CN112738994B - 一种内嵌功率器件的印刷电路板 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种内嵌功率器件的印刷电路板，包括若干绝缘层和若干导电层，还包括绝缘散热基材电路模块；所述绝缘散热基材电路模块设置于所述印刷电路板内部，包括绝缘散热基材和设置于所述绝缘散热基材内部的功率器件和金属体，所述功率器件通过所述金属体连接至所述导电层；不包含所述绝缘散热基材电路模块的绝缘层内贯穿地设置金属体，用于将所述绝缘散热基材的热量传导至所述印刷电路板的表面。本发明实施例提供的技术方案，有利于印刷电路板的小型化、集成化，同时提高了印刷电路板的散热能力。

Description

一种内嵌功率器件的印刷电路板
技术领域
本发明涉及印刷电路板领域，尤其涉及一种内嵌功率器件的印刷电路板。
背景技术
随着电子系统体积更小巧、功能更强、性能更高效，为满足电子产品的电气性能地不断提升，印刷电路板(Printed circuit boards,PCB)承载越来越多的无源和有源电子元件。
增多的元件使得在有限面积的PCB板面上进行封装的压力不断增加，电子产品小型化受到了极大的限制。为解决这个问题，PCB的一个发展趋势是引入嵌埋元件技术。
大规模集成组件带来大功耗，导致电子系统功率密度增高。若热量不能顺利散出，元件的结温会急剧上升，严重地影响电子设备的可靠性。
201780000030.4号中国专利申请公布等公开了一种电路基板及其制造方法，该电路基板包括第一芯层及第二芯层，第一芯层与第二芯层之间连接有粘结层；其中至少一个陶瓷散热体穿过第一芯层、粘结层及第二芯层，且第一芯层包括厚铜线路区域及薄铜线路区域，陶瓷散热体穿过厚铜线路区域。
201711391152.9号中国专利申请公开了一种功率器件内置且双面散热的功率模组及其制备方法，该功率模组包括：第一基板，包括第一有机绝缘基材、内嵌于其中的第一电绝缘散热体、形成于其外侧的第一金属层和形成于其内测的图案化第二金属层。
201780000030.4号专利文献所公开的陶瓷散热器仅在其上下表面设有导电线路，导电线路的布线面积和走线受到较大限制。201711391152.9号专利文献所公开的双面散热的功率模组，散热路径主要通过功率器件上下表面金属层传到绝缘散热体，再传导印刷线路板上下表面，被绝缘散热体占据的电路板区域仅为散热功能，这使电路有源和无源器件的集成度减低，即利用率不高。
发明内容
为了解决上述技术问题中的至少一个，本发明提供了一种内嵌功率器件的印刷电路板，以达到提高印刷电路板的空间利用率，以及提高散热性能目的。本发明的目的通过以下方案实现：
一种内嵌功率器件的印刷电路板，包括若干绝缘层和若干导电层，还包括绝缘散热基材电路模块；
所述绝缘散热基材电路模块设置于所述印刷电路板内部，包括绝缘散热基材和设置于所述绝缘散热基材内部的功率器件和金属体，所述功率器件通过所述金属体连接至所述导电层；
不包含所述绝缘散热基材电路模块的绝缘层内贯穿地设置金属体，用于将所述绝缘散热基材的热量传导至所述印刷电路板的表面。
可选地，所述绝缘散热基材电路模块贯穿所述印刷电路板最外侧的第一绝缘层，或者，所述绝缘散热基材电路模块贯穿所述印刷电路板最外侧的连续多个绝缘层，其中包括位于最外侧的第一绝缘层。
可选地，所述第一绝缘层的外表面的导电层在所述功率器件区域为空心区域，使得所述功率器件的表面与空气接触。
可选地，所述功率器件表面与散热介质接触，所述散热介质与所述第一绝缘层的外表面的导电层接触。
可选地，所述绝缘散热基材电路模块贯穿所述印刷电路板中间的任意个数的绝缘层。
可选地，所述绝缘散热基材内还贯穿地设置连接所述绝缘散热基材两侧导电层的金属体。
可选地，不包含所述绝缘散热基材电路模块的绝缘层内贯穿地设置金属体，用于将所述绝缘散热基材的热量传导至所述印刷电路板的表面，包括：
不包含所述绝缘散热基材电路模块的绝缘层两侧的导电层各自包括不连通的第一区域和第二区域，相邻的所述第一区域之间通过贯穿绝缘层的第一金属体连接，相邻的所述第二区域之间通过贯穿绝缘层的第二金属体连接；其中，所述第一区域为包含电路的区域，所述第二区域为不包含电路的区域。
可选地，用于包含电路的区域之间连接的第一金属体为铜柱，用于不包含电路的区域之间连接的第二金属体为铜叠孔。
可选地，所述绝缘散热基材电路模块还包括焊接所述功率器件的电路板；
所述功率器件通过所述金属体连接至所述导电层，包括：
所述功率器件通过所述电路板和所述金属体连接至所述导电层。
可选地，所述绝缘散热基材为绝缘散热陶瓷基材。
相比于现有技术本发明的优势在于：本发明提供了一种内嵌功率器件的印刷电路板，功率器件内嵌于绝缘散热基材内部，有利于印刷电路板的小型化、集成化，同时，通过在多个绝缘层内贯穿地设置金属体，使得绝缘散热基材的热量能够通过印刷电路板的上下表面散发出去，增强了散热效果。
附图说明
附图示出了本发明的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本发明的原理，其中包括了这些附图以提供对本发明的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
图1为本发明一实施例提供的内嵌功率器件的印刷电路板的结构图；
图2为本发明又一实施例提供的内嵌功率器件的印刷电路板的结构图；
图3为本发明又一实施例提供的内嵌功率器件的印刷电路板的结构图；
图4为本发明又一实施例提供的内嵌功率器件的印刷电路板的结构图；
图5为本发明又一实施例提供的内嵌功率器件的印刷电路板的结构图；
图6为本发明又一实施例提供的内嵌功率器件的印刷电路板的结构图；
其中：101、102、103为绝缘层，201、202、203、204为导电层，201-a、203-a、204-a为导电层的电路图案区域，201-b、203-b、204-b为导电层的不包含电路图案的区域，300为绝缘散热基体，400为功率器件，500为电路板，601、602、603为金属体。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。
参见附图1，本发明实施例提供了一种内嵌功率器件的印刷电路板，包括若干绝缘层和若干导电层，绝缘层101内设置有绝缘散热基材300，绝缘散热基材300内设置有功率器件400和电路板500，功率器件400焊接至电路板500，电路板500通过金属体601连接至绝缘层101的内表面的导电层201，绝缘散热基材300、功率器件400、电路板500和金属体601组成了绝缘散热基材电路模块，绝缘层102贯穿地设置第二金属体602。
本发明实施例中，将功率器件内置于绝缘散热基材，形成绝缘散热基材电路模块，以及，将绝缘散热基材电路模块嵌入印刷电路板绝缘层，功率器件产生的热量通过绝缘散热基材和贯穿绝缘层的金属体传导至印刷电路板的表面，从而满足电路小型化和集成化需求，同时具备良好的散热性能。
本发明实施例中，绝缘层101的外表面的导电层202在功率器件400区域为空心区域，使得功率器件400的表面与空气接触，功率器件400在工作状态下可以通过空气对流辅助散热。
参见附图2，本发明又一实施例提供了一种内嵌功率器件的印刷电路板，本实施例中的印刷电路板与图1所示的印刷电路板的区别在于，功率器件400的表面与散热介质接触，散热介质与导电层202接触。
本发明实施例中，功率器件400表面的热量通过散热介质传导至导电层202，由整个导电层202通过空气散发功率器件400产生的热量。
参见附图3，本发明又一实施例提供了一种内嵌功率器件的印刷电路板，相比于图1所示的印刷电路板的区别在于，绝缘散热基材内还贯穿地设置金属体603，金属体603连接导电层201和导电层202。
根据本发明实施例提供的印刷电路板，导电层201和导电层202的电路图案经过预先设计，使得导电层201的电路图案中用于电连接的第一位点，与导电层202的电路图案中用于电连接的第二位点在垂直方向上重合，进而可通过金属体603电连接。
金属体603同时提供导电和散热的功能。相比于导电层之间通过绝缘层打孔走线的方案，本发明实施例在绝缘散热基材内形成导电线路，去除了仅能在绝缘层形成导电线路的限制，有利于电路板的高度集成化。
参见附图4，本发明又一实施例提供了一种内嵌功率器件的印刷电路板，包括若干绝缘层和若干导电层，绝缘层101和绝缘层102内贯穿地设置有绝缘散热基材300，绝缘散热基材300内设置有功率器件400和电路板500，功率器件400焊接至电路板500，电路板500通过金属体601连接至导电层203，绝缘散热基材内还贯穿地设置金属体603，金属体603连接导电层202和导电层203，绝缘散热基材300、功率器件400、电路板500和金属体601、603组成了绝缘散热基材电路模块，绝缘层103贯穿地设置第二金属体602，用于将功率器件400产生的热量传导至印刷电路板的下表面。
参见附图5，本发明又一实施例提供了一种内嵌功率器件的印刷电路板，包括若干绝缘层和若干导电层，绝缘层102内设置有绝缘散热基材300，绝缘散热基材300内设置有功率器件400和电路板500，功率器件400焊接至电路板500，电路板500通过金属体601连接至导电层203，绝缘散热基材300、功率器件400、电路板500和金属体601组成了绝缘散热基材电路模块，导电层201和203之间通过金属体603连接，绝缘层101、103贯穿地设置金属体602。
参见附图6，本发明又一实施例提供了一种内嵌功率器件的印刷电路板，相比于图1所示的印刷电路板的区别在于，绝缘层102、103均贯穿地设置金属体602，绝缘层102两侧的导电层201、203各自均包括不连通的第一区域201-a、203-a和第二区域201-b、203-b，绝缘层103两侧的导电层203、204各自均包括不连通的第一区域203-a、204-a和第二区域204-a、204-b，其中，第一区域201-a、203-a、204-a为包含电路的区域，第二区域201-b、203-b、204-b为不包含电路的区域。201-a和203-a的电路图案的指定位点之间通过金属体602连接，203-a和204-a的电路图案的指定位点之间通过金属体602连接，连接201-a、203-a、204-a的金属体602具备导电和散热功能。201-b和203-b的任意位点之间通过金属体602连接，203-b、204-b的任意位点之间通过金属体602连接，连接201-b、203-b、204-b的金属体602仅具备散热功能。
根据本发明实施例，印刷电路板通过绝缘散热基材和金属体进行散热，金属体的上下表面为导电层，每一层绝缘层两侧的导电层都可以形成散热通道和/或形成散热导电通道，从而使得热量能够同时从印刷电路板的两侧表面散发出去。其中，将没有电路图案的区域与有电路图案的区域断开，分别通过金属体602连接并各自形成散热通道，从而增加了散热通道的数目。
根据本发明实施例提供的高度集成化的电路板，各个导电层和电路板的图案均经过预先设计，使得金属体601、602、603在成型之后刚好能够连接两侧电路图案中用于电连接的位点。
可选地，本发明各个实施例中的金属体为中空的金属体或者实心的金属体，中空的金属体的制作方法包括打孔后镀金属层，实心的金属体的制作方法包括打孔后灌入金属浆。
进一步地，可以采用任意的打孔方式，例如，采用叠孔的打孔方式，形成半径可变的金属柱体，又例如，采用机械打孔方式，形成半径固定的金属柱体。
以图6提供的四层导电线路的印刷电路板为例，在实际生产制作过程中，该印刷电路基板包括依次交叉叠压的多层覆铜线路层和多层固化绝缘层；其中，导电层201和导电层203之间的绝缘层为绝缘芯层，导电层202和导电层201之间的绝缘层为半固化片，导电层203和导电层204之间的绝缘层为半固化片，绝缘散热基材电路模块预先制作好之后，嵌入绝缘层101的指定位置。
优选地，201-b、203-b、204-b为散热铜箔，散热铜箔之间的金属体602为适宜散热的铜叠孔；201-a、203-a、204-a为功能电路，功能电路之间的金属体602为机械打孔后形成的铜柱，铜柱具有好的导电性，同时兼顾导热性；散热铜箔与功能电路不连通。
优选地，绝缘散热基材为绝缘散热陶瓷基材。
根据本发明实施例，绝缘散热陶瓷基材电路模块内部的铜孔既是导电线路，又是散热途径。由于铜的散热系数比陶瓷基材的大，工作状态时功率器件生产的热更容易从印刷电路板的上表面传导到下表面，散热性能良好。另外，陶瓷内部支持走线，有利于印刷电路板的高集成化。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本发明，而并非是对本发明的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本发明的范围内。

Claims (9)

1.一种内嵌功率器件的印刷电路板，包括若干绝缘层和若干导电层，其特征在于，所述印刷电路板还包括绝缘散热基材电路模块；
所述绝缘散热基材电路模块设置于所述印刷电路板内部，包括绝缘散热基材和设置于所述绝缘散热基材内部的功率器件、电路板和金属体，所述功率器件焊接至所述电路板，所述电路板通过金属体连接至导电层；
不包含所述绝缘散热基材电路模块的绝缘层内贯穿地设置金属体，用于将所述绝缘散热基材的热量传导至所述印刷电路板的表面；
所述绝缘散热基材为绝缘散热陶瓷基材；
所述绝缘层为半固化片；
所述金属体为中空的金属体或者实心的金属体，所述中空的金属体的制作方法包括打孔后镀金属层，所述实心的金属体的制作方法包括打孔后灌入金属浆；
不包含所述绝缘散热基材电路模块的绝缘层内贯穿地设置金属体，用于将所述绝缘散热基材的热量传导至所述印刷电路板的表面，包括：
不包含所述绝缘散热基材电路模块的绝缘层两侧的导电层各自包括不连通的第一区域和第二区域，相邻的所述第一区域之间通过贯穿绝缘层的第一金属体连接，相邻的所述第二区域之间通过贯穿绝缘层的第二金属体连接；其中，所述第一区域为包含电路的区域，所述第二区域为不包含电路的区域。
2.如权利要求1所述的印刷电路板，其特征在于，所述绝缘散热基材内还贯穿地设置连接所述绝缘散热基材两侧导电层的金属体。
3.如权利要求2所述的印刷电路板，其特征在于，所述绝缘散热基材电路模块贯穿所述印刷电路板最外侧的第一绝缘层。
4.如权利要求2所述的印刷电路板，其特征在于，所述绝缘散热基材电路模块贯穿所述印刷电路板最外侧的连续多个绝缘层，其中包括位于最外侧的第一绝缘层。
5.如权利要求3所述的印刷电路板，其特征在于，所述第一绝缘层的外表面的导电层在所述功率器件区域为空心区域，使得所述功率器件的表面与空气接触。
6.如权利要求3所述的印刷电路板，其特征在于，所述功率器件表面与散热介质接触，所述散热介质与所述第一绝缘层的外表面的导电层接触。
7.如权利要求1所述的印刷电路板，其特征在于，所述绝缘散热基材电路模块贯穿所述印刷电路板中间的任意个数的绝缘层。
8.如权利要求1所述的印刷电路板，其特征在于，所述第一金属体为铜柱，所述第二金属体为铜叠孔。
9.如权利要求1所述的印刷电路板，其特征在于，所述绝缘散热基材电路模块还包括焊接所述功率器件的电路板；
所述功率器件通过所述金属体连接至所述导电层，包括：
所述功率器件通过所述电路板和所述金属体连接至所述导电层。
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