CN101066008A - 改进了散热的印刷电路板组件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改进了散热的印刷电路板组件。印刷电路板组件PBA(100、300)包括具有第一主表面(101)的第一支承层(130、350)和第一导电材料层(115、319’)。该PBA还包括第一电子部件(110、310)和用于将来自所述第一部件的热传送到该PBA外的冷却结构(395)的第一冷却部件(190、390)。所述第一部件(110、310)被表面安装在所述PBA上，至少部分地位于所述第一冷却部件(190、390)的上方，并且所述第一冷却部件(190、390)被一体地布置在所述PBA(100、300)中，以沿与所述第一支承层(130、350)的所述第一主表面(101)基本上垂直的方向(D)传导热。所述第一冷却部件(190、390)通过熔焊的方式布置在所述PBA(100、300)中。

Description

改进了散热的印刷电路板组件
技术领域
本发明公开了一种印刷电路板组件(PBA)，该PBA包括具有第一主表面的第一支承层，和按第一图案布置的第一导电材料层。本发明的PBA另外包括第一电子部件和用于将来自第一电子部件的热传送到冷却结构的第一冷却部件。
背景技术
在当前印刷电路板组件(PBA)中使用的许多电子部件会产生大量热。对于诸如高功率放大器(HPA)和功率晶体管的部件来说尤其如此。
因而对PBA进行冷却成为一个问题，已经提出了针对该问题的许多解决方案。目前已知的解决方案通常包括需要人工劳动或使用通孔的制造步骤。
这些已知解决方案的一些问题在于，通孔只能散掉有限的热量，而人工劳动将使得产品变得相当昂贵。
发明内容
因此需要一种能够按比现在已知的解决方案更高效的方式将来自例如HPA的热散掉的PBA。应当可以通过尽可能少的人工来制造这种PBA。
本发明满足了这些需求，本发明公开了一种印刷电路板组件(PBA)，该PBA包括具有第一主表面的第一支承层和按第一图案布置的第一导电材料层。
本发明的PBA还包括第一电子部件，和用于将来自所述第一电子部件的热传送到冷却结构的第一冷却部件。
根据本发明，所述第一电子部件被表面安装在所述PBA上，并至少部分地布置在所述第一冷却结构的上方，并且所述第一冷却部件按与所述第一支承层的所述主表面基本上垂直的方向被一体地布置在所述PBA中。
此外，所述第一冷却部件通过诸如熔焊或粘合的方式而被布置在所述PBA中。
可以通过诸如粘合、熔焊或施加压力来对所述电子部件进行表面安装。
因此，通过本发明，并且从以下详细说明中将显见，获得了具有性能比已知冷却结构更高的冷却结构的PBA。本发明的PBA还比已知PBA更容易通过自动化手段来制造。
附图说明
以下将参照附图对本发明进行更详细的描述，在附图中：
图1示出了从根据本发明的基本PBA的侧面看到的剖面图；
图2示出了在本发明的PBA中使用的冷却结构；
图3示出了从根据本发明的PBA的侧面看到的剖面图；以及
图4示出了根据本发明的制造方法中的一些主要步骤的流程图。
具体实施方式
首先应当指出，在本说明中，将通篇使用术语“印刷电路板组件”来描述本发明。一般来说，使用术语印刷电路板(PCB)来表示其上没有安装任何部件的电路板，而通常使用术语印刷电路板组件(PBA)来描述PCB与布置在PCB上的一个或几个部件的组合。为了不使本说明模糊，在本文本中含义一致地使用术语PBA。
图1示出了从侧面按剖面图看到的根据本发明的基本且简化的PBA100。这里应当强调的是，图1并未示出如何制造本发明的PBA，图1也不旨在示出本发明的PBA的所有细节，图1主要用于例示本发明的原理。
因此，如图1所示，本发明的PBA 100具有第一主表面(上表面101)和第二主表面(下表面102)。
根据本发明，PBA 100包括：一体地布置在PBA中的第一冷却部件190；和第一部件110，其可以是诸如高功率放大器(HPA)或功率晶体管的电子部件。因此第一部件110产生需要从PBA传送掉的大量热。
优选的是，采用在传送热时具有非常优良的性质的材料(如铜或黄铜或类似的材料或金属合金)来制造第一冷却部件190。
从图1中可见，冷却部件190具有由箭头D表示的第一主延伸方向，并包括：具有第一横截面积A1的第一部分191，和具有第二横截面积A2的第二部分192。采用不同横截面积的原因将在以下说明中变得明了。在图1中，A1被示出为比A2大，但是稍后将认识到可以是相反的情况。
本发明的一个目的是获得一种具有集成的冷却部件而基本上不需要任何人工就可以制造的PBA。为了实现该目的，按以下方式构造PBA：PBA的主体130是已知种类的支承叠板(laminate)，如FR4。
主体130被制备成通过形成在主体中加工的孔或“窗口”来容纳第一冷却部件190。该孔是通孔，即，它从主体的第一主表面101延伸到第二主表面102。在从第一主表面101起的第一距离中，该孔具有第一横截面积，而在从中间点132起该孔具有第二横截面积。这两个横截面积具有不同的大小，合适的是第一横截面积大于第二横截面积。
因此，从图1中可见，在这两个直径之间的过渡处产生了“凸缘(ledge)”132。如果，如以上提出的那样，颠倒冷却部件的两个部分191、192的横截面积之间的关系，则面积大小之间的关系可以是相反的。
在将主体如此制备成通过通孔和凸缘132来容纳第一冷却部件190的情况下，将第一冷却部件布置在该通孔中。现在对于凸缘132以及第一冷却部件190的不同横截面的原因将变得明了：通孔的较窄部分(即，具有第二横截面的部分)用于将冷却部件190容纳或“卡(brake)”在主体(叠板的支承结构)中。
此外，除了容纳或卡住冷却部件以外，合适的是，凸缘132还可用于另一目的：可以将叠板制备成两部分结构，即，具有第一横截面积的通孔的第一部分130和具有第二横截面积的通孔的第二部分133，在将第一冷却部件190布置在主体中之前将这两个部分接合在一起。
这样，在此情况下凸缘132还将是第二部分的上表面。在该上表面上，可以布置电路图案116，该电路图案116稍后将被连接到PBA的第一主表面101上的电路图案。
合适的是，可以通过将冷却部件熔焊到用于电路图案116的叠板来将该冷却部件固定在叠板结构中。作为另一种选择，可以将冷却部件190粘合到叠板。
图2示出了第一冷却部件190。如在此所示，冷却部件190为长条形，具有由箭头D表示的主延伸方向，并包括具有不同横截面积A1和A2(A1大于A2)的两个部分191和192。如前所述，这两个部分之间的大小关系也可以是相反的。
在此可以指出的是，如从本说明认识到的那样，冷却部件190的精确形状可以按许多方式变化，但是应当遵守的一个原则是该冷却部件应当具有这样一个表面(在此情况下是具有较大面积的部分191的“下”表面191’)，该表面可以由PBA或叠板中的表面(在此情况下是凸缘132)来容纳。
图1示出了根据本发明的PBA，但是主要用于例示本发明的原理，图3示出了可以利用该原理来制造出的PBA 300。PBA 300包括第一冷却部件390，该第一冷却部件390被形成并布置成图1和2中的对应部件190。此外，PBA 300包括多个层，按稍后要描述的顺序，所述多个层交替地是导电材料层、非导电叠板层以及所谓的“半固化片(prepreg)”层。
使用在本文本中一致称为“半固化片”的材料来将刚性叠板固定在一起，并对例如印刷电路板内的多层之间的间隙进行填充，使得基本上消除气穴。半固化片具有半固化的化学性质，因此可以在特殊预限定的热、压力以及真空组合下形成。
一旦半固化片化学性质已完全固化，则它就固定并且将保持为该形状。
作为半固化片的另选例，也可以使用所谓的接合膜(bonding film)来将不同材料层相互固定，并对印刷电路板组件内的材料层之间的空隙或空腔进行填充。接合膜也是通过热、压力以及真空来形成的，但是可以被熔化数次。
借助于图4(其为概要示出在对图3的PBA 300的制造过程中涉及的一些主要步骤的流程图)，现在将对PBA 300的制造过程进行描述，由此还将理解PBA 300的各种层。应当指出的是，不必按所示出和描述的顺序来执行图4所示和以下描述的步骤，重要的是最终结果，即，所完成的PBA 300。
作为开始步骤，在图4中的块410，制备第一冷却部件390，即，为第一冷却部件390提供上文所示和所述的形状，并使其具有期望的尺寸。应当由具有高导热能力的材料(例如铜、黄铜或其它这种金属或金属合金)来制作该部件。可以按本领域的技术人员公知的许多方式(例如通过铣磨处理)来执行对该部件的成形过程。
接着，在图4的块420中，制备非导电叠板(举例来说，如FR4)层。在此情况下的制备过程包括在该层中加工孔或“窗口”，在此情况下所述窗口比A2(即，冷却部件的两个尺寸中的较小者)稍大。叠板的孔与A2之间的尺寸差合适地可以在1％到5％的范围内。在此步骤中制备的叠板层将成为如图3中的350所示的层。
接着，可以执行图4中未示出的可选步骤：如果希望在叠板层350的一侧或两侧具有电路图案，则现在可以将这些图案布置在该叠板上。这是通过常规方式(如刻蚀处理或使用光刻胶等)来执行的，因此在此不对其进行更详细的描述。在此步骤中创建的电路图案被示出为图3中的350’。
接着，将冷却部件390布置在叠板层350的窗口中并固定于此。优选的是，这是通过使用在叠板350上或在叠板上布置的电路图案350’上淀积的熔焊材料341进行熔焊来执行的。作为对熔焊处理的另选方式，可以采用粘合处理。
图4中的块440示出了下一步骤：制备所谓的“半固化片”层。这些制备过程包括赋予该层期望的尺寸(即，将来的PBA的宽度和长度)，以及在该半固化片层中加工孔或窗口，所述孔具有与冷却部件390的较大横截面积A1相对应的尺寸。合适的是，可以通过铣磨处理来创建该半固化片层中的孔，但是也可以采用其它处理(如钻孔处理)。由此制备的半固化片层将成为如图3的340所示的层。
图3中的PBA 300被示出为具有多个非导电叠板层350、330、319、370、363，和多个半固化片层320、340、360、380，其中在叠板层的一侧或者两侧上设置有电路图案。本领域的技术人员将明白，PBA 300可设置有更多或更少的任意数量的如图3中布置的层。因此，在此将不对图3所示的所有层的制备过程进行详细描述。
因此，与半固化片层320、360以及380一样，将按上述方式制备叠板层330、319以及370。自然，待布置在冷却部件的具有较小尺寸W2侧的那些层也适于这样制造。
因此，通过对若干半固化片层和叠板层设置期望的机械尺寸，包括用于冷却部件390的开口，制备好了这些半固化片层和叠板层。如图4中的块450所示，如上所述，现在将这些层与已接合有冷却部件的叠板层350机械地组装在一起。
下一步骤是对将来的PBA施加所谓的“层叠处理”(图4中的块460)，以将这些层彼此永久地固定起来。例如，这可以在所谓的“真空层叠炉”中进行。这种炉中的温度将根据所使用的叠板的种类而变化。
在层叠处理过程中，半固化片将变成液体，这解释了使叠板层中的开口比冷却部件的宽度稍大的原因：在层叠处理过程中，将来的PBA(即，已按正确的顺序机械布置的多层)经受来自与PBA的上侧和下侧(即，图1中的上主表面101和下主表面102)相对应的方向的压力。
由于该压力，液化的半固化片将被压入叠板层与冷却部件之间的开口中，使得基本上消除了所有间隙。
在层叠处理之后，从真空炉中取出PBA，从而使得半固化片硬化。若有必要，接着可以执行某种表面处理，以形成PBA 300的光滑主表面。
在此阶段，如果期望PBA中具有通孔，那么可以通过钻孔处理来形成这些通孔，此后对它们镀覆导电金属(合适的是铜)。也可以(通常)利用该镀覆处理来在PBA的上表面上(通常也在下表面上)形成导电金属层。
如图4的块470所示，下一步骤是在PBA 300的上主表面和/或下主表面上形成电路图案。在此阶段，上表面优选地由覆盖有薄铜层或某种其它导电材料薄层的非导电叠板组成，在该薄铜层或某种其它导电材料薄层中，通过公知的常规手段(例如光刻方法)形成了电路图案。
作为最后的主要步骤(图4中的块480和490)，将冷却部件390所针对的高功率电子部件310布置在PBA上，并将其固定于上述导电材料层。可以通过诸如粘合或熔焊处理的手段，或者通过在PBA上或PBA的外部(即，在机架或类似的装置中)布置外部部件，来执行该固定处理，该外部部件沿PBA的主表面方向对电子部件310施加机械压力。通过这种压力部件，可以将电子部件稳固地固定在位置上，并且可以容易地取下和更换电子部件。
如图3所示，现在在高功率部件310的至少一部分的正下方布置了冷却部件390，该冷却部件390将能够沿PBA的垂直方向(即，从第一主表面向第二主表面)传导热。
沿该方向传送热的一个目的从图3可见：如图3所示，将PBA布置在例如机架中，其中PBA的下主表面与机架的可以充当散热器的机械部分395相接触。因此重要的是，冷却部件要么从下主表面直接露出来，要么如图3所示地经由导电材料层363从下主表面露出来。
本发明并不限于以上示出的实施例示例，而是可以在所附权利要求的范围内自由地变化。例如，冷却部件190、390的形状可以在保持传送热的能力的同时按许多方式变化。

Claims (8)

1、一种印刷电路板组件(100、300)，该印刷电路板组件(100、300)包括具有第一主表面(101)的第一支承层(130、350)和按第一图案布置的第一导电材料层(115、319’)，该印刷电路板组件还包括第一电子部件(110、310)和用于将来自所述第一部件的热传送到该印刷电路板组件外的冷却结构(395)的第一冷却部件(190、390)，该印刷电路板组件的特征在于：
所述第一部件(110、310)被表面安装在所述印刷电路板组件上，至少部分地位于所述第一冷却部件(190、390)的上方；
所述第一冷却部件(190、390)被一体地布置在所述印刷电路板组件(100、300)中，以沿与所述第一支承层(130、350)的所述第一主表面(101)基本上垂直的方向(D)传导热；
所述第一冷却部件(190、390)是通过熔焊的方式而被一体地布置在所述印刷电路板组件(100、300)中的。
2、根据权利要求1所述的印刷电路板组件(100、300)，其中，所述第一电子部件(310)是通过熔焊、粘合或从外部部件施加压力的方式而被表面安装在所述印刷电路板组件上的。
3、根据权利要求1或2所述的印刷电路板组件(100、300)，其中，所述第一冷却部件(190、390)为长条形并具有第一部分(191)和第二部分(192)，所述第一部分(191)具有比所述第二部分的横截面积(A2)大的横截面积(A1)，所述冷却部件被布置在所述印刷电路板组件的孔中，在该孔中布置有用于容纳所述冷却部件的所述第一部分(191)的凸缘(132)。
4、根据权利要求1、2或3所述的印刷电路板组件(100、300)，其中，所述第一冷却部件(190、390)在所述印刷电路板组件的下主表面上露出来。
5、一种用于制造印刷电路板组件(100、300)的方法(410到490)，该方法包括以下步骤：
在非导电叠板层(350)中制备用于容纳第一冷却部件(190、390)的开口；
制备用于装配到所述叠板(350)中的所述开口中的所述冷却部件(190、390)；
将所述冷却部件(190、390)装配到所述叠板(350)中；
在所述叠板的至少第一主侧上制备电路图案(319’、350’)；
该方法的特征在于该方法包括以下步骤：
对所述叠板(350)和所述冷却部件(190、390)进行处理，使得它们一起成为印刷电路板组件(100、300)；
将所述冷却部件(190、390)沿与所述叠板的主表面(102)基本上垂直的方向(D)装配到所述叠板(350)中；
将第一部件(110、310)表面安装在所述印刷电路板组件上，该第一部件(110、310)至少部分地位于所述第一冷却结构(190、390)的上方。
6、根据权利要求5所述的方法，其中，通过熔焊、粘合或从外部部件施加压力，来将所述第一电子部件(310)表面安装到所述印刷电路板组件(100、300)。
7、根据权利要求5或6所述的方法，其中，通过使所述第一冷却部件(190、390)呈具有以下两个部分的形状，来制备所述第一冷却部件(190、390)以将其装配到所述叠板中，所述两部分为具有第一横截面积(A1)的第一部分(191)和具有第二横截面积(A2)的第二部分(192)，所述第一横截面积大于所述第二横截面积。
8、根据权利要求5到7的任何一项所述的方法，其中，通过将所述叠板(350)中的所述开口制成如下通孔，来制备所述叠板(35)中的所述开口以用于容纳所述冷却部件(190、390)，所述通孔在第一距离中具有第一直径，而在第二距离中具有第二直径，所述第一直径大于所述第二直径，从而形成用于容纳所述冷却部件的一部分的凸缘。
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