CN101583241B - 在线路板装配热沉的方法及该方法制作的散热线路基板 - Google Patents

Abstract

一种在线路板装配热沉的方法，包括以下步骤：在线路板上制作至少一个通孔；制作与通孔间隙配合的热沉；把热沉置入线路板的通孔内；以及利用模具对热沉的上、下表面施压，直至热沉受挤压变形而固定在线路板上。本发明通过模具挤压热沉，使热沉牢靠的固接在线路板上，生产成本低，结构简单，操作简便，生产效率高，满足日益发展的市场需求。另外，还提供一种使用该方法制作的散热线路基板。

Description

在线路板装配热沉的方法及该方法制作的散热线路基板

技术领域

本发明涉及热沉的装配以及散热的基板，尤其涉及一种在线路板装配热沉的方法以及使用该方法所制作的散热线路基板。 

背景技术

目前，许多大功率元件，例如：发光二极管(Light Emitting Diode，LED)光源，在工作过程中，由于功率的消耗会产生大量的热，且，当LED光源长时间工作时，由于热量的积蓄会导致LED光源的寿命缩短，产品特性不稳定。为了解决功率元件的散热问题，一般用热沉来散热，而为了进行有效的热交换，往往把热沉直接固定在线路板上，而把功率元件直接安装于热沉表面，通过热沉来实现散热。 

例如，世界知识产权组织国际公布WO2006104325专利公开的一种以线路板装配热沉的方案，其结构参阅图7，由具有通孔结构的多层线路板301、302、303、304叠在一起，组成一个装配热沉305的腔体。然而，这种方式结构比较复杂，需要实现多层线路板的叠加装配并需要焊接，制造工艺中对定位的要求非常高，而且叠加线路板焊接易出现虚焊、焊接不平整等问题，制作成本高、工艺难度大，生产效率低。 

发明内容

有鉴于此，须提供一种结构简单、操作简便、生产效率高、生产成本低的在线路板装配热沉的方法，以满足日益发展的市场需求。 

另外，还需提供一种一致性好、可靠性高、散热效果好、适合批量生产的散热线路基板。 

一种在线路板装配热沉的方法，包括以下步骤：在线路板上制作至少一个通孔；制作与通孔间隙配合的热沉；把热沉置入线路板的通孔内；以及利用模具对热沉的上、下表面施压，直至热沉受挤压变形而固定在线路板上。 

上述的在线路板装配热沉的方法，其中：还包括以下步骤：对热沉的表面进行电镀处理。 

上述的在线路板装配热沉的方法，其中：所述对热沉的表面进行电镀处理是在热沉的表面先镀一层镍，然后再镀一层银。 

上述的在线路板装配热沉的方法，其中：还包括以下步骤：在所制作的热沉的上表面或者下表面加工成台阶状，其中，台阶处的横截面积大于通孔对应的上部或者下部的横截面积。 

上述的在线路板装配热沉的方法，其中：还包括以下步骤：在所制作的通孔位置处制作盲孔，以形成阶梯状的通孔，其中，阶梯状的通孔对应的上部或者下部的横截面积小于热沉台阶处的横截面积。 

上述的在线路板装配热沉的方法，其中：所述制作与通孔间隙配合的热沉是通过切割、打磨的方式，把铜线制作成热沉；所述与通孔间隙配合的热沉是指热沉的其中一表面的横截面积略小于通孔的横截面积，热沉的高度大于、等于或小于通孔的深度。 

上述的在线路板装配热沉的方法，其中：所述利用模具对热沉施压的同时，在热沉的表面形成碗状凹槽或者阶梯状凸起。 

上述的在线路板装配热沉的方法，其中：所述热沉受挤压变形而固定在线路板上是指热沉挤压变形并向外延伸以“工”字形铆在线路板，或者以过盈配合方式牢固嵌入到线路板的通孔中。 

一种散热线路基板，包括：线路板，所述线路板上设置有上述方法所述的通孔以及热沉，所述热沉装配于通孔内。 

上述的散热线路基板，其中：所述热沉的形状为圆柱体、圆台状、正方体或者台阶状；所述热沉与通孔的装配方式为“工”字形铆接方式或者以过盈配合方式嵌入到线路板的通孔中。 

上述的散热线路基板，其中：所述热沉表面镀有镍和银。 

本发明通过模具挤压热沉，使热沉牢靠的固接在线路板上，生产成本低，结构简单，操作简便，生产效率高，满足日益发展的市场需求，且，热沉以“工”字形铆在线路板，或者以过盈配合方式牢固嵌入到线路板的通孔中，固定性好，可靠性高。同时，热沉是挤压成型的，其厚度及形状受模具控制，因此通过本方法所制作的散热线路基板具有良好的一致性，热沉的固定牢靠，散热效果好；此外，热沉制作简单、装配方便、生产效率高、可以 实现批量化生产。 

附图说明

为了易于说明，本发明由下述的较佳实施例及附图作以详细描述。 

图1为本发明一实施方式中在线路板装配热沉的方法流程图； 

图2A～图2C为本发明第一实施方式的示意图； 

图3A～图3C为本发明第二实施方式的示意图； 

图4A～图4C为本发明第三实施方式的示意图； 

图5A～图5C为本发明第四实施方式的示意图； 

图6为本发明第五实施方式的示意图； 

图7为现有实施方式的发光二极管结构的示意图。 

具体实施方式

图1所示为本发明一实施方式中在线路板装配热沉的方法流程图。在步骤S101，在线路板上制作至少一个通孔。本实施方式中，是选择硬度高、不易变形的BT材料为线路基板，通过冲切或者钻孔的方式在线路板上设置至少一个通孔。通孔为圆柱形的通孔。此外，还可以在通孔位置处制作盲孔，以形成阶梯状的通孔。当然，通孔也可以为方形通孔或锥形通孔，这里不再赘述。 

在步骤S102，制作热沉，即制作与通孔间隙配合的热沉。其中，与通孔间隙配合的热沉是指热沉的其中一表面的横截面积略小于通孔的横截面积，热沉的高度大于、等于或小于通孔的深度。本实施方式中，热沉的制作是把铜线通过切割、打磨方式制备成热沉，制作简单。而热沉的形状和大小与线路板上的通孔相匹配。此外，热沉的形状可以为圆柱体、圆台状、正方体。当然，也可以在热沉的上表面或者下表面加工成台阶状，台阶的横截面积大于通孔对应的上部或者下部的横截面积。 

在步骤S103，装配热沉，即把热沉置入线路板的通孔内，使热沉的上、下表面同时外露于、平齐于或者低于线路板的上、下表面。 

在步骤S104，模具施压，即利用模具对热沉施压，直至热沉受挤压变形而固定在线路板上。本实施方式中，是利用模具对热沉的上、下表面施压，使热沉挤压变形并向外延伸以“工”字形铆在线路板上，或者以过盈配合方 式嵌入在线路板的通孔内，热沉固定性好，可靠性高。此外，也利用模具对热沉施压的同时，在热沉的表面形成碗状凹槽或者阶梯状凸起。由于热沉是挤压成型的，其厚度及形状受模具控制，因此通过本方法所制作的的散热线路基板具有良好的一致性 

在步骤S105，热沉电镀处理，即对热沉的表面进行电镀处理。本实施方式中，电镀处理是在热沉的表面先镀一层镍，然后再镀一层银。采用电镀处理后可提高功率元件的可焊性，并增强反光效果。本实施方式中，热沉电镀处理是在模具施压后，对施压后的热沉的上、下表面进行电镀处理。 

本发明其它实施方式中，热沉电镀处理也可以是在装配热沉前，对未装配的热沉的上、下表面进行电镀处理，这里不再赘述。 

图2A～图2C所示为本发明第一实施方式的示意图。其中，图2A为具有通孔的线路板的结构示意图；图2B为模具对热沉施压的结构示意图；图2C为模具施压后的散热线路基板的结构示意图。本实施方式中，线路板21通过钻孔或者冲切方式形成圆柱形的通孔210。铜线被加工成与通孔210间隙配合的热沉22，即通过切割、打磨方式制成圆柱形的热沉22，其高度大于线路板21的通孔210的深度，横截面的直径略小于通孔210的直径。因此，热沉22的横截面积也略小于通孔210的横截面积，使热沉22置入线路板21内的通孔210时，通孔210与热沉22之间留有空隙，且，热沉22的上、下表面同时外露于线路板21(参阅图2B)。 

模具23包括上模231以及下模232。本实施方式中，上模231底部具有与热沉22外露于线路板21上表面的外尺寸相配的空腔2311，即空腔2311的横向尺寸略大于热沉22外露于线路板21上表面的宽度，空腔2311的纵向尺寸略小于热沉22外露于线路板21上表面的高度；同理，下模232顶部也具有与热沉22外露于线路板21下表面的外尺寸相配的空腔2321。 

在模具23施压步骤中，线路板21放在模具23内；通过上模231与下模232合模，并同时向内部挤压热沉22，引起外露在线路板21上的热沉22向上模231的空腔2311以及下模232的空腔2321周围延伸变形，呈“工”字形铆在线路板21上，得到如图2C所示的散热线路基板。 

图3A～图3C所示为本发明第二实施方式的示意图。其中，图3A为具有通孔的线路板的结构示意图；图3B为模具对热沉施压的结构示意图；图3C为模具施压后的散热线路基板的结构示意图。图3A所示的线路板31与图2A所示的 线路板21的结构基本相同，区别在于，图3A所示线路板31在通过钻孔或者冲切方式形成通孔310后，再以铣削加工或者钻孔方式在通孔310的位置上制作盲孔311，形成阶梯状的通孔312。图3B中，铜线被加工成与阶梯状的通孔312间隙配合的台阶状的热沉32，且，热沉32的下表面还具有小台阶323，即通过加工，使本实施方式的热沉32由上台阶321、下台阶322以及小台阶323组成。其中，热沉32的高度大于台阶状通孔的深度；上台阶321以及下台阶322的横截面直径分别略小于通孔310以及盲孔311的直径，小台阶323的横截面直径大于盲孔311的直径，即，台阶的横截面积大于通孔312对应的下部的横截面积(阶梯状的通孔对应的下部的横截面积小于热沉台阶处的横截面积)。因此，当热沉32置入线路板31的阶梯状的通孔312内时，小台阶323紧贴线路板31的下表面上，达到热沉32一端定位的作用，同时，上台阶321外露在线路板31上表面。 

图3B所示的模具33与图2B所示的模具23的结构基本相同，区别在于，图3B所示的上模331底部的空腔3311是与热沉32的上台阶321外露于线路板31上表面的外尺寸相配；而下模332顶部不具有空腔。 

同理，在模具33施压步骤中，线路板31放在模具33内；通过上模331与下模332合模，并同时向内部挤压热沉32，引起外露在线路板31上表面的热沉32上台阶321向上模331的空腔3311周围延伸变形，呈“工”字形铆在线路板31上。 

本发明其它实施方式中，也可以在线路板上制作盲孔在通孔之上的倒置的阶梯状通孔；同时，把热沉的上表面加工成具有台阶状的小台阶，小台阶与上台阶相连，使台阶的横截面积大于通孔对应的上部的横截面积。当把热沉置入线路板的阶梯状的通孔内时，小台阶紧贴线路板的上表面上，达到热沉一端定位的作用，同时，下台阶外露在线路板的下表面。此时，上模不具有空腔，而下模具有空腔。通过模具的施压，同样能使热沉呈“工”字形铆在线路板上。当然，也可以省略小台阶，而下模顶部具有与下台阶外露于线路板下表面的外尺寸相配的空腔。通过模具的施压，同样能引起外露在线路板上表面的热沉的上台阶向上模的空腔以及下模的空腔周围延伸变形，呈“工”字形铆在线路板上。 

图4A～图4C所示为本发明第三实施方式的示意图。其中，图4A为具有通孔的线路板的结构示意图；图4B为模具对热沉施压的结构示意图；图4C为模 具施压后的散热线路基板的结构示意图。该实施方式与第二实施方式的结构基本相同，区别在于图4B中，上模431底部具有阶梯状空腔4311，因此，当上模431与下模432合模，并同时往内部挤压热沉42，引起热沉42向上模431的阶梯状空腔4311延伸变形，呈“工”字形铆在线路板41上。同时，热沉42的表面形成阶梯状凸起。 

图5A～图5C所示为本发明第四实施方式的示意图。其中，图5A为具有通孔的线路板的结构示意图；图5B为模具对热沉施压的结构示意图；图5C为模具施压后的散热线路基板的结构示意图。该实施方式与第一实施方式的结构基本相同，区别在于图5B中，热沉52的高度等于线路板51的通孔50深度，其横截面的直径略小于通孔50的直径。因此，当热沉52置入线路板51内的通孔50时，热沉52的上、下表面同时平齐于线路板51的上、下表面。 

此外，上模531的底部具有圆柱状凸起5311，且该凸起5311的横向尺寸不大于热沉52的直径；下模532的顶部也具有圆柱状凸起5321，该凸起5321的横向尺寸同样不大于热沉52的直径。 

在模具53施压步骤中，线路板51放在模具53内；通过上模531与下模532合模，并同时向内部挤压热沉52，引起线路板51通孔510内的热沉52向空隙周围延伸变形，以过盈配合方式牢固嵌入到通孔510内部。 

本发明其它实施方式中，热沉的高度也可以低于线路板的通孔深度。当热沉置入线路板内的通孔时，热沉的上、下表面同时低于线路板的上、下表面。当然，也可以是热沉的其中一表面齐平于线路板的其中一表面，而热沉的另一表面则低于线路板的另一表面。只要满足于模具施压时，能引起通孔内的热沉以过盈配合方式牢靠嵌入到通孔内部即可。 

图6所示为本发明第五实施方式的示意图。该实施方式与第一实施方式的结构基本相同，区别在于图5B中，上模631的空腔6311表面还具有圆台凸起6312。当线路板61放在模具内，上模631与下模632合模，并同时向内部挤压热沉62，引起外露在线路板61上的热沉62向空腔6311、6321周围延伸变形，呈“工”字形铆在线路板61上，同时，热沉62的上表面被圆台凸起6312挤压出与上模631的圆台凸起6312相匹配的碗状凹槽624。当热沉62电镀处理后，碗状凹槽624就成为反射杯。本实施方式通过模具上的圆台凸起6312来形成碗状凹槽624，操作简便，一致性得到良好的控制。 

因此，本发明通过模具挤压热沉，使热沉牢靠的固接在线路板上，生产 成本低，结构简单，操作简便，生产效率高，满足日益发展的市场需求，且，热沉以“工”字形铆在线路板，或者以过盈配合方式牢固嵌入到线路板的通孔中，固定性好，可靠性高。同时，由于热沉是挤压成型的，其厚度及形状受模具控制，因此通过本方法所制作的散热线路基板具有良好的一致性，热沉的固定牢靠，散热效果好；此外，热沉制作简单、装配方便、生产效率高、可以实现批量化生产。 

以上所述之具体实施方式为本发明的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，例如，无需在通孔处制作盲孔，而直接在所制作的热沉的上表面或者下表面加工成台阶状，其中，台阶处的横截面积大于通孔对应的上部或者下部的横截面积。当热沉与通孔间隙配合时，热沉一端被定位，且，当利用模具对热沉施压时，热沉能受挤压变形而固定在线路板上即可。凡依照本发明之形状、结构所作的等效变化均包含本发明的保护范围内。 

Claims (11)

1.一种在线路板装配热沉的方法，其特征在于，包括以下步骤：

在线路板上制作至少一个通孔；

制作与通孔间隙配合的热沉；

把热沉置入线路板的通孔内；以及

利用模具对热沉的上、下表面施压，直至热沉受挤压变形而固定在线路板上。

2.根据权利要求1所述的在线路板装配热沉的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

对热沉的表面进行电镀处理。

3.根据权利要求2所述的在线路板装配热沉的方法，其特征在于，所述对热沉的表面进行电镀处理是在热沉的表面先镀一层镍，然后再镀一层银。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的在线路板装配热沉的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

在所制作的热沉的上表面或者下表面加工成台阶状，其中，台阶处的横截面积大于通孔对应的上部或者下部的横截面积。

5.根据权利要求4所述的在线路板装配热沉的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

在所制作的通孔位置处制作盲孔，以形成阶梯状的通孔，其中，阶梯状的通孔对应的上部或者下部的横截面积小于热沉台阶处的横截面积。

6.根据权利要求1至3任意一项所述的在线路板装配热沉的方法，其特征在于，所述制作与通孔间隙配合的热沉是通过切割、打磨的方式，把铜线制作成热沉；所述与通孔间隙配合的热沉是指热沉的其中一表面的横截面积略小于通孔的横截面积，热沉的高度大于、等于或小于通孔的深度。

7.根据权利要求1至3任意一项所述的在线路板装配热沉的方法，其特征在于，所述利用模具对热沉施压的同时，在热沉的表面形成碗状凹槽或者阶梯状凸起。

8.根据权利要求1至3任意一项所述的在线路板装配热沉的方法，其特征在于，所述热沉受挤压变形而固定在线路板上是指热沉挤压变形并向外延伸以“工”字形铆在线路板，或者以过盈配合方式牢固嵌入到线路板的通孔中。

9.一种散热线路基板，包括：线路板，其特征在于，所述线路板上设置有根据权利要求1至8任意一项方法所述的通孔以及热沉，所述热沉装配于通孔内。

10.根据权利要求9所述的散热线路基板，其特征在于，所述热沉的形状为圆柱体、圆台状、正方体或者台阶状；所述热沉与通孔的装配方式为“工”字形铆接方式或者以过盈配合方式嵌入到线路板的通孔中。

11.根据权利要求9所述的散热线路基板，其特征在于，所述热沉表面镀有镍和银。

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