CN107896423B - 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，其包括通槽和凹槽，所述通槽用于容纳高功率元器件；高导热金属块，其设置于所述凹槽内；所述高导热金属块、所述高功率元器件和与所述高导热金属块的上表面相邻的金属层两两之间均设置锡膏。本发明通过在PCB内部开槽并埋入高导热金属块，能够及时将高功率元器件自身产生的热量通过高导热金属块传递出去，提高了PCB的散热性能。本发明将高功率元器件和高导热金属块均置于阶梯槽内，能够节省PCB的外部空间，减小了PCB的整体尺寸。

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所产生的大量热量，可以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)首先，散热芯、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)其次，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)再次，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，其包括通槽和凹槽，所述通槽用于容纳高功率元器件；高导热金属块，其设置于所述凹槽内；所述高导热金属块、所述高功率元器件和与所述高导热金属块的上表面相邻的金属层两两之间均设置锡膏。

与所述高导热金属块的上表面相邻的金属层、高功率元器件和高导热金属块之间的粘结性、导电性和导热性均具有一定的要求，为满足这些需求，选用锡膏作为导热导电介质。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，故选用锡膏不会发生熔化的情况。

优选地，所述高导热金属块的上表面设置有凹部，所述凹部容纳所述高功率元器件的底部。

在高导热金属块的上表面设置凹部，一方面保证高功率元器件的底部和部分侧壁置于凹部中，从而增加了高功率元器件与高导热金属块的接触面积，另一方面是高功率元器件设置于凹部和通槽内，相比于将高功率元器件设置在PCB表面的结构，减小了PCB表面元器件的占用空间，使得PCB的整体体积变小，从而提高了PCB的集成度。又由于散热基板和高功率元器件之间填充有锡膏，这样，高功率元器件内产生的热量能够通过其底部和侧壁的锡膏传递到高导热金属块中，提高了散热效率。

另外，由于PCB的上表面设置有用于安装高功率元器件引脚的焊盘，高功率元器件的引脚之间不允许发生短路，因此设置锡膏的填充量不能高于PCB的顶部金属层，防止高功率元器件发生短路。

优选地，所述高导热金属块的材质为铜、银、铝或钨。

采用铜材质作为高导热金属块的主体，是利用了铜优良的导热和导电性能。铜制的高导热金属块能够将高功率元器件上的大部分热量迅速传递至散热片上。银的导热性能最好，但是成本较高，加工工艺难度也较高，一般用于高精密电子产品中。铝和钨的导热性能稍逊于铜，仍可以供散热量不大的元器件使用。

优选地，所述高导热金属块埋入所述阶梯槽内。

将高导热金属块埋入阶梯槽内，使得在高导热金属块与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，所述高导热金属块的底面与所述PCB的一面平齐。该设置方便PCB覆设铜层，保证了PCB的整体性。

优选地，所述高导热金属块的底面和所述PCB的所述一面覆有铜层。

在高导热金属块的底面和PCB的底面覆有铜层，能够将高导热金属块封装入PCB内，增强了PCB的结构强度。

优选地，所述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。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，起到辅助散热的作用；导通孔的另一个作用是用于导通金属层，用来连接PCB的两层或多层之间的铜箔线路。

优选地，所述散热片覆盖所述导通孔。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。

优选地，所述阶梯槽是非金属化槽。将阶梯槽设置成非金属化槽，能够防止高导热金属块与PCB内部的金属线路图形发生电气连接，而使得整个PCB失效。

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内部开槽并埋入高导热金属块，能够及时将高功率元器件自身产生的热量通过高导热金属块传递出去，提高了PCB的散热性能；

2)高功率元器件与PCB内部的金属层通过锡膏接触，并在PCB上开设有导通孔，使高功率元器件产生的部分热量可以通过金属层传递至导通孔中，进而传递至散热片实现散热，为高功率元器件提供除高导热金属块以外的第二种散热途径，提高散热效率；

3)本发明将高功率元器件和高导热金属块均置于阶梯槽内，相比于将高功率元器件设置在PCB表面的结构，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(未示出金属块和元器件)；

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2中快速散热的PCB的横截面图；

图4为本发明实施例2中高功率元器件通过高导热金属块进行传热的示意图；

图5为本发明实施例2中高功率元器件通过金属层进行传热的示意图；

图6为本发明实施例3中快速散热的PCB的横截面图。

图中：

1、阶梯槽；11、通槽；12、凹槽；2、高导热金属块；3、高功率元器件；4、金属层；5、锡膏；6、散热片；7、导通孔。

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，该PCB由三张芯板压合而成，但在数量上不限于此。在PCB上开槽的示意图如图1所示，该PCB开设有非金属化的阶梯槽1，其包括位于PCB上部的通槽11和下部的凹槽12，二者构成凸字型的阶梯槽1。参见图2，该PCB还包括高导热金属块2。其中，通槽11用于容纳高功率元器件3，高导热金属块2设置于凹槽12内。本实施例中高导热金属块2的截面为方形，其材质优选为银。由于银的导热性是常见金属中导热性最强的，所以选用银作为高导热金属块2的材料。高导热金属块2、高功率元器件3和与高导热金属块2的上表面相邻的金属层4两两之间均设置锡膏5。

PCB上还开设有导通孔7，其沿PCB的厚度方向设置并贯穿整个PCB，其能够与PCB的金属层4电导通。导通孔7属于一种电镀通孔，其在本实施例中的主要作用是用于散热，其能够将PCB内部金属层4中的热量传递到导通孔7中，起到辅助散热的作用；导通孔7的另一个作用是连接PCB的两层或多层之间的铜箔线路。

本实施例中的高导热金属块2埋入凹槽12内，且高导热金属块2的底面与PCB的一面(即底面)平齐。将高导热金属块2埋入凹槽12内，使高导热金属块2固定在PCB的内部，方便PCB的表面电镀铜层，保证了PCB的整体性。该设置也使得高导热金属块2在与PCB压合的过程中，能够固定在PCB的内部，从而省去了高导热金属块2与PCB的阶梯槽1之间额外的固定工艺和粘接材料。图2中可以看出，高导热金属块2的底面和PCB的底面均覆有铜层。覆设铜层的设置能够将高导热金属块2封装入PCB内，保证了PCB的结构强度。

在PCB的底面即覆有铜层的底面设置有散热片6，其目的是为了能够增大热量与空气的接触面积，加快热量的散出。

实施例2

参见图3，本实施例提供一种快速散热的PCB，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：

本实施例中本实施例中高导热金属块2为凹字型结构，其上具有一凹部，其材质优选为铜。采用铜材质作为高导热金属块2的主体，是利用了铜优良的导热和导电性能。采用铜制的高导热金属块2能够将高功率元器件3上的热量经高导热金属块2迅速传送至散热片上，最后经散热片6传递至空气中。

通槽11内设置有高功率元器件3，高功率元器件3的底部置于高导热金属块2的凹部内。这样，高功率元器件3除其底面与高导热金属块2接触外，其部分侧壁也与高导热金属块2相接触，增大了二者的接触面积，会加快热量的散失。

本实施例中散热片6覆盖至PCB上的高导热金属块2和导通孔7，能够将热量及时从PCB中传递出去。由于导通孔7一般较为狭窄，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。其它结构与实施例1相同，在此不再赘述。

参见图4和图5，为本实施例中高功率元器件3的传热示意图。图4示出了高功率元器件3通过高导热金属块2进行的热传递，此部分为高功率元器件3的主要热传递路径。由于高功率元器件3的底部和部分侧壁与高导热金属块2的凹部通过锡膏5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。一部分热量通过高功率元器件3的底部传递给高导热金属块2的凹部，另一部分热量从高功率元器件3的侧壁通过锡膏5传递到高导热金属块2的凸起部分。这样，由于高导热金属块2靠近高功率元器件3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。传递到高导热金属块2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5示出了高功率元器件3通过金属层4进行的热传递，此部分为高功率元器件3的次要热传递路径。由于金属层4一般为铜箔，所以其传热速率与铜制的高导热金属块2基本一致。高功率元器件3侧壁上的热量会通过锡膏5直接传递到金属层4中。热量在金属层4内发生热传导，在金属层4内的一部分热量会传导至导通孔7的内壁上，从而与导通孔7中的空气发生热交换；另一部分热量经导通孔7的内壁传递至PCB的外侧面，其能够直接散播到空气中，或者通过散热片6散播到空气中。值得注意的是，图4与图5的传热过程会同时发生，无先后之分。

实施例3

参见图6，本实施例提供一种快速散热的PCB，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：

该PCB由四张芯板压合而成。本实施例中高导热金属块2为凹字型结构，其上具有一凹部，其材质优选为铝，金属铝也具有较好的导热导电性能。通槽11内设置有高功率元器件3，高功率元器件3的底部置于高导热金属块2的凹部内。本实施例中散热片6覆盖至PCB上的高导热金属块2和导通孔7。其它结构与实施例1相同，在此不再赘述。

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 (2)

1.一种快速散热的PCB，其特征在于，包括：

阶梯槽(1)，其包括通槽(11)和凹槽(12)，所述通槽(11)用于容纳高功率元器件(3)；

高导热金属块(2)，其设置于所述凹槽(12)内；

所述高导热金属块(2)、所述高功率元器件(3)和与所述高导热金属块的上表面相邻的金属层(4)两两之间均设置锡膏(5)；

所述高导热金属块(2)的上表面设置有凹部，所述凹部容纳所述高功率元器件(3)的底部；

所述阶梯槽(1)是非金属化槽；

所述高导热金属块(2)埋入所述凹槽(12)内；

所述高导热金属块(2)的底面与所述PCB的一面平齐；所述高导热金属块(2)的底面和所述PCB的所述一面覆有铜层；

所述铜层的底面设置有散热片(6)；还包括导通孔(7)，所述导通孔(7)为电镀通孔；所述散热片(6)覆盖所述导通孔(7)。

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

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