CN107741285A - 一种电路板及温度检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电路板及温度检测方法，包括多个铜箔，其特征在于：相邻的两个所述铜箔之间设有半固化片，至少有一个所述半固化片采用介电常数大于100的填充材料作为填料。本发明在原有PCB板的基础上将其中至少一个半固化片填料改为填充材料进行填充，利用填充材料的特性，使得PCB板上的两铜箔形成一个电容，通过判断电容从而对电路板的温度进行测定，相比现有技术，该电路板可以检测到电路板整体温度，而且测量方便。

Description

一种电路板及温度检测方法

技术领域

本发明涉及电路板技术领域，特别是涉及一种电路板及温度检测方法。

背景技术

随着智能终端的发展，智能终端的集成度越来越高，集成的功能越来越多；PCB上集成的器件数量越来越多，同时器件的功耗越来越大，导致PCB上单位面积的功率密度越来越大。PCB的发热越来越严重。电子系统在运行时，需要对PCB的温度进行监测，以实时了解系统的温升情况，从而采取措施(如降频，减小充电电流，关闭部分模块，增加散热风扇的转速等)，降低PCB的温度，以保证主板温度在合理范围内，系统工作正常，性能稳定，防止系统温升过高导致器件烧毁，系统性能降低等风险。

现有的PCB温度检测主要是采用热敏电阻进行，电阻RT为热敏电阻，其具有正的或者负的温度系数：即其阻值大小随着温度的升高而变大或者变小。系统工作时，每隔一段时间，通过一个恒流源向热敏电阻RT输出一个固定的电流I，电流I流过电阻RT在其上产生电压V，由于热敏的电阻的阻值随温度变化，因此产生的电压V＝I*RT也随温度变化而变化，系统侦测电压V，则可得出热敏电阻RT的温度，由于热敏电阻焊接安装在PCB上，因此可以得出PCB的温度。但是这样容易造成检测是局部的，并不能反映整体温度的变化，若想进行全面的检测，此外需要大量的热敏电阻，而且使得PCB板可使用的面积减小。

发明内容

鉴于上述状况，有必要提供电路板及温度检测方法，能够对整个电路板的温度进行检测。

第一方面，本发明第一实施例提出一种电路板，包括多个铜箔，相邻的两个所述铜箔之间设有半固化片，至少有一个所述半固化片采用相对介电常数大于100的填充材料进行填充。

在本发明较佳的实施例中，上述电路板还包括：所述电路板中间的为中心半固化片，上下两侧分别为第一半固化片和第二半固化片，所述中心半固化片的厚度大于第一半固化片和第二半固化片。

进一步，所述填充材料为钛酸钡材料。

进一步所述半固化片的数量至少有3个，位于所述电路板中间的所述半固化片为中心半固化片，位于所述中心半固化片上下两侧的所述半固化片分别为第一半固化片和第二半固化片，所述中心半固化片的厚度大于所述第一半固化片的厚度，且大于所述第二半固化片的厚度。

所述半固化片主要由玻璃纤维布浸渍环氧树脂胶，热压固化后形成；所述玻璃纤维布是由玻璃纤维经过纺纱、编制工艺后形成的柔软布结构；所述环氧树脂胶是由环氧树脂，填料，催化剂经过混合后形成。

第二方面，本发明第二实施例提出一种电路板的温度检测方法，用于检测上述电路板，步骤如下：对所述电路板进行检测前预处理，即利用掺杂改变填充材料介电常数与温度曲线的转折点；检测相邻的两个所述铜箔之间的电容值；通过所述电容值计算相邻的两个所述铜箔之间的所述半固化片中填充材料在对应温度下的介电常数；根据所述介电常数计算所述电路板的温度。

在本发明较佳的实施例中，上述电路板的温度检测方法还包括：所述通过所述电容值计算相邻的两个所述铜箔之间的所述半固化片中填充材料在对应温度下的介电常数步骤中，采用以下公式计算填充材料在对应温度下的介电常数；

C＝εS/4πkd

其中，C电容器的电容；S为两铜箔构成拼板电容器其两极板正对面积；d为两铜箔之间的间距，k静电力常量。

所述的电路板的温度检测方法，在检测相邻的两个所述铜箔之间的电容值步骤之前，所述方法还包括：根据需求选择掺杂的填充材料作为填料，使得掺杂后的填充材料介电常数在预设温度阈值内随温度呈单调变化。

所述根据需求选择掺杂的填充材料作为填料的步骤包括：往所述填充材料中掺杂依次按照比例掺杂钕金属元素；在掺杂的同时检测当前掺杂的填充材料介电常数；直到掺杂的填充材料介电常数随温度的变化曲线转折点大于预设温度阈值为止。

所述根据所述介电常数计算所述电路板的温度的步骤包括：通过所述填充材料在温度下的介电常数变化图推导计算填充材料在该状态下的介电常数，以计算出对应的温度，所述温度为所述电路板的温度。

第三方面，本发明第三实施例提出另外一种电路板的温度检测方法，用于检测上述电路板，步骤如下：对所述电路板进行检测前预处理，即检测电路板上任意一点的温度；检测相邻的两个所述铜箔之间的电容值；通过所述电容值计算相邻的两个所述铜箔之间的所述半固化片中填充材料在对应温度下的介电常数；根据所述介电常数计算所述电路板的温度。

在本发明较佳的实施例中，上述电路板的温度检测方法还包括：所述通过所述电容值计算相邻的两个所述铜箔之间的所述半固化片中填充材料在对应温度下的介电常数步骤中，采用以下公式计算填充材料在对应温度下的介电常数；

C＝εS/4πkd

其中，C电容器的电容；S为两铜箔构成拼板电容器其两极板正对面积；d为两铜箔之间的间距，k静电力常量。

所述的电路板的温度检测方法，其特征在于：所述根据所述介电常数计算所述电路板的温度的步骤包括：通过测试电路初步测定热敏电阻阻值来探测出所述电路板上任意一点的初探温度T；判断所述初探温度T与填充材料介电常数随温度的变化曲线温度转折点K；根据所述初探温度T和所述K值，对介电常数的数值进行对应温度推导。

进一步的，所述根据对应的介电常数进行对应温度推导的步骤包括：计算出此时的介电常数，判断所述介电常数对应的温度数值是一个还是两个；当所述介电常数对应的温度数值为一个时，则选择该温度数值作为所述电路板的温度值；当所述介电常数对应的温度数值为两个，两个温度分别为T1和T2，且T1小于T2时；若K<T时，判定T2作为电路板的温度值；若K>T时，判定T1作为电路板的温度值。

本发明提出电路板及温度检测方法，在原有PCB板的基础上将其中至少一个半固化片填料改为填充材料进行填充，利用填充材料高介电常数特性，使得PCB板上的两铜箔形成一个电容，当电路板上任何一点的温度变化都会引起电容的变化，通过判断电容从而对电路板的温度进行测定，相比现有技术，该电路板可以检测到电路板整体温度，而且测量方便。

本公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本公开的上述技术即可得知。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明第一实施例的电路板剖面的结构示意图。

图2是本发明实施例的掺杂不同浓度的钕金属元素的钛酸钡陶瓷的介电常数随温度变化曲线。

其中，在图2中，横坐标为温度值(T，摄氏度)，纵坐标为介电常数的数值(dielectric constant)。

图3是本发明第二实施例的电路板检测方法的流程图。

图4是本发明第三实施例的电路板检测方法的流程图。

图5是本发明第三实施例的电路板检测方法中步骤S24中根据对应的介电常数进行对应温度推导的步骤具体流程图。

第一半固化片	1	中心半固化片	2
				第二半固化片	3	铜箔	4

具体实施方式

为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本法发明的原理：常见的PCB层叠结构，其由铜箔和半固化片(PP)层叠压制而成，其中，芯板的Core PP为板中较厚的介质层，一般的PCB中有1个或者两个芯板。上述半固化片(PP)的结构，其主要由玻璃纤维布浸渍环氧树脂胶，热压固化后形成。玻璃纤维布是由玻璃纤维经过纺纱、编制工艺后形成的柔软布结构。环氧树脂胶是由环氧树脂，填料，催化剂经过混合后形成。将玻璃纤维布浸渍环氧树脂胶，经过热压，固化后形成半固化片。

半固化片(PP)作为各层铜皮之间的绝缘介质，其介电常数ε由其组成的材料及材料的组分决定，环氧树脂胶的介电常数ε一般在3到4之间；玻璃纤维布的介电常数ε一般在6到7之间，这两种材料的介电常数ε随温度变化不大；一般的，环氧树脂胶中需加入一定组分的填料(filler)以改善成品半固化片的物理性能，填料一般为二氧化硅粉体、滑石粉、云母粉、石墨粉等。

本发明采用高介电常数，且介电常数随温度变化剧烈的钛酸钡(BaTiO3)陶瓷材料颗粒或粉体作为环氧树脂胶的填料，以改变整体半固化片的介电常数。

因为相比于半固化片中的其他组分而言，钛酸钡粉体填料(filler)的介电常数很大，大两到三个数量级，所以调节钛酸钡粉体在半固化片中的组分，可以有效调节半固化片的介电常数；由于钛酸钡粉体填料(filler)的介电常数随温度变化，因此，半固化片的介电常数也随温度变化而变化。

如图1所示，PCB由铜箔与半固化片层压制构成，因此，两片铜箔及间的半固化片构成了一个平板电容器，其电容量为：

C＝εS/4πkd (1)

式(1)中，S为两铜箔构成侧拼板电容器其两极板正对面积，d为两极板之间的间距，k静电力常量(常数)。由式(1)可知，两片铜箔及间的半固化片构成的一个平板电容器，其两极板正对面积和其间距固定的话，其电容量只与半固化片介电常数ε有关；而PCB在加工完成后，铜箔和其间距都是固定的，符合上述设定，因此，PCB两层铜箔之间采用上述掺杂钛酸钡粉体为填料的半固化片，在PCB加工完成后，其所属两层铜箔之间的电容值随温度变化而变化。

选择了两层铜皮作为电容的极板，PCB加工完成后，两极板的正对面积和间距确定，在上述两极板中填充了介电常数随温度变化的半固化片，因此根据式(1)，上述两极板之间的电容值随温度变化而变化，然后设计检测上述电容值的电路，当PCB温度升高时，半固化片介电常数发生变化，导致上述两极板之间的电容值发生变化，通过电容检测电路检测上述电容值，可得PCB的温度。

本发明提供一种温度检测方法：由于钛酸钡(BaTiO3)材料具有非常高的介电常数与温度的变化曲线并不是线性，曲线是先升高后降低，从而带来一个问题，那就是一个介电常数可能对应两个温度值。

钛酸钡(BaTiO3)材料具有非常高的介电常数，通常材料一般在几到十几，而钛酸钡(BaTiO3)材料的介电常数却高达数千至数万级别，且其介电常数随温度变化非常剧烈，且其掺杂不同的材料后，其介电常数随温度的变化程度也会发生变化。

检测铜箔之间形成的电容，通过电容计算对应物质在对应温度下的介电常数。检测铜箔之间形成的电容时采用万用表进行测量。针对钛酸钡材料的介电常数与温度对应的问题，采取两种方法：改变温度转折点和通过初步探测实现。

实施例一

请参阅图1，本发明的实施例提供电路板，包括多个铜箔4，其特征在于：包括多个铜箔，其特征在于：相邻的两个所述铜箔之间设有半固化片，至少有一个所述半固化片采用钛酸钡进行填充。

所述半固化片的数量至少有3个，位于所述电路板中间的所述半固化片为中心半固化片，位于所述中心半固化片上下两侧的所述半固化片分别为第一半固化片和第二半固化片，所述中心半固化片的厚度大于所述第一半固化片的厚度，且大于所述第二半固化片的厚度。

该电路板制备方法：1、根据需求选择合适掺杂的钛酸钡粉体作为填料；2、将第1步制作的填料，以合适的组分添加入环氧树脂，制作环氧树脂胶；3、将玻璃纤维布浸渍入第2步制作的环氧树脂胶，经热压固化后形成介电常数随温度变化的半固化片(PP)。

所述半固化片主要由玻璃纤维布浸渍环氧树脂胶，热压固化后形成；所述玻璃纤维布是由玻璃纤维经过纺纱、编制工艺后形成的柔软布结构；所述环氧树脂胶是由环氧树脂，填料，催化剂经过混合后形成。

本发明实施例提出电路板，在原有PCB板的基础上将其中至少一个半固化片填料改为钛酸钡进行填充，利用钛酸钡的特性，使得PCB板上的两铜箔形成一个电容，当电路板上任何一点的温度变化都会引起电容的变化，通过判断电容从而对电路板的温度进行测定，相比现有技术，该电路板可以检测到电路板整体温度，而且测量方便。

实施例二

请查阅图3，一种电路板，包括多个铜箔，相邻的两个所述铜箔之间设有半固化片，至少有一个所述半固化片采用相对介电常数大于的数值100填充材料进行填充。本发明的第二实施例提出的该电路板检测方法的流程图，其中，该方法包括：

步骤S11，对所述电路板进行检测前预处理，即利用掺杂改变钛酸钡介电常数与温度曲线的转折点：

其中，往所述钛酸钡中掺杂依次按照比例掺杂钕金属元素。如PCB电路板的正常工作温度一般为零下40到100℃之间，

其中，在掺杂的同时检测当前掺杂的钛酸钡介电常数；直到掺杂的钛酸钡介电常数随温度的变化曲线转折点大于预设温度阈值为止。选择合适的掺杂，使钛酸钡材料在目标温度内(如零下40到100℃之间)，其介电常数ε随温度呈单调变化，随温度的上升，介电常数变大，且变化较为剧烈。

请参阅图2，掺杂钕金属元素，通过改变掺杂使得其介电常数随温度呈单调递增变化，在掺杂的同时检测当前掺杂的钛酸钡介电常数；直到掺杂的钛酸钡介电常数随温度的变化曲线转折点大于预设温度阈值为止。

步骤S12检测相邻的两个所述铜箔之间的电容值；

利用测试电路，接触添加有钛酸钡的半固化片的两片铜箔，利用万用表即可测出该电路板的电容值，记录该数值。

步骤S13通过所述电容值计算相邻的两个所述铜箔之间的所述半固化片中钛酸钡在对应温度下的介电常数；

其中，所述通过所述电容值计算相邻的两个所述铜箔之间的所述半固化片中钛酸钡在对应温度下的介电常数步骤中，采用以下公式计算钛酸钡在对应温度下的介电常数；C＝εS/4πkd，其中，C电容器的电容；S为两铜箔构成拼板电容器其两极板正对面积；d为两铜箔之间的间距，k静电力常量。

步骤S14根据所述介电常数计算所述电路板的温度。

可以直接根据测得的电容值，计算出对应的钛酸钡材料对应的介电常数，此时通过前面掺杂，使得在预设的温度内，介电常数ε随温度呈单调变化，所以一个介电常数ε对应一个唯一的温度，该温度就是电路板的温度。

实施例三

请查阅图4，一种电路板，包括多个铜箔，相邻的两个所述铜箔之间设有半固化片，至少有一个所述半固化片采用介电常数大于的数值100填充材料进行填充。本发明的第三实施例提出的另外一种电路板检测方法的流程图，其中，该方法包括：

步骤S21，对所述电路板进行检测前预处理，即检测电路板上任意一点的温度；

其中，通过测试电路初步测定热敏电阻阻值来探测出所述电路板上任意一点的初探温度T；通过实验法测出当前钛酸钡材料介电常数随温度的变化曲线温度转折点K；

判断所述初探温度T与钛酸钡材料介电常数随温度的变化曲线温度转折点K；

步骤S22检测相邻的两个所述铜箔之间的电容值；

利用测试电路，接触添加有钛酸钡的半固化片的两片铜箔，利用万用表即可测出该电路板的电容值，记录该数值。

步骤S23通过所述电容值计算相邻的两个所述铜箔之间的所述半固化片中钛酸钡在对应温度下的介电常数；

其中，所述通过所述电容值计算相邻的两个所述铜箔之间的所述半固化片中钛酸钡在对应温度下的介电常数步骤中，采用以下公式计算钛酸钡在对应温度下的介电常数；C＝εS/4πkd，其中，C电容器的电容；S为两铜箔构成拼板电容器其两极板正对面积；d为两铜箔之间的间距，k静电力常量。

步骤S24根据所述介电常数计算所述电路板的温度。

所述根据对应的介电常数进行对应温度推导的步骤包括：如图5所示，计算出此时的介电常数，判断所述介电常数对应的温度数值是一个还是两个；当所述介电常数对应的温度数值为一个时，则选择该温度数值作为所述电路板的温度值；当所述介电常数对应的温度数值为两个，两个温度分别为T1和T2，且T1小于T2时；若K<T时，判定T2作为电路板的温度值；若K>T时，判定T1作为电路板的温度值。

该方法主要用于钛酸钡没有进行金属的掺杂，此时在预设的温度内，介电常数ε随温度不单调变化，而且在预设温度之间有转折点，所以可能存在一个介电常数ε对应两个温度值，但是实际上只有一个数据是真实的，不加以区分很容易造成误判，所以需要从温度中选择正确的温度，具体步骤如下。

通过初步探测确定温度区间：当电路板的掺杂材质确定，电路板的规格确定后，钛酸钡材料介电常数ε随温度的变化曲线也固定，假设该曲线转折点为K度；

在电路板上安装有一个热敏电阻，通过测试电路初步测定热敏电阻阻值来探测出电路板上任意一点的温度，假设该温度为T度，用来对电路板温度进行初步的判断。

通过此时电容测定，计算出此时的介电常数ε，判断所述介电常数ε对应的温度数值是一个还是两个；

当所述介电常数ε对应的温度数值为一个时，则选择该温度数值作为所述电路板的温度值；

当所述介电常数ε对应的温度数值为两个，两个温度分别为T1和T2，且T1小于T2时；

若K<T时，判定T2作为电路板的温度值；若K>T时，判定T1作为电路板的温度值。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电路板，包括多个铜箔，其特征在于：相邻的两个所述铜箔之间设有半固化片，至少有一个所述半固化片采用相对介电常数大于100的填充材料进行填充。

2.根据权利要求1所述的电路板，其特征在于：所述填充材料为钛酸钡材料。

3.根据权利要求2所述的电路板，其特征在于：所述半固化片的数量至少有3个，位于所述电路板中间的所述半固化片为中心半固化片，位于所述中心半固化片上下两侧的所述半固化片分别为第一半固化片和第二半固化片，所述中心半固化片的厚度大于所述第一半固化片的厚度，且大于所述第二半固化片的厚度；所述半固化片主要由玻璃纤维布浸渍环氧树脂胶，热压固化后形成；所述玻璃纤维布是由玻璃纤维经过纺纱、编制工艺后形成的柔软布结构；所述环氧树脂胶是由环氧树脂，填料，催化剂经过混合后形成。

4.一种电路板的温度检测方法，其特征在于，所述电路板采用权利要求1-3任意一项所述的电路板，所述方法包括：

对所述电路板进行检测前预处理；

检测相邻的两个所述铜箔之间的电容值；

通过所述电容值计算相邻的两个所述铜箔之间的所述半固化片中填充材料在对应温度下的介电常数；

根据所述介电常数计算所述电路板的温度。

5.根据权利要求4所述的电路板的温度检测方法，其特征在于：所述通过所述电容值计算相邻的两个所述铜箔之间的所述半固化片中填充材料在对应温度下的介电常数步骤中，采用以下公式计算填充材料在对应温度下的介电常数；

C＝εS/4πkd

其中，C电容器的电容；S为两铜箔构成拼板电容器其两极板正对面积；d为两铜箔之间的间距，k静电力常量。

6.根据权利要求4或5所述的电路板的温度检测方法，其特征在于：所述根据所述介电常数计算所述电路板的温度的步骤包括：

通过测试电路初步测定热敏电阻阻值来探测出所述电路板上任意一点的初探温度T；

判断所述初探温度T与填充材料介电常数随温度的变化曲线温度转折点K；

根据所述初探温度T和所述K值，对介电常数的数值进行对应温度推导。

7.根据权利要求6所述的电路板的温度检测方法，其特征在于：所述根据对应的介电常数进行对应温度推导的步骤包括：

计算出此时的介电常数，判断所述介电常数对应的温度数值是一个还是两个；

当所述介电常数对应的温度数值为一个时，则选择该温度数值作为所述电路板的温度值；

当所述介电常数对应的温度数值为两个，两个温度分别为T1和T2，且T1小于T2时；

若K<T时，判定T2作为电路板的温度值；

若K>T时，判定T1作为电路板的温度值。

8.根据权利要求4或5所述的电路板的温度检测方法，其特征在于：在检测相邻的两个所述铜箔之间的电容值步骤之前，所述方法还包括：

根据需求选择掺杂的填充材料作为填料，使得掺杂后的填充材料介电常数在预设温度阈值内随温度呈单调变化。

9.根据权利要求8所述的电路板的温度检测方法，其特征在于：所述根据需求选择掺杂的填充材料作为填料的步骤包括：

往所述填充材料中掺杂，依次按照比例掺杂钕金属元素，

在掺杂的同时检测当前掺杂的填充材料介电常数；

直到掺杂的填充材料介电常数随温度的变化曲线转折点大于预设温度阈值为止。

10.根据权利要求9所述的电路板的温度检测方法，其特征在于：所述根据所述介电常数计算所述电路板的温度的步骤包括：

通过所述填充材料在温度下的介电常数变化图推导计算填充材料在该状态下的介电常数ε，以计算出对应的温度，所述温度为所述电路板的温度。