CN103167726A

CN103167726A - 多层电路板以及具有这种多层电路板的设施

Info

Publication number: CN103167726A
Application number: CN2012104738097A
Authority: CN
Inventors: 维尔弗里德·拉斯曼; 克里斯蒂安·比特纳
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2011-12-12
Filing date: 2012-11-20
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2032-11-20
Also published as: US9107295B2; US20130146352A1; DE102011088256A1; CN103167726B

Abstract

多层电路板以及具有这种多层电路板的设施，其中，该多层电路板（1）的至少一个电路板端面（5、5’、5”、5”’），特别是全部端面（5、5’、5”、5”’），导热地金属化。还提出一种具有这种类型电路板（1）的设施（12）。

Description

多层电路板以及具有这种多层电路板的设施

技术领域

本发明涉及一种依据权利要求1的前序部分所述的多层电路板。本发明此外涉及一种依据权利要求12的前序部分所述的具有这种多层电路板的设施。

背景技术

在现有技术中公知了由多个接触层，如例如接地层、信号层和供电层组成的多层电路板，用于复杂的、特别是大规模集成电路。电路板载体材料在这种情况下优选基于环氧树脂的载体材料，特别是FR4，其使成本低廉的电路板加工成为可能。

在要求高的耐热性的使用环境中使用FR4-电路板存在问题，因此对于这种类型的要求一般使用陶瓷的电路板。但是，这种电路板的缺点在于高的单位成本和昂贵的键合工艺。

DE 102009060123A1公开了一种具有电路板的电路，在其中热量从安装在电路板上的电子元件排到冷却区域内。其他具有在其中设置有热量的排出的电路板的电路由DE 102007019098A1和DE 19723409A1公知。

发明内容

由此出发本发明的任务在于如下，即，克服现有技术的上述缺点并提出能够成本低廉地制造的、能够更好地散热的多层电路板以及利用其形成的设施。

这个任务在多层电路板方面依据本发明通过权利要求1的特征解决，在设施方面通过权利要求12的特征解决。具有优点的改进方案和实施方式在从属权利要求中予以说明。

依据本发明提出一种多层电路板，特别是借助多个电路板载体材料层形成的多层电路板，其中，作为载体材料优选设置有基于环氧树脂的载体材料，特别是FR4。在载体材料层上形成导体轨迹和/或导体面，特别是以能导电的层，特别是通过载体材料彼此适当绝缘的接地层、供电层和信号层形式的导体轨迹和/或导体面。在“多层电路板”的概念中，在本发明的框架内特别是同时包括已安装器件的电路板，特别是还有HDI-电路板。在不同层的单个导体轨迹或导体面之间的通孔触点能够以本身公知的方式来设置。

多层电路板具有第一以及特别是面式地延伸的第二表面，它们在电路板层叠的堆叠方向上在相互对置的末端上形成；以及具有边缘或者说边缘区域，其在横向于电路板的堆叠方向的方向上限定电路板端面。第一和第二面式的表面优选彼此平整平行地布置，而那些特别是相对较窄的端面则横向于它们延伸地定向。

为了提供能够明显更好地散热的多层电路板，依据本发明多层电路板的至少一个，特别是全部电路板端面导热地金属化。由此，端面能够具有优点地主动用于电路板的散热，优选用于与冷却体，特别是与外壳，能导热的接合。在这种情况下设置如下，即，使端面金属化地覆层，特别是镀铜，即作为边缘镀铜部。优选各自能导热地金属化的端面，特别是全部端面，整面地金属化地形成。

为改善多层电路板的散热，在本发明的框架内多层电路板以如下方式构成，即，使热量能够从电路板向至少一个导热地金属化的端面传输。为此，在电路板中能够设置有至少一个面式的、能导热的金属层，例如铜层，至少一个端侧的金属化的面能导热地与该金属层接触。优选金属化的端面与多个特别是相同的电位的能导热的层能导热地耦接。

在本发明的框架内设置如下，即，在至少一个其上形成有导热地金属化的电路板端面的电路板边缘上，多个过孔在电路板上形成并与金属化的端面能导热地接触。以这种方式形成的边缘侧的过孔在这种情况下优选起热过孔的作用，即导热的作用。

借助边缘侧的过孔，特别是通过这些过孔的适当的分组，能够具有优点地使在电路板中的热量通道化，特别是通道化地向电路板边缘引导。在这种情况下需要指出的是，通过其他在电路板的内部区域内构成的过孔能够支持通道化，其中，这些过孔与在边缘区域内构成的过孔形成从电路板的内部区域到电路板的边缘区域的通道。

特别是就通过过孔能够提供高的导热能力而言，这适用于形成大的温差。各自的导热通道在这种情况下特别是从电路板上的热源向在其上布置有这种类型的边缘侧的过孔的金属化覆层的边缘或端面延伸。为了形成这种类型的导热通道，可以只设置有边缘侧的过孔形式的过孔。在此外优选的实施方式中，此外设置有如下过孔，其布置在电路板上的热源与边缘过孔之间并且有助于热流的通道化，即同样起热过孔的作用。

边缘侧的过孔一方面可以是在电路板的边缘区域内，但仍在电路板的内部实施的过孔。而另一方面则可以是在电路板的周边上实施的并沿周边形成一种类型切口的过孔。过孔在此能够以如下方式实施，即，它们要么完全穿过要么仅部分地穿过电路板。

优选在电路板上形成多个这种类型的导热通道，它们从电路板上的热源向至少一个，特别是向不同的，此外特别是向全部金属化的端面延伸。通过这种类型的热分散能够具有优点地避免特别是在电路板中的热点以及热应力。

优选电路板在本发明的框架内除了导热通道外具有布线通道，也就是说一种拆分的结构。用于引导电流的布线通道例如用于信号引导、供电等，而导热通道则引导热流，即用于电路板向电路板边缘散热的目的。导热通道和布线通道优选能够交替，也就是说至少在一段上包围或环绕热源地交替，从而电路板能够均匀地散热。布线通道能够各自借助特别是经过多个电路板层延伸的导体结构的集束来形成。

在电路板上的热源能够是例如半导体或功率元件，特别是布置在面式的表面上的，例如第一或第二表面上的这种元件。

边缘侧的过孔，也称为在电路板的边缘区域的内部实施的过孔的过孔，在依据本发明的实施方式中能够与金属化的端面相邻地在电路板的边缘上形成或布置，也就是说具有与金属化的端面的间隔，例如与电路板端面在1mm至2mm的范围内的间隔，其中，边缘侧的过孔能导热地与金属化的端面，例如通过一个或多个能导热的电路板层，耦接。在这里需要指出的是，这些边缘侧的过孔在电路板的内部实施。与下面所述的边缘侧的过孔相反，这些过孔的内表面不形成金属化的端面的一部分。

在电路板的边缘区域的内部实施的过孔要么能够具有金属化的，例如镀铜的，内侧表面，要么它们能够完全用金属，例如铜，来填充。

适宜的，这些布置在边缘侧上的过孔能够适宜地环绕产生热量的热源在电路板上形成闭合的曲线。由此达到外部磁场的渗透，这为电路板产生一种类型的法拉第笼。

在优选的实施方式中，边缘侧上形成的过孔的每一个侧面，特别是内侧面，形成金属化的端面的一部分。特别是为了提供尽可能大的表面，在这种情况下特别设置如下，即，边缘侧的过孔向各自的端侧或者说端面敞开，也就是说，特别是在其在堆叠方向上的长度上敞开。以这种方式，边缘侧的过孔槽状地或通道状地在堆叠方向上延伸，其中，其同样能导热地金属化的内侧面能够构成端面的各一个部分。在这种情况下能够设想不同的过孔横截面。在这里需要指出的是，这些边缘侧的过孔在电路板的周边上实施。

在本发明的框架内设置如下，即，边缘侧的过孔或通孔触点穿过多层电路板延伸，也就是说，在层叠的堆叠方向上，特别是与至少一个或多个电路板层，特别是金属化的层，能导热地接触。特别是以如下方式设置电路板的散热，即，使热量借助边缘侧的过孔能够从第一表面向第二表面传输。但是，也能够设想，在边缘侧上形成的过孔仅在多层电路板在层叠的方向上的一段上形成。优选在电路板中的边缘侧的过孔具有也在层叠方向上敞开的末端。为了制造边缘侧的过孔能够设置切削的方法，例如钻孔，或无切屑的方法，例如激光切割。

优选设置如下，即，布置在导热地金属化的端面上的边缘侧的过孔布置成组，特别是布置成彼此相间隔的组，其中，每一组的过孔在边缘侧上并排地沿端面或电路板边缘布置。由此，除了热平衡外，特别是能够实现在电路板中的热传输的通道化。各组能够设置有例如成列的至少一个至最多六个过孔。

在本发明的框架内，还提出一种具有壳体以及如上所述的多层电路板的设施，其中，多层电路板布置在壳体中或壳体上。在这种情况下在多层电路板的每一个能导热地金属化的端面与壳体之间布置有导热的填料，特别是导热胶。以这种方式壳体能够具有优点地简单地能导热地与至少一个金属化的端面耦接。

壳体优选是铝压铸体，总体上优选是金属的、能导热的体。壳体作为降温器件来设置，在该降温器件上来自多层电路板的废热能够通过至少一个金属化的端面排出。这种设施具有优点地使多层电路板通过其基于与壳体通过填料的良好的热耦接的导热地金属化的端侧或边缘侧的端面的良好的散热成为可能，以及借助边缘侧的过孔提供扩大的在电路板的端面上的表面的可能性。

在本发明的框架内能够设置如下，即，布置在能导热地金属化的端面上的边缘侧的过孔同样用导热的填料填充，特别是通过热填料导热地与壳体接触。以这种方式扩大的以边缘侧的过孔的内侧面形式可供使用的表面能够具有优点地用于热耦接。

特别是为了避免填料从各自用导热的填料填充的边缘侧的过孔的敞开的末端出来进入电路板的元件区域内，能够设置如下，即，敞开的末端能够通过特别是固定在壳体上的压紧件，特别是通过压紧保持器件，覆盖。该压紧保持器件同样能够起导热的作用。

借助依据本发明的多层电路板以及所提出的设施，能够特别具有优点地能散热地形成例如控制装置，特别是用于机动车辆的控制装置，此外特别是变速器控制装置。

本发明的其他特征和优点借助示出本发明重要的细节的标记的附图，由后续的对本发明的实施例的描述和权利要求得出。在本发明的方案中，单项特征能够本身各自单独或多个以任意的组合形式实现。

附图说明

下面借助附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。其中：

图1示范性和示意性示出依据本发明的一种可行的实施方式的多层电路板的俯视图；

图2示范性和示意性示出依据本发明的一种可行的实施方式的具有依据图1的多层电路板以及壳体的设施的俯视图；

图3示范性和示意性示出依据本发明的另一种可行的实施方式的具有多层电路板以及壳体的剖面图；以及

图4示范性和示意性示出依据本发明的另一种可行的实施方式的多层电路板，其中，特别示出了布线通道和导热通道。

在后续的附图说明中，相同的部件或功能设有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示范性和示意性示出多层电路板1的第一面式电路板表面2的俯视图，该表面特别是形成电路板1的上侧。多层电路板1形成为FR4-电路板，其具有多个重叠布置或堆叠的电路板层3，特别是供电层、接地层和信号层3a，它们各自在载体材料层3b上形成，例如图3。除了与第一表面2一样是多层电路板1的层叠在堆叠方向A上外置的表面，特别是电路板1的底面的第二面式表面4外，多层电路板1具有四个端面5、5’、5”、5”’，它们各自在多层电路板1上的边缘侧上形成，即在横向于堆叠方向A的方向B、C上形成。

在多层电路板1上的端面5、5’、5”、5”’，特别是全部端面，依据本发明导热地金属化，在这里是镀铜，从而能够具有优点地借助这些端面与外部的降温器件产生良好的热耦接。端面5、5’、5”、5”’通过在电路板的加工过程中，特别是在各自整个端面5、5’、5”、5”’上面，即整面地施布金属层5a来金属化。除了镀铜外，也能够例如镀银。

各自的金属化的端面5、5’、5”、5”’与多个电路板1的能导热的电路板层3a，特别是与接地层3a热耦接，特别是通过它们的材料锁合的连接，即经由端面5、5’、5”、5”’的金属化部5a来热耦接。接地层3a为此一直通到电路板1的各自的边缘上。

正如还能够从图1获知的那样，多层电路板1具有多个过孔或通孔触点6，其在电路板1上在边缘侧上形成，即作为边缘侧的过孔6，特别是在整个边缘上，并提供高的导热能力，特别是结合同样为了导出热量而设置的导热地金属化的端面5、5’、5”、5”’。

能够以传统的加工方法为基础而制造的边缘侧的过孔6在电路板1的堆叠方向A上从第一表面2向第二表面4延伸，其中，边缘侧的过孔6在该方向上两侧具有各一个敞开的末端7。边缘侧的过孔6此外在堆叠方向A上具有基本上呈柱体形的侧面或内侧面8，其由于在各自边缘侧上的在边缘侧过孔6在堆叠方向A上的长度上的开口9，形成导热地金属化的端面5、5’、5”、5”’的一部分。在这种情况下，内侧面8同样导热地金属化或借助金属层5a形成。金属化的内侧面8在这种情况下优选材料锁合地与端面5、5’、5”、5”’在相邻的边缘侧的过孔6之间形成的相邻的部段连接，就此热耦接。这种类型的槽状地形成的边缘侧的过孔6因此具有优点地提供相对于平的端面5、5’、5”、5”’扩大的用于导热的表面。

边缘侧的过孔6同样各自与多个能导热的电路板层3a特别是以如下方式热耦接，即，使热传输能够通过边缘侧的过孔6从第一表面2向第二表面4进行。边缘侧的过孔6特别是与接地层3a热耦接，特别是又通过与该接地层通过金属化部5a的材料锁合的连接来热耦接。

通过构成具有优点地低的过渡热阻的、特别是借助边缘侧的过孔6形成的金属化的端面5、5’、5”、5”’，大量热量能够从电路板1上的，在这里是在第一表面2上的热源，例如微控制器或微处理器，可选地例如功率半导体器件，排放到外部的降温器件上，其中，热量能够从热源10向电路板1的边缘区域或金属化的端面5、5’、5”、5”’通过电路板1的能导热的层3a传输。通过金属化的端面5、5’、5”、5”’，特别是通过借助边缘侧的过孔6扩大的表面5、5’、5”、5”’，废热此外能够具有优点地在堆叠方向A上分布并因此能够更多地被排出。

图1此外示出，布置在导热地金属化的端面5、5’、5”、5”’上的边缘侧过孔布置成组11，特别是布置成彼此相间隔的组11，其中，每一个组11的边缘侧的过孔6并排地沿各自的端面5、5’、5”、5”’或边缘布置。通过提供这种类型的过孔组11能够达到有针对性的热分布和形成导热通道W，例如还有热流W’借助导热通道W的扩散，参见例如在图1和2中的箭头，从而降低多层电路板1所经受的热应力。

图2此外以俯视图示出带有如上所述的多层电路板1以及特别是导热的壳体13的设施12的优选实施方式。壳体13空心地形成为铝压铸体并此外设置用于排出多层电路板1的热量。壳体13在这种情况下利用对应的面14边缘侧地环绕多层电路板1，也就是说，与能导热地金属化端面5、5’、5”、5”’相邻，其中，在壳体13或它的面14与多层电路板1或它的端面5、5’、5”、5”’之间布置有以用于它们的热耦接的导热胶形式的填料15。特别是如能够从图2获知的那样，在这种情况下边缘侧打开的过孔6也利用导热胶15来填充。

电路板1在这种情况下以如下方式布置在壳体13中，即，使与面式的壳体表面16相邻的第二表面4与其共同延伸地布置，其中，在这些表面4、16之间同样布置有以导热胶形式的填料15，对照例如图3。这样热量也能够从末端侧敞开的、边缘侧的过孔6或金属化的端面5、5’、5”、5”’排到表面16上，也就是说，通过热填料导热地与壳体13接触。

图3示出同样借助多层电路板1以及壳体13形成的设施12的另一种实施方式。与前面所述的设施12的区别在于，电路板1在这种情况下具在有边缘侧上布置的过孔6，它们与各自相邻的金属化的端面5、5’、5”、5”’具有间隔地形成。这种边缘侧的过孔6能导热地在堆叠方向上延伸并与能导热的电路板层3a接触地形成的实施方式也能够实现电路板1的良好的散热。但是，在这种情况下通过边缘侧的过孔6不提供扩大的端面5。

此外如能够从图3获知的那样，在边缘侧上布置的过孔6的敞开的末端7各自利用压紧保持器件17覆盖，该压紧保持器件一方面将多层电路板1持久地拦截在壳体13的内部并且另一方面防止导热胶15流到第一表面2上，也就是装备了至少一个构件10的表面2上。此外，热量通过压紧保持器件从末端侧敞开的、边缘侧的过孔6排到壳体13上。

图4示范性示出在多层电路板1上中的导热通道W和布线通道R的布置，这种布置以俯视图示出并且总体上能够如前面对其他实施方式所述那样形成。

为构成借助边缘侧的过孔6以及能导热的层3a形成的导热通道W，例如图3，电路板1在这种情况下附加于边缘侧的过孔6具有过孔18，这些过孔例如以各一个通径的形式布置在边缘侧的过孔6与热源10之间。

作为热过孔起作用的其他过孔18为形成各自的导热通道W提供高的导热能力，为此它们同样适当地与一个或多个导热的电路板层3a能导热地接触，这些电路板层与至少一个能导热地镀金的属端面5、5’、5”、5”’耦接。

如能够从图4获知的那样，多层电路板1拥有具有优点地拆分的结构，其中参见图4中的箭头，布线通道R具有优点地很大程度地不被导热通道W的影响地或与之分开地形成。特别是避免导热通道W和布线通道R不必要的重叠，从而具有优点地也避免在电路板1上的其他电气或电子元件被通过导热通道W输送的热源10的废热意外加热。

在本发明的框架内，布线通道R特别是在电路板1的多个层3上经过的特别是聚集在一起或集束在一起的导体结构，即用于引导在电路板1中特别是从代表热源10的微处理器向元件19分布的电流。元件19能够例如形成为供电装置、传感器接口、IGBT、FET或其他元件。

亦如能够从图4获知的那样，布线通道R和导热通道W环绕热源10交替，特别是多次地，即环绕在层叠方向A上穿过热源10的轴线，从而实现电路板1经过导热通道W、过孔6和18以及金属化的端面5、5’、5”、5”’具有优点地均匀地散热。

借助前面所述的多层电路板1以及设施12能够具有优点地形成控制装置，特别是用于机动车辆的控制装置，此外特别是变速器控制装置。除此之外，不言而喻地能够设想其他的应用可能性。

附图标记

1 多层电路板

2 1的第一表面

3 电路板层

3a 能导热的层

3b 载体材料层

4 1的第二表面

5、5’、5”、5”’1的金属化的端面

5a 金属化的层

6 边缘侧的过孔

7 6的敞开的末端

8 6的侧面或内侧面

9 6的开口

10 热源

11 过孔6的组

12 设施

13 壳体

14 13的面

15 填料

16 13的表面

17 压紧保持器件

18 过孔

19 元件

A 堆叠方向

B、C 方向

R 布线通道

W 导热通道

W’ 热流

Claims

1.多层电路板（1），在其中所述多层电路板（1）的至少一个，特别是全部电路板端面（5、5’、5”、5”’）导热地金属化，并且所述多层电路板具有至少一个能导热的电路板层（3a），所述至少一个导热地金属化的端面（5、5’、5”、5”’）能导热地与所述至少一个能导热的电路板层接触，用于从所述电路板（1）向所述至少一个导热地金属化的端面（5、5’、5”、5”’）传输热量，其中，在至少一个其上形成有导热地金属化的电路板端面（5、5’、5”、5”’）的电路板边缘上，多个过孔（6）在所述电路板（1）上形成并与所述导热地金属化的端面（5、5’、5”、5”’）能导热地接触。

2.根据权利要求1所述的多层电路板（1），其特征在于，在边缘侧上形成的过孔（6）的每一个侧面（8），特别是内侧面（8），形成所述导热地金属化的端面（5、5’、5”、5”’）的一部分。

3.根据权利要求1或2所述的多层电路板（1），其特征在于，所述多层电路板（1）的边缘侧的过孔（6）与至少一个或多个能导热的电路板层（3a）导热地接触。

4.根据前述权利要求之一所述的多层电路板（1），其特征在于，布置在导热地金属化的端面（5、5’、5”、5”’）上的边缘侧的过孔（6）布置成组（11），特别是布置成彼此相间隔的组（11），其中，每一组（11）的过孔（6）并排地沿所述电路板边缘布置。

5.根据前述权利要求之一所述的多层电路板（1），其特征在于，所述至少一个，特别是全部能导热地金属化的端面（5、5’、5”、5”’）整面地金属化，特别是镀铜。

6.根据前述权利要求之一所述的多层电路板（1），其特征在于，至少一个能导热地金属化的端面（5、5’、5”、5”’），特别是全部能导热地金属化的端面，借助在所述电路板（1）上的边缘侧的金属覆层（5a）形成。

7.根据权利要求1至6之一所述的多层电路板（1），其特征在于，边缘侧的过孔（6）穿过多个电路板层（3、3a、3b），特别是穿过整个电路板（1）延伸。

8.根据权利要求1至7之一所述的多层电路板（1），其特征在于，借助至少一个边缘侧的过孔（6）在所述电路板（1）中形成至少一个导热通道（W），特别是从所述电路板（1）上的热源（10）向能导热地金属化的端面（5、5’、5”、5”’）延伸的导热通道（W）。

9.根据权利要求8所述的多层电路板（1），其特征在于，在所述热源（10）与所述至少一个边缘侧的过孔（6）之间在所述电路板（1）中形成至少一个过孔（18），特别是有助于构成所述至少一个导热通道（W）的热过孔（18）。

10.根据权利要求8和9之一所述的多层电路板（1），其特征在于，所述电路板（1）具有如下结构，即，在其中特别是借助至少一个导热通道（W）和至少一个布线通道（R）来拆分热流和电流。

11.根据权利要求12所述的多层电路板（1），其特征在于，所述导热通道（W）和所述布线通道（R）环绕所述电路板（1）上的热源（10）交替，特别是多次地交替。

12.具有壳体（13）以及根据前述权利要求之一所述多层电路板（1）的设施（12），其特征在于，所述多层电路板（1）布置在所述壳体（13）中，其中，在所述多层电路板（1）的每一个能导热地金属化的端面（5、5’、5”、5”’）与所述壳体（13）之间布置有导热的填料（15），特别是导热胶。

13.根据权利要求12所述的设施（12），其特征在于，布置在所述能导热地金属化的端面（5、5’、5”、5”’）上的边缘侧的过孔（6）用所述导热的填料（15）填充，特别是通过热填料（15）导热地与所述壳体（13）接触。

14.根据权利要求13所述的设施（12），其特征在于，各自用所述导热的填料（15）填充的边缘侧的过孔（6）的敞开的末端（7）通过特别是固定在所述壳体（13）上的压紧件（17），特别是通过压紧保持器件（17），覆盖。

15.根据权利要求12至14之一所述的设施（12），其特征在于，所述壳体（13）是金属壳体，特别是特别用作降温器件的铝压铸体。

16.控制装置，特别是用于机动车辆的控制装置，此外特别是变速器控制装置，其特征在于根据权利要求1至11之一所述的多层电路板（1）和/或根据权利要求8至15之一所述的设施（12）。