CN102143649B - 具有散热结构的pcb板及其加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有散热结构的PCB板，包括导电层及PCB载体层，PCB载体层为多孔导热层，多孔导热层的孔内注有导热液体或固液相变导热材料；导电层设置在多孔导热层的第一面，多孔导热层的第二面为与外界介质的接触界面。本发明PCB板的载体层为导热良好的多孔材料制成的多孔导热层，并在多孔导热层的孔中渗入导热油墨等导热液体或固液相变导热材料，当PCB板变热时，由于多孔材料和导热油墨的膨胀系数不一致，导热油墨从多孔材料中析出，析出的导热油墨在PCB板的接触界面中通过毛细现象填充了接触界面与外界介质的空气间隙，从而大大降低从LED到接触界面的热阻，提高了PCB板的导热性，而且成本低，结构简单，安装方便。

Description

具有散热结构的PCB板及其加工方法
技术领域
本发明涉及PCB(PrintedCircuitBoard，印制电路板)技术领域，尤其涉及一种具有散热结构的PCB板及其加工方法。
背景技术
现有的LED(Light Emitting Diode，发光二极管)产品应用中，通常需要将多个LED组装在一块PCB板上。PCB板除了扮演承载LED模块结构的角色外，另一方面，随着LED输出功率越来越高，PCB板还必须扮演散热的角色，以将LED产生的热量传递出去。
传统的用于LED的PCB板包括载板(即载体层)和导电层，在导电层和载板之间通常设有导热绝缘层；载板通常为具有导热散热作用的导热金属。但是载板的散热速度相对较慢，在电器连接过程中还需依靠其他的散热装置来完成散热。
为了解决LED散热的问题，通常会对PCB板作特殊处理，比如，在PCB板上设置可导热散热的散热鳍片或其它散热部件，或者在FR4PCB上钻孔灌铜，采用Metal Core PCB(金属基印制板，MCPCB)等等。但是当把设置在PCB板上的Lightbar(灯条)装到其他散热部件上时，因为PCB板与散热部件的接触界面之间通常会存在很多的沟壑或空隙，形成很薄的空气层，由于空气是热的不良导体，热阻较大，导致LED不容易通过PCB和散热部件进行散热。为了解决传热界面上的热阻问题，现有的做法有在PCB板接触界面上加大压力或者贴导热胶带或者涂导热胶、导热硅酯、导热黏合剂、相转变材料等，以此来减少接触界面上的空气对传热的减弱作用。但是，现有的解决办法增加了工序，不仅散热效果不佳、安装复杂，而且提高了成本，同时也不便于携带和修复。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种结构简单、成本低且散热效果好的具有散热结构的PCB板，同时还提供一种具有散热结构的PCB板的加工方法。
为了达到上述目的，本发明提出一种具有散热结构的PCB板，包括导电层及PCB载体层，所述PCB载体层为多孔导热层，所述多孔导热层的孔内注有导热液体或固液相变导热材料；所述导电层设置在所述多孔导热层的第一面，所述多孔导热层的第二面为与外界介质的接触界面。
优选地，所述多孔导热层为金属粉末与粘结剂混合后压制烧结而成的多孔材料。
优选地，还包括绝缘层，位于所述导电层与所述多孔导热层之间；所述绝缘层的上下两面分别与所述导电层与所述多孔导热层粘接。
优选地，所述金属粉末至少包括铝、铜、钨中的一种。
优选地，所述多孔导热层为绝缘导热材料粉末与粘结剂混合后压制烧结而成的多孔材料。
优选地，所述绝缘导热材料粉末至少包括Al2O3、BeO、ALC或SiC粉末中的一种。
优选地，所述粘结剂至少包括CaO-Al2O3-SiO2系溶液、Mg-Al2O3-SiO2系溶液、MnO-MgO-Al2O3-SiO2系溶液中的一种。
优选地，所述导热液体为导热油墨。
本发明还提出一种具有散热结构的PCB板加工方法，包括：
将金属粉末或绝缘导热材料粉末与粘接剂混合，通过模组压制、模具注射、挤压或轧制成PCB基材；
将所述PCB基材放入高温炉中烧结成多孔材料；
对所述多孔材料进行整形加工，形成多孔导热层；
在所述多孔导热层的第一面粘接导电层，在其第二面通过真空或毛细作用渗入导热液体或固液相变导热材料。
优选地，所述在多孔导热层的第一面粘接导电层之前还包括：
在所述多孔导热层的第一面粘接绝缘层。
本发明提出的一种具有散热结构的PCB板及其加工方法，PCB板的载体层为导热良好的多孔材料制成的多孔导热层，并在多孔导热层的孔中渗入导热油墨等导热液体或固液相变导热材料，当PCB板变热时，由于多孔材料和导热油墨的膨胀系数不一致，导热油墨从多孔材料中析出，析出的导热油墨在PCB板的接触界面中通过毛细现象填充了接触界面与外界介质的空气间隙，从而大大降低了从LED到接触界面的热阻，大大提高了PCB板的内部导热性，而且成本低，结构简单，安装方便。
附图说明
图1是本发明具有散热结构的PCB板的第一实施例的截面剖视图；
图2是本发明具有散热结构的PCB板的第二实施例的截面剖视图；
图3是图1所示的具有散热结构的PCB板加工方法的流程示意图；
图4是图2所示的具有散热结构的PCB板加工方法的流程示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
本发明技术方案总体思路是：将PCB板的载体层制成具有绝缘导热或导电导热的多孔导热层，并在多孔导热层的孔内注有导热油墨等导热液体或固液相变导热材料，以减少LED到PCB板的接触界面之间的热阻，提高PCB板的导热效果。
以下将结合附图及实施例，对实现发明目的的技术方案作详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参照图1，本发明第一实施例提出的具有散热结构的PCB板，包括导电层101及PCB载体层102，PCB载体层102是由导热良好的多孔材料制成的多孔导热层，多孔导热层的孔内注有导热油墨等导热液体或固液相变导热材料。
其中，多孔导热层包括第一面(图中未示出)以及与第一面相对的第二面1021，导电层101设置在多孔导热层的第一面并与多孔导热层的第一面粘接，导电层101上设有多个LED。该多孔导热层的第二面1021为与外界介质接触的接触界面。
以导热油墨为例，当PCB板由于LED的发光而变热时，由于构成多孔导热层的多孔材料和导热油墨的膨胀系数不一致，导热油墨从多孔材料中析出，析出的导热油墨在PCB板的接触界面中通过毛细现象填充了接触界面与外界介质的空气间隙，从而大大降低了从LED到接触界面的热阻，提高了PCB板的内部导热性。
在本实施例中，多孔导热层可以为绝缘导热材料粉末与粘结剂混合后压制烧结而成的具有绝缘导热性能的多孔材料等。
绝缘导热材料粉末可以是Al2O3、BeO、ALC或SiC粉末中的一种，或其中任意两种或两种以上的混合物等。
粘结剂可以是CaO-Al2O3-SiO2系溶液、Mg-Al2O3-SiO2系溶液或MnO-MgO-Al2O3-SiO2系溶液中的一种，或其中任意两种或任意两种以上的混合液体等。
本实施例PCB板的具体制作过程为：
采用Al2O3、BeO、ALC或SiC等绝缘导热材料粉末与粘结剂(CaO-Al2O3-SiO2系溶液、Mg-Al2O3-SiO2系溶液或MnO-MgO-Al2O3-SiO2系溶液)混在一起，通过模组压制，模具注射，挤压或者轧制等工序制成初始形状，然后放入高温炉中烧结形成具有一定强度和硬度的多孔材料。然后对多孔材料进行加工整形等工序形成多孔导热层。把加工整形好的多孔导热层的第一面铺上导电层101，形成图1中所示的PCB板结构。最后把多孔导热层的第二面1021通过真空或者毛细作用渗入导热液体(或者在一定温度下通过以上两种方法渗入固液相变导热材料)，形成上述的导热良好的PCB板。
相比现有技术，本实施例由导热良好的多孔材料制成多孔导热层作为PCB板的载体层，并在多孔导热层的孔中渗入导热油墨等导热液体或固液相变导热材料，当PCB板变热时，由于多孔材料和导热油的膨胀系数不一致，导热油墨从多孔材料中析出，析出的导热油墨在PCB板的接触界面中通过毛细现象填充了接触界面与外界介质的空气间隙，大大降低了从LED到接触界面的热阻，提高了PCB板的内部导热性，而且本实施例成本低，安装方便快速，PCB板的载体层受压均匀，使得LED的温度更容易控制。
请参照图2，本发明第二实施例提出的具有散热结构的PCB板与上述第一实施例相似，其不同之处在于：本实施例中多孔导热层202为导电导热的多孔材料制成，在导电层201与多孔导热层202之间设置有绝缘层203，绝缘层203的上下两面(图中未标出)分别与导电层201与多孔导热层202粘接。
此种结构设计主要是为了增加导电层201与多孔导热层202之间的绝缘性，同时，由于在导电层201与多孔导热层202之间增设了绝缘层203，因此，本实施例中的多孔导热层202还可以为金属粉末与粘结剂混合后压制烧结而成的具有导电导热性能的多孔材料。该金属粉末可以是铝、铜或钨等。本实施例PCB板的具体制作过程为：
采用铝、铜或钨等金属粉末与粘结剂(CaO-Al2O3-SiO2系溶液、Mg-Al2O3-SiO2系溶液或MnO-MgO-Al2O3-SiO2系溶液)混在一起，通过模组压制，模具注射，挤压或者轧制等工序制成初始形状，然后放入高温炉中烧结形成具有一定强度和硬度的多孔材料。然后对多孔材料进行加工整形等工序形成多孔导热层202。把加工整形好的多孔导热层202的第一面由内到外分别铺上一层绝缘层203和导电层201，形成图2中所示的PCB板结构。最后把多孔导热层202的第二面2021通过真空或者毛细作用渗入导热液体(或者在一定温度下通过以上两种方法渗入固液相变导热材料)，形成上述的导热良好的PCB板。
请参照图3，针对图1所示的具有散热结构的PCB板，本发明一实施例提出一种具有散热结构的PCB板的加工方法，其包括：
步骤S101，将绝缘导热材料粉末与粘接剂混合，通过模组压制、模具注射、挤压或轧制成PCB基材；
步骤S102，将PCB基材放入高温炉中烧结成多孔材料；
步骤S103，对多孔材料进行整形加工，形成多孔导热层；
步骤S104，在多孔导热层的第一面粘接导电层，在其第二面通过真空或毛细作用渗入导热液体或固液相变导热材料。
本实施例中绝缘导热材料粉末可以是Al2O3、BeO、ALC或SiC粉末中任意一种，或任意两种或两种以上的混合物等。
粘结剂可以是CaO-Al2O3-SiO2系溶液、Mg-Al2O3-SiO2系溶液或MnO-MgO-Al2O3-SiO2系溶液，或其中任意两种或两种以上的混合液体等。
请参照图4，针对图2所示的具有散热结构的PCB板，本发明另一实施例提出一种具有散热结构的PCB板的加工方法，其包括：
步骤S201，将金属粉末与粘接剂混合，通过模组压制、模具注射、挤压或轧制成PCB基材；
步骤S202，将PCB基材放入高温炉中烧结成多孔材料；
步骤S203，对多孔材料进行整形加工，形成多孔导热层；
步骤S204，将多孔导热层的第一面与绝缘层的第一面粘接；
步骤S205，在绝缘层的第二面粘接导电层，在多孔导热层的第二面通过真空或毛细作用渗入导热液体或固液相变导热材料。
本实施例中该金属粉末可以是铝、铜或钨中任意一种，或其中任意两种或两种以上的混合物等。粘结剂可以是CaO-Al2O3-SiO2系溶液、Mg-Al2O3-SiO2系溶液或MnO-MgO-Al2O3-SiO2系溶液，或者其中任意两种或两种以上的混合液体等。
本发明实施例具有散热结构的PCB板及其加工方法，PCB板的载体层为导热良好的多孔材料制成的多孔导热层，并在多孔导热层的孔中渗入导热油墨等导热液体或固液相变导热材料，当PCB板变热时，由于多孔材料和导热油墨的膨胀系数不一致，导热油墨从多孔材料中析出，析出的导热油墨在PCB板的接触界面中通过毛细现象填充了接触界面与外界介质的空气间隙，从而大大降低了从LED到接触界面的热阻，大大提高了PCB板的内部导热性，而且成本低，结构简单，安装方便。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种具有散热结构的PCB板，包括导电层及PCB载体层，其特征在于，所述PCB载体层为多孔导热层，所述多孔导热层的孔内注有导热液体；所述导电层设置在所述多孔导热层的第一面，所述多孔导热层的第二面为与外界介质的接触界面；所述多孔导热层为金属粉末与粘结剂混合后压制烧结而成的多孔材料或者所述多孔导热层为绝缘导热材料粉末与粘结剂混合后压制烧结而成的多孔材料。
2.根据权利要求1所述的PCB板，其特征在于，还包括绝缘层，位于所述导电层与所述多孔导热层之间；所述绝缘层的上下两面分别与所述导电层和所述多孔导热层粘接。
3.根据权利要求1所述的PCB板，其特征在于，所述金属粉末至少包括铝、铜、钨中的一种。
4.根据权利要求1所述的PCB板，其特征在于，所述绝缘导热材料粉末至少包括Al2O3、BeO、ALC、SiC粉末中的一种。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的PCB板，其特征在于，所述粘结剂至少包括CaO-Al2O3-SiO2系溶液、Mg-Al2O3-SiO2系溶液、MnO-MgO-Al2O3-SiO2系溶液中的一种。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的PCB板，其特征在于，所述导热液体为导热油墨。
7.一种具有散热结构的PCB板加工方法，其特征在于，包括：
将金属粉末或绝缘导热材料粉末与粘接剂混合，通过模组压制、模具注射、挤压或轧制成PCB基材；
将所述PCB基材放入高温炉中烧结成多孔材料；
对所述多孔材料进行整形加工，形成多孔导热层；
在所述多孔导热层的第一面粘接导电层，在其第二面通过真空或毛细作用渗入导热液体。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述在多孔导热层的第一面粘接导电层之前还包括：
在所述多孔导热层的第一面粘接绝缘层。
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