CN103069518A - 包括至少一个陶瓷部件的印刷电路板 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种包括基板（1）的印刷电路板，至少一个陶瓷部件（2,3,4）附接到基板（1）上，以便于使得由所述陶瓷部件（2,3,4）产生的热量能够被释放并且阻止在所述陶瓷部件（2,3,4）中和在所述基板（1）中的破裂。为此，所述陶瓷部件（2,3,4）借由两个由金属基复合材料制成的连接器（5,6）附接到所述基板（1）上。所述两个连接器还优选地具有切口以便于使得在所述基板中产生的机械应力能够携带到所述连接器中。

Description

包括至少一个陶瓷部件的印刷电路板
技术领域
本发明涉及一种包括至少一个电子或电气陶瓷部件的印刷电路板。更具体地，本发明涉及一种用于在印刷电路板上的电气或电子陶瓷部件的装配方法，特别是当所述印刷电路板处于板上恶劣环境中，例如在涡轮发动机中时。
背景技术
陶瓷电容器在电子板或组件上的使用带来了可靠性问题，尤其是由于陶瓷电容器材料的易碎性。的确，陶瓷不能承受超过它的弹性极限的机械应力，并且因此，它容易破裂。这些破裂限制电容器的能力，并且甚至会导致绝缘性下降。该问题在大于1cm的电容器中尤为重要。
相似地，陶瓷电阻器当安装到印刷电路板上时也具有可靠性问题。当基板和在基板上承载的部件具有互相不同的热膨胀系数时可以观察到该问题。
目前对该问题的解决方案包括限制部件的尺寸，其也限制它们的容量，或者使用中间连接器来将陶瓷部件附接到它们的基板。这些中间连接器必须具有接近陶瓷的热膨胀系数的热膨胀系数，以阻止陶瓷部件的破裂。因此，目前，中间连接器由例如铁镍钴的合金制成，其具有大约6ppm/k的热膨胀系数。
然而，申请人已经发现，这种中间连接器的使用导致陶瓷部件的发热，其可以导致在它们容量方面的下降。具体地，当多个陶瓷部件经由两个铁镍钴连接器平行连接时，申请人已经发现，最远离基板平行安装的部件比最接近基板平行安装的部件发更多的热。该温度分布限制了可以平行安装的部件的数量。此外，该温度分布可以导致最远离基板设置的电容器的容量下降，并且尤其是当达到大于125℃的温度时。申请人也已经发现，现有技术连接器的使用会增加在陶瓷部件中的热机械应力。
发明内容
本发明的目的在于，通过提供一种印刷电路板，所有尺寸的陶瓷部件可以附接在所述印刷电路板上，该印刷电路板可以至少部分地克服现有技术的缺点，。
本发明的另一个目的在于提供一种陶瓷部件破裂风险下降的印刷电路板，所述陶瓷部件可以附接该印刷电路板上。破裂。
本发明的另一个目的在于提供用于将陶瓷部件附接在印刷电路板上的方法，其可以限制所述部件的发热。
本发明的另一个目的在于提供用于将多个陶瓷部件平行附接在印刷电路板上的方法，其可以限制最远离基板的陶瓷部件的发热。
本发明的另一个目的在于提供一种陶瓷部件牢固附接在其上的印刷电路板。
本发明的另一个目的在于提供一种在其上的机械压力降低的印刷电路板。
为此，根据本发明第一方面提供了一种包括基板的印刷电路板，至少一个陶瓷部件安装在基板上，其中所述陶瓷部件借由两个连接器附接到所述基板上，每个连接器由金属基复合材料制成。
由金属基复合材料制成的连接器的选择是特别有利的，因为它具有接近陶瓷的热膨胀系数的热膨胀系数，并且因此，它可以减少在陶瓷部件中的破裂的风险。
此外，由金属基复合材料制成的连接器具有高的热传导性，并且因此提供热从一个或多个陶瓷部件的良好释放，包括当平行地连接陶瓷部件时。的确，由金属基复合材料制成的连接器具有大于300W/Mk的热传导性，其显著地减少陶瓷部件的自发热，同时保持它的机械完整性，因为阻止了破裂。
此外，由金属基复合材料制成的连接器可以具有在整个印刷电路板上的均匀温度，尽管在印刷电路板与第一部件之间的几何尺寸方面的显著变化。
此外，本发明允许在大量陶瓷部件平行地连接在两个连接器之间，因为最远离基板的陶瓷部件的热量可以通过由金属基复合材料制成的连接器释放。
有利地，金属基复合材料从下面的组中选择：铜-碳，铜-金刚石，铝-碳，铝-碳化硅，铝-金刚石。可以理解，术语“铜-碳”表示具有铜基和碳增强物的复合材料。相似地，对于提及的其他复合材料：称为第一的化学元素是指形成所述基的元素并且第二化学元素是构成所述增强物的元素。
这些连接器材料的选择可以提供具有在6-16ppm/k之间的热膨胀系数和大约150W/mK的热传导性的连接器，其既允许避免在陶瓷部件中的破裂并且还允许移走由这些陶瓷部件产生的热量。
根据优选实施方式，每个连接器包括设置在陶瓷部件与基板之间的基体，所述基体通过切口（notch）分割。在每个连接器的基体中的该切口允许限制在基板中的机械应力和热应力。的确，该切口允许在切口处传递通常存在于基板中的应力到所述基体。然而，由于连接器比基板更坚固，它还可以增加印刷电路板的寿命。
这些切口仅是可能的，因为连接器具有良好的热传导性。的确，如果不是这样的情况，减少每个连接器的基体段的事实会阻止热从陶瓷部件释放，并且因此，会导致陶瓷部件的发热。
有利地，所述基板平行于XZ平面延伸，陶瓷部件平行于X轴延伸，连接器平行于与XZ平面垂直的Y轴延伸。
有利地，所述切口限定在每个连接器的基体中的三个区域：
-设置在所述切口处的减少段的部分；
-设置在所述减少段的部分的两侧上的引脚部和连接部，并且因此示出比所述减少段的部分大的段。
当切口制作在连接器中时，它优选地沿着X轴延伸。
有利地，所述引脚部也被分割成多个垂片。有利地，该分割沿着与所述切口的方向垂直的方向产生。因此，所述引脚部有利地被沿着所述Z轴切割。
所述引脚部例如通过狭缝划分减少了在引脚部中沿着分割轴的热机械应力，其使得能够增加组件的寿命。
根据各个实施方式：
-所述引脚部可以被引导到陶瓷部件，也就是说所述引脚部可以由所述基体位于所述切口与所述基板之间的、与所述连接器接续的一部分来形成，并且该实施方式能够节省空间；或者
-所述引脚部可以被从陶瓷部件向外展开，也就是说，旋转所述引脚部以便于位于当前位置的180°处。在这种情况下，所述引脚部不再位于陶瓷部件下方；该实施方式允许连接器更好地附接到基板。
本发明特别涉及其中陶瓷部件是陶瓷电容器的情况。
有利地，至少两个陶瓷部件借由两个连接器平行地连接。的确，本发明允许平行地连接多个陶瓷部件，不会使得最远离基板设置的陶瓷部件发热到比最接近基板的陶瓷部件的温度高的温度。
有利地，所述基体沿着Y轴的具有大于4mm的高度。
有利地，所述切口沿着Y轴离最接近基板的部件的距离为在2mm到6mm之间，其允许避免在附接到基板之后连接器的热机械应力。
有利地，所述连接器沿着X轴具有大约2mm的厚度。
有利地，所述减少段的部分沿着X轴具有在0.25到1mm之间的厚度，以限制热机械应力并且增加部件的寿命。
本发明还涉及金属基复合材料在将陶瓷部件连接到在印刷电路板中的基板中的用途。
本发明还涉及一种以下金属基复合材料在将陶瓷部件连接到在印刷电路板中的基板中用途：铜-碳，铜-金刚石，铝-碳，铝-碳化硅，铝-金刚石。
本发明还涉及将多个陶瓷部件平行连接到在印刷电路板中的基板的金属基复合材料的用途。
附图说明
一旦阅读下面参考附图的详细描述，本发明的其它特征和优点将变得清楚：
图1为根据本发明实施方式的印刷电路板的透视图；
图2为图1的印刷电路板的正视图；
图3为根据本发明另一个实施方式的印刷电路板的正视图；
图4为图3的印刷电路板的侧视图；
图5为图3的印刷电路板的俯视图。
为了简洁，在所有附图上相同或相似元件由相同附图标记表示。
具体实施方式
图1和图2表示根据本发明第一实施方式的印刷电路板。该印刷电路板包括基板（1）。该基板（1）优选地包括由绝缘材料分隔的一个或多个薄铜层的组件。该绝缘材料可以例如是聚酰胺、环氧树脂或玻璃纤维。基板（1）通常具有在4到25ppm/k之间的系数。
基板（1）与XZ平面平行。
印刷电路板还包括平行地连接到基板（1）的三个陶瓷部件（2,3,4）。在该实例中，平行连接的陶瓷部件的数量等于3，但是在不脱离本发明范围的情况下可以选择不同数量的陶瓷部件。通常，数量n个陶瓷部件可以平行连接，其中n为1或以上。
在该实施方式中，陶瓷部件（2,3,4）是陶瓷电容器，但是本发明也可以与其他类型的陶瓷部件一起实施，例如与陶瓷电阻器一起。
每个陶瓷部件平行于X轴延伸。
三个陶瓷部件（2,3,4）借由两个连接器（5和6）连接到基板（1），每个连接器平行于Y轴延伸。
本发明尤其值得注意的在于，每个连接器（5,6）由金属基复合材料组成。该金属基复合材料优选地是下面材料的其中一种：铜-碳，铜-金刚石，铝-碳，铝-碳化硅，铝-金刚石。
因此，每个连接器（5,6）沿着Y和Z轴具有与陶瓷的热膨胀系数相似的热膨胀系数。的确，每个连接器（5,6）沿着Y和Z轴具有在8到16ppm/k范围之间的热膨胀系数，其可以限制在将陶瓷部件（2,3,4）装配到基板（1）上期间的热机械应力。因此，连接器（5,6）的存在可以减少由于在基板（1）与陶瓷部件（2,3,4）之间的热膨胀系数方面的不同在陶瓷部件中破裂的风险，。
此外，因此每个连接器（5,6）沿着Y和Z轴具有大于150W/mK的热传导性，其可以促进热流量的耗散。因此，由每个陶瓷部件（2,3,4）产生的热量可以通过连接器5和6释放，其阻止陶瓷部件（2,3,4）的过热。因此，本发明允许大量陶瓷部件的平行连接，因为即使当堆叠大量陶瓷部件时，产生的热量也可以释放。
每个连接器（5,6）可以通过锡焊、铜焊、钎焊、胶接或使用来将部件附接到印刷电路板上的任何其他装配方法附接到基板（1）。
相似地，每个陶瓷部件（2,3,4）可以通过锡焊、铜焊、钎焊、胶接或使用来将部件附接到连接器上的任何其他装配方法固定到每个连接器（5,6）。
每个连接器（5,6）具有基体（7,8）。基体（7,8）是连接器（5,6）设置在基板（1）与最接近基板（1）的陶瓷部件（2）之间的部分。基体（7,8）沿着Y轴优选地具有至少4mm的厚度以允许在陶瓷部件与基板之间的空气循环，并且减少在基板与最接近基板的陶瓷部件（2）之间的热机械应力。
每个基体（7,8）优选地沿着X轴通过切口（9，10）被分割。每个切口（9,10）的底部优选地为圆形的以阻止连接器在切口（9,10）处破裂。每个切口（9,10）将基体（7,8）分割成它属于的三个区域：
-减少段的部分（12）；
-设置在基板附近的引脚部（13,14）；
-设置在陶瓷部件附近的连接部（15,16）。
每个连接器（5,6）沿着X轴优选地具有基本上等于2mm的厚度。
在这种情况下，优选地制作切口9和10以便每一减少段的部分（11,12）沿着X轴具有在0.25到1mm之间的厚度。该切口（9,10）的存在允许传递通常存在于基板中的应力到连接器（5,6）的引脚部（13,14）。然而，由于连接器（5,6）机械性方面比基板更坚固，热机械应力的延缓可以增加印刷电路板的寿命。
此外，优选地以沿着Y轴离最接近基板（1）的陶瓷部件（2）的距离为在2到6mm之间来形成切口（9,10），以便限制在将陶瓷部件（2）附接到连接器（5,6）之后的热机械应力。
此外，每个陶瓷部件（2,3,4）优选地互相明显远离，以允许空气在它们之间循环。因此，陶瓷部件（2,3,4）优选地沿着Y轴以在0.5到1mm的距离分隔。
图3到图5示出本另一个实施方式，其中在每个连接器（5,6）上的基体（7,8）显示出不同于图1和图2的实施方式的基体（7,8）的另一种形式。在该实施方式中，每个基体（7,8）的引脚部（13,14）不与每个连接器（5,6）在一条直线上，而是转向陶瓷部件（2,3,4）的外侧。更具体地，在图1和图2的实施方式中，引脚部（13）位于连接器5的紧密接合处，并且沿着+X轴方向。相反，在该实施方式中，与图1和图2的引脚部相比，引脚部（13）折弯180°，以便引脚部（13）沿着-X轴方向。同样适用于引脚部14，在图1和图2的实施方式中，其沿着-X轴方向，而在该实施方式中，与图1和图2的引脚部相比，引脚部14折弯180°，以便引脚部（14）沿着+X轴方向。
此外，如可以在图4和图5中更清楚见到，每个引脚部（13,14）沿着Z轴分别被分割成多个垂片（13-13n，14n-14a）。引脚部（13,14）优选地被狭缝分割。该分割允许引脚部减少沿着Z轴的热机械应力，其增加在连接器（5,6）与基板（1）之间的组件的寿命。
在该实施方式中同样可以考虑分割图1和图2的印刷电路板的引脚部（13和14）来减少沿着Z轴的应力。
自然地，本发明不限于参考附图描述的实施方式，并且在不脱离本发明范围的情况下可以作出各种变形。一个实例可能是将单个电子部件连接到基板。也可以在每个基体中形成具有其他几何形状的切口。此外，沿着Z轴分割引脚部可以采取其他形式。

Claims (10)

1.包括基板（1）的印刷电路板，至少一个陶瓷部件（2,3,4）安装在所述基板上，其中所述陶瓷部件（2,3,4）借由两个连接器（5,6）附接到所述基板（1）上，其特征在于，每个所述连接器（5,6）由金属基复合材料制成。
2.根据前述权利要求所述的印刷电路板，其特征在于，所述金属基复合材料从下面的组中选择：铜-碳，铜-金刚石，铝-碳，铝-碳化硅，铝-金刚石。
3.根据前述权利要求任意一项所述的印刷电路板，其特征在于，每个所述连接器（5,6）包括设置在所述陶瓷部件（2）与所述基板（1）之间的基体（7,8），其中所述基体（7,8）通过切口（9,10）分割。
4.根据前述权利要求所述的印刷电路板，其特征在于，所述切口（9,10）限定在每个所述连接器（5,6）的基体（7,8）中的三个区域：
-设置在所述切口（9,10）处的减少段的部分（11,12）；
-设置在所述减少段的部分（11,12）的两侧上的引脚部（13,14）和连接部（15,16）。
5.根据前述权利要求所述的印刷电路板，其特征在于，所述引脚部（13,14）分割成多个垂片（13a…13n,14a…14n）。
6.根据权利要求4或5任意一项所述的印刷电路板，其特征在于，所述引脚部（13,14）被从所述陶瓷部件（2,3,4）进一步向外展开。
7.根据前述权利要求所述的印刷电路板，其特征在于，所述陶瓷部件（2,3,4）是陶瓷电容器。
8.根据前述权利要求所述的印刷电路板，其特征在于，至少两个所述陶瓷部件（2,3,4）借由两个所述连接器（5,6）平行连接。
9.金属基复合材料在将陶瓷部件（2,3,4）连接到在印刷电路板中的基板（1）中的用途。
10.金属基复合材料在将多个陶瓷部件（2,3,4）平行连接到在印刷电路板中的基板（1）中的用途。
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