CN107734837A - 一种快速散热的pcb - Google Patents

Abstract

本发明涉及电路板领域，公开了一种快速散热的PCB，包括阶梯槽，以及阶梯型高导热金属块，其设置于阶梯槽内，所述阶梯型高导热金属块的顶面与设置于所述PCB表面的高功率元器件之间设置焊料膏；所述阶梯型高导热金属块的肩部和与其相邻的金属层之间设置导电导热粘结片。本发明在PCB内部设置阶梯槽并埋入阶梯型高导热金属块，能够及时将高功率元器件以及PCB内部金属层产生的热量通过阶梯型高导热金属块传递至空气中，提高了PCB的散热性能，结构简单，加工和安装更加方便。

Description

一种快速散热的PCB

技术领域

本发明涉及电路板领域，尤其涉及一种快速散热的PCB。

背景技术

PCB(Printed Circuit Board)，即印制电路板，是电子元器件电气连接的提供者。多层PCB是由芯板和半固化片通过压合制成。随着电子产品技术的发展，元器件的表贴化、小型化趋势越来越明显，产品的密度不断增加，元器件主频不断提高，单个元器件的功耗逐渐增大，导致热流密度的急剧提高。因此为保证电子设备的使用寿命，就必须解决高功率元器件的散热问题。

高功率元器件贴装位置的散热问题主要可以从两个方面解决，一方面，采用更低的驱动电压，寄生的电阻/电容等更小，从而使器件的热耗相应降低；另一方面，通过特殊的散热结构来协助器件散热。如现有技术提供了一种散热PCB，该PCB由上至下依次排列有金属层、绝缘层和散热层，散热层的底部设有散热坑，用于将热量迅速散失。绝缘层和散热层内具有铜制的树状散热芯，由芯枝、芯杆和芯根组成，芯枝和芯根都呈伞状，对称分布在芯杆的上下两端。芯枝和芯根分别埋在绝缘层和散热层内。散热坑位于芯根的正下方。但是，该种技术存在以下缺陷：

1)散热芯为铜制品，不能够直接与金属层接触，而绝缘层的导热性较差，因此电子元件上的热量难以通过绝缘层传递到散热芯上，因此，虽然在PCB中加入散热芯，其散热性并不能得到明显提高；

2)即便选择绝缘的导热材料作为半固化片，如散热硅脂、导热硅胶片等，由于其使用方法不同于传统的半固化片方法，因此会增加层压的难度；

3)树状散热芯要进行一系列的加工和定型才能包埋于绝缘层和散热层内，制备工艺十分复杂，大批量生产速率低。

所以，需要一种快速散热的PCB，来解决上述缺陷，以加快电子元器件的散热。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速散热的PCB，能够解决现有PCB散热性能低的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种快速散热的PCB，包括阶梯槽以及阶梯型高导热金属块，阶梯型高导热金属块设置于阶梯槽内，阶梯型高导热金属块的顶面与高功率元器件之间设置焊料膏；阶梯型高导热金属块的肩部与其相邻的金属层之间设置导电导热粘结片。

在PCB内部开设阶梯槽并设置阶梯型高导热金属块，与阶梯型高导热金属块相接触的高功率元器件能够迅速将热量扩散至阶梯型高导热金属块，因此，阶梯型高导热金属块起到了快速散热的效果。

优选地，阶梯型高导热金属块的材质为铜。采用铜材质作为阶梯型高导热金属块的主体，是利用了铜优良的导热和导电性能，铜制的阶梯型高导热金属块能够将高功率元器件上的热量迅速传递到散热片上。

优选地，焊料膏为锡膏。焊料膏的选用需要保证高功率元器件和阶梯型高导热金属块之间的粘结性、导电性和导热性，为满足这些需求，选用锡膏作为焊料膏。由于锡膏的熔点约为150℃至220℃，而高功率元器件的发热远远达不到这一温度，故选用锡膏做焊料膏也不会发生熔化。

优选地，阶梯型高导热金属块埋入阶梯槽内。将阶梯型高导热金属块埋入阶梯槽内，使得在阶梯型高导热金属块与PCB压合的过程中，能够固定在PCB的内部，从而省去了阶梯型高导热金属块与PCB的阶梯槽之间额外的固定工艺，也无需额外的粘结材料。

优选地，阶梯型高导热金属块的顶面与PCB的顶面平齐，且阶梯型高导热金属块的底面与PCB的底面平齐。该设置方便PCB覆设铜层，保证了PCB的整体性。

优选地，阶梯型高导热金属块的顶面覆有铜层，阶梯型高导热金属块的底面覆有铜层。该设置将阶梯型高导热金属块封装在PCB内，保证了PCB的结构强度。

优选地，阶梯型高导热金属块的底面铜层的底面设置有散热片。设置散热片的目的是能够增加热量与空气的接触面积，实现更好的温差传递，加快热量的散出。

优选地，所述PCB还包括导通孔，其与金属层电导通。导通孔属于一种电镀通孔，其一个作用是用于散热，其能够将PCB内部金属层中的热量传递到导通孔中，并通过该导通孔向PCB的外表面传递，起到辅助散热的作用；导通孔的另一个作用是连接PCB的两层或多层之间的铜箔线路。

优选地，散热片覆盖导通孔。该设置也起到了辅助散热的作用，由于导通孔较为狭窄，热量不易从中传递出去，因此在其一端设置散热片，相当于增加了散热面积，加速导通孔内的热量散出，防止PCB内部过热，对PCB造成破坏。

本发明中快速散热的PCB的有益效果在于：

1)设计了一种PCB的快速散热结构，在PCB内部设置阶梯槽并埋入阶梯型高导热金属块，能够及时将高功率元器件以及PCB内部金属层产生的热量通过阶梯型高导热金属块传递至空气中，提高了PCB的散热性能；

2)本发明将阶梯型高导热金属块置于阶梯槽内，能够节省PCB的外部空间，使得PCB的整体尺寸减小，从而使PCB的整体结构更加紧凑。

附图说明

图1为本发明实施例1中快速散热的PCB的横截面图(未示出阶梯型高导热金属块和高功率元器件)；

图2为本发明实施例1中快速散热的PCB的横截面图；

图3为本发明实施例1中高功率元器件通过阶梯型高导热金属块进行传热的示意图；

图4为本发明实施例1中金属层通过阶梯型高导热金属块进行传热的示意图；

图5为本发明实施例2中快速散热的PCB的横截面图；

图6为本发明实施例3中快速散热的PCB的横截面图；

图7为本发明中一种快速散热的PCB的横截面图。

图中：

1、阶梯槽；2、金属层；3、阶梯型高导热金属块；4、焊料膏；5、高功率元器件；6、散热片；7、导通孔；8、导电导热粘结片。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例1

本实施例提供一种快速散热的PCB，其中，PCB由三张芯板压制而成(但数量并不限于此)，在PCB上开槽的示意图如图1所示。该PCB上，通过铣机铣出阶梯槽1，通过钻机钻出导通孔7，其中，二者均沿PCB的厚度方向设置，阶梯槽1的肩部与PCB内部的其中一层金属层2等高。导通孔7与PCB的金属层2电导通，为金属化孔。另外，PCB的顶部表面预设安装有高功率元器件5，阶梯槽1的开口位置与预设安装的高功率元器件5的底部位置相对应。

设置导通孔7，能够将PCB内部金属层2中的热量传递到导通孔7中，起到辅助散热的作用。孔壁金属化能够保证PCB的金属层2之间既可以进行电导通，又能够进行热导通。

参见图2，阶梯型高导热金属块3埋入阶梯槽1内。将阶梯型高导热金属块3埋入阶梯槽1内，使得在阶梯型高导热金属块3与PCB压合的过程中，能够固定在PCB的内部，从而省去了阶梯型高导热金属块3与PCB的阶梯槽之间额外的固定工艺，也无需额外的粘结材料。阶梯型高导热金属块3的肩部和与其相邻的金属层2之间设置导电导热粘结片8，热压后，导电导热粘结片8能够流动至阶梯型高导热金属块3的颈部。具体地，在本实施例中，阶梯槽1和阶梯型高导热金属块3均为凸字型，高功率元器件5与阶梯型高导热金属块3的凸部固定连接。由于高功率元器件5安装在PCB的顶部，只有当阶梯型高导热金属块3与高功率元器件5直接接触或通过热的良导体时，高功率元器件5内的热量才可以顺利传入阶梯型高导热金属块3中。因此，将高功率元器件5与阶梯型高导热金属块3的凸部通过焊料膏4固定连接，阶梯型高导热金属块3底部的表面积较大，散热性能更好。优选地，阶梯型高导热金属块3的顶面与PCB的顶面平齐，且阶梯型高导热金属块3的底面与PCB的底面平齐。该设置方便PCB覆铜操作，保证了PCB的整体性。进一步地，在阶梯型高导热金属块3的顶面和底面均覆设铜层，能够将阶梯型高导热金属块3封装入PCB内，保证了PCB的结构强度。

本实施例中焊料膏4优选为锡膏，焊料膏4要保证高功率元器件5和阶梯型高导热金属块3之间的粘结性、导电性和导热性，为满足这些需求，选用锡膏作为焊料膏4，原因主要有：

(1)锡膏的熔点约为150℃至220℃，而高功率元器件5的发热远远达不到这一温度，故选用锡膏做焊料膏4也不会发生熔化。

(2)锡膏的材质为纯金属，与其他介质相比，锡膏不含有树脂等非金属材料，使得锡膏的导热性更优。

采用铜材质作为阶梯型高导热金属块3的主体，是利用了铜优良的导热和导电性能，铜制的阶梯型高导热金属块3能够将高功率元器件5上的热量迅速传递到散热片6上。

为了将阶梯型高导热金属块3与PCB固定，在二者之间增加导电导热粘结片8，其粘接于阶梯槽1的肩部。通过在PCB中埋入导电导热粘结片8，实现PCB的内层线路导通，具有以下优势：

(1)常规实现金属层2与阶梯型高导热金属块3电连通和热导通的方式，是在PCB和阶梯型高导热金属块3上钻孔并对孔壁金属化来实现，而这一实现方式加工困难，且存在难电镀的问题。采用埋入导电导热粘结片8的方式可以避免上述问题。

(2)此工艺不用消耗树脂和电镀药水等，可以节省加工物料成本和相关设备成本。

(3)此工艺流程简单，可以大大缩短加工周期。

图2可以看出，阶梯型高导热金属块3的顶面覆有铜层，且底面覆有铜层，将阶梯型高导热金属块封装在PCB内，保证了PCB的结构强度。阶梯型高导热金属块3与PCB等高，且PCB的底面固定连接有散热片6。该设置一是为了保证阶梯型高导热金属块3与PCB的整体性，使阶梯型高导热金属块3埋入于PCB的内部，因此PCB能够稳定地进行安装；二是为了使热量迅速从阶梯型高导热金属块3的外表面进行散失。增加散热片6，能够增大热量与空气的接触面积，实现更好的温差传递。

本实施例中散热片6覆盖至PCB上的阶梯型高导热金属块3和导通孔7，能够将热量及时从PCB中传递出去。由于导通孔7较为狭窄，热量不易从中传递出去，因此在其一端设置散热片6，能够有效地将热量传递到散热片6上。

参见图3和图4，为高功率元器件5和金属层2通过阶梯型高导热金属块3进行传热的示意图。图3示出了高功率元器件5通过阶梯型高导热金属块3进行的热传递，此部分为高功率元器件5的主要热传递路径。由于高功率元器件5的底部通过焊料膏4与阶梯型高导热金属块3接触，二者又具有温差，故热量主要可以通过热传导的方式来进行传热。大部分热量通过高功率元器件5的底部传递给阶梯型高导热金属块3。这样，由于阶梯型高导热金属块3靠近高功率元器件5的一侧温度高、另一侧温度低，故热量可以源源不断地从温度高的一侧传递到另一侧。传递到阶梯型高导热金属块3温度低一侧的热量又能够通过热传导的形式传递到散热片6中，散热片6可以将热量主要通过热传导和热对流的形式散播到空气中。

图4示出了金属层2通过阶梯型高导热金属块3进行的热传递，此外，金属层2还可以通过导通孔7进行热传递。PCB的内部金属层2处于工作状态时也会产生少量的热量。这部分热量能够沿着金属层2传递到导电导热粘结片8中，再传递到阶梯型高导热金属块3的颈部和肩部。阶梯型高导热金属块3的颈部和肩部温度较高，靠近散热片6的部位温度较低，因此，热量可以源源不断地从温度高的一侧传递到另一侧。热量到达散热片6后的传递形式与图3中传递形式相同。

实施例2

本实施例提供另一种快速散热的PCB。其横截面图如图5所示，为简便起见，仅描述实施例2与实施例1的区别点。区别之处在于：

本实施例是将阶梯型高导热金属块3和散热片6的结构进行结合，即将散热片6上的片状结构设置在阶梯型高导热金属块3上，使阶梯型高导热金属块3为均匀分布的片状结构。其它结构与实施例1相同，在此不再赘述。

实施例3

本实施例提供一种快速散热的PCB，其横截面图如图6所示，为简便起见，仅描述实施例3与实施例1的区别点。区别之处在于：

阶梯型高导热金属块3的底面突出PCB的底面，将散热片6紧贴阶梯型高导热金属块3设置。其它结构与实施例1相同，在此不再赘述。

已知的结构中，采用将热量传导金属层2后，由散热片6传导至空气中，但是，产生的热量所传经的媒介越多，散热片6所发散的热量越少，是因当中所传经的媒介会将大部份的热量吸收，却无法散热。因此，本实施例中的结构，可更快速并直接的将热量发散出去。

此外，PCB也可以由四张芯板压合而成，其具体结构如图7所示，在此不再赘述。于本发明的所有实施例中，各金属层2优选为铜，也可以为银、铝、钨等其它金属导电材料。

申请人声明，本发明通过上述实施例进行了示例性的描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种快速散热的PCB，其特征在于，包括：

阶梯槽(1)；

阶梯型高导热金属块(3)，其设置于所述阶梯槽(1)内，所述阶梯型高导热金属块(3)的顶面与设置于所述PCB表面的高功率元器件(5)之间设置焊料膏(4)；

所述阶梯型高导热金属块(3)的肩部和与其相邻的金属层(2)之间设置导电导热粘结片(8)。

2.根据权利要求1所述的快速散热的PCB，其特征在于，所述阶梯型高导热金属块(3)的材质为铜。

3.根据权利要求1所述的快速散热的PCB，其特征在于，所述焊料膏(4)为锡膏。

4.根据权利要求1所述的快速散热的PCB，其特征在于，所述阶梯型高导热金属块(3)埋入所述阶梯槽(1)内。

5.根据权利要求1所述的快速散热的PCB，其特征在于，所述阶梯型高导热金属块(3)的顶面与所述PCB的顶面平齐，且所述阶梯型高导热金属块(3)的底面与所述PCB的底面平齐。

6.根据权利要求1所述的快速散热的PCB，其特征在于，所述阶梯型高导热金属块(3)的顶面覆有铜层，所述阶梯型高导热金属块(3)的底面覆有铜层。

7.根据权利要求6所述的快速散热的PCB，其特征在于，所述阶梯型高导热金属块的底面铜层的底面设置有散热片(6)。

8.根据权利要求7所述的快速散热的PCB，其特征在于，还包括导通孔(7)，其与所述金属层(2)电导通。

9.根据权利要求8所述的快速散热的PCB，其特征在于，所述散热片(6)覆盖所述导通孔(7)。