CN109699120A - 具高效导热结构的电路板 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具高效导热结构的电路板，包括：一基板、一导热背板、一半导体制冷片以及一柔性电路板。该基板包括一功能区以及一散热区，该功能区用以设置一电子组件以及一电路走线。该半导体制冷片设置于该基板以及该导热背板之间，该半导体制冷片在导通一直流电时会形成一冷端及一热端，该冷端与该散热区相接触以吸收该电子组件运作时所产生之热能；该热端与该导热背板相接触以将热端所产生之热能传递至该导热背板。该柔性电路板与该半导体制冷片电讯连接，用以输出一控制讯号以控制该直流电的电流方向。本发明通过半导体制冷片将电子组件运作所产生的热量高效传导至导热背板，降低了电路板的复杂度，并使得电子组件可在低于室温的条件下运作。

Description

具高效导热结构的电路板

技术领域

本发明系关于一种电路板，特别指的是通过软硬复合板(Rigid Flex)制程将柔性电路板及制冷片夹在两层陶瓷基板之间，使电子组件产生的热量可通过制冷片高效导出的电路板。

背景技术

电路板作为电子产品内部电子电路组件的乘载板而被广泛使用，当电路板上的电子组件在运作时，往往会产生热能，由于热能在堆积之下会对电子组件的工作效率及使用寿命产生相当大的影响，因此电路板的散热问题，一直都是制造厂商很注重的一个课题。

对于较大的电路板如电脑主板而言，大多都是用风扇模组来进行散热，电路板上所设置的电子组件，例如中央处理器(CPU)、南桥晶片等，于运转时会产生相当高的热能，此时利用风扇模块可以有效地进行对流散热。

而随着科技进步及消费者喜好的影响下，生活电子产品越做越小，导致电路板或电子产品上已无容置风扇模组的空间，因此对于容易产生热量的电子组件如发光二极体(Light Emitting Diode)、雷射元件等，必须设置适当的散热片，以协助热源散热，增加散热能力。

请参阅图1所示，其为一般具散热片的印刷电路板结构示意图。目前已知的散热方式多是在设置有电子组件100的印刷电路板(PCB)110下方涂布导热胶120，再黏贴导热用的金属130以帮助散热，将热量导出。并且，此结构必须在印刷电路板(PCB)110上额外设置连接器140以连接柔性电路板150，将电子组件100的讯号导出至处理器或控制端。亦或是利用铜箔基板或利用金属贴上铜箔做成金属电路板后，利用表面黏着机器与红外线锡炉将热源与电路板做接合，待接合完成后再于电路板装设导热材料或散热片或金属外框，以达到吸热散热的目的。

然而，上述外接导热材料或散热片或金属外框的方式，不仅增加了整体结构的复杂度、厚度并造成制作成本提高外，也可能会产生导热材料不耐热与导热差，以及电路板扭曲变形、锡裂造成电性不良等问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种具高效导热结构的电路板，同时降低了电路板整体结构的复杂度，在不影响电子组件运作的前提下，使得整体结构的厚度更薄。

为了达到上述目的，本发明提供一种具高效导热结构的电路板，包括：一基板、一导热背板、一半导体制冷片以及一柔性电路板。该一基板包括一功能区以及一散热区，该功能区用以设置一电子组件以及一电路走线，该电路走线与该电子组件电讯连接。该半导体制冷片设置于该基板以及该导热背板之间，该半导体制冷片在导通一直流电时会形成一冷端及一热端，该冷端与该散热区相接触，用以吸收该电子组件运作时所产生之热能，该热端与该导热背板相接触，将该热端所产生之热能传递至该导热背板。该柔性电路板与该半导体制冷片电讯连接，用以输出一控制讯号以控制该直流电的电流方向。

在本发明一实施例中，该电子组件包括一处理器、一发光二极体、一雷射组件、一电阻或其任意组合。

在本发明一实施例中，该半导体制冷片包括由复数个N型半导体以及复数个P型半导体交错排列并串联连接所形成的电偶结构；当该直流电通过该半导体制冷片时，该直流电由N型半导体流向P型半导体的一端吸收热量形成该冷端，该直流电由P型半导体流向N型半导体的一端释放热量形成该热端。

在本发明一实施例中，该复数个N型半导体的正极通过一导电片与相邻的该P型半导体的负极电讯连接，该复数个N型半导体的负极通过另一导电片与相邻的另一个该P型半导体的正极电讯连接。

在本发明一实施例中，该柔性电路板通过软硬复合板(Rigid-Flex)方式一体成形于该基板以及该导热背板之间。

在本发明一实施例中，该柔性电路板与该电路走线电讯连接，用以控制该电子组件运作。

在本发明一实施例中，该柔性电路板与该电路走线电讯连接，用以控制该电子组件运作。

在本发明一实施例中，该基板或该导热背板为陶瓷基板。

在本发明一实施例中，该基板以及该导热背板为陶瓷基板。

在本发明一实施例中，该散热区沿着该功能区的外缘设置。

本发明改善了先前技术需要在基板的背后用导热胶黏上一块导热用的金属帮助散热，并且需要有连接器与柔性电路板连接之结构。本发明藉由软硬复合板(Rigid Flex)之技术将柔性电路板夹在基板与导热背板之间，并通过柔性电路板驱动半导体制冷片，使电子组件运作所产生的热量热源导出。本发明具有下列优点：(1)高效导热且使得电子组件在低于室温的条件下运作。(2)降低了电路板整体结构的复杂度。(3)使得整体结构的厚度更薄，可有效的实施在电路板结构及各种需要散热的电路板应用上。

附图说明

图1为先前技术具散热片的印刷电路板结构示意图。

图2为本发明具高效导热结构的电路板一实施例的结构示意图。

图3为本发明具高效导热结构的电路板一实施例的结构分解示意图。

图4为本发明具高效导热结构的电路板一实施例的半导体制冷片结构局部示意图。

附图标记：

电子组件 100

印刷电路板 110

导热胶 120

金属 130

连接器 140

柔性电路板 150

基板 1

功能区 11

贯孔结构 111

散热区 12

导热背板 2

半导体制冷片 3

N型半导体 31

P型半导体 32

导电片 33

冷端 34

热端 35

柔性电路板 4

电子组件 5

电路走线 6

直流电 I

具体实施方式

有关本发明的特征、实作与功效，兹配合附图以实施例详细说明如下。

请参照图2及图3所示，其分别为本发明具高效导热结构的电路板一实施例的结构示意图以及结构分解示意图。

本发明具高效导热结构的电路板包括一基板1、一导热背板2、一半导体制冷片3以及一柔性电路板4。

该基板1包括一功能区11以及一散热区12，且该散热区12沿着该功能区11的外缘设置，该功能区11用以设置一电子组件5以及一电路走线6，该电路走线6与该电子组件5电讯连接。在一实施例中，该电子组件5包括一处理器、一发光二极体、一雷射组件、一电阻或上述的任意组合。在本实施例中，该散热区12设置于该基板1的中心处，并向着该基板1其中一侧边延伸，而该散热区12形成一C字型的区域，并沿着该功能区11的外缘设置。

在本发明一实施例中，该基板1为一陶瓷基板，陶瓷基板具有加工性好，尺寸精度高，容易实现多层化等优点，更具有足够高的机械强度作为支持构件使用，适合搭载电子组件5等长处。并且，陶瓷基板在温度高、湿度大的条件下性能稳定，热导率高，耐热性优良，化学稳定性好，容易金属化，电路走线与其附着力强等特点，适合做为有散热、导热需求的电路基板使用。

该导热背板2优选地亦可为一陶瓷基板，其热导率高，耐热性优良，化学稳定性好，容易金属化等优点可以有效的将热量导出。

请同时参照图4，其为本发明具高效导热结构的电路板一实施例的半导体制冷片结构局部示意图。该半导体制冷片3设置于该基板1以及该导热背板2之间，其包括由复数个N型半导体31以及复数个P型半导体32交错排列并且串联连接所形成的电偶结构，其中，该N型半导体31的正极通过一导电片33与相邻的该P型半导体32的负极电讯连接，该N型半导体31的负极通过另一导电片33与相邻的另一个该P型半导体32的正极电讯连接。

在本实施例中，复数个N型半导体31以及复数个P型半导体32以两个单元为一行，并串联连接形成连续S型的电偶结构。但不限于此，在本发明另一实施例中，复数个N型半导体31以及复数个P型半导体32亦可以以一个单元为一行，串联连接形成线性的电偶结构。在本发明又一实施例中，该复数个N型半导体31以及复数个P型半导体32以多个单元为一行，并串联连接形成连续S型的电偶结构。

在本发明一实施例中，该导电片33为铜金属片，但不限于此，其亦可为银金属片、铜铝合金片或钢金属片等。

承上所述，该半导体制冷片3在导通一直流电I时会形成一冷端(cool side)34及一热端(hot side)35，所述冷端34会不断地吸收周围环境中的热量，而所述热端35则会持续释放热量。在该直流电I由N型半导体31流向P型半导体32的一端会吸收热量形成该冷端34，该冷端34与该散热区12相接触，用以吸收该电子组件5运作时所产生之热量。在该直流电I由P型半导体32流向N型半导体31的一端会释放热量形成该热端35，该热端35与该导热背板2相接触，将该热端35所产生之热能传递至该导热背板2，以提高散热效果。

本发明并没有限制N型半导体31及P型半导体32的总数量，由于吸收热量和产生热量的大小是通过电流的大小以及N型半导体31、P型半导体32的元件对数来决定，故其总数量可以依据产品之大小及需求而进行调整。

该柔性电路板4与该半导体制冷片3电讯连接，其具有金属接脚(图中未示)可分别与位于该半导体制冷片3两侧端点的N型半导体31以及P型半导体32电讯连接，并用以输出一控制讯号(图中未示)以控制该直流电I的电流方向。于一实施例中，该柔性电路板4通过软硬复合板(Rigid-Flex)方式一体成形于该基板1以及该导热背板2之间，并与该电路走线6电讯连接，用以控制该电子组件5运作，并可将电子组件5的讯号导出。

在本发明一实施例中，该功能区11具有一贯孔结构(Via)111，使得该电路走线6可通过该贯孔结构111与该柔性电路板4电讯连接。

通过上述说明，可以理解本发明所提供的具高效导热结构的电路板，相较于先前技术着实具有以下优点：

(1)本发明不需要在印刷电路板或陶瓷基板的背后用导热胶黏贴导热用的金属帮助散热，不仅降低了电路板整体结构的复杂度，亦使得整体结构的厚度更薄。

(2)本发明通过软硬复合板(Rigid Flex)技术将基板、柔性电路板及导热背板一体成型，故不须设置连接器，因而在电路布局上有更多的空间。

(3)本发明利用半导体制冷片将电子组件运作所产生的热量高效传导至导热背板，使得电子组件可在低于室温的条件下运作，提高运作效能。

以上仅表达了本发明的其中的实施例，但并非对本发明专利范围的限制，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。

Claims (10)

1.一种具高效导热结构的电路板，其特征在于，包括：

一基板，包括一功能区以及一散热区，该功能区用以设置一电子组件以及一电路走线，该电路走线与该电子组件电讯连接；

一导热背板；

一半导体制冷片，设置于该基板以及该导热背板之间，该半导体制冷片在导通一直流电时会形成一冷端及一热端，该冷端与该散热区相接触，用以吸收该电子组件运作时所产生之热能，该热端与该导热背板相接触，将该热端所产生之热能传递至该导热背板；以及

一柔性电路板，与该半导体制冷片电讯连接，用以输出一控制讯号以控制该直流电的电流方向。

2.如权利要求1所述的具高效导热结构的电路板，其中该电子组件包括一处理器、一发光二极体、一雷射元件、一电阻或其任意组合。

3.如权利要求1所述的具高效导热结构的电路板，其中该半导体制冷片包括由复数个N型半导体以及复数个P型半导体交错排列并串联连接所形成的电偶结构；当该直流电通过该半导体制冷片时，该直流电由N型半导体流向P型半导体的一端吸收热量形成该冷端，该直流电由P型半导体流向N型半导体的一端释放热量形成该热端。

4.如权利要求3所述的具高效导热结构的电路板，其中该复数个N型半导体的正极通过一导电片与相邻的该P型半导体的负极电讯连接，该复数个N型半导体的负极通过另一导电片与相邻的另一个该P型半导体的正极电讯连接。

5.如权利要求1所述的具高效导热结构的电路板，其中该柔性电路板通过软硬复合板方式一体成形于该基板以及该导热背板之间。

6.如权利要求5所述的具高效导热结构的电路板，其中该柔性电路板与该电路走线电讯连接，用以控制该电子组件运作。

7.如权利要求1所述的具高效导热结构的电路板，其中该柔性电路板与该电路走线电讯连接，用以控制该电子组件运作。

8.如权利要求1所述的具高效导热结构的电路板，其中该基板或该导热背板为陶瓷基板。

9.如权利要求1所述的具高效导热结构的电路板，其中该散热区沿着该功能区的外缘设置。

10.如权利要求1所述的具高效导热结构的电路板，其中该功能区具有一贯孔结构，该电路走线通过该贯孔结构与该柔性电路板电讯连接。