可吸收瞬间高压脉冲能量的电路板及制作方法

文档序号:38798 发布日期:2021-09-24 浏览:32次 >En<

阅读说明:本技术 可吸收瞬间高压脉冲能量的电路板及制作方法 (Circuit board capable of absorbing instant high-voltage pulse energy and manufacturing method ) 是由 王晶 龚德权 乔治 吴丰顺 于 2021-04-29 设计创作,主要内容包括:本发明涉及电子制造的技术领域,具体涉及一种可吸收瞬间高压脉冲能量的电路板及制作方法。包括形状相同的PCB基板M1和PCB基板M2,所述PCB基板M1和PCB基板M2均包括绝缘层和分别位于绝缘层上下表面的外侧附铜层和内侧附铜层,所述外侧附铜层上蚀刻有接地线L和元件连接线L1,所述内侧附铜层上均蚀刻有接地线L和层间连接线L2,所述PCB基板M1和PCB基板M2通过填充于两个内侧附铜层之间的功能性热固化材料粘合成一个电路板整体,两个所述内侧附铜层的接地线L之间形成互为第二电极的薄膜电容状态,所述内侧附铜层上设有与接地线L导电连接的能量吸收盘,所述元件连接线L1通过导电通孔与所述能量吸收盘的S导电连接。(The invention relates to the technical field of electronic manufacturing, in particular to a circuit board capable of absorbing instantaneous high-voltage pulse energy and a manufacturing method thereof. The PCB comprises a PCB substrate M1 and a PCB substrate M2 which are identical in shape, wherein the PCB substrate M1 and the PCB substrate M2 both comprise an insulating layer, and an outer side copper-attached layer and an inner side copper-attached layer which are respectively positioned on the upper surface and the lower surface of the insulating layer, a grounding wire L and an element connecting wire L1 are etched on the outer side copper-attached layer, a grounding wire L and an interlayer connecting wire L2 are etched on the inner side copper-attached layer, the PCB substrate M1 and the PCB substrate M2 are bonded into a circuit board whole body through a functional heat curing material filled between the two inner side copper-attached layers, a film capacitor state of a second electrode is formed between the grounding wires L of the inner side copper-attached layers, an energy absorption disc which is in conductive connection with the grounding wire L is arranged on the inner side copper-attached layer, and the element connecting wire L1 is in conductive connection with the S of the energy absorption disc through a conductive through hole.)

可吸收瞬间高压脉冲能量的电路板及制作方法

技术领域

本发明涉及电子制造的

技术领域

,具体涉及一种可吸收瞬间高压脉冲能量的电路板及制作方法。

背景技术

抗瞬间高压脉冲是电子制造设计中一个永恒的课题,而作为攻击通讯指挥系统主要手段的定向电磁脉冲炮和电磁脉冲弹,它的主要对象是攻击和瘫痪电子装备的电子电路。目前对这种电磁脉冲的防护主要还只是采用屏蔽方案。这种方法难免会给电磁脉冲留出大量进入屏蔽腔体的孔隙,使设备的电子器件在电磁脉冲的电势场攻击下难以得到完全的保护。因此,对于电磁脉冲这种攻击手段,需要一种安全性更高的防护措施。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的缺陷,提供一种可吸收瞬间高压脉冲能量的电路板及制作方法。

本发明一种可吸收瞬间高压脉冲能量的电路板,包括形状相同的PCB 基板M1和PCB基板M2,所述PCB基板M1和PCB基板M2均包括绝缘层和分别位于绝缘层上下表面的外侧附铜层和内侧附铜层,所述外侧附铜层上蚀刻有接地线L和元件连接线L1,所述内侧附铜层上均蚀刻有接地线 L和层间连接线L2,所述PCB基板M1和PCB基板M2通过填充于两个内侧附铜层之间的功能性热固化材料粘合成一个电路板整体,两个所述内侧附铜层的接地线L之间形成互为第二电极的薄膜电容状态,所述内侧附铜层上设有与接地线L导电连接的能量吸收盘,所述元件连接线L1通过导电通孔与所述能量吸收盘导电连接。

两个附铜线层的接地线L之间形成的互为第二电极,构成了一个电荷能量暂存容器,这种机构的优势在于,即使屏蔽腔体内的电路板上任何一个电子元器件遭受到穿过腔体空隙的电磁脉冲或静电脉冲的攻击,这些攻击所产生的电流会即刻被能量吸收盘所吸收而化解掉。通讯设备使用时,机壳接大地,防护将更彻底。

较为优选的,所述能量吸收盘包括附铜面S、涂覆于附铜面S表面的电压诱变阻材料层和位于电压诱变阻材料层表面的附铜面S′,所述附铜面S 与附铜面S′大小、形状相同且相互对应,所述电压诱变阻材料层覆盖面大于附铜面S,所述元件连接线L1通过导电通孔与所述附铜面S连通,所述附铜面S′与接地线L导电连接。

较为优选的,所述能量吸收盘包括设置于层间连接线L2上的第一能量吸收盘,所述第一能量吸收盘的附铜面S与层间连接线L2导电连接。

较为优选的,所述能量吸收盘包括设置于接地线L内部的第二能量吸收盘,所述接地线L内蚀刻有若干个能量吸收盘置入部,所述第二能量吸收盘的附铜面S设置于所述能量吸收盘置入部内,且所述附铜面S的边缘与接地线L之间形成绝缘隔离带。

较为优选的,所述内侧附铜层的接地线L边沿设有波齿状结构。所述内侧附铜层的接地线边沿设置为波齿状结构,其特点是使有限的L边储存更多的静电荷。这样可大大缓冲瞬变高压脉冲带来的过冲电力。

较为优选的,所述内侧附铜层设有周向环绕接地线和位于内侧附铜层中部与所述周向环绕接地线连接的中部接地线,所述外侧附铜层设有周向环绕接地线,所述外侧附铜层通过设置于中心位置和四个顶角位置的导电通孔与内侧附铜层的接地线L导电连接。

较为优选的,所述内侧附铜层之间的功能性热固化材料厚度为20— 200um。用具有电子遂穿的功能性材料来代替树脂材料对M1和M2进行粘合,更有利于散射的场感应产生的高能量的中和吸收。

本发明还提供一种可吸收瞬间高压脉冲能量的电路板的制作方法,包括

选取厚度相同的双面附铜板裁剪为形状大小完全相同的PCB基板M1和 PCB基板M2;

在PCB基板M1和PCB基板M2规划位置处钻孔,并镀孔铜;

在PCB基板M1和PCB基板M2的外侧附铜层上蚀刻出接地线L和元件连接线L1,在PCB基板M1和PCB基板M2的内侧附铜层上蚀刻出接地线L和层间连接线L2,其中,所述层间连接线L2旁还蚀刻出与所述层间连接线L2连接的附铜面S,所述内侧附铜层的接地线L内还蚀刻出与接地线L隔离的附铜面S;

在附铜面S上覆盖面积大于附铜面S的电压诱变阻材料层;

在电压诱变阻材料层上与附铜面S对应位置处电镀出于接地线L连接的附铜面S′;

在内侧附铜层上涂覆功能性热固化材料,将PCB基板M1和PCB基板M2 粘合成一个电路板整体。

较为优选的,将PCB基板M1和PCB基板M2粘合成一个电路板整体后,还包括在PCB基板M1和PCB基板M2的中心和四个边角处钻孔并镀孔铜,使中心和四个边角处均与接地线L导电连接。

较为优选的,所述在附铜面S上覆盖面积大于附铜面S的电压诱变阻材料层包括

在附铜面S上涂覆面积大于附铜面S的电压诱变阻材料,并通过高温固化形成电压诱变阻材料层;或

将成型的电压诱变阻材料层裁剪至大于附铜面S的面积,并热覆于附铜面 S上。

本发明的有益效果为:PCB基板M1和PCB基板M2经功能性热固化材料粘合成一个电路板整体,两个基板之间形成无极电容状态,基板外侧附铜层上的所有元件连接线L1通过导电通孔经能量吸收盘与地线连接,可将M1、M2自身感应到的电磁脉冲或散射电场产生的异常电压,及各L1上的感应电荷经能量吸收盘导入接地线L释放,从而实现瞬间高压脉冲能量吸收。

附图说明

图1为本发明PCB基板M1、PCB基板M2的结构示意图;

图2为本发明PCB基板M1的外侧附铜层布置示意图;

图3为本发明PCB基板M2的外侧附铜层布置示意图;

图4为本发明PCB基板M1的内侧附铜层布置示意图;

图5为图4的A部放大示意图;

图6为本发明PCB基板M1的内侧附铜层在附铜面S上设置电压诱变阻材料层的布置示意图;

图7、8为本发明PCB基板M1的内侧附铜层在电压诱变阻材料层上设置附铜面S′的布置示意图;

图9为图8的B部放大示意图;

图10为本发明PCB基板M2的内侧附铜层布置示意图;

图11为本发明PCB基板M2的内侧附铜层在附铜面S上设置电压诱变阻材料层的布置示意图;

图12为本发明PCB基板M2的内侧附铜层在电压诱变阻材料层上设置附铜面S′的布置示意图;

图13为本发明能量吸收盘中附铜面S与能量吸收盘置入部的位置关系示意图;

图14为本发明能量吸收盘结构示意图。

图中:1-PCB基板M1,2-PCB基板M2,3-元件连接线L1,4-接地线L, 5-导电通孔,6-层间连接线L2,7-能量吸收盘,8-波齿状结构,9-能量吸收盘置入部,10-绝缘隔离带,101、201-外侧附铜层,102、202-绝缘层,103、 203-内侧附铜层,701-附铜面S,702-电压诱变阻材料层,703-附铜面S′

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本申请进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。

需要说明的是,当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是,术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。

此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。

图1为一种可吸收瞬间高压脉冲能量的电路板的结构示意图,其包括形状相同的PCB基板M1 1和PCB基板M2 2,PCB基板M1 1和PCB基板M2 2均包括绝缘层102,202和分别位于绝缘层102,202上下表面的外侧附铜层101,201和内侧附铜层103,203。

如图2、3所示,外侧附铜层101,201上蚀刻有接地线L 4和元件连接线L1 3。

如图4-12所示,内侧附铜层103,203上均蚀刻有接地线L 4和层间连接线 L2 6。内侧附铜层103,203上设有与接地线L 4导电连接的能量吸收盘7,元件连接线L1 3通过导电通孔5与能量吸收盘7导电连接。

PCB基板M1 1和PCB基板M2 2通过填充于两个内侧附铜层103,203之间的功能性热固化材料粘合成一个电路板整体,两个内侧附铜层103,203的接地线L 4之间形成互为第二电极的薄膜电容状态。功能性热固化材料可采用环氧树脂混溶石墨烯等纳米粒子材料浆料,涂覆厚度为20um至200um(该厚度内还可以设置电路板的其它走线)。该材料为包含石墨烯0.3%—30%,环氧树脂70%—99.5%,其它材料0.2%的具有吸收由高压脉冲电路产生的二次感应造成的瞬变能量的高温固化材料,该材料具有一定的量子隧道的电子跃变功能,在正常情况下,它体积电阻无穷大,当它某两点出现一个异常电压时,会趋向于导电。它的加入有利于综合M1、M2自身感应到的电磁脉冲或散射电势场产生的异常电压同时将各L1上的感应电荷集聚到腔体内的接地线L边沿的锯齿尖点上,当接地线真实接大地时,这些被聚集的电荷就会向大地释放。其中,互为第二电极即为内侧附铜层103、内侧附铜层203之间以极小的间隔平行布置相互之间天然形成的无极性电容状态。

其中,能量吸收盘7包括设置于层间连接线L2 6上的第一能量吸收盘和设置于接地线L 4内部的第二能量吸收盘。

第一能量吸收盘包括附铜面S 701、涂覆于附铜面S 701表面的电压诱变阻材料层702和位于电压诱变阻材料层702表面的附铜面S′703。第一能量吸收盘的附铜面S 701通过在附铜面上蚀刻形成,其与层间连接线L2 6导电连接,用于连接附铜面S′703与接地线L 4的连接线宽度小于涂覆于附铜面S 701的宽度。附铜面S 701形状可为面积在0.1mm2~2mm2的任何形状的几何平面图案,附铜面S 701的大小由该点连接的元件连接线L1 3的最高感应电势决定。电路板在附铜面 S 701底部位置留有导电通孔。

最高感应电势(U)=50000(Ⅴ/M)×L1(M)=500(V/cm)×L1(cm),该式表明感应电势只与附铜线,L1长度相关,从而可导出S也只与L1长度相关。

实验中获得的一定厚度的功能材料A面积为0.64mm2时,在脉冲电压1000V 情况下的实测最大通过电流为38安培,据此我们可推测各种不同长度的元件连接线L1应选用的小附铜面S的面积,即:

S=0.0064cm2/1000V×500(V)×L1(cm)=0.0032/(cm)×L1(cm)

当:L1=0.5cm时S=0.0032×0.5=0.16(cm2)=0.16(mm2)

L1=1cm时 S=0.32(mm2)

L1=3cm时 S=0.96(mm2)

L1=5cm时 S=1.6(mm2)

接地线L 4内部通过蚀刻形成有若干个呈阵列状分布的能量吸收盘置入部9,该能量吸收盘置入部9根据附铜面S 701的形状,可以为圆形或方形。通过蚀刻后,在能量吸收盘置入部9的中心位置形成一个附铜面S 701,附铜面S 701的边缘形成用于隔离附铜面S 701与接地线L 4的绝缘隔离带10,该绝缘隔离带10 由蚀刻掉附铜层后裸露出的绝缘层形成。

电压诱变阻材料层702的面积略大于附铜面S 701,而附铜面S′703的面积、大小与附铜面S 701完全一致,其位置与附铜面S 701重叠,并与接地线L 4导电连接。

其中,电压诱变阻材料层702采用由电压控制的开关切换材料,选用于高分子复合纳米电压变阻软薄膜(来源于中国发明专利ZL201210314982.2中的《高分子复合纳米电压变阻软薄膜》)、或复合纳米电压变阻材料浆料通过印制、固化获得的材料(来源于ZL201410195406X中第二种制造功能电路板芯板的方法) 或者其它电压切换料。电压诱变阻材料层702的厚度≥8um。

两个内侧附铜层103,203上的接地线L 4是除用于刻蚀附铜面S 701和层间连接线L2 6剩余的其它附铜面,以最大化利用内侧附铜层103,203的剩余有效面获得最大的能量储存能力。内侧附铜层103,203设有周向环绕接地线和位于内侧附铜层103,203中部与周向环绕接地线连接的中部接地线。外侧附铜层101, 201设有周向环绕接地线。其中,周向环绕接地线顺延电路基板周边设置,且覆盖四个顶角位置。而中部接地线面积较大,呈面装结构。外侧附铜层101,201 通过设置于中心位置(该中心位置正好位于中部接地线内)和四个顶角位置(位于周向环绕接地线内)的导电通孔5与内侧附铜层103,203的接地线L 4导电连接。除此之外,外侧附铜层101,201上的每一根元件连接线L1 3上也设有导电通孔,通过导电通孔与对应能量吸收盘的S连接接地。导电通孔5直径为0.1mm —0.2mm,元件连接线L1 3在导电通孔5处的线宽略大于导电通孔5的直径。导电通孔5的孔壁镀铜厚度≥8um。

内侧附铜层103,203上的接地线L 4在边沿位置设有波齿状结构8,波齿深≤1mm,齿间距≤2mm。该边沿指接地线L 4所有边沿。

本方案还提供了一种可吸收瞬间高压脉冲能量的电路板的制作方法,包括

选取厚度相同的双面附铜板裁剪为形状大小完全相同的PCB基板M1 1和 PCB基板M2 2;

在PCB基板M1 1和PCB基板M2 2规划的元件连接线上适当位置处钻孔,并镀孔铜;

在PCB基板M1 1和PCB基板M2 2的外侧附铜层101,201上蚀刻出接地线 L 4和元件连接线L1 3,在PCB基板M1 1和PCB基板M2 2的内侧附铜层103, 203上蚀刻出接地线L 4和层间连接线L2 6,其中,层间连接线L2 6旁还蚀刻出与层间连接线L2 6连接的附铜面S701,内侧附铜层103,203的接地线L 4内还蚀刻出与接地线L 4隔离的附铜面S 701;

如图13、14所示,在附铜面S 701上覆盖面积大于附铜面S 701的电压诱变阻材料层702;

在电压诱变阻材料层702上与附铜面S 701对应位置处电镀出与接地线L 4连接的附铜面S′703;

在内侧附铜层103,203上涂覆功能性热固化材料,将PCB基板M1 1和PCB 基板M2 2粘合成一个电路板整体。

将PCB基板M1 1和PCB基板M2 2粘合成一个电路板整体后,还包括在PCB 基板M1 1和PCB基板M2 2的中心和四个边角处钻孔并镀孔铜,使中心和四个边角处均与接地线L 4导电连接。

实施例一

选厚度为0.7mm的双面附铜板裁剪成一样大小的PCB基板M1 1和PCB基板 M2 2;

将PCB基板M1 1的外侧附铜层101和PCB基板M2 2的外侧附铜层201分别按设计要求规划电路板的双表面附铜线图案(见图2、图3);

在外侧附铜层101、外侧附铜层201上规划的每条元件连接线L1 3的适当位置用直径为0.01的钻头钻孔,尽量使多数导电通孔散布在一条直线两边上;

镀孔铜,尽量使每一个导电通孔填满铜粒子。

在外侧附铜层101、外侧附铜层201面附蓝膜,曝光分别留出元件连接线L1 3 和接地线L 4,内侧附铜层103,203面附蓝膜、曝光分别留出附铜面S、L1、L 的位置图案。

刻蚀图案露出各层的L1和L以及各层的S和L2。

在钢网控制下印刷附铜面S上的功能材料A,面积略大于S,厚度10—100um。然后入烘箱,温度调至150℃固化60min;

附蓝膜,曝光露出功能材料A面的附铜面S′703,并使电压诱变阻材料层702 的一边有一与地相连的连接线。

电镀露出面,镀铜厚度≥8um,使每一个覆盖电压诱变阻材料层的S’与最近的接地线L连接。

在内侧附铜层103,203满面涂附功能性热固化材料B,涂覆厚度为20um— 200um该厚度的选定由设置在内侧附铜层103,203之间的其它线层累加的厚度决定。

在热压机下粘合内侧附铜层103,203,获得功能电路板M。

对准M的中心和四个边角用直径为Φ2的钻头通孔并镀铜,使全电路板上的所有接地线在这五点有连接,获得具有吸收瞬间脉冲能量的电路板。

实施例二

选厚度为0.7mm的双面附铜板裁剪成一样大小的PCB基板M1 1和PCB基板 M2 2;

将PCB基板M1 1的外侧附铜层101和PCB基板M2 2的外侧附铜层201分别按设计要求规划电路板的双表面附铜线图案(见图2、图3);

在外侧附铜层101、外侧附铜层201上规划的每条元件连接线L1 3的适当位置用直径为0.01的钻头钻孔,尽量使多数导电通孔散布在一条直线两边上;

镀孔铜,尽量使每一个导电通孔填满铜粒子。

在外侧附铜层101、外侧附铜层201面附蓝膜,曝光分别留出元件连接线L1 3 和接地线L 4,内侧附铜层103,203面附蓝膜、曝光分别留出附铜面S、L1、L 的位置图案。

刻蚀图案露出各层的L1和L以及各层的S和L2。

将高分子复合纳米电压变阻软薄膜、或复合纳米电压变阻材料浆料通过印制、固化获得的材料(来源于ZL201410195406X中第二种制造功能电路板芯板的方法)或者其它电压切换料裁至略大的S的面积热覆于S面上。

附蓝膜,曝光露出功能材料A面的附铜面S′703,并使电压诱变阻材料层702 的一边有一与地相连的连接线。

电镀露出面,镀铜厚度≥8um,使每一个覆盖电压诱变阻材料层的S与最近的接地线L连接。

在内侧附铜层103,203满面涂附功能性热固化材料B,涂覆厚度为20um— 200um该厚度的选定由设置在内侧附铜层103,203之间的其它线层累加的厚度决定。

在热压机下粘合内侧附铜层103,203,获得电路板M。

对准M的中心和四个边角用Φ2的钻头通孔并镀铜,使全电路板上的所有接地线在这五点有连接,获得具有吸收瞬间脉冲能量的电路板。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围,均应包含在本申请的保护范围之内。

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