CN111315113A - 内嵌陶瓷散热体的电路板 - Google Patents

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黄广新
陈爱兵
袁绪彬
詹银涛
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Abstract

本发明涉及一种内嵌陶瓷散热体的电路板，包括：绝缘基板，该绝缘基板包括多层绝缘介质层，相邻绝缘介质层之间通过粘着材料粘结连接；陶瓷散热体，设置在该绝缘基板中，并在厚度方向上贯穿该绝缘基板；陶瓷散热体具有侧面咬合部，该侧面咬合部在垂直于绝缘基板厚度的方向上延伸至绝缘基板内部，并被多层绝缘介质层夹持。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

内嵌陶瓷散热体的电路板
技术领域
本发明涉及电路板领域；更具体地说，是涉及一种内嵌陶瓷散热体的电路板。
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，存在电路板的耐电压能力在较短时间内会显著降低的问题。
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内嵌陶瓷散热体且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，本发明提供了一种内嵌陶瓷散热体的电路板，包括：
绝缘基板，包括多层绝缘介质层，相邻绝缘介质层之间通过粘着材料粘结连接；
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，陶瓷散热体具有侧面咬合部，该侧面咬合部在垂直于绝缘基板厚度的方向上延伸至绝缘基板内部，并被多层绝缘介质层夹持。
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，侧面咬合部增大了陶瓷散热体与绝缘基板之间的接触面积，且侧面咬合部咬入绝缘基板内部而被多层绝缘介质层稳固夹持，使得陶瓷散热体与绝缘基板的物理结合强度及结合可靠性提升，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，使得电路板能够在较长使用期限内保持其初始耐电压性能。
根据本发明的一种优选实施方式，侧面咬合部在陶瓷散热体的整个周向上设置。这样的好处在于，即使当陶瓷散热体和绝缘基板之间形成微观裂缝时，由于侧面咬合部在陶瓷散热体的整个周向上设置，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。
本发明中，侧面咬合部的尺寸可以根据具体需求设置。根据本发明的一种优选实施方式，侧面咬合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5mm，更优选为大于等于0.5mm小于等于3mm。
本发明中，陶瓷散热体的材质可以不作限制，特别优选为氮化硅、氮化铝、碳化硅或氧化铝陶瓷。
本发明中，陶瓷散热体和绝缘基板之间可以同样通过所述粘着材料粘结连接。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，绝缘基板为有机材质基板。其中，绝缘介质层优选为FR-4板材或BT板材。
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。
根据本发明的另一具体实施方式，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，上部金属层和下部金属层均形成有导电线路图案；作为本发明的另一可选择实施方式，上部金属层形成有导电线路图案，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10和设置在绝缘基板10内的陶瓷散热体20，陶瓷散热体20在绝缘基板10的厚度方向上贯穿绝缘基板10。其中，绝缘基板10包括多层绝缘介质层，例如图示的绝缘介质层11至13，例如半固化片的粘着材料14设置在绝缘介质层11至13之间、以及绝缘基板10和陶瓷散热体20之间，起到粘着连接作用；绝缘介质层例如为FR-4板材或者BT板材等有机材质的绝缘板材，粘着材料14经热压固化后起到粘着连接功能。
陶瓷散热体20例如为氮化铝、氧化铝、氮化硅或碳化硅陶瓷，其包括本体21和侧面咬合部22。其中，侧面咬合部22在垂直于绝缘基板10厚度的方向上延伸，延伸距离大于等于0.3mm且小于等于5mm，优选为大于等于0.5mm且小于等于3mm(例如大约为1mm)。侧面咬合部22在垂直于绝缘基板10厚度的方向上延伸至绝缘基板10内部，且在绝缘基板10的厚度方向上由绝缘介质层12和13夹持。
电路板还包括形成在其上表面的上部金属层31(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32(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31形成有导电线路图案，且上部金属层31的至少一部分由绝缘基板10的上表面延伸至陶瓷散热体20的上表面。下部金属层32包括相互分离的热扩散盘321和导电线路图案322，导电线路图案322形成在绝缘基板10的下表面；热扩散盘321由绝缘基板10的下表面延伸至陶瓷散热体20的下表面，并完全覆盖陶瓷散热体20的下表面。
电路板实施例2
如图2所示，实施例2与实施例1的区别在于：下部金属层32形成为一整体，并覆盖绝缘基板10和陶瓷散热体20的下表面。实施例2的下部金属层32仅用于实现散热(直接将热量散发到空气中，或者与外部散热器连接)。
电路板实施例3
实施例3与实施例1的区别在于上部金属层和下部金属层的结构。如图3所示，实施例3中，上部金属层131包括形成在绝缘基板10上表面的第一金属层1312、形成在陶瓷散热体20上表面的第二金属层1311以及连接第一金属层1312和第二金属层1311的第三金属层1313，上部金属层131蚀刻形成导电线路图案；该导电线路图案的至少一部分由绝缘基板10的上表面延伸至陶瓷散热体20的上表面。
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1322、形成在陶瓷散热体20下表面的第五金属层1321以及连接第四金属层1322和第五金属层1321的第六金属层1323，下部金属层132整体上覆盖陶瓷散热体20和绝缘基板10的下表面。
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。
在本发明的各个实施例中，侧面咬合部22可以环绕本体21的整个周向设置，也可以仅设置在本体21的部分周向上。
陶瓷散热体优选实施例
图4和5分别示出了陶瓷散热体的两种优选结构。如图4所示，陶瓷散热体20包括圆柱状本体21以及形成在圆柱状本体21整个周向上的侧面咬合部22。如图5所示，陶瓷散热体20’包括四棱柱状本体21’以及形成在四棱柱状本体21’整个周向上呈矩形的侧面咬合部22’。
本发明的其他实施例中，电路板还可以进一步包括内层导电线路；陶瓷散热体本体可以形成为例如椭圆柱形等其他形状；侧面咬合部可以形成在本体的两个相对侧面。
本发明的实施例中，侧面咬合部的设置增大了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初始耐电压性能。特别是将侧面咬合部在陶瓷散热体的整个周向上设置，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)

1.一种内嵌陶瓷散热体的电路板，包括：
绝缘基板，包括多层绝缘介质层，相邻绝缘介质层之间通过粘着材料粘结连接；
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，所述上部金属层和/或所述下部金属层形成有导电线路图案；
其特征在于：所述陶瓷散热体具有侧面咬合部，所述侧面咬合部在垂直于所述绝缘基板厚度的方向上延伸至所述绝缘基板内部，并被所述多层绝缘介质层夹持。
2.如权利要求1所述的电路板，其特征在于：所述侧面咬合部在所述陶瓷散热体的整个周向上设置。
3.如权利要求1所述的电路板，其特征在于：所述侧面咬合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5mm。
4.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硅、氮化铝、碳化硅或氧化铝陶瓷。
5.如权利要求1所述的电路板，其特征在于：陶瓷散热体和所述绝缘基板之间通过所述粘着材料粘结连接。
6.如权利要求1所述的电路板，其特征在于：所述绝缘介质层为FR-4板材或BT板材。
7.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。
8.如权利要求1所述的电路板，其特征在于，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，所述上部金属层和所述下部金属层均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，所述上部金属层形成有导电线路图案，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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