CN110944448A - 电路板 - Google Patents

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CN110944448A CN201911299491.3A CN201911299491A CN110944448A CN 110944448 A CN110944448 A CN 110944448A CN 201911299491 A CN201911299491 A CN 201911299491A CN 110944448 A CN110944448 A CN 110944448A
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黄广新
陈爱兵
高卫东
周晓斌
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Abstract

本发明涉及一种电路板，包括：绝缘基板；陶瓷散热体，设置在绝缘基板中，并在绝缘基板的厚度方向上贯穿绝缘基板；上部金属层，其至少一部分由绝缘基板的上表面延伸至陶瓷散热体的上表面，该上部金属层形成有导电线路图案；下部金属层，其至少一部分由绝缘基板的下表面延伸至陶瓷散热体的下表面；其中，陶瓷散热体包括陶瓷本体和侧向延伸部，侧向延伸部在垂直于绝缘基板厚度的方向上延伸，且侧向延伸部环绕陶瓷本体的整个周向设置。本发明的电路板能够在较长使用期限内保持较佳耐电压性能，可靠性佳。

Description

电路板
技术领域
本发明涉及印刷电路板领域；更具体地，是涉及一种内嵌陶瓷散热体的印刷电路板。
背景技术
诸如LED装置(例如LED发光器件)、晶闸管、GTO(门极可关断晶闸管)、GTR(电力晶体管)、MOSFET(电力场效应晶体管)、IGBT(绝缘栅双极晶体管)和电力二极管等的各种发热电子器件通常被安装到印刷电路板上，且在工作过程中一般会释放大量热量。因此，通常要求用于安装这些发热电子器件的印刷电路板具有良好的散热性能。
中国专利申请CN201180037321.3公开了一种印刷电路板，其包括树脂材质的绝缘基板和内嵌于绝缘基板的柱状陶瓷散热体，该陶瓷散热体能够快速导出发热器件所产生的热量，但陶瓷散热体的热膨胀系数和印刷电路板的绝缘基板的热膨胀系数之间存在显著差别，导致陶瓷散热体在经过一定次数的冷热循环后容易与绝缘基板分离并从绝缘基板中脱落。
针对陶瓷散热体在经过一定次数的冷热循环后容易从绝缘基板中脱落的问题，中国专利申请CN201610171996.1公开了一种带有陶瓷散热体的印刷电路板，其利用分别位于电路板两个相对表面上的导电图案层和散热层对陶瓷散热体进行夹持，基本解决了陶瓷散热体从绝缘基板中脱落的问题。
上述现有技术中，陶瓷散热体与绝缘基板结合的侧面均为光滑面，陶瓷散热体与绝缘基板之间只有物理结合，结合力较低。电路板的耐电压能力在经过较短时间使用后就可能显著降低，可靠性差。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的主要目的是提供一种能够在较长使用期限内保持较佳耐电压性能的电路板。
为了实现上述的主要目的，本发明提供了一种电路板，包括：
绝缘基板；
陶瓷散热体，设置在绝缘基板中，并在绝缘基板的厚度方向上贯穿绝缘基板；
上部金属层，其至少一部分由绝缘基板的上表面延伸至陶瓷散热体的上表面；
下部金属层，其至少一部分由绝缘基板的下表面延伸至陶瓷散热体的下表面；
其中，上部金属层和/或下部金属层形成有导电线路图案；并且其中，陶瓷散热体包括陶瓷本体和侧向延伸部，侧向延伸部在垂直于绝缘基板厚度的方向上延伸，且侧向延伸部环绕陶瓷本体的整个周向设置。
本发明人发现，在背景技术的电路板中，由于陶瓷和绝缘基板的物理性能(例如热膨胀系数)存在较大差异，因此经过一定次数的冷热循环后，在二者结合处较易形成微观裂缝，该微观缝隙在绝缘基板两个相对表面之间的延伸距离等于绝缘基板的厚度，导致该结合处的耐电压能力在经过较短时间使用后就可能显著降低，可靠性差。
上述技术方案中，陶瓷本体的整个周向上均形成有在垂直于绝缘基板厚度方向上延伸的侧向延伸部，该侧向延伸部的设置增大了陶瓷散热体与绝缘基板之间的接触面积，使得二者的物理结合强度及可靠性提升，降低陶瓷散热体与绝缘基板之间形成微观缝隙甚至相互脱离的可能性。特别地，即使当陶瓷散热体和绝缘基板之间形成微观裂缝时，由于侧向延伸部环绕陶瓷本体的整个周向设置，因此该微观缝隙在绝缘基板两个相对表面之间的延伸距离大于绝缘基板的厚度，从而增大了上部金属层和下部金属层之间的爬电距离，使得电路板经长期使用仍可保持较佳的耐电压性能。
根据本发明的一种优选实施方式，侧向延伸部形成在陶瓷散热体的上端或下端。更优选地，侧向延伸部形成在陶瓷散热体的下端。此时，陶瓷散热体的上端表面积相对较小，可有效增大表层的布线空间，便于实现产品的小型化；下端表面积相对较大，散热面积加大，扩散热阻减小，电路板总体导热能力增强。
根据本发明的另一优选实施方式，陶瓷散热体的侧表面的至少部分区域形成为粗糙面，以进一步增大陶瓷散热体与绝缘基板之间的接触面积，使得二者的物理结合强度及可靠性进一步提升。
根据本发明的另一优选实施方式，陶瓷本体和/或侧向延伸部的侧表面具有沿电路板厚度方向延伸的沟槽，以进一步增大陶瓷散热体与绝缘基板之间的接触面积，使得二者的物理结合强度及可靠性进一步提升。
根据本发明的一种具体实施方式，绝缘基板包括多层绝缘介质层，绝缘介质层之间以及绝缘基板和陶瓷散热体之间通过粘着材料粘结连接。该粘着材料例如为半固化片，其经热压工艺发生固化反应，从而连接多层绝缘介质层和陶瓷散热体。
本发明中，侧向延伸部的延伸距离可以根据耐压需求而设定。根据本发明的一种优选实施方式，侧向延伸部在垂直于绝缘基板厚度方向上的延伸距离大于等于0.3mm小于等于3mm。
本发明中，对陶瓷散热体的材质可以不作限定。其中，陶瓷散热体的材质优选为氮化铝、氧化铝、氮化硅或碳化硅陶瓷。
根据本发明的一种具体实施方式，上部金属层包括形成在绝缘基板上表面的第一金属层、形成在陶瓷散热体上表面的第二金属层以及连接第一金属层和第二金属层的第三金属层。下部金属层包括形成在绝缘基板下表面的第四金属层、形成在陶瓷散热体下表面的第五金属层以及连接第四金属层和第五金属层的第六金属层。
作为本发明的一种可选择实施方式，下部金属层同样形成有导电线路图案；作为本发明的另一可选择实施方式，下部金属层覆盖陶瓷散热体和绝缘基板的下表面。
为了更清楚地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
需说明的是，为了清楚地示意所要表达的结构，附图中的不同部分可能并非以相同比例描绘，因此，除非明确指出，否则附图所表达的内容并不构成对各部分尺寸、比例关系的限制。
附图说明
图1是本发明电路板实施例1的结构示意图；
图2是本发明电路板实施例2的结构示意图；
图3是本发明电路板实施例3的结构示意图；
图4是本发明电路板中陶瓷散热体实施例1的俯视结构示意图；
图5是本发明电路板中陶瓷散热体实施例2的俯视结构示意图。
具体实施方式
电路板实施例1
如图1所示，本发明实施例1的电路板包括绝缘基板210和设置在绝缘基板210内的陶瓷散热体120，陶瓷散热体120在绝缘基板210的厚度方向上贯穿绝缘基板210。其中，绝缘基板210包括多层绝缘介质层，例如绝缘介质层211至213，粘着材料214设置在绝缘介质层211至213之间以及绝缘基板210和陶瓷散热体120之间，起到粘着连接作用；绝缘介质层例如为FR-4或者BT等有机材质的绝缘基板材料，粘着材料214例如为经热压而固化的半固化片。
陶瓷散热体120例如为氮化铝、氧化铝、氮化硅或碳化硅陶瓷，包括陶瓷本体121和形成在陶瓷本体121下端的侧向延伸部122，侧向延伸部122在垂直于绝缘基板210厚度的方向上延伸，且侧向延伸部122环绕陶瓷本体121的整个周向设置；侧向延伸部122在垂直于绝缘基板210厚度方向上的延伸距离优选大于等于0.3mm小于等于3mm(例如大约为0.5或1毫米)。
实施例1的电路板还包括形成在其上表面的上部金属层231(例如包括铜层和形成在铜层表面的金属保护层)和形成在其下表面的下部金属层232(例如包括铜层和形成在铜层表面的金属保护层)；其中，上部金属层231形成为导电线路图案，且上部金属层231的至少一部分由绝缘基板210的上表面延伸至陶瓷散热体120的上表面。下部金属层232完全覆盖陶瓷散热体120和绝缘基板210的下表面。
在本发明未图示的其他实施例中，电路板还可以进一步包括设置在绝缘基板内部的内层导电线路；可以对下部金属层332进行蚀刻处理而同样形成导电线路。
电路板实施例2
实施例2与实施例1的区别在于上部金属层和下部金属层的结构，故以下仅对上部金属层和下部金属层的结构进行说明。参阅图2所示，实施例2中，上部金属层331包括形成在绝缘基板210上表面的第一金属层3312(例如铜层)、形成在陶瓷散热体120上表面的第二金属层3311(例如包括铜层及连接陶瓷散热体和铜层的钛层)以及连接第一金属层3312和第二金属层3311的第三金属层3313(例如铜层)，上部金属层331蚀刻形成图案化导电层；下部金属层332包括形成在绝缘基板210下表面的第四金属层3322、形成在陶瓷散热体120下表面的第五金属层3321以及连接第四金属层3322和第五金属层3321的第六金属层3323，下部金属层332整体上覆盖陶瓷散热体120和绝缘基板210的下表面。容易理解，可以对下部金属层332进行蚀刻处理而同样形成导电线路。
需说明的是，本发明的各个金属层可以是单一金属层，也可以是由多个不同金属材质的金属子层复合/层叠设置而形成的复合金属层。
电路板实施例3
如图3所示，实施例3与实施例2的区别在于：陶瓷散热体120的侧向表面的至少部分区域形成为粗糙面123，以增大陶瓷散热体120和绝缘基板210之间的结合力。容易理解，在本发明未图示的其他实施例中，可以在陶瓷散热体120的陶瓷本体121和/或侧向延伸部122的侧表面形成沟槽，该沟槽沿电路板厚度方向延伸，同样可以增大陶瓷散热体120和绝缘基板210之间的结合力。
陶瓷散热体优选实施例
如图4所示，陶瓷散热体120包括圆柱状的陶瓷本体121和圆环状的侧向延伸部122，侧向延伸部122环绕陶瓷本体121的整个周向设置。如图5所示，陶瓷散热体120包括四棱柱状的陶瓷本体121以及形成在四棱柱状和呈矩形的侧向延伸部122，侧向延伸部122同样环绕陶瓷本体121的整个周向设置。本发明的其他实施例中，陶瓷本体可以形成为例如椭圆柱形等其他形状。
本发明的实施例中，侧向延伸部在陶瓷本体的整个周向上设置，可增大陶瓷散热体与绝缘基板之间的接触面积及物理结合强度，降低陶瓷散热体与绝缘基板之间形成微观缝隙的可能性，使得电路板能够在较长使用期限内保持其较佳耐电压性能。即使陶瓷散热体和绝缘基板之间形成微观裂缝，该微观缝隙在绝缘基板两个相对表面之间的延伸距离大于绝缘基板的厚度，上部金属层和下部金属层之间具有相对更长的爬电距离，使得电路板经长期使用仍可保持较佳的耐电压性能。
虽然本发明以具体实施例揭露如上，但这些具体实施例并非用以限定本发明实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的发明范围内，当可作些许的变化/修改，即凡是依照本发明所做的同等变化/修改，应为本发明的保护范围所涵盖。

Claims (10)

1.一种电路板，包括：
绝缘基板；
陶瓷散热体，设置在所述绝缘基板中，并在所述绝缘基板的厚度方向上贯穿所述绝缘基板；
上部金属层，其至少一部分由所述绝缘基板的上表面延伸至所述陶瓷散热体的上表面；所述上部金属层形成有导电线路图案；
下部金属层，其至少一部分由所述绝缘基板的下表面延伸至所述陶瓷散热体的下表面；
其特征在于，所述陶瓷散热体包括陶瓷本体和侧向延伸部，所述侧向延伸部在垂直于所述绝缘基板厚度的方向上延伸，且所述侧向延伸部环绕所述陶瓷本体的整个周向设置。
2.如权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述侧向延伸部形成在所述陶瓷散热体的上端或下端。
3.如权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述陶瓷散热体的侧表面的至少部分区域形成为粗糙面。
4.如权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述陶瓷本体和/或所述侧向延伸部的侧表面具有沿所述电路板厚度方向延伸的沟槽。
5.如权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述绝缘基板包括多层绝缘介质层，所述绝缘介质层之间以及所述绝缘基板和所述陶瓷散热体之间通过粘着材料粘结连接。
6.如权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述侧向延伸部在垂直于所述绝缘基板厚度方向上的延伸距离大于等于0.3mm小于等于3mm。
7.如权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述陶瓷散热体的材质为氮化铝、氧化铝、氮化硅或碳化硅陶瓷。
8.如权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述上部金属层包括形成在所述绝缘基板上表面的第一金属层、形成在所述陶瓷散热体上表面的第二金属层以及连接所述第一金属层和所述第二金属层的第三金属层；所述下部金属层包括形成在所述绝缘基板下表面的第四金属层、形成在所述陶瓷散热体下表面的第五金属层以及连接所述第四金属层和所述第五金属层的第六金属层。
9.如权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述下部金属层形成有导电线路图案。
10.如权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述下部金属层覆盖所述陶瓷散热体和所述绝缘基板的下表面。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113260137A (zh) * 2021-05-12 2021-08-13 苏州悉智科技有限公司 印刷电路板、电路板组件及电源设备

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