的孔分别导通间隔一层之间的预设导电体，相邻层之间的导电体不导通；

(4)外层图形制作，形成内埋多层电容个体和/或多层电容个体并联结构的多层印制电路板。

上述的印制电路板中埋入电容的方法中，步骤(1)(a)具体为：1)绝缘材料开料；2)贴保护膜，贴合温度在60℃到150℃之间，贴合温度在绝缘材料的玻璃转化温度之下，保护膜厚度在5μm-100μm之间；3)钻通孔；4)塞孔，在孔内塞入电容油墨；5)去膜，手动去除绝缘材料两面所贴保护膜，形成基体1。

上述的印制电路板中埋入电容的方法中，步骤(1)(b)中基体2还可以采用下述方法制得：①钻孔，在印制电路板上钻通孔或者盲孔；②塞孔，在孔内塞入电容油墨；③研磨，将电容油墨凸出部分磨平，同时研磨掉板面残留的电容油墨；④金属化，在板的外表面镀上一层金属；⑤单面图形转移形成基体2。

上述的印制电路板中埋入电容的方法中，步骤(1)(c)中基体3还可以采用下述方法制得：①钻孔，在印制电路板上钻通孔或者盲孔；②塞孔，在孔内塞入电容油墨；③研磨，将电容油墨凸出部分磨平，同时研磨掉板面残留的电容油墨；④金属化，在板的外表面镀上一层金属；⑤双面图形转移形成基体3。

上述的印制电路板中埋入电容的方法中，位于各绝缘层上的电容油墨相互对应。

上述的印制电路板中埋入电容的方法中，步骤(2)中，多层线路板上各基体中的电容油墨相互对应。

本发明的后一技术方案是这样实现的：一种具有埋入电容的印制电路板，包括由若干层绝缘层和若干层金属图形层交错层叠压合而成的本体，在层绝缘层上设有相互对应的通孔，在通孔内设有电容油墨，位于各绝缘层的电容油墨两端分别与该层绝缘层上下两面的金属图形层对应连接导通；在各电容油墨侧边的本体上设有两个金属化的导电孔，相邻的两层金属图形层分别与两个导电孔连接，各绝缘层上相对应的电容油墨通过导电孔和金属图形层配合连接形成多层埋入电容个体。

一种印制电路板，其内部具有上述所述的印制电路板制成的电路板单元，该电路板单元通过金属化的导电孔与外部图形连接。

本发明采用上述方法及结构后，与现有技术相比，具有下述的有益效果：

(1)在电路板垂直方向埋入电容，减少贴装费用，而且相同设计条件下可缩小板面尺寸；信号传输距离的缩短可降低电磁干扰，提高信号完整性；同时器件焊点数减少可大大提高产品可靠性；

(2)降低成本，本发明既不用昂贵的埋入电容材料，也不用价格相对高的丝印平面电容油墨(满足高精度丝印需求)，所需电容油墨能塞到孔内固化即可；

(3)提升电容阻值精度，首先是电容油墨，其被塞入孔内形成的电容个体形状与孔大小体积相同，因为孔的体积精度可以控制在10％以内，电容个体阻值基本上是受孔体积影响，也可以控制在10％以内。

(4)简化工艺，降低制作难度，埋入电容材料介质层厚度一般在50μm以内，目前最薄的厚度8μm，图形制作完后裸漏出中间薄的介质层，很容易破损，操作非常困难；对于丝印工艺，丝印平面电容不光需要高精度CCD丝印机，还需要适合丝印的电容油墨配合，加工时间漫长，丝印参数稍不合适，电阻阻值精度就会很差，控制在30％已是非常困难。

附图说明

下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明的任何限制。

图1是本发明的结构示意图之一；

图2是本发明的结构示意图之二。

图中：绝缘层1、金属图形层2、本体3、电容油墨4、导电孔5、电路板单元6。

具体实施方式

本发明的一种印制电路板中埋入电容的方法，包括下述步骤：

(1)基体制作：

(a)在贴有保护膜的半固化绝缘基材上沿垂直方向钻通孔，在孔内塞入电容油墨，形成基体1；

具体为：1)绝缘材料开料；2)贴保护膜，贴合温度在60℃到150℃之间，贴合温度在绝缘材料的玻璃转化温度之下，保护膜厚度在5μm-100μm之间；3)钻通孔；4)塞孔，在孔内塞入电容油墨；5)去膜，手动去除绝缘材料两面所贴保护膜，形成基体1。

(b)在基体1两面压合金属层，单面图形制作形成基体2，图形制作时预设与基体1中电容油墨相连接的导电体；

同时，基体2还可以采用下述方法制得：①钻孔，在印制电路板上钻通孔或者盲孔；②塞孔，在孔内塞入电容油墨；③研磨，将电容油墨凸出部分磨平，同时研磨掉板面残留的电容油墨；④金属化，在板的外表面镀上一层金属；⑤单面图形转移形成基体2。

(c)在基体1两面压合金属层、双面图形制作形成基体3，图形制作时预设与基体1中电容油墨相连接的导电体；

同时，基体3还可以采用下述方法制得：①钻孔，在印制电路板上钻通孔或者盲孔；②塞孔，在孔内塞入电容油墨；③研磨，将电容油墨凸出部分磨平，同时研磨掉板面残留的电容油墨；④金属化，在板的外表面镀上一层金属；⑤双面图形转移形成基体3。

(2)压合，将基体1、基体2、基体3和金属层，根据多层板制作工艺，将基体1与基体2、基体3和金属层中的一种或多种组合压合形成多层线路板，在基体2、基体3和金属层三者的接触部之间均设有基体1；

由于基体1中的基材是半固化状态，再次高温压合的时候会软化，基体2和基体3中的基材是完全固化的状态。优选地，压合多层线路板的时候，基体2和金属层放在最外层，基体3主要放在内层，也可以放在外层。基体2，基体3和金属层的中间至少有一个基体1，基体1可以再次压合熔化，将基体2，基体3和金属层粘合在一起。

另外，优选地，多层线路板上各基体中的电容油墨相互对应。当然，基体中电容油墨也可以不对应。只是说在获得相同的电容值条件下，相互对应的方式所需要的体积最小。

(3)钻孔及金属化，在多层线路板上各电容油墨的两侧分别钻两个孔并对孔进行金属化，两个金属化的孔分别导通间隔一层之间的预设导电体，相邻层之间的导电体不导通；

(4)外层图形制作，形成内埋多层电容个体和/或多层电容个体并联结构的多层印制电路板。

参阅图1所示，本发明的一种具有埋入电容的印制电路板，包括由若干层绝缘层1和若干层金属图形层2交错层叠压合而成的本体3，在层绝缘层1上设有相互对应的通孔，在通孔内设有电容油墨4，位于各绝缘层1的电容油墨4两端分别与该层绝缘层1上下两面的金属图形层2对应连接导通；在各电容油墨4侧边的本体3上设有两个金属化的导电孔5，相邻的两层金属图形层2分别与两个导电孔5连接，各绝缘层1上相对应的电容油墨4通过导电孔5和金属图形层2配合连接形成多层埋入电容个体。优选地，位于各绝缘层1上的电容油墨4相互对应。这样可以有效缩小产品体积。

参阅图2所示，本发明的另一种具有埋入电容的印制电路板，其内部具有上述的具有埋入电容的印制电路板制成的电路板单元6，该电路板单元6通过金属化的导电孔与外部图形连接。

实施例1

(1)基体制作：

(a)基体1制作：1)绝缘材料开料，绝缘材料中的树脂没有完全固化，处于半固化状态，绝缘材料中树脂可以是环氧树脂、酚醛树脂或者BT树脂等，绝缘材料中可以含有无机填料、增强层等，增强层优选玻璃纤维布；2)贴保护膜，贴合温度在60℃到150℃之间，贴合温度一定要在绝缘材料的玻璃转化温度之下，保护膜可以是聚酯膜、聚酰亚胺膜等，其厚度在5μm-100μm之间；3)钻孔，所钻孔是通孔，即通孔贯穿板的上下面，钻孔可以通过机械钻孔、激光钻孔或者冲孔的方式实现，激光钻孔可以通过红外激光钻孔或者紫外激光钻孔实现，优选激光钻孔；4)塞孔，在孔内塞入电容油墨，塞孔方式可以采用手动塞孔、或使用半自动塞孔机，或使用全自动塞孔机，或使用真空塞孔机，对于小于0.2mm的孔，优先选用真空塞孔方式，电容油墨可以是单组份，也可以是混合组分，单组分里物质是高介电常数聚合物，混合组分主要含有两种成分，即树脂和填充成分，树脂可以是环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺或者BT树脂等，填充成分可以是陶瓷、钛酸钡、氧化铊、金刚石、纳米复合材料、氧化铝、钛酸铅、钛酸锶钡等。预固化，即固化温度低于绝缘材料和电容油墨中树脂的玻璃转化温度，使电容油墨由膏状可流动形态初步固化为固体不可流动形态；5)去膜，手动去除绝缘材料两面所贴保护膜，形成基体1。

(b)在基体1两面压合金属层，单面图形制作形成基体2，图形制作时预设与基体1中电容油墨相连接的导电体；

(c)在基体1两面压合金属层、双面图形制作形成基体3，图形制作时预设与基体1中电容油墨相连接的导电体；

(2)压合，具体为：1)叠板，最外层放两张基体2，中间放一张基体1，形成四层板，或者中间放置基体1、基体2、基体1、基体2……基体2、基体1，形成六层及六层以上印制电路板；2)压合使基体1中的绝缘材料和电容油墨完全固化；

(3)钻孔及金属化，在多层线路板上各电容油墨的两侧分别钻两个孔并对孔进行金属化，两个金属化的孔分别导通间隔一层之间的预设导电体，相邻层之间的导电体不导通；

(4)外层图形制作，形成内埋多层电容个体和/或多层电容个体并联结构的多层印制电路板。

实施例2

本发明的一种印制电路板中埋入电容的方法，其工艺与实施例1基本相同，不同之处在于：本实施例中基体2和基体3的制备方法及压合时叠板方式不同。

基体2制备方法具体为：1)印制电路板开料，印制电路板可以是绝缘基材、单层、双层或者多层板，印制电路板包括绝缘材料和金属层，绝缘材料中的树脂已经完全固化，绝缘材料中树脂可以是环氧树脂、酚醛树脂或者BT树脂等，绝缘材料中可以含有无机填料、增强层等，增强层优选玻璃纤维布，金属层可以使铜层，银层，金层等，优选铜层；2)钻孔，孔是盲孔，盲孔是一面通一面不通，钻孔可以通过激光钻孔的方式实现，激光钻孔可以通过红外激光钻孔或者紫外激光钻孔实现；3)塞孔，在孔内塞入电容油墨，塞孔方式可以采用手动塞孔、或使用半自动塞孔机，或使用全自动塞孔机，或使用真空塞孔机，优先选用真空塞孔方式，电容油墨可以是单组份，也可以是混合组分，单组分里物质是高介电常数聚合物，混合组分主要含有两种成分，即树脂和填充成分，树脂可以是环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺或者BT树脂等，填充成分可以是陶瓷、钛酸钡(BaTiCO₃)、氧化铊、金刚石、纳米复合材料、氧化铝、钛酸铅、钛酸锶钡等；4)研磨，将电容油墨凸出部分磨平，同时研磨掉板面残留的电容油墨，研磨方式可以采用毛式磨刷、磨布或者陶瓷磨刷等，优选陶瓷磨刷；5)金属化，在板的外表面镀上一层金属，金属可以是非电镀式金属化，也可以是电镀式金属化；6)单面图形转移，形成所需基体2。

基体3制备方法具体如下：1)印制电路板开料，印制电路板可以是绝缘基材、单层、双层或者多层板，印制电路板包括绝缘材料和金属层，绝缘材料中的树脂已经完全固化，绝缘材料中树脂可以是环氧树脂、酚醛树脂或者BT树脂等，绝缘材料中可以含有无机填料、增强层等，增强层优选玻璃纤维布，金属层可以使铜层，银层，金层等，优选铜层；2)钻孔，孔是盲孔，盲孔是一面通一面不通，钻孔可以通过激光钻孔的方式实现，激光钻孔可以通过红外激光钻孔或者紫外激光钻孔实现；3)塞孔，塞孔方式可以采用手动塞孔、或使用半自动塞孔机，或使用全自动塞孔机，或使用真空塞孔机，优先选用真空塞孔方式，电容油墨可以是单组份，也可以是混合组分，单组分里物质是高介电常数聚合物，混合组分主要含有两种成分，即树脂和填充成分，树脂可以是环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺或者BT树脂等，填充成分可以是陶瓷、钛酸钡(BaTiCO₃)、氧化铊、金刚石、纳米复合材料、氧化铝、钛酸铅、钛酸锶钡等；4)研磨，将电容油墨凸出部分磨平，同时研磨掉板面残留的电容油墨，研磨方式可以采用毛式磨刷、磨布或者陶瓷磨刷等，优选陶瓷磨刷；5)金属化，在板的外表面镀上一层金属，金属可以是非电镀式金属化，也可以是电镀式金属化；6)两面图形转移，形成所需基体3。

压合具体为：1)叠板，最外层放两张金属层，中间放置基体1、基体2、基体1、基体2……基体2、基体1，形成四层或者四层以上印制电路板；2)压合使基体1中的绝缘材料和电容油墨完全固化。

以上所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。

Claims (8)

1.一种印制电路板中埋入电容的方法，其特征在于，包括下述步骤：

(1)基体制作：(a)在贴有保护膜的半固化绝缘基材上沿垂直方向钻通孔，在孔内塞入电容油墨，形成基体1；(b)在基体1两面压合金属层，单面图形制作形成基体2，图形制作时预设与基体1中电容油墨相连接的导电体；(c)在基体1两面压合金属层、双面图形制作形成基体3，图形制作时预设与基体1中电容油墨相连接的导电体；

(2)压合，将基体1、基体2、基体3和金属层，根据多层板制作工艺，将基体1与基体2、基体3和金属层中的一种或多种组合压合形成多层线路板，在基体2、基体3和金属层三者的接触部之间均设有基体1；

(3)钻孔及金属化，在多层线路板上各电容油墨的两侧分别钻两个孔并对孔进行金属化，两个金属化的孔分别导通间隔一层之间的预设导电体，相邻层之间的导电体不导通；

(4)外层图形制作，形成内埋多层电容个体和/或多层电容个体并联结构的多层印制电路板。

2.根据权利要求1所述的印制电路板中埋入电容的方法，其特征在于，步骤(1)(a)具体为：1)绝缘材料开料；2)贴保护膜，贴合温度在60℃到150℃之间，贴合温度在绝缘材料的玻璃转化温度之下，保护膜厚度在5μm-100μm之间；3)钻通孔；4)塞孔，在孔内塞入电容油墨；5)去膜，手动去除绝缘材料两面所贴保护膜，形成基体1。

3.根据权利要求1所述的印制电路板中埋入电容的方法，其特征在于，步骤(1)(b)中基体2还可以采用下述方法制得：①钻孔，在印制电路板上钻通孔或者盲孔；②塞孔，在孔内塞入电容油墨；③研磨，将电容油墨凸出部分磨平，同时研磨掉板面残留的电容油墨；④金属化，在板的外表面镀上一层金属；⑤单面图形转移形成基体2。

4.根据权利要求1所述的印制电路板中埋入电容的方法，其特征在于，步骤(1)(c)中基体3还可以采用下述方法制得：①钻孔，在印制电路板上钻通孔或者盲孔；②塞孔，在孔内塞入电容油墨；③研磨，将电容油墨凸出部分磨平，同时研磨掉板面残留的电容油墨；④金属化，在板的外表面镀上一层金属；⑤双面图形转移形成基体3。

5.根据权利要求1所述的印制电路板中埋入电容的方法，其特征在于，步骤(2)中，多层线路板上各基体中的电容油墨相互对应。

6.一种采用上述任一权利要求所述方法制备的印制电路板，包括由若干层绝缘层(1)和若干层金属图形层(2)交错层叠压合而成的本体(3)，其特征在于，在层绝缘层(1)上设有相互对应的通孔，在通孔内设有电容油墨(4)，位于各绝缘层(1)的电容油墨(4)两端分别与该层绝缘层(1)上下两面的金属图形层(2)对应连接导通；在各电容油墨(4)侧边的本体(3)上设有两个金属化的导电孔(5)，相邻的两层金属图形层(2)分别与两个导电孔(5)连接，各绝缘层(1)上相对应的电容油墨(4)通过导电孔(5)和金属图形层(2)配合连接形成多层埋入电容个体。

7.根据权利要求6所述的印制电路板，其特征在于，位于各绝缘层(1)上的电容油墨(4)相互对应。

8.一种印制电路板，其特征在于，其内部具有权利要求4所述的印制电路板制成的电路板单元(6)，该电路板单元(6)通过金属化的导电孔与外部图形连接。