CN104380837B - 具有嵌入式加热器的印刷电路板 - Google Patents

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Abstract

本发明的方面涉及提供一种印刷电路板，所述印刷电路板包括顶部传导层；底部传导层；在顶部传导层或者底部传导层中的至少一个传导层上布置的多个电子部件；在顶部传导层之间插入的并且配置为生成并向电子部件中的至少一个电子部件传递热的加热器层。

Description

具有嵌入式加热器的印刷电路板
有关申请的交叉引用
本申请要求提交于2012年1月13日的美国临时专利申请（序列号61/586,691）的权益，其内容通过引用完全并入本文中。
技术领域
本发明的方面一般涉及印刷电路（布线）板，并且更特别地涉及一种具有嵌入式加热器的印刷电路板。
背景技术
印刷电路板（PCB）用在许多电子系统或者装置中、例如智能电话、网络、服务器、路由器、计算机、汽车、航空、视频游戏、TV等。PCB用来机械地支撑和耦合电子部件。PCB可以通过传导路径（例如信号迹线）耦合电子部件。这些传导路径可以例如通过在非传导衬底（例如层压材料）上蚀刻传导材料（例如铜箔）来形成。PCB可以包括一个或者多个电路芯、衬底、焊盘或者通孔。此外，PCB可以是多层，例如PCB可以具有顶部传导层、底部传导层和一个或者多个内部传导层。
在PCB上包括的电子部件可以具有它们被设计为在其内操作的温度范围。例如，一些电子部件的标准操作温度从约-40到约85摄氏（C）度。在电子部件在它们的设计的操作温度以外被操作时，它们可能未适当地工作。然而，一些应用要求电子部件在它们的设计的操作温度以下（例如在低于-40摄氏度的温度处）的环境中操作。例如在具有-60摄氏度的环境温度的阿拉斯加中的跑道上放置的飞机可能具有仅额定至-40摄氏度的电子部件。在这样的场景中，可能期望将部件加热至在它们的操作温度内（例如在-40摄氏度以上）。另外，可能期望在施加系统功率之前加热电子部件。
此外，在其它场景中，可能期望在相对短的时间段内加热电子部件。例如军用喷气机可能被要求在二十分钟周期内起飞并且可能未容许慢的加热或者加热器故障。
发明内容
本发明的实施例的一个方面涉及提供一种印刷电路板的嵌入式加热器，该嵌入式加热器可以改进电子部件在低温环境中的操作。
本发明的实施例的另一方面涉及提供一种印刷电路板的嵌入式加热器，该嵌入式加热器可以在相对短时间段内加热电子部件。
本发明的实施例的方面提供一种印刷电路板，印刷电路板包括顶部传导层；底部传导层；在顶部传导层或者底部传导层中的至少一个传导层上布置的多个电子部件；在顶部传导层与底部传导层之间插入的并且配置为生成并且向电子部件中的至少一个电子部件传递热的加热器层。
电子部件中的至少一个电子部件具有操作温度范围，并且加热器层被配置为生成热以将至少一个电子部件的温度从在操作温度范围以下的第一温度提高至在操作温度范围内的第二温度。操作温度范围可以从约-40到约85摄氏度。
在一个实施例中，加热器层包括输入通孔；输出通孔；衬底；以及传导图案，传导图案位于衬底上并且被配置为根据驱动信号生成热，传导图案电耦合于输入通孔与输出通孔之间。
在一个实施例中，印刷电路板还包括：包括加热层的多个加热层，加热层插入顶部传导层与底部传导层之间。
多个加热层可以包括：包括水平传导图案的水平加热层，水平传导图案包括沿着印刷电路板的水平方向在基本上平行线中布置的并且在水平加热层的输入通孔与输出通孔之间被多个连接迹线串联电耦合的多个传导迹线；包括垂直传导图案的垂直加热层，垂直传导图案包括沿着印刷电路板的垂直方向在基本上平行线中布置的并且在垂直加热层的输入通孔与输出通孔之间被另一多个连接迹线串联电耦合的另一多个传导迹线，并且水平加热层和垂直加热层被布置，使得水平加热层或者垂直加热层之一与另一个重叠以形成加热器网格。
在一个实施例中，印刷电路板还包括用于在印刷电路板在操作中时传导信号的多个内部传导层，内部传导层插入顶部传导层与底部传导层之间。多个内部传导层中的至少一个内部传导层可以包括与加热层相邻的实心导体层；实心导体层可以耦合至在顶部传导层或者底部传导层之一上的导体焊盘；并且实心导体层可以被配置为指引通向导体焊盘的热路径。
内部传导层可以插入加热器层与顶部传导层和底部传导层中的至少一个传导层之间，或者加热器层可以插入内部传导层与顶部传导层和底部传导层中的至少一个传导层之间。
加热器层可以具有加热区域和未加热区域。传导图案可以被布置于加热区域中。顶部传导层和底部传导层中的每一个传导层可以具有受热区域，每一个受热区域可以对应于与加热区域重叠的面积，并且加热器层可以被配置为指引向受热区域中的每一个受热区域的热传递。
在一个实施例中，传导图案具有高输出部分和低输出部分，高输出部分具有比低输出部分更高的每单位长度电阻，高输出部分在输入通孔与输出通孔之间与低输出部分串联耦合，并且传导图案被配置为在高输出部分中比在低输出部分中生成更多热。
在一个实施例中，印刷电路板还包括在包括传导图案的衬底上的多个传导图案，其中传导图案中的至少一个传导图案在输入通孔与输出通孔之间与其它传导图案并联耦合。
印刷电路板还可以包括将传导层耦合至另一传导层的通孔，其中通孔插入加热器与电子部件中的电子部件之间，以将加热器层生成的热向与通孔耦合至的电子部件相邻的面积传递。
本发明的实施例的方面提供一种加热印刷电路板的方法，该方法包括提供印刷电路板，印刷电路板包括顶部传导层；底部传导层；在顶部传导层或者底部传导层中的至少一个传导层上布置的多个电子部件；在顶部传导层与底部传导层之间插入的加热器层；并且驱动加热器层以生成并且向电子部件中的至少一个电子部件传递热。
该方法还可以包括提供耦合至加热器层的外部加热器驱动器；从加热器驱动器向加热器层的传导图案供应驱动信号，其中在向传导图案施加驱动信号时，传导图案生成热。
从加热器驱动器向传导图案供应驱动信号可以包括感测印刷电路板在第一时间的温度；如果印刷电路板在第一时间的温度在第一参考温度以下，则向传导图案供应驱动信号；感测印刷电路板在周期间隔处的温度；并且如果印刷电路板在周期间隔处的温度在第二参考温度以上，则停止向传导图案供应驱动信号。
在一个实施例中，该方法还包括如果印刷电路板在第一时间或者周期间隔处的温度在参考温度范围以外，则禁止向印刷电路板供应操作功率；并且如果印刷电路板在第一时间或者周期间隔处的温度在参考温度范围内，停止从加热器驱动器向传导图案供应驱动信号的操作并且允许向印刷电路板供应操作功率。
本发明的实施例的方面提供一种用于加热印刷电路板的系统，该系统包括印刷电路板，印刷电路板包括顶部传导层；底部传导层；在顶部传导层或者底部传导层中的至少一个传导层上布置的多个电子部件；在顶部传导层与底部传导层之间插入的加热器层，其被配置为生成并且向电子部件中的至少一个电子部件传递热；耦合至印刷电路板的加热器驱动器。
加热器驱动器可以包括用于生成用来驱动加热器层的信号生成器和用于控制信号生成器的控制器。信号生成器可以耦合至在加热器层中的传导图案；控制器可以耦合至在印刷电路板上的温度传感器；控制器可以被配置为从温度传感器接收温度数据并且根据接收的温度数据控制信号生成器输出信号。
根据本发明的实施例的方面，在具有嵌入式加热器的PCB上包括具有设计的操作温度范围的电子部件时，可以将电子部件加热至在它们的操作温度内、由此改进电子部件在特定环境中的操作。
另外，根据本发明的实施例方面，可以减少加热周期，从而有可能在相对短时间段内加热电子部件。
附图说明
附图与说明书一起举例说明本发明的示例性实施例并且与描述一起用于解释本发明的原理。
图1是图示根据本发明的实施例的多层印刷电路板的顶部传导层的平面图。
图2是图示图1中所示多层印刷电路板的包括水平加热器电路的水平加热器层的平面图。
图3是图示图1中所示多层印刷电路板的包括垂直加热器电路的垂直加热器层的平面图。
图4A是图示图1中所示多层印刷电路板的布置为提供热网格的多个加热器层的平面图。
图4B是沿着图4A中的线I-I’截取的横截面图的图示。
图4C是图4A中的区域A的分解图的图示。
图5是图示图1中所示多层印刷电路板的包括局部加热器电路的局部加热器层的平面图。
图6是图示图1中所示多层印刷电路板的包括多输出加热器电路的多输出加热器层的平面图。
图7是图示根据本发明的实施例的包括加热器层和实心盲通孔的多层印刷电路板的部分横截面图。
图8是图示根据本发明的实施例的包括加热器层和盲通孔的多层印刷电路板的部分横截面图。
图9是图示根据本发明的实施例的无盲通孔且包括加热器层的多层印刷电路板的部分横截面图。
图10是图示根据本发明的实施例的包括在印刷电路板的顶部和底部层附近的加热器层的多层印刷电路板的部分横截面图。
图11是图示根据本发明的实施例的包括加热器层、微通孔和埋入式通孔的多层印刷电路板的部分横截面图。
图12是图示加热器驱动器和包括嵌入式加热器的多层印刷电路板的平面图。
图13是本发明的实施例的操作的图解。
具体实施方式
在以下详细描述中，仅通过例证示出和描述本发明的特定示例性实施例。如本领域技术人员将认识的那样，本发明可以以许多不同形式来体现而不应被解释为限于本文中阐述的实施例。也在本申请的上下文中，在元件被称为“在”另一元件“上”或者“耦合至”另一元件时，它可以直接“在”另一元件“上”或直接“耦合至”另一元件，或者在它们之间插入一个或者多个居间元件的情况下间接“在”另一元件“上”或间接“耦合至”另一元件。
电流或者电力生成的热是嵌入式加热器的一个方面。在一个实施例中，嵌入式加热器包括加热器电路。在PCB内的加热器电路（例如铜电路）包括通过利用欧姆定律和瓦特定律（即在功率、电压、电流、电阻和瓦特之间的关系）来生成热的迹线（例如铜迹线）。电流强度的浓度（strength）与电压直接成比例而与电阻成反比。欧姆定律规定在电流、电压和电阻之间的关系。瓦特定律规定功率与电流、电压和电阻的关系。功率是以瓦数或者瓦特为单位测量的在给定的点处的电流乘以电压电平的量。功率（P）是电阻或者负载在电流穿过它时发出的并且以瓦特（W）为单位测量的能量的量。例如，如果电流已知为2安培（A）而电阻被发现为5欧姆，则2乘以5产生10，即推动2A通过5欧姆的电阻从而产生20瓦特的能量将需要10伏特（V）。
加热器电路（例如铜电路）的迹线（例如传导迹线或者铜迹线）可以相对快地加热或者冷却。电流通过迹线的流动将使迹线的温度增加，并且电流中的增加将提供附加热。然而，维持在迹线中（或者在迹线的部分（例如横截面面积）中）流动的电流在太高电平或者持续太长时间可能使迹线熔断（例如熔化）。此外，在迹线的温度上升时，电阻增加，这提供了附加功率或者热。与电流正在加热迹线的时间并行（或者同时），迹线例如通过向相邻层（例如铜层、接地平面或者信号层）辐射、向相邻层或者器件传导（例如由在层之间的通孔传导或者由穿过层的衬底材料传导）或者对流（例如向环境对流）来正在通过热传递耗散热、因此加热PCB的部件。
在一个实施例中，嵌入式加热器的加热器电路在加热器层上。加热器层可以被放置于维持与通孔的耦合（例如实心连接）的内部层（例如接地平面或者实心铜层）之间。通孔的示例包括热通孔、接地通孔、信号通孔等。热通孔可以是实心导体（例如实心铜）通孔（例如ThermalViasTM），并且接地或者信号通孔可以是在它们的侧壁上具有导体层（例如在壁上的近似0.0012''的铜）的通孔。通孔可以提供通向PCB的部分（例如部件信号焊盘、接地焊盘或者接地平面）的热路径（例如与通过绝缘材料（例如PCB的衬底）的热路径比较的具有相对改进的热传导率的热路径），因此在例如-60摄氏（C）度或者更少的环境中加热PCB和部件。
尽管已经描述加热器层为在内部层之间，但是本发明的实施例不限于此，并且加热器层可以位于PCB中的其它适当层处。例如在本发明的其它实施例中，加热器层可以正好被放置于表面层以下或者PCB的中心中。
加热器电路可以在多层印刷电路板的多层（例如层2-4、层2和4等）上并且可以被形成为各种图案、例如热网格（X和Y方向）、蛇形图案、多输出图案、局部图案等。一个加热器层可以包括一个或者多个加热器电路。加热器电路在单个加热器层中或者在多个加热器层中可以是串联或者并联的。例如加热器电路可以与电阻器或者通孔连结在一起。
根据一些实施例，为了设计包括加热器电路的嵌入式加热器，确定电压、电流、电阻和瓦特，并且可以设计加热器电路配置（例如蛇形图案化的电路）。该设计可以由迹线宽度或者横截面面积、用来运送所要求的电流而要求的空间、或者允许电流流动从而提供期望的瓦数或者能量的电阻值驱动。例如，迹线可以根据设计的热输出分布而使长度、宽度、高度、节距或者图案变化。这些迹线特性也可以独立，例如迹线宽度可以取决于可用空间、电流运送能力和所要求的电阻。在一个实施例中，确定所推荐的迹线宽度为约0.006''，而在另一实施例中，确定最小迹线宽度为0.004''。
此外，设计的热输出分布（或者期望的瓦数或者能量）可以根据印刷电路板的操作环境、所要求的加热时间、印刷电路板的布局、印刷电路板的面积、或者在印刷电路板上的部件而变化。在一个实施例中，总瓦特根据面积大小可以是20-40W。也可以设计（例如预先确定）温度上升以满足应用要求，例如，在一个实施例中，可以要求在环境温度以上的21-30摄氏度的温度上升。此外，可以设计加热器电路以避免可能使包围加热器的材料（例如PCB的衬底）分层的相对过量的温度上升。
到加热器电路的电流流动可以由加热器电路驱动器供应。驱动器可以包括电源或者可以耦合至电源。此外，驱动器和电源可以在PCB外部。在本发明的一个实施例中，加热器驱动器向嵌入式加热器供应在1安培处的28伏特所导致的28瓦特的加热功率和在周围环境以上的28.5摄氏度的温度上升。
加热器电路可以在设计和制作过程期间被设计成PCB内的单层或者多层。制作绘图注解可以控制加热器电路的电阻值（具有容差）。可以根据以下等式确定用于嵌入式加热器电路的实施例的对于期望的输出（例如瓦数）所要求的电阻：（1）瓦特=安培2 X欧姆；（2）Ro=Ra +(Tc Ra Tr)。其中Ro是操作温度电阻。Ra是在20摄氏度的电阻，Tc是电阻的温度系数，并且Tr是温度上升。此外，用来实现期望的欧姆值所要求的迹线的长度可以由以下等式确定：L=(Tt Rr Tw)/Ro，其中L是所要求的长度，Tt是迹线厚度，Rr是所要求的电阻，Tw是迹线宽度，并且Ro是操作温度电阻。
将参考附图更详细地描述特定实施例，使得本领域普通技术人员可以容易做出和使用本公开内容的方面。下文中相同的参考数字指代相同的元件。
图1是图示根据本发明的实施例的多层印刷电路板的顶部传导层的平面图。包括多层非传导衬底20的多层印刷电路板（PCB）10用来使用在多层非传导衬底20上（例如在多层非传导衬底20上蚀刻）的迹线来机械地支撑和电耦合电路部件。电路部件可以被装配到PCB 10的顶部或者底部表面上，并且电路部件可以具有电路部件可以被设计为在其内适当操作的操作温度范围。根据本发明的方面，在PCB 10中提供嵌入式加热器以向电路部件传递热，使得电路部件的温度在适当操作温度范围内。嵌入式加热器可以被配置为在向电路部件施加操作功率之前向电路部件传递热。
图1是从由上至下视角图示的并且描绘PCB 10的顶部传导层60。在本发明的实施例中，顶部传导层60是PCB 10的多层中的最外部传导层。顶部传导层60可以在多层非传导衬底20的顶部非传导衬底21上。顶部非传导衬底21可以使顶部传导层60与相邻传导层电绝缘并且机械地支撑顶部传导层60和多个电路部件。顶部传导层60可以包括形成为用于耦合电路部件或者传送信号的电路图案的多个迹线（例如接地或者信号迹线）。
电路部件（例如表面装配器件（SMD）40、穿通孔器件（THD）42或者球栅阵列（BGA）44）可以被装配于顶部传导层上（例如焊接到顶部传导层）。顶部传导层60可以包括用于将电路部件耦合至电路迹线的多个传导焊盘（未示出）或者多个通孔50。例如：SMD 40可以包括可以在多个对应通孔50之上从SMD的本体的侧部扇出的多个电极，并且SMD的电极可以耦合至（例如焊接到）对应通孔50；THD 42可以包括从THD 42的本体的侧部向下延伸到多个对应通孔50中的多个电极，并且THD的电极可以耦合至（例如焊接到）对应通孔50；或者BGA 44可以包括配置为在对应通孔50的网格之上设置的在BGA 44的本体的底部上的电极球网格，并且BGA的电极球网格可以耦合至（例如焊接到）对应通孔50的网格。
此外，通孔50除了顶部传导层60之外还可以耦合至PCB 10的另一层。例如，通孔50可以耦合至接地平面层以将电路部件耦合至接地平面。作为另一示例，通孔50可以耦合至另一传导层以向电路部件传送信号。通孔50可以是各种适当通孔、包括电镀的通孔、实心通孔、盲通孔、埋入式通孔、微通孔、堆叠的通孔或者其组合。
在本发明的实施例中，通孔50中的至少一个通孔被配置为从另一层向顶部传导层60传递热（例如传导热）。通孔50根据PCB 10的操作模式可以仅被配置为传递热或者可以被配置为既传递热又传导信号。
在本发明的实施例中，通孔50被配置为通过电路部件的电极向该部件传递热；例如在SMD 40通过从它的本体扇出的电极耦合至通孔50时，热可以从另一层通过通孔50、通过电极向SMD 40传导。在本发明的另一实施例中，通孔50被配置为通过从在电路部件下面传导、辐射或者对流热来向电路部件传递热；例如，在BGA 44被设置于通孔50的网格之上时，不仅可以通过耦合至通孔50的电极传导热，还可以从通孔50向BGA 44的底部辐射热，热可以通过向在通孔50周围的空气空间的对流来向BGA 50的底部传递，或者热可以向在BGA50下面的传导图案或者衬底传递、然后其可以向BGA 50传递。尽管已经结合示例电路部件和示例电路布置讨论了热传递模式，但是这些教导可以应用于其它适当的电路部件或者电路布置。
在一个实施例中，嵌入式加热器耦合至外部加热器驱动器（未示出）。加热器驱动器可以通过输入端30和输出端35耦合至嵌入式加热器。输入端30和输出端35可以例如是端子或者通孔。外部加热器驱动器可以包括电源或者耦合至电源。在一个实施例中，加热器驱动器向PCB 10的嵌入式加热器提供驱动电流。加热器驱动器可以包括控制向嵌入式加热器提供的电流的加热器驱动器控制器。加热器驱动器控制器可以控制电流以对应于嵌入式加热器的期望的热输出、环境温度、PCB 10（或者PCB 10的电路部件）的温度、流入嵌入式加热器中的电流、或者所要求的加热时间。加热器驱动器控制器也可以控制到该板的操作功率，例如，加热器驱动器控制器可以禁止施加操作功率直至PCB 10（或者PBC 10的电路部件）在它的操作温度内。可替换地，加热器驱动器控制器可以可视地指示温度何时在操作温度内，从而可以手动提供操作功率。
如以上描述的，PCB 10是多层PCB。也就是说，PCB 10可以包括在从底部传导层到顶部传导层60的堆中层压的多层，其中每一个连续层被设置于前一层之上。根据本发明的实施例的方面，层中的至少一层包括嵌入式加热器。例如，嵌入式加热器可以插入底部传导层与顶部传导层60之间。
现在参考图2，图2是图示图1中所示多层印刷电路板的包括水平加热器电路的水平加热器层的平面图。在本发明的实施例中，嵌入式加热器包括水平加热器层81，该水平加热器层是PCB 10的多个层之一。水平加热器层81可以在多层非传导衬底20的非传导衬底22上。非传导衬底22可以使水平加热器层81与相邻层电绝缘，并且机械地支撑水平加热器层81。在本发明的实施例中，顶部传导层60和顶部非传导层21覆盖水平加热器层81（例如与水平加热器层81重叠或者堆叠于水平加热器层81的顶部）。水平加热器层81被配置为向相邻层、例如向顶部传导层60和在顶部传导层60上的电路部件（例如SMD 40、THD 42或者BGA44）传递热。
在本发明的实施例中，水平加热器层81包括水平加热器电路70。水平加热器电路70包括在非传导衬底22上形成（例如在非传导衬底22上蚀刻）的多个迹线（例如铜迹线）。水平加热器电路70的迹线被布置成传导图案、例如图2中所示的水平图案。
在本发明的实施例中，水平加热器电路70可以被形成在水平加热器层81上的在输入端30与输出端35之间的连续蛇形图案中。例如，可以通过沿着印刷电路板的水平方向在基本上平行的线中设置多个水平迹线来形成水平加热器电路70，该多个迹线在与水平方向基本上垂直的方向（例如垂直方向）上彼此间隔开，从而在迹线的末端（例如交替末端）设置多个连接迹线以使水平迹线耦合至彼此（例如串联耦合），以便将第一水平迹线耦合至输入端30，并将最后的水平迹线耦合至输出端35。
此外，水平加热器电路70可以被形成于水平加热器层81的与在电路部件之下的面积对应的区域处。例如，水平加热器电路的迹线可以被设置于在SMD 41之下的面积、在THD43之下的面积或者在BGA 45之下的面积处的非传导衬底22上。
在向水平加热器电路70供应电流时（例如，跨越输入端30和输出端35施加电压时），电流从输入端30通过水平加热器电路70的迹线流向输出端35、由此生成热（例如迹线的温度例如由于电阻增加而增加）。水平加热器电路70生成的热然后可以向PCB 10的相邻元件传递（例如耗散、传导或者辐射）。例如，热可以从迹线向与水平加热器层81直接相邻的材料（例如顶部传导层60）辐射或者可以向包围材料传导热。与水平加热器电路70相邻布置的通孔50可以增强（例如与无通孔的布置比较改进）向相邻层或者部件的热传递。
由于水平加热器电路70的迹线可以被直接设置在电路部件之下的面积处（例如在水平加热器层81的面积41、43或者45处），所以热传递可以被引向（或者聚焦）电路部件（例如SMD 40、THD 42或者BGA 44）上。
现在参考图3，图3是图示图1中所示多层印刷电路板的包括垂直加热器电路的垂直加热器层的平面图。在本发明的实施例中，嵌入式加热器包括垂直加热器层82，该垂直加热器层是PCB 10的多层之一。垂直加热器层82可以在多层非传导衬底20的非传导衬底23上。非传导衬底23可以使垂直加热器层82与相邻层电绝缘，并且机械地支撑垂直加热器层82。在本发明的实施例中，顶部传导层60和顶部非传导衬底21覆盖垂直加热器层82（例如与垂直加热器层82重叠或者堆叠于垂直加热器层82的顶部）。垂直加热器层82被配置为向相邻层，例如向顶部传导层60和在顶部传导层60上的电路部件传递热。
在本发明的实施例中，垂直加热器层82包括垂直加热器电路71。垂直加热器电路71包括在非传导衬底23上形成的多个迹线。垂直加热器电路71的迹线被布置成传导图案、例如图3中所示的垂直图案。
在本发明的实施例中，垂直加热器电路71可以被形成于在垂直加热器层82上的输入端30与输出端35之间的连续蛇形图案中。例如，可以通过沿着印刷电路板的垂直方向在基本上平行的线中设置多个水平迹线来形成垂直加热器电路71，该多个迹线在与垂直方向基本上垂直的方向（例如水平方向）上彼此间隔开，在迹线的末端（例如交替末端）设置多个连接迹线以将垂直迹线耦合至彼此（例如串联耦合），从而将第一水平迹线耦合至输入端30，且将最后的水平迹线耦合至输出端35。
在向垂直加热器电路71供应电流时，电流从输入端30通过垂直加热器电路70的迹线流向输出端35，由此生成热。垂直加热器电路71生成的热然后可以向PCB 10的相邻元件传递。与水平加热器电路70相邻布置的通孔50可以增强向相邻层或者部件的热传递。
将参考图4A、4B和4C描述根据本发明的另一实施例的包括嵌入式加热器的多层印刷电路板。图4A是图示布置为提供热网格的图1中所示多层印刷电路板的多个加热器层的平面图。图4B是沿着图4A中的线I-I’截取的横截面图的图示。图4C是图4A中的区域A的分解图的图示。
参考图4A、4B和4C，由于根据本发明的本实施例的嵌入式加热器可以包括与结合图2和3描述的结构相同（或者基本上相同）的结构，所以通过参考以上描述来给出嵌入式加热器的特定方面的描述，且在本文中将不详细描述。
尽管已经将本发明的实施例描述为具有包括一个加热器层的嵌入式加热器，但是本发明不限于此，并且嵌入式加热器可以包括多个加热器层。例如，图4A中所示PCB 10的嵌入式加热器包括两个加热器层，水平加热器层81和垂直加热器层82。
在本发明的实施例中，水平加热器层81可以与垂直加热器层82相邻设置（例如形成于顶部或者底部），以便形成热网格。通过在热网格中布置加热器层81和82，可以改进向电路部件的热传递，例如，可以减少电路部件的加热时间或者可以使热分布（例如每横截面单位面积的热传递水平）与仅有加热器层81或者82之一的PCB比较跨越PCB 10的平面更均匀。
尽管加热器层81和82之一可以被形成于另一个的顶部，但是它们的加热器电路70和71可以彼此间隔开（或者绝缘）、例如被插入的非传导层（例如非传导衬底22或者23）间隔开。现在参考图4B和4C。图4B图示沿着图4A的线I-I’的横截面。图4C图示图4A的面积A的分解图。图4B和4C二者图示尽管加热器电路71和72的片段可以重叠，但是它们也可以彼此间隔开以免在它们重叠的区域相交或者耦合。
然而，尽管加热器电路71和72可以不在重叠区域耦合在一起，但是加热器电路71和72仍然可以耦合在一起。例如水平加热器电路71和垂直加热器电路72可以在输入端30或者输出端35耦合在一起，但是本发明不限于此，并且加热器电路71和72以别的方式耦合在一起，例如由电阻器耦合在一起。
将参考图5描述根据本发明的另一实施例的包括嵌入式加热器的多层印刷电路板。图5是图示图1中所示多层印刷电路板的包括局部加热器电路的局部加热器层的平面图。
在本发明的实施例中，嵌入式加热器包括局部加热器层83，该局部加热器层是PCB10的多个层之一。局部加热器层83可以在多层非传导衬底20的非传导衬底25上。非传导衬底25可以使局部加热器层83与相邻层电绝缘，并且机械地支撑局部加热器层83。在本发明的实施例中，顶部传导层60和顶部非传导衬底21覆盖局部加热器层83。局部加热器层83被配置为指引向相邻层的具体区域（例如，顶部传导层60上的具体电路部件（例如SMD 40、THD42或者BGA 44））的热传递（或者在该具体区域集中热）。
在本发明的实施例中，局部加热器层83包括局部加热器电路72。局部加热器电路72包括在非传导衬底25上形成的多个迹线。局部加热器电路72的迹线被布置成传导图案。在本发明的实施例中，局部加热器电路72可以被形成于在局部加热器层83上的输入端30与输出端35之间的连续蛇形图案中。在向局部加热器电路72供应电流时，电流从输入端30通过局部加热器电路72的迹线流向输出端35，由此生成热。局部加热器电路72生成的热然后可以向PCB 10的相邻元件传递。
由于局部加热器电路72的迹线主要被设置（或者集中）于PCB 10的具体区域，所以局部加热器电路72被配置为以向PCB 10的目标区域的热传递为目标，例如，该目标区域在目标电路部件之下。在图5中所示实施例中，局部加热器电路主要被形成于与在BGA 45之下的面积对应的区域。例如，传导图案可以不布置（或者基本上不布置）于未加热区域中。因而，在图5中体现的局部加热器电路72被配置为使它的生成的热以在顶部传导层60上的BGA44为目标。
在仅有必要加热PCB 10的部分（例如具体电路部件）时，局部加热器层83可以用来高效地加热该部分。此外，在PCB 10的部分要求更多热（或者更高热传递速率）时，局部加热器层83可以与其它层结合用来与PCB 10的其它区域比较增加在该区域中的热输出分布（或者热传递速率）。
将参考图6描述根据本发明的另一实施例的包括嵌入式加热器的多层印刷电路板。图6是图示图1中所示多层印刷电路板的包括多输出加热器电路的多输出加热器层的平面图。参考图6，由于根据本发明的本实施例的嵌入式加热器可以包括与结合图2描述的嵌入式加热器相同（或者基本上相同）的结构，所以通过参考以上描述来给出嵌入式加热器的特定方面的描述，且在本文中将不详细描述。
在本发明的实施例中，嵌入式加热器包括多输出加热器层84，该多输出加热器层包括多输出加热器电路75。多输出加热器电路75包括在多层非传导衬底20的非传导衬底26上形成的多个迹线。多输出加热器电路75的迹线被布置成传导图案。在本发明的实施例中，多输出加热器电路75可以被形成于在多输出加热器层84上的输入端30与输出端35之间的连续蛇形图案中。多输出加热器电路75可以包括耦合在一起（例如串联耦合）的多个输出部分、例如高输出部分73和低输出部分75。高输出部分73被配置为具有比低输出部分74更高的每单位长度电阻。这些部分的电阻可以例如通过使在这些部分中的迹线的宽度、厚度或者成分变化来控制。
在向多输出加热器电路75供应电流时，电流从输入端30通过多输出加热器电路75的迹线流向输出端35、由此生成热。多输出加热器电路75生成的热然后可以向PCB 10的相邻元件传递。此外，由于高输出部分73具有更高的每单位长度电阻，所以高输出部分生成比低输出部分74更多的热。因而，可以在PCB 10的部分（例如仅电路部件中的一些电路部件）要求比另一部分更多的热（或者更高热传递速率）时使用多输出加热器层84。也就是说，包括多输出加热器层84的PCB 10具有以下的热输出分布，其是非均匀的并且在与多输出加热器电路75的高输出部分73对应的PCB 10的区域更大。
尽管前述实施例已经将加热器电路描述为在蛇形图案中，但是本发明不限于此，并且加热器电路可以在各种图案中。例如，加热器电路可以是实心铜板、线、网格、圆形、z字形或者其组合。
除了加热器电路在加热器层上的布置或者布局之外，还可以调整一个加热器层（或者多个加热器层）在PCB内的位置以及与一个加热器层（或者多个加热器层）相邻的PCB的层或者部件的布置，以影响热输出分布（或者每几何区域的热传递速率）。例如，加热器电路可以被配置为加热PCB的平面层或者实心铜层。此外，加热器电路可以被配置为生成向表面行进的热，从而利用接地或者热通孔来加热部件。图7-11图示具有在PCB内的层和部件的各种布置的本发明的若干实施例。
参考图7，图7是图示根据本发明的实施例的包括加热器层和实心盲通孔的多层印刷电路板的部分横截面图。
根据本发明的实施例的多层印刷电路板（PCB）10a包括在多层非传导衬底（未示出）上设置的多个层。所述多个层可以被形成于层压结构中，其是一层堆叠于另一层的顶部。PCB 10a包括顶部传导层61a，该顶部传导层61a具有在其表面（例如外表面）上设置的并且耦合至顶部传导层60a的传导图案的电路部件46a。PCB 10a也可以包括底部传导层61a，该底部传导层61a可以具有在其表面上设置的并且耦合至在底部传导层61a上的传导图案的另一电路部件46a。顶部传导层60a和底部传导层在PCB 10a的层压层堆的相对末端。电路部件46a可以具有操作温度范围，该操作温度范围是电路部件46a被设计为在其内操作的范围。
PCB 10a可以包括在顶部传导层60a与底部传导层61b之间插入的多个加热器层80a。加热器层80a被配置为在被供应有驱动电流时生成并且向相邻层和部件传递热。例如，加热器层80a被配置为向电路部件46a传递热，以在操作温度范围内加热它们。加热器层80a均可以包括一个加热器电路或者多个加热器电路。此外，可以在单层上或者跨越多层串联、并联或者其组合地连接加热器电路。
加热器层80a可以通过输入端30a和输出端35a连接到加热器驱动器。输入端30a和输出端35a可以是通孔或者能够向加热器层80a传导加热器驱动电流的另一适当PCB部件。
PCB 10a可以包括多个内部传导层62a。内部传导层插入顶部传导层60a与底部传导层61a之间。内部传导层62a可以具有各种不同配置，例如，内部传导层62a可以被配置为从PCB 10a的一个面积向另一面积传送信号，并且另一内部传导层62a可以被配置为平面层（例如，接地平面）。内部传导层62a可以被设计为在PCB 10a在正常操作（例如除了加热操作之外的被供电的操作模式）中时传送信号，并且可以不被具体设计为在加热操作期间生成或者促进热传递（但是在一些实施例中仍然可以在加热操作期间偶然地生成或者促进热传递）。
内部传导层62a可以插入加热器层80a与顶部传导层60a或底部传导层60a之间。加热器层80a生成的热可以通过热传递（传导、辐射或者对流）通过内部传导层62a向顶部或者底部传导层60a或者61a、向电路部件46a并且向外至PCB 10a的外部环境传播。由此将电路部件46a的温度升高至在操作温度范围内。
PCB 10a可以包括多个通孔。一些通孔可以主要被配置为在PCB 10a的供电操作期间在层之间传导信号，并且其它通孔可以被配置为主要在PCB 10a的加热操作期间在层之间传导热。然而，不管通孔的配置，所有通孔可以增强在层之间的热传递（例如，与无通孔的实施例比较增加热传递），因为通孔一般具有比相邻衬底材料更好的热传导率。
PCB 10a可以包括电镀的通孔52a。电镀的通孔具有在它的壁上的传导镀层。例如，在一个实施例中，电镀的通孔52a具有在它的壁上电镀的0.0012"的铜。在一个实施例中，电镀的通孔52a可以将顶部、底部和内部传导层60a、61a和62a的部分耦合在一起,并且穿过加热器层80a但不耦合至加热器层80a。在加热器层正在生成热时，电镀的通孔52a可以帮助向电镀的通孔52a耦合至的传导层60a、61a和62a的部分传递热。
PCB 10a可以包括实心盲通孔51a。实心盲通孔具有实心传导芯（例如实心铜芯）并且可以在PCB 10a的内部层终止。实心盲通孔可以是热通孔（例如ThermalViasTM）。实心导体芯与具有电镀的传导壁的通孔比较改进热传递效率。在实施例中，实心盲通孔51a将直接相邻于加热器层80a的层与顶部或底部传导层60a、61a的直接在电路部件46a之下的部分耦合。在加热器层80a生成热时，热可以向相邻层（例如可以向实心盲通孔51a的末端辐射）传递，通过实心盲通孔51a向在电路部件46a之下的面积传递，因此加热电路部件46a。以这一方式，在加热器层80a生成的热可以被高效地引向电路部件46a。
在本发明的实施例中，印刷电路板可以包括在加热器层与电路部件之间插入的盲通孔。参考图8，图8是图示根据本发明的实施例的包括加热器层和盲通孔的多层印刷电路板的横截面图。由于根据本实施例的PCB可以包括与先前描述的实施例相同（或者基本上相同）的元件，所以通过参考以上描述来给出本实施例的特定方面的描述，而在本文中将不详细描述。
PCB 10b除了PCB 10包括盲通孔53b而不是实心盲通孔51a之外与PCB 10a相似。盲通孔53b具有电镀的导体壁。盲通孔53b将顶部传导层60b或者底部传导层61b耦合至内部层62b的内部层。盲通孔53b可以插入加热器层80b与电路部件46b之间，并且可以被配置为向电路部件46b传递加热器层80b生成的热。
由于盲通孔53b具有电镀的导体壁而不是实心导体壁，所以盲通孔53b比相似地设置的实心盲通孔51a在更少程度上传递热。因此，可以例如在要求更小的热传递速率时（例如，在更高的速率可能损坏部件或者使PCB 10b分层时）使用盲通孔53a。
在本发明的另一实施例中，印刷电路板可以不包括在加热器层与电路部件之间插入的通孔。参考图9，图9是图示根据本发明的实施例的没有盲通孔而包括加热器层的多层印刷电路板的横截面图。由于根据本实施例的PCB可以包括与先前描述的实施例相同（或者基本上相同）的元件，所以通过参考以上描述来给出本实施例的特定方面的描述，且在本文中将不详细描述。
PCB 10c除了PCB 10c可以不具有在加热器层80c与电路部件46c之间插入的通孔之外与PCB 10b相似。在加热器层80c生成热时，热通过内部传导层62c向顶部或者底部传导层60c、61c、向电路部件46c传递，由此将电路部件46c加热至在操作温度范围内。
在本发明的另一实施例中，印刷电路板可以包括与外部传导层相邻的加热器层。参考图10，图10是图示根据本发明的实施例的包括在印刷电路板的顶部和底部层附近的加热器层的多层印刷电路板的横截面图。由于根据本实施例的PCB可以包括与先前描述的实施例相同（或者基本上相同）的元件，所以通过参考以上描述来给出本实施例的特定方面的描述，且在本文中将不详细描述。
尽管将先前实施例描述为具有在印刷电路板的中心或附近设置的加热器层或者具有在加热器层与印刷电路板之间插入的内部传导层，但是本发明的实施例不限于此并且可以包括加热器层的其它放置。对于每一个附加加热器层，可以调整印刷电路板的热分布，例如，可以在特别的面积中或者贯穿印刷电路板增加热生成。
例如，PCB 10b包括与顶部传导层60d直接相邻（例如在顶部传导层60d之下）的加热器层80d和与底部传导层61d直接相邻（例如在底部传导层61d之上）的另一加热器层80d。PCB 10b还可以包括在加热器层80d之间插入的内部传导层62d。在加热器层80d与顶部和底部传导层60d、61d直接相邻形成时，加热器层80d生成的热可以向顶部或者底部传导层69d、61d并且由此向在其上装配的电路部件46d传递，而不首先传递通过PCB 10b的其它元件。
在本发明的其它实施例中，印刷电路板可以包括微通孔、埋入式通孔 或者可以包括更多加热器层。参考图11，图11是图示根据本发明的实施例的包括多个加热器层、微通孔和埋入式通孔的多层印刷电路板的横截面图。由于根据本实施例的PCB可以包括与先前描述的实施例相同（或者基本上相同）的元件，所以通过参考以上描述来给出本实施例的特定方面的描述，且在本文中将不详细描述。
尽管将先前实施例描述为具有在印刷电路板中包括的一个或者两个加热器层，但是本发明的实施例不限于此并且可以包括多于两个的加热器。例如，PCB 10e包括四个加热器层80e。
PCB 10e可以包括埋入式通孔54e或者实心埋入式通孔55e。埋入式通孔54e和实心埋入式通孔55e除了埋入式通孔可以仅将内部传导层耦合在一起之外与盲通孔53b和实心盲通孔51a相似。如同先前描述的通孔，埋入式通孔54e和实心埋入式通孔55e改进从加热器层80e向相邻层的热传递。
在一个实施例中，PCB 10e可以包括接地平面层63e（或者其它平面层或者实心导体层）。接地平面层63e可以与顶部和底部传导层60e、61e直接相邻（例如在顶部和底部传导层60e、61e之下或者之上）。埋入式通孔54e或者实心埋入式通孔55e可以将与加热器层80e相邻的内部层62e和接地平面层63e耦合在一起。在加热器层80e生成热时，埋入式通孔54e和实心埋入式通孔55e可以向接地平面层63e传递热。接地平面层然后可以向顶部和底部传导层60e、61e传递热，由此加热电路部件46e。
在一个实施例中，PCB 10e可以包括微通孔56e。微通孔56e一般小于一些其它类型的通孔并且一般在少量层（例如层1和2）之间耦合。微通孔56e也可以是堆叠的微通孔，例如，PCB 10e具有堆叠在一起的两个微通孔56e。如同其它通孔，微通孔56e可以改进在层之间的热传递。例如，PCB 10e中的微通孔56e被配置为从接地平面层63e向电路部件46e传递热。
尽管已经在具有由铜制成的加热器电路（例如迹线）或者通孔的情况下描述了根据本发明的实施例的具有嵌入式加热器的PCB，但是可以在不脱离本发明的精神或者范围的情况下使用其它材料。例如：高温度FR4、聚酰亚胺、碳氢化合物（hydro carbon）陶瓷或者聚四氟乙烯（PTFE）材料。
在本发明的其它实施例中，PCB的嵌入式加热器可以包括添加附加特征的附加部分。例如包括针对感测器件添加的二极管、用来将多层耦合在一起的电阻器、用来感测环境温度或者器件温度的温度传感器、或者用来使加热过程自动化的其它器件。在本发明的一个实施例中，在接通用来施加操作功率的开关时，直到PCB在操作温度范围内才会允许操作功率进入PCB。这可以自动实现，或者用手动开关和指示器灯来实现。
在本发明的另一实施例中，包括嵌入式加热器的印刷电路板可以耦合至外部加热器驱动器。参考图12，图12是图示加热器驱动器和包括嵌入式加热器的多层印刷电路板的平面图。由于根据本实施例的PCB可以包括与先前描述的实施例相同（或者基本上相同）的元件，所以通过参考以上描述来给出本实施例的特定方面的描述，且在本文中将不详细描述。
加热器驱动器90可以耦合至印刷电路板10的嵌入式加热器以提供用来加热加热器电路的驱动电流，并且由此加热PCB，从而使得PCB的部件在操作温度范围内。加热器驱动器90可以包括控制用于提供驱动电流的信号生成器94的加热器驱动器控制器92。加热器驱动器控制器可以从板和外部环境接收温度、电压和电流信息，并且根据该信息控制向嵌入式加热器供应的电流和向板供应的操作功率。
图13是图示本发明的实施例的操作的图解。可以提供如下的根据本发明的实施例的用于控制PCB的加热的操作1000。
感测PCB（例如，在PCB上装配的电路部件）的温度。将温度与存储的最小操作温度进行比较（100）。
如果温度小于最小操作温度，则不向PCB供应操作功率并且驱动嵌入式加热器以升高PCB的温度直至PCB的温度大于或者等于最小操作温度（200）。
如果温度大于或者等于最小操作温度，则将该温度与操作温度范围进行比较（300）。
如果温度不在操作温度范围内（例如在操作温度范围以上），则不向PCB供应操作功率并且不驱动嵌入式加热器（PCB可能已经过热并且需要冷却）（400）。
如果温度在操作温度范围内，则向PCB供应操作功率并且不驱动嵌入式加热器（500）。
因而，本发明的实施例提供包括加热器（例如嵌入式加热器或者嵌入式加热器电路）的印刷电路板（PCB），其具有许多优点，包括：（1）通过允许PCB的部件的温度升高至部件的温度额定（例如，-40摄氏度温度额定）以上来为PCB的部件以及PCB提供热；（2）相对快和高效地为部件和PCB提供热；以及（3）在接通至电子部件的功率之前加热电子部件和PCB至可接受的操作温度（例如，部件的标准或者设计的操作温度）。
尽管已经参考本发明的方面的各种实施例特别地示出和描述本发明的方面，但是本领域普通技术人员将理解，在不脱离如下面的权利要求及其等同形式限定的本发明的精神实质和范围的情况下，其中可以进行在形式和细节上的各种改变。
参考数字的描述
10，10a-10e： 印刷电路板（PCB）。 63e： 接地平面层。
20： 多层非传导衬底。 70：水平加热器电路。
71：垂直加热器电路。
21-26： 非传导衬底。 72：局部加热器电路。
30，30a： 输入端。 73：高输出部分。
35，35a： 输出端。 74：低输出部分。
40：表面装配器件（SMD）。 75：多输出加热器电路。
41：在SMD之下的面积。 80a-80e：加热器层。
42：穿通孔器件（THD）。 81：水平加热器层。
43：在THD之下的面积。 82：垂直加热器层。
44：球栅阵列（BGD）。 83：局部加热器层。
45：在BGD之下的面积。 84：多输出加热器层。
46a-46e：电路部件。 90：加热器驱动器。
50：通孔。 92：控制器。
51a：实心盲通孔。 94：信号生成器。
52a：电镀的通孔。
53b：盲通孔。
54e：埋入式实心通孔。
55e：埋入式通孔。
56e：微通孔。
60，60a-60e：顶部传导层。
61a-61e：底部传导层。
62a-62e：内部传导层。

Claims (20)

1.一种印刷电路板，包括：
顶部传导层；
底部传导层，顶部传导层或底部传导层中的至少一个包括多个通孔；
在所述顶部传导层或者所述底部传导层中的至少一个传导层上布置的多个电子部件；
在所述顶部传导层与所述底部传导层之间插入的并且配置为生成热并且通过顶部传导层或底部传导层中的至少一个传导层中的多个通孔中的至少一个通孔向所述电子部件中的至少一个电子部件传递热的加热器层。
2.权利要求1所述的印刷电路板，其中：
所述电子部件中的至少一个电子部件具有操作温度范围，并且
所述加热器层被配置为生成热以将所述至少一个电子部件的温度从在所述操作温度范围以下的第一温度升高至在所述操作温度范围内的第二温度。
3.权利要求2所述的印刷电路板，其中所述操作温度范围从-40到85摄氏度。
4.权利要求1所述的印刷电路板，其中：
所述加热器层包括：
输入通孔；
输出通孔；
衬底；以及
传导图案，其位于所述衬底上并且被配置为根据驱动信号生成热，所述传导图案电耦合于所述输入通孔与所述输出通孔之间。
5.权利要求4所述的印刷电路板，还包括：
包括所述加热层的多个加热层，所述加热层插入所述顶部传导层与所述底部传导层之间。
6.权利要求5所述的印刷电路板，其中所述多个加热层包括：
包括水平传导图案的水平加热层，所述水平传导图案包括：沿着所述印刷电路板的水平方向在平行的线中布置的并且在所述水平加热层的所述输入通孔与所述输出通孔之间被多个连接迹线串联电耦合的多个传导迹线，
包括垂直传导图案的垂直加热层，所述垂直传导图案包括：沿着所述印刷电路板的垂直方向在平行的线中布置的并且在所述垂直加热层的所述输入通孔与所述输出通孔之间被另一多个连接迹线串联电耦合的另一多个传导迹线，并且
所述水平加热层和所述垂直加热层被如此布置使得所述水平加热层或者所述垂直加热层之一与另一个重叠以形成加热器网格。
7.权利要求5所述的印刷电路板，还包括：
用于在所述印刷电路板在操作中时传导信号的多个内部传导层，所述内部传导层插入所述顶部传导层与所述底部传导层之间。
8.权利要求7所述的印刷电路板，其中：
所述多个内部传导层中的至少一个内部传导层包括与所述加热层相邻的实心导体层；
所述实心导体层耦合至在所述顶部传导层或者所述底部传导层之一上的导体焊盘；并且
所述实心导体层被配置为指引通向所述导体焊盘的热路径。
9.权利要求7所述的印刷电路板，其中：
所述内部传导层插入所述加热器层与所述顶部传导层和所述底部传导层中的至少一个传导层之间，或者
所述加热器层插入所述内部传导层与所述顶部传导层和所述底部传导层中的至少一个传导层之间。
10.权利要求4所述的印刷电路板，其中：
所述加热器层具有加热区域和未加热区域，
所述传导图案被布置于所述加热区域中，
所述顶部传导层和所述底部传导层中的每一个传导层具有受热区域，每一个受热区域对应于与所述加热区域重叠的面积，并且
所述加热器层被配置为指引向所述受热区域中的每一个受热区域的热传递。
11.权利要求4所述的印刷电路板，其中：
所述传导图案具有高输出部分和低输出部分，
所述高输出部分具有比所述低输出部分更高的每单位长度电阻，
所述高输出部分在所述输入通孔与所述输出通孔之间与所述低输出部分串联耦合，并且
所述传导图案被配置为在所述高输出部分中比在所述低输出部分中生成更多热。
12.权利要求4所述的印刷电路板，还包括：
在所述衬底上的包括所述传导图案的多个传导图案，其中：
所述传导图案中的所述至少一个传导图案在所述输入通孔与所述输出通孔之间与其它传导图案并联耦合。
13.权利要求1所述的印刷电路板，还包括：
将传导层耦合至另一传导层的通孔，其中：
所述通孔插入所述加热器与所述电子部件中的一个电子部件之间，以将所述加热器层生成的热传递到与所述通孔耦合至的所述电子部件相邻的面积。
14.一种加热印刷电路板的方法，所述方法包括：
提供印刷电路板，所述印刷电路板包括：
顶部传导层；
底部传导层，顶部传导层或底部传导层中的至少一个传导层包括多个通孔；
在所述顶部传导层或者所述底部传导层中的至少一个传导层上布置的多个电子部件；
在所述顶部传导层与所述底部传导层之间插入的加热器层；并且
驱动所述加热器层以生成并且通过顶部传导层或底部传导层中的至少一个传导层中的多个通孔中的至少一个通孔向所述电子部件中的至少一个电子部件传递热。
15.权利要求14所述的方法，还包括：
提供耦合至所述加热器层的外部加热器驱动器；
从所述加热器驱动器向所述加热器层的传导图案供应驱动信号，其中：
在向所述传导图案施加所述驱动信号时，所述传导图案生成热。
16.权利要求15所述的方法，其中从所述加热器驱动器向所述传导图案供应所述驱动信号包括：
感测所述印刷电路板在第一时间的温度；
如果所述印刷电路板在所述第一时间的所述温度在第一参考温度以下，则向所述传导图案供应所述驱动信号；
感测所述印刷电路板在周期间隔处的所述温度；并且
如果所述印刷电路板在所述周期间隔处的所述温度在第二参考温度以上，则停止向所述传导图案供应所述驱动信号。
17.权利要求16所述的方法，还包括：
如果所述印刷电路板在所述第一时间或者所述周期间隔处的所述温度在参考温度范围以外，则禁止向所述印刷电路板供应操作功率；并且
如果所述印刷电路板在所述第一时间或者所述周期间隔处的所述温度在参考温度范围内，则停止所述从所述加热器驱动器向所述传导图案供应所述驱动信号的操作并且允许向所述印刷电路板供应所述操作功率。
18.一种用于加热印刷电路板的系统，所述系统包括：
所述印刷电路板，包括：
顶部传导层；
底部传导层，顶部传导层或底部传导层中的至少一个传导层包括多个通孔；
在所述顶部传导层或者所述底部传导层中的至少一个传导层上布置的多个电子部件；
在所述顶部传导层与所述底部传导层之间插入的加热器层，其被配置为生成并且通过顶部传导层或底部传导层中的至少一个传导层中的多个通孔中的至少一个通孔向所述电子部件中的至少一个电子部件传递热；
耦合至所述印刷电路板的加热器驱动器。
19.权利要求18所述的系统，其中：
所述加热器驱动器包括：
用于生成用来驱动所述加热器层的信号的信号生成器，以及
用于控制所述信号生成器的控制器。
20.权利要求19所述的系统，其中：
所述信号生成器耦合至在所述加热器层中的传导图案；
所述控制器耦合至在所述印刷电路板上的温度传感器；
所述控制器被配置为从所述温度传感器接收温度数据并且根据所述接收的温度数据控制所述信号生成器输出所述信号。
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Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104105229B (zh) * 2013-04-07 2016-02-24 光宝科技股份有限公司 加热单元及应用该加热单元的加热系统
DE102013114006A1 (de) 2013-12-13 2015-06-18 Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG Leiterplatte
US9210991B2 (en) * 2014-02-28 2015-12-15 Intel Corporation Apparatus and method for keeping mobile devices warm in cold climates
DE102014015586B3 (de) * 2014-10-21 2016-03-31 Webasto SE Heizgerät
EP3043438B1 (en) * 2015-01-09 2018-11-28 ABB Schweiz AG A power and control device for medium voltage applications
US10260961B2 (en) 2015-12-21 2019-04-16 Intel Corporation Integrated circuit packages with temperature sensor traces
US10178763B2 (en) * 2015-12-21 2019-01-08 Intel Corporation Warpage mitigation in printed circuit board assemblies
GB201601370D0 (en) 2016-01-26 2016-03-09 Haydale Graphene Ind Plc Heater
KR102329513B1 (ko) * 2016-05-10 2021-11-23 램 리써치 코포레이션 적층된 히터와 히터 전압 입력부들 사이의 연결부들
US10880994B2 (en) 2016-06-02 2020-12-29 Intel Corporation Top-side connector interface for processor packaging
US10285283B2 (en) 2016-06-03 2019-05-07 International Business Machines Corporation Heating of printed circuit board core during laminate cure
CN106304621A (zh) * 2016-10-26 2017-01-04 邦彦技术股份有限公司 一种pcb板的加热方法及装置、pcb板组件和电子设备
US10372182B2 (en) * 2017-01-13 2019-08-06 International Business Machines Corporation Reducing thermal cycling fatigue
US11350490B2 (en) * 2017-03-08 2022-05-31 Raytheon Company Integrated temperature control for multi-layer ceramics and method
US10306776B1 (en) 2017-11-29 2019-05-28 Lam Research Corporation Substrate processing system printed-circuit control board assembly with one or more heater layers
US10887979B2 (en) * 2018-01-10 2021-01-05 Hamilton Sunstrand Corporation Low cycle fatigue prevention
US10561011B1 (en) * 2018-08-24 2020-02-11 Loon Llc Combined heat sink and photon harvestor
US11545408B2 (en) * 2019-01-16 2023-01-03 Intel Corporation Reflowable grid array to support grid heating
US11488839B2 (en) * 2019-01-16 2022-11-01 Intel Corporation Reflowable grid array as standby heater for reliability
WO2021002387A1 (ja) * 2019-07-04 2021-01-07 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 記憶装置ユニット
CN112492706A (zh) * 2019-09-12 2021-03-12 恒为科技（上海）股份有限公司 一种电气设备及控制方法
US10939537B1 (en) * 2019-12-19 2021-03-02 Honeywell International Inc. Printed circuit board assembly embedded thermal management system using thin-film thermoelectric coolers
US11638344B1 (en) 2020-03-25 2023-04-25 Rockwell Collins, Inc. Embedded electronic heater controller
US11709008B2 (en) 2020-09-30 2023-07-25 Midea Group Co., Ltd. Refrigerator with multi-zone ice maker

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5010233A (en) * 1988-11-29 1991-04-23 Amp Incorporated Self regulating temperature heater as an integral part of a printed circuit board
US5896259A (en) * 1997-08-05 1999-04-20 Raytheon Company Preheating device for electronic circuits
US6396706B1 (en) * 1999-07-30 2002-05-28 Credence Systems Corporation Self-heating circuit board

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3440407A (en) * 1966-12-29 1969-04-22 Rca Corp Temperature controlled circuit boards
US6541736B1 (en) * 2001-12-10 2003-04-01 Usun Technology Co., Ltd. Circuit board/printed circuit board having pre-reserved conductive heating circuits
JPS5635383A (en) * 1979-08-29 1981-04-08 Kyoto Ceramic Semiconductor integrated circuit support with heating mechanism
FR2668876B1 (fr) * 1990-11-07 1992-12-24 Alcatel Espace Circuit electronique controle en temperature.
US5539186A (en) * 1992-12-09 1996-07-23 International Business Machines Corporation Temperature controlled multi-layer module
US6114674A (en) * 1996-10-04 2000-09-05 Mcdonnell Douglas Corporation Multilayer circuit board with electrically resistive heating element
FI981032A (fi) * 1998-05-08 1999-11-09 Nokia Networks Oy Lämmitysmenetelmä ja piirilevy
US6031729A (en) * 1999-01-08 2000-02-29 Trw Inc. Integral heater for reworking MCMS and other semiconductor components
WO2001028293A1 (en) * 1999-10-12 2001-04-19 Xircom, Inc. Thermally controlled circuit using planar resistive elements
TW539363U (en) * 2002-01-22 2003-06-21 Gemtek Technology Co Ltd Wireless communication device with temperature control function
US6841739B2 (en) * 2002-07-31 2005-01-11 Motorola, Inc. Flexible circuit board having electrical resistance heater trace
US6911624B2 (en) * 2002-08-23 2005-06-28 Micron Technology, Inc. Component installation, removal, and replacement apparatus and method
US20060065431A1 (en) 2004-09-29 2006-03-30 Trucco Horacio A Self-reflowing printed circuit board and application methods
DE202005001163U1 (de) * 2005-01-24 2005-03-31 Juma Leiterplattentechologie M Leiterplatte oder Platine mit Heizdraht
FR2912029B1 (fr) * 2007-01-31 2010-10-22 Hispano Suiza Sa Carte electronique incorporant une resistance chauffante.
US8089440B2 (en) * 2008-04-02 2012-01-03 American Panel Corporation Liquid crystal flat panel display with an integral heater of predeterminable capacity
US8445818B2 (en) * 2009-05-05 2013-05-21 Sierra Wireless, Inc. PCB quick heater

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5010233A (en) * 1988-11-29 1991-04-23 Amp Incorporated Self regulating temperature heater as an integral part of a printed circuit board
US5896259A (en) * 1997-08-05 1999-04-20 Raytheon Company Preheating device for electronic circuits
US6396706B1 (en) * 1999-07-30 2002-05-28 Credence Systems Corporation Self-heating circuit board

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Publication number Publication date
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