CN108200714A - 一种pcb及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子产品技术领域，尤其涉及一种PCB及其制造方法，该PCB包括具有通槽的基板；散热组件，其嵌设于所述通槽内，所述散热组件与所述通槽过盈配合，所述散热组件表面设有散热组件线路图形，所述散热组件线路图形与所述基板表面的线路图形通过金属丝电气连通。该制造方法包括：S1、制备嵌设有散热组件的基板；所述散热组件上表面的散热组件线路图形与所述基板上表面的线路图形未电气连通；S2、在所述散热组件线路图形上与所述基板上表面的线路图形上连接金属丝，实现所述散热组件线路图形与所述基板上表面的线路图形的电气连通。本发明提供的PCB及其制造方法能有效提高发热元器件的散热效率及线路图形的设计密度，简化工艺流程，节省制造成本。

Description

一种PCB及其制造方法

技术领域

本发明涉及电子产品技术领域，尤其涉及一种PCB及其制造方法。

背景技术

印制电路板(Printed circuit board，简称PCB)，是电子元器件电气连接的提供者。在印制电路板出现之前，电子元件之间的互连都是依靠电线直接连接而组成完整的线路。在当代，电路面板只是作为有效的实验工具而存在，而印制电路板在电子工业中已经占据了绝对统治的地位。

随着电子产品技术的发展，PCB板上元器件的设计向着表贴化、小型化及高密度方向的发展趋势越来越明显，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，就必须解决发热元器件的散热问题。当前主流的PCB散热技术主要有金属基板散热技术、陶瓷基板散热技术和埋铜块技术，利用金属或陶瓷的高导热性能把PCB表面发热元器件工作时产生的热量及时散发出去，从而降低发热元器件和电子产品的温度，提高其使用寿命和电气性能。

但上述散热技术因散热材料使用量大，导致PCB重量大，制造成本高。因此有必要开发一种新型的散热技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种PCB及其制造方法，能够有效提高发热元器件的散热效率，提高线路图形的设计密度，还能简化工艺流程，节省制造成本。

为达此目的，一方面，本发明提供一种PCB，包括：

具有通槽的基板；

散热组件，其嵌设于所述通槽内，所述散热组件与所述通槽过盈配合，所述散热组件表面设有散热组件线路图形，所述散热组件线路图形与所述基板表面的线路图形通过金属丝电气连通。

具体地，通过在散热组件表面设置散热组件线路图形，能够提高线路图形的设计密度，从而利于PCB的进一步微型化；散热组件线路图形上可以设置发热元器件，发热元器件产生的热量传递至散热组件上，由于散热组件的散热效率远大于基板，从而有效提高PCB局部位置的散热效率，使元器件处于相对较低的工作温度，从而延长元器件和PCB整体的使用寿命。

具体地，散热组件通过与通槽过盈配合嵌设在PCB中，一方面实现散热组件与PCB基板的紧密连接，保证散热组件的稳固安装；另一方面，散热组件直接嵌入基板中的通槽内，散热组件不需做底面倒角、边缘锯齿化处理，简化了制作工艺，降低了制作成本。

具体地，本发明中散热组件线路图形与基板上的线路图形仅通过金属丝便可实现电气连通，简化了PCB制作加工工艺，减小了金属设置面积，节省了金属材料用量，降低了生产成本。

具体地，通槽可以在PCB的基板上通过铣机铣削一次性完成，工艺简单、制作成本低。

作为优选技术方案，所述散热组件具有至少一组相对设置的尖角，所述尖角均过盈的卡入所述通槽的侧壁中。

具体地，通过在散热组件上设置尖角实现散热组件的嵌入式安装。在将散热组件嵌入至基板中时，通过对散热组件施加压力，将散热组件缓慢的压入通槽中，使散热组件通过尖角与通槽过盈配合，从而实现散热组件与基板的紧密贴合；并且由于散热组件的尖角会将通槽侧壁的对应位置挤压变形，变形后的基板会将散热组件牢牢的卡住，从而保证散热组件不会从基板中脱落。这种连接方式结构简单，易于实施，可有效降低PCB的制作成本。

作为优选技术方案，所述金属丝为金丝。金属丝优选为金丝是因为金具有良好的导电导热性能，且化学性质稳定。

作为优选技术方案，所述散热组件的厚度等于所述通槽的深度。

具体地，该结构设置使得散热组件的上表面以及下表面与PCB基板的板面齐平，一方面可以保证散热组件以嵌入的形式固定于基板的内部，减小了PCB的整体结构尺寸，使PCB的结构更加紧凑，从而保证了PCB的整体性，方便PCB的加工安装，同时也较为美观；另一方面，相较于现有技术中在PCB的下表面贴装或放置金属导热块的产品，本发明的PCB整体厚度大大减小，结构更加紧凑。如果通槽的深度小于散热组件的厚度，散热组件将高出PCB基板，会造成PCB的厚度增加，从而导致PCB在使用时，需要占据更大的空间；如果通槽的深度大于散热组件的厚度，散热组件与PCB基板的接触面积将会变小，散热组件与通槽的连接强度降低，散热组件容易脱落。

作为优选技术方案，所述散热组件包括散热基板和设置于所述散热基板上表面和/或下表面的铜层，所述上表面和下表面中至少一个表面上的铜层上设有所述散热组件线路图形。

具体地，在散热组件上表面和/或下表面的铜层直接设置线路图形，可以使发热元器件通过该线路图形与散热组件接触，进而使散热组件的散热功能得到最大程度的体现；同时能够提高线路图形的设计密度，可有效利用散热组件上方的空间，贴设更多的发热元器件，提高PCB上电子元器件的排布密度。从而利于PCB的进一步微型化。同时，设置铜层还可以有效提高导热效率，优化散热效果。

作为优选技术方案，所述散热基板为陶瓷片。在实际应用中，散热基板还可以是铁、铝、铜等金属制成或是其它任何能够使得发热元器件的热量高效散发的材质制成。

本发明还提供一种用于制造上述任一所述的PCB的制造方法，包括如下步骤：

S1、制备嵌设有散热组件的基板；所述散热组件表面的散热组件线路图形与所述基板表面的线路图形未电气连通；

S2、在所述散热组件线路图形上与所述基板表面的线路图形上连接金属丝，实现所述散热组件线路图形与所述基板表面的线路图形的电气连通。

作为优选技术方案，步骤S1中嵌设有散热组件的基板的制备步骤包括：

制备具有通槽的基板及制备所述散热组件；

在所述散热组件的表面制作散热组件线路图形，在所述基板的表面制作线路图形；

将所述散热组件嵌入所述基板的通槽中，所述散热组件与所述基板过盈配合。

作为优选技术方案，步骤S1中嵌设有散热组件的基板的制备步骤包括：

制备具有通槽的基板及制备所述散热组件；

将所述散热组件嵌入所述基板的通槽中，所述散热组件与所述基板过盈配合；

在所述散热组件的表面制作散热组件线路图形，在所述基板的表面制作线路图形。

作为优选技术方案，具有通槽的基板的制备步骤包括：制备所述基板，并对所述基板进行钻孔、沉铜和电镀处理；在所述基板上加工所述通槽；

散热组件的制备步骤包括：

S101、制备散热基板，所述散热基板具有至少一组尖角，所述尖角能够过盈的卡入所述通槽的侧壁中；

S102、在所述散热基板的上表面和/或下表面设置铜层，得到所述散热组件。

本发明的有益效果为：

1)本发明的PCB内部嵌入高导热的散热组件，并在其上贴设发热元器件，能够将发热元器件产生的热量快速耗散掉，实现了PCB的局部高效散热，使发热元器件处于相对较低的工作温度，提高了元器件的工作可靠性，从而延长发热元器件和PCB的使用寿命；通过在散热组件上设置散热组件线路图形，能够提高线路图形的设计密度，从而利于PCB的进一步微型化和高度集成化；通过金属丝连通散热组件上的散热组件线路图形与基板表面的线路图形，工艺简单，电气性能可靠。

2)相比传统工艺，本发明的散热组件以过盈嵌入的方式固定于PCB内部，连接形式简单可靠，无需使用粘合固定材料；散热组件不需做底面倒角、边缘锯齿化处理，工艺流程简单、制作成本降低。

3)通过内嵌散热组件有助于减小PCB应用时的厚度，保证PCB的整体性，节省PCB的装配空间，利于PCB在更加紧凑空间或结构中的应用，同时也较为美观。

附图说明

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

图1为实施例一的PCB的结构示意图；

图2为实施例一的PCB的剖面示意图；

图3为实施例二提供的一种PCB的制造方法的流程图。

图中：

1-基板；11-通槽；12-芯板；13-半固化片；

2-散热组件；21-散热基板；211-尖角；22-铜层；

3-金属丝。

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。

实施例一

本实施例提供一种PCB，如图1～图2所示，包括基板1和散热组件2，基板1上开设有通槽11，散热组件2嵌设于通槽11内且与通槽11过盈配合，散热组件2的上、下表面分别与基板1的上、下板面齐平，散热组件2表面设有散热组件线路图形，散热组件线路图形与基板1表面的线路图形通过金属丝3电气连通。实际使用时，发热元器件贴设在散热组件线路图形上，发热元器件产生的热量直接传递到散热组件2上，由于散热组件2的散热效率远大于基板1的散热效率，从而实现发热元器件的快速散热；并且散热组件2直接嵌入基板1上的通槽11中，散热组件2不需做底面倒角、边缘锯齿化处理，工艺简单、制作成本低。需要注意的是，本实施例中所有的“上”、“下”方向，均指PCB平铺时，如图1所示视角的上下方向。

如图1所示，本实施例中的基板1由两张芯板12和位于两张芯板12中间的半固化片13压合而成，当然，基板1也可以为芯板12或者包括更多张芯板12的多层板。

散热组件2包括散热基板21及设置于散热基板21上表面和下表面的铜层22，本实施例中散热基板21选择为陶瓷片。这是因为陶瓷的硬度较大，有利于进行嵌入工艺，可以实现与基板1牢固的连接。散热组件2的厚度等于通槽11的深度，也即散热组件2的上、下表面分别与基板1的上、下表面齐平。该结构设置可以保证散热组件2以嵌入的形式固定于基板1的内部，减小了PCB的整体结构尺寸，使PCB的结构更加紧凑，从而保证了PCB的整体性。

本实施例中，如图2所示，散热组件2具有至少一组相对设置的尖角211，尖角211过盈的卡入通槽11的侧壁中，以实现散热组件2与基板1的紧密配合。具体地，散热基板21的水平截面呈正方形，包括两组相对的尖角211，通槽11为方形槽，其四角为弧形设计，散热基板21的四个尖角211正对通槽11内壁的四个弧角，散热基板21与通槽11的直边位置存在间隙。更进一步地，通槽11的尺寸大于的散热基板21的尺寸，散热基板21的四个尖角211均与基板1有部分重叠，即通槽11弧角位置的对角线长度小于散热基板21对角线的长度。将散热组件2的结构如此设置，其优点在于：在将散热组件2嵌入至基板1的通槽11中时，通过对散热组件2施加压力，将散热组件2缓慢的压入通槽11中，由于本实施例中的散热基板21为陶瓷件，其硬度大于基板1的硬度，因此在按压过程中，陶瓷片的四个尖角211会将通槽11侧壁的对应位置挤压变形，变形后的基板1将陶瓷件牢牢的卡住，实现陶瓷件与基板1的紧密配合，从而保证陶瓷片不会从通槽11中脱落，并且这种过盈配合的连接方式结构简单，易于实施，可有效的降低PCB的制作成本。可以理解的是，散热基板21的尖角211可以是锐角，也可以是直角或钝角，在本实施例中为直角。在实际应用中，散热基板21还可以由铁、铝、铜等金属制成或是其它任何能够使得发热元器件的热量高效耗散的材质制成。

更进一步地，散热基板21的尖角211卡入通槽11侧壁的深度为0.05mm～0.1mm。尖角211卡入通槽11的侧壁的深度，即为散热组件2与通槽11的单边配合过盈量，如果上述单边配合过盈量较小，当将散热组件2按压入通槽11时，通槽11侧壁的变形将会变小，相应的通槽11的侧壁与尖角211的接触面积以及通槽11侧壁因变形对于尖角211的挤压力也会变小，将导致散热组件2容易从通槽11中松动脱落；如果上述单边配合过盈量较大，虽然可以使散热组件2与通槽11的侧壁连接的更稳固，但是相应的，通槽11的侧壁的变形将变大，也就是说将尖角211卡入通槽11中时，对于基板1的损伤较大，甚至会导致整块基板1破裂。经过大量的试验表明，上述单边配合过盈量为0.05mm～0.1mm时，散热组件2和通槽11的连接稳固效果较好，又不会使基板1的性能受损。

本实施例中，散热组件2的上表面和下表面设置有铜层22，上表面上的铜层22上设有散热组件线路图形，散热组件线路图形可以包括焊盘。基板1上表面设置有线路图形，发热元器件贴设在该散热组件线路图形以及基板1上表面的线路图形上，散热组件线路图形与基板1上表面的线路图形通过金属丝3实现电气连通。本发明通过上述设置优化了现有PCB制作加工工艺，并且，由于只需金属丝3作为实现散热组件线路图形与基板1上表面的线路图形电气连通的连接件，减小了金属设置面积，节省了金属材料用量，简化了制造工艺，降低了生产成本。

本实施例通过在散热组件2上直接设置线路图形，可以使发热元器件通过线路图形与散热组件2接触，进而使散热组件2的散热功能得到最大程度的体现，同时也可以有效利用散热组件2上方的空间，在散热组件2上贴设更多的发热元器件，提高空间利用率，提高PCB上元器件的排布密度。

作为优选方案，本实施例中的金属丝3为金丝，金丝的直径为1～200μm。金属丝3优选为金丝是因为金具有良好的导电导热性能，且化学性质稳定。可以理解的是，金属丝3还可以是铜丝、银丝等具有相似性能的金属材质。金属丝3直径很小，一方面可以节省材料用量，节约占用面积，提高PCB的表面贴装率；另一方面不会对PCB表面密集的元器件造成干涉影响。

实施例二

如图3所示，本实施例提供一种实施例一涉及的PCB的制造方法，包括如下步骤：

S100、制备具有通槽11的基板1；制备散热组件2。

具有通槽11的基板1的制备步骤包括：制备基板1，并对基板1进行钻孔、沉铜和电镀处理，然后在基板1上开设通槽11。

其中，制备基板1的步骤包括：提供多张芯板12和半固化片13，在相邻的两张芯板12之间叠合半固化片13，然后高温高压压合制成基板1。本实施例中的基板1由两张芯板12和位于两张芯板12中间的半固化片13压合而成。

在制作好的基板1上进行局部铣削，通过铣机一次性加工出通槽11。

具体地，在压合之前，制作具有内层线路图形的两张芯板12，并对芯板12进行棕化处理，然后交替叠合芯板12和半固化片13，高温高压压合制成基板1；接着对基板1进行机械钻孔和/或激光钻孔，并进行沉铜、电镀处理，然后在基板1上需要嵌入散热组件2的位置开设通槽11。具体地，对芯板12进行棕化处理，使得芯板12的表面生成一层氧化层，以提升芯板12在压合时与半固化片13的结合力。采用机械钻孔的方式在基板1上钻通孔或者机械盲孔，采用激光钻孔的方式在基板1上钻盲孔，采用铣机铣削加工出通槽11；对基板1进行沉铜及电镀处理，使通孔或盲孔的孔壁形成孔壁铜，使基板1的各层线路图形相互电气连通。

制备散热组件2具体包括：S101、制备散热基板21，散热基板21具有至少一组尖角211，尖角211能够过盈的卡入通槽11的侧壁中；

S102、在散热基板21的上表面和/或下表面设置铜层22，得到散热组件2。

经以上步骤制得的散热组件2的整体厚度等于上述通槽11的深度，本实施例中的散热基板21选用陶瓷片。此外，散热基板21还可以是铁基板、铝基板、铜基板等金属基板或是其它任意能够使得热量高效散发的基板，在此不再一一赘述。

在将散热基板21嵌入基板1的通槽11内之前，在陶瓷制成的散热基板21的上表面和/或下表面设置一层铜层22，具备以下优势：①陶瓷片的表面容易被污染和腐蚀，影响结合力，而铜的化学性质比较温和，不易被污染和腐蚀；设置铜层22可以抗污染和抗腐蚀；②铜层22的导热效果比陶瓷片好，设置铜层22后可以提高导热效率，优化散热效果；③陶瓷片表面的铜层22还可以对设置在陶瓷片表面的发热元器件起信号屏蔽作用。

S200、将散热组件2嵌入基板1的通槽11中，散热组件2与基板1过盈配合。

具体地，基板1内嵌设的散热组件2的数量和位置，根据预设的待贴装元器件的数量而定。

将散热组件2缓慢按压进通槽11中，散热基板21的尖角211与通槽11的内壁过盈配合，使得散热组件2与基板1紧密贴合，散热组件2的上表面以及下表面分别与基板1的上表面及下表面齐平，完成散热组件2的嵌入。

S300、在散热组件2的上表面制作散热组件线路图形，在基板1的上表面制作线路图形，散热组件线路图形与基板1上表面的线路图形未电气连通；

具体地，对嵌有散热组件2的PCB基板1整体进行线路图形制作，线路图形包括两部分：在散热组件2的表面铜层22上制作出散热组件线路图形，该散热组件线路图形可以包括焊盘，在基板1上表面的板面铜层上制作线路图形。然后对嵌有散热组件2的基板1整体进行阻焊及表面处理，表面处理工艺可以是热风整平、有机涂覆、化学镀镍、浸金、浸银、浸锡等。需要注意的是，此时散热组件线路图形与基板1上表面的线路图形并未实现电气连通。

此外，也可以先分别在散热组件2的表面铜层22上制作出散热组件线路图形，以及在基板1上表面的板面铜层上制作线路图形，然后再将散热组件2嵌入基板1的通槽11中。

S400、在散热组件线路图形上与基板1上表面的线路图形上连接金属丝3，实现散热组件线路图形与基板1上表面的线路图形的电气连通。

具体地，金属丝3的两端通过高温高压被分别热熔固接在散热组件线路图形上及基板1上表面的线路图形上，工艺简单，电气性能可靠。金属丝3由导电导热性能良好的金属材质制成，本实施例优选金丝，这是因为金具有较为稳定的化学性能以及优良的导电导热性能。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种PCB，其特征在于，包括：

具有通槽(11)的基板(1)；

散热组件(2)，其嵌设于所述通槽(11)内，所述散热组件(2)与所述通槽(11)过盈配合，所述散热组件(2)表面设有散热组件线路图形，所述散热组件线路图形与所述基板(1)表面的线路图形通过金属丝(3)电气连通。

2.根据权利要求1所述的PCB，其特征在于，所述散热组件(2)具有至少一组相对设置的尖角(211)，所述尖角(211)均过盈的卡入所述通槽(11)的侧壁中。

3.根据权利要求1所述的PCB，其特征在于，所述金属丝(3)为金丝。

4.根据权利要求1所述的PCB，其特征在于，所述散热组件(2)的厚度等于所述通槽(11)的深度。

5.根据权利要求1～4任一项所述的PCB，其特征在于，所述散热组件(2)包括散热基板(21)和设置于所述散热基板(21)的上表面和/或下表面的铜层(22)，所述上表面和下表面中至少一个表面上的铜层(22)上设有所述散热组件线路图形。

6.根据权利要求5所述的PCB，其特征在于，所述散热基板(21)为陶瓷片。

7.一种PCB的制造方法，用于制造权利要求1～6任一项所述的PCB，其特征在于，包括如下步骤：

S1、制备嵌设有散热组件(2)的基板(1)；所述散热组件(2)表面的散热组件线路图形与所述基板(1)表面的线路图形未电气连通；

S2、在所述散热组件线路图形上与所述基板(1)表面的线路图形上连接金属丝(3)，实现所述散热组件线路图形与所述基板(1)表面的线路图形的电气连通。

8.根据权利要求7所述的PCB的制造方法，其特征在于，步骤S1中嵌设有散热组件(2)的基板(1)的制备步骤包括：

制备具有通槽(11)的基板(1)及制备所述散热组件(2)；

在所述散热组件(2)的表面制作散热组件线路图形，在所述基板(1)的表面制作线路图形；

将所述散热组件(2)嵌入所述基板(1)的通槽(11)中，所述散热组件(2)与所述基板(1)过盈配合。

9.根据权利要求7所述的PCB的制造方法，其特征在于，步骤S1中嵌设有散热组件(2)的基板(1)的制备步骤包括：

制备具有通槽(11)的基板(1)及制备所述散热组件(2)；

将所述散热组件(2)嵌入所述基板(1)的通槽(11)中，所述散热组件(2)与所述基板(1)过盈配合；

在所述散热组件(2)的表面制作散热组件线路图形，在所述基板(1)的表面制作线路图形。

10.根据权利要求8或9所述的PCB的制造方法，其特征在于，具有通槽(11)的基板(1)的制备步骤包括：制备所述基板(1)，并对所述基板(1)进行钻孔、沉铜和电镀处理；在所述基板(1)上加工所述通槽(11)；

散热组件(2)的制备步骤包括：

S101、制备散热基板(21)，所述散热基板(21)具有至少一组尖角(211)，所述尖角(211)能够过盈的卡入所述通槽(11)的侧壁中；

S102、在所述散热基板(21)的上表面和/或下表面设置铜层(22)，得到所述散热组件(2)。