CN113260134B - 用于通孔和表面安装的散热 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多层印刷电路板(PCB)，该多层印刷电路板具有设置在第一表面上的粘结表面和设置在第一表面上并包围粘结表面的第一散热垫。第一表面上的第一导电平面部分地包围第一散热垫。第一导电平面通过一个或多个第一辐条连接到粘结表面。第二散热垫设置在第一表面上并且部分地包围第一导电平面。第二导电平面设置在第一表面上并且包围第二散热垫。第二导电平面通过一个或多个第二辐条连接到第一导电平面。通孔位于粘结表面中，用于接纳电子部件的电连接器。
Description
技术领域
本专利申请涉及印刷电路板，更具体地讲，涉及用于印刷电路板中的通孔的散热特征。
背景技术
印刷电路板(PCB)用于通过机电连接安装在PCB上的电子部件来形成电路组件。PCB通常包括若干绝缘层和导电材料层。导电层通常包括向所安装的部件提供信号、功率和接地的金属平面和/或迹线。导电层可包括任何合适的导电材料，诸如铜。导电层由绝缘层隔开并“夹在”绝缘层之间，绝缘层可包括纤维增强聚合物树脂或任何其他合适的绝缘材料的平面。
电子部件以若干种方式中的任一种方式安装到PCB，诸如通孔或表面安装焊接。在通孔焊接中，将部件的引线或引脚插入到PCB的通孔中，并且通过用焊料填充通孔(例如，通过波峰焊接)以形成焊点来机电连接到PCB。在表面安装焊接中，用焊料(例如，通过回流焊接)将部件的触点机电连接到PCB的焊盘以形成焊点。
在一些通孔焊接应用中，期望用焊料填充通孔与部件引线之间的空间，以达到从通孔的焊料供应侧起的最小填充深度百分比(或对应地，从与焊料供应侧相对的通孔侧起的最小凹陷深度百分比)。由于通孔与部件引线之间的空间通常为中空圆柱体或“圆筒形”，因此这可以被称为“圆筒填充”深度。可实现的圆筒填充深度可以受到若干变量影响，包括PCB的加热温度、加热时间和热耗散特性。在一些表面安装设备连接方法中，表面安装设备的引脚通过焊接回流连接到PCB。
当通孔部分的引线直接连接到内部电源或接地层时，金属平面可以在焊接期间充当散热器。平面中的大面积的金属将导致热耗散，使得需要更长的时间进行焊料连接，从而导致不良的焊点，这最终可能会断裂，导致通孔焊接中的间歇性接触或开放连接，以及表面安装设备(SMD)焊接中的元件立起。
发明内容
本专利申请涉及用于管理依赖于温度的焊接失效的设备、方法和系统。在一些具体实施中，粘结表面设置在印刷电路板的第一表面上。第一散热垫设置在第一表面上并且部分地包围粘结表面。第一表面上的第一导电平面部分地包围第一散热垫。第一导电平面通过至少一个第一辐条连接到粘结表面。第二散热垫设置在第一表面上并且部分地包围第一散热垫。第二导电平面设置在第一表面上并且部分地包围第二散热垫。第二导电平面通过延伸穿过第二散热垫的至少一个第二辐条连接到第一导电平面。
附图说明
图1A是示出焊料填充的PCB的三维剖视图；
图1B是图1A所示的PCB的另一个三维剖视图；
图2A是示出PCB的结构的PCB的三维剖视图；
图2B是设置在图2A所示的PCB的顶表面上的散热垫的平面图；
图3A是示出PCB的结构的PCB的三维剖视图；
图3B是设置在图3A所示的PCB的顶表面上的散热垫的平面图；
图4是图3B所示的散热垫的平面图，示出了示例尺寸；
图5是被配置成减少、抑制、减慢或以其它方式控制从通孔离开的热消散的另一个散热垫的平面图；
图6A是不包括散热结构的通孔中的焊料的三维温度梯度视图；
图6B是包括散热结构的通孔中的焊料的三维温度梯度视图；
图7是示出对于不同的散热垫几何形状，通孔焊料填充的特定百分比的加热温度与加热时间的线图；以及
图8是表面安装部件的剖视侧视图，示出了散热垫对表面安装技术的适用性。
具体实施方式
一些具体实施提供了被配置成管理依赖于温度的焊接失效的印刷电路板。印刷电路板包括设置在印刷电路板的第一表面上的粘结表面、位于第一表面上并且部分地包围粘结表面的第一散热垫、以及位于第一表面上并且部分地包围第一散热垫的第一导电平面。第一导电平面通过至少一个第一辐条连接到粘结表面。印刷电路板还包括位于第一表面上并且部分地包围第一散热垫的第二散热垫；以及位于第一表面上并且部分地包围第二散热垫的第二导电平面。第二导电平面通过延伸穿过第二散热垫的至少一个第二辐条连接到第一导电平面。
在一些具体实施中，印刷电路板包括从粘结表面延伸穿过印刷电路板的通孔。在一些具体实施中，印刷电路板包括包围通孔的热绝缘区域。在一些具体实施中，热绝缘区域包括排除金属迹线的绝缘材料。在一些具体实施中，第一散热垫和第二散热垫是圆形的；并且其中第一散热垫和第二散热垫是同心的。在一些具体实施中，至少一个第一辐条与至少一个第二辐条不共线。在一些具体实施中，印刷电路板包括从第二导电平面延伸到印刷电路板中至金属层的至少一个过孔，使得第二导电平面和金属层通过穿过至少一个第一辐条、至少一个第二辐条和至少一个过孔的路径电连接。
一些具体实施提供了一种用于管理依赖于温度的焊接失效的方法。该方法包括：在印刷电路板的第一表面上提供粘结表面；在第一表面上并部分地包围粘结表面提供第一散热垫；以及在第一表面上并部分地包围第一散热垫提供第一导电平面。第一导电平面通过至少一个第一辐条连接到粘结表面。该方法还包括在第一表面上并且部分地包围第一散热垫提供第二散热垫，以及在第一表面上并且部分地包围第二散热垫提供第二导电平面。第二导电平面通过延伸穿过第二散热垫的至少一个第二辐条连接到第一导电平面。
在一些具体实施中，该方法包括提供从粘结表面延伸穿过印刷电路板的通孔。在一些具体实施中，该方法包括提供包围通孔的热绝缘区域。在一些具体实施中，热绝缘区域包括排除金属迹线的绝缘材料。在一些具体实施中，第一散热垫和第二散热垫是圆形的；并且其中第一散热垫和第二散热垫是同心的。在一些具体实施中，至少一个第一辐条与至少一个第二辐条不共线。在一些具体实施中，该方法包括提供从第二导电平面延伸到印刷电路板中到达金属层的至少一个过孔，使得第二导电平面和金属层通过穿过至少一个第一辐条、至少一个第二辐条和至少一个过孔的路径电连接。
一些具体实施提供了被配置成管理依赖于温度的焊接失效的印刷电路板。印刷电路板包括位于印刷电路板的第一表面上的粘结表面装置、位于第一表面上并且部分地包围粘结表面装置的第一散热垫装置、以及位于第一表面上并且部分地包围第一散热垫装置的第一导电平面装置。第一导电平面装置通过至少一个第一辐条装置连接到粘结表面装置。印刷电路板还包括位于第一表面上并且部分地包围第一散热垫的第二散热垫装置；以及位于第一表面上并且部分地包围第二散热垫装置的第二导电平面装置。第二导电平面装置通过延伸穿过第二散热垫装置的至少一个第二辐条装置连接到第一导电平面装置。
在一些具体实施中，印刷电路板包括从粘结表面装置延伸穿过印刷电路板的通孔装置。在一些具体实施中，印刷电路板包括包围通孔的热绝缘区域装置。在一些具体实施中，热绝缘区域装置包括排除金属迹线的绝缘材料。在一些具体实施中，第一散热垫装置和第二散热垫装置是圆形的；并且其中第一散热垫装置和第二散热垫装置是同心的。在一些具体实施中，印刷电路板包括从第二导电平面装置延伸到印刷电路板中至金属层的至少一个过孔装置，使得第二导电平面装置和金属层通过穿过至少一个第一辐条、至少一个第二辐条和至少一个过孔装置的路径电连接。
图1A和图1B是PCB 100的三维剖视图，该PCB包括通孔102，部件引线104穿过该通孔插入。在图1A中，焊料106圆筒填充通孔102至从PCB 100的焊料供应侧108起的50％的圆筒填充深度百分比(或相应地，至从与焊料供应侧108相对的侧110起的大约50％的凹陷深度百分比)。在图1B中，焊料106圆筒填充通孔102至从PCB 100的焊料供应侧108起的大约75％的圆筒填充深度百分比(或相应地，至从与焊料供应侧108相对的侧110起的25％的凹陷深度百分比)。
在图1A的示例中，由于PCB 100的加热温度、加热时间和热耗散特性，圆筒填充深度被限制在大约50％。例如，对于PCB 100、通孔102、部件引线104和焊料106被加热到的特定温度，和/或对于维持特定温度的特定时间，焊料106可在其可以流入通孔102足够远以实现大于大约50％的圆筒填充深度百分比之前冷却到其凝固温度以下。
在图1B的示例中，PCB 100的加热温度、加热时间和/或热耗散特性被调节成使得焊料106不冷却到其固化温度以下，直到其流入通孔102足够远以实现大约75％的圆筒填充深度百分比。虽然可调节这些变量(或其它合适的变量)中的任一个变量以增加圆筒填充深度百分比，但是由于考虑到在大批量制造中的能量成本和/或工艺时间，可能不期望增加加热温度或加热时间。因此，在一些情况下，可能优选的是调节PCB 100的热耗散特性。在一些示例中，如本文进一步所述，调节热耗散特性，以在相同的(或在一些具体实施中，降低的)加热温度和加热时间下在通孔102中保留更大量的热。在一些具体实施中，这可以具有在不增加成本的情况下改善焊点质量，或者在不降低焊点质量的情况下降低成本的优点。
图2A是PCB 200的三维剖视图。PCB 200包括通孔202，部件引线204穿过该通孔202插入。焊料206从PCB 200的底侧208(即，焊料供应侧)到顶表面210(即，与焊料供应侧相对)圆筒填充通孔202。通孔202被示出为完全圆筒填充(即，圆筒填充深度百分比为100％)焊料206，这仅仅是为了便于在该示例中说明。
PCB 200包括多个绝缘层212以及设置在绝缘层212上和绝缘层212之间的导电迹线214。绝缘层212包括任何合适的电绝缘材料，诸如纤维增强聚合物树脂和/或聚四氟乙烯(PTFE)、复合环氧树脂材料(CEM)。导电迹线214包括任何合适的导电材料，诸如铜、铝或任何其它合适的金属或金属合金。在一些具体实施中，通过图案化和蚀刻设置于导电迹线214之间的绝缘层212中的一个绝缘层上的材料的导电平面中的空隙来形成导电迹线214。导电迹线214中的一些或全部导电迹线(例如，PCB 200内部的那些)可在将PCB 200组装为绝缘层212和导电迹线214的叠堆之前形成。在一些具体实施中，在将PCB 200组装为绝缘层212和导电迹线214的叠堆之前，将绝缘材料(例如，聚合物树脂或其它合适的材料)填充到空隙中。
过孔216将设置在特定绝缘层212上的导电迹线214连接到设置在绝缘层212中的其它绝缘层上的其它导电迹线214。过孔216包括任何合适的导电材料，诸如铜、铝或其它金属或金属合金。导电迹线214中的一些导电迹线连接到通孔202，例如，通过与焊料206接触、通过与通孔202的导电衬垫218接触或通过与焊盘220接触。焊盘220包围顶表面210上的通孔202并且包括任何合适的导电材料，诸如铜、铝或其它金属或金属合金。
虽然焊料206在图2A中被示出为具有100％圆筒填充深度，但在某些加热温度和/或加热时间下，圆筒填充深度可能例如由于PCB 200的热耗散特性而达不到100％。此类热耗散特性包括倾向于促进或允许远离通孔202的热耗散的结构。在图2A的示例中，此类特征包括导电迹线214、导电衬垫218和焊盘220。导电迹线214、导电衬垫218和焊盘220(例如，金属焊盘)的热导率大于绝缘层212(例如，纤维增强聚合物树脂)的热导率。因此，可期望通过改变导电迹线214、导电衬垫218和/或焊盘220来减少远离通孔202的热传导。
图2B是设置在PCB 200的顶表面210上的焊盘220的平面图。焊盘220包围通孔202，并且提供导电表面，部件引线、焊料和/或金属迹线可通过该导电表面粘结到部件引线204。由于焊盘220的材料(即，在该示例中为金属)的热导率并且由于其在PCB 200的顶表面210处暴露于空气(即，未被聚合物树脂绝缘)，焊盘220促进或允许远离通孔202的热耗散。因此，散热垫222设置在焊盘220内，部分地包围通孔202。散热垫222包括焊盘220的导电材料中的空隙(例如，通过蚀刻焊盘220)。在一些具体实施中，空隙填充有既电绝缘又热绝缘(或对应地，比焊盘220的金属更不导电和不导热)的材料(例如，聚合物树脂、环氧树脂和/或阻焊层，诸如液体光可成像阻焊层(LPSM)油墨和/或干膜光可成像阻焊层(DFSM))。在一些具体实施中，下面的衬底(即，其上设置有焊盘220的绝缘层)提供热绝缘。
在一些具体实施中，蚀刻设置在顶表面210上的金属层以形成空隙，并且将绝缘材料沉积在空隙中以形成散热垫222。在图2A的示例中，散热垫222是半圆形的，然而在一些具体实施中，散热垫可包括角(例如，可包括正方形的部分)和/或包括更复杂的曲线或其它合适的几何形状。散热垫222由两个导电“辐条”224隔开，这两个导电辐条将焊盘220的紧邻通孔202的部分与焊盘220的在散热垫222的与通孔202相对的一侧上的部分连接。在其它实施方案中，更多数量的辐条隔开更多数量的散热垫(例如，三个辐条隔开三个散热垫)，或单个辐条穿过单个散热垫设置。可使用任何合适数量的辐条和散热垫。
由于散热垫222的电绝缘性质和辐条224的导电性质，电通过辐条224，而不通过散热垫222在通孔202和焊盘220的在散热垫222的与通孔202相对的一侧上的部分之间流动。类似地，由于散热垫222的热绝缘性质和辐条224的热传导性质，热更容易通过辐条224，并且不太容易通过散热垫222在通孔202和焊盘220的在散热垫222的与通孔202相对的一侧上的部分之间流动。辐条224的材料和尺寸(例如，宽度、长度和/或深度)使得它们表现出合适的电流处理和热处理特性(例如，电阻、电迁移、加热、熔融等)，并且还适当地抑制远离通孔202的热耗散(例如，通过提供适当窄的导热路径)。散热垫222的材料和尺寸(例如，宽度、长度和/或深度)使得它们表现出对来自通孔202的热耗散的所需电阻(例如，阻碍从通孔202向外的直线路径的合适区域和/或在从通孔202向外的方向上具有一定宽度，使得达到从通孔202向外的热耗散的所需电阻量。)
辐条224和散热垫222的布置减少或减慢从通孔202经过散热垫222的热耗散。这可以具有在焊接操作期间促进或增加在通孔202内热的保持的优点。在一些具体实施中，这与不包括散热垫的具体实施相比增加焊料圆筒填充深度持续特定加热时间和/或在特定加热温度下增加焊料圆筒填充深度。
图3A是PCB 300的三维剖视图。PCB 300包括通孔302，部件引线304穿过该通孔插入。焊料306从PCB 300的底侧308(即，焊料供应侧)到顶表面310(即，与焊料供应侧相对)圆筒填充通孔302。通孔302被示出为完全圆筒填充(即，圆筒填充深度百分比为100％)焊料306，这仅仅是为了便于在该示例中说明。
PCB 300包括多个绝缘层312，以及设置在绝缘层312上和绝缘层312之间的导电迹线314。绝缘层312包括任何合适的电绝缘材料，诸如纤维增强聚合物树脂。导电迹线314包括任何合适的导电材料，诸如铜、铝或任何其它合适的金属或金属合金。在一些具体实施中，通过图案化和蚀刻设置于导电迹线314之间的绝缘层312中的一个绝缘层上的材料的导电平面中的空隙来形成导电迹线314。迹线314中的一些或全部迹线(例如，PCB 300内部的那些)可在将PCB 300组装为绝缘层312和导电迹线314的叠堆之前形成。在一些具体实施中，在将PCB 300组装为绝缘层312和导电迹线314的叠堆之前，将绝缘材料(例如，聚合物树脂或其它合适的材料)填充到空隙中。
过孔316将设置在特定绝缘层312上的导电迹线314连接到设置在绝缘层312中的其它绝缘层上的其它导电迹线314。过孔316包括任何合适的导电材料，诸如铜、铝或其它金属或金属合金。焊盘320包围顶表面310上的通孔302并且包括任何合适的导电材料，诸如铜、铝或其它金属或金属合金。
虽然焊料306在图3A中被示出为具有100％圆筒填充深度，但在某些加热温度和/或加热时间下，圆筒填充深度可能例如由于PCB 300的热耗散特性而达不到100％。此类热耗散特性包括倾向于促进或允许远离通孔302的热耗散的结构。在图3A的示例中，此类特征包括导电迹线314和焊盘320。导电迹线314和焊盘320(例如，金属焊盘)的热导率大于绝缘层312(例如，纤维增强聚合物树脂)的热导率。因此，可期望通过导电迹线314和/或焊盘320来减少远离通孔302的热传导。
热绝缘体318设置在PCB 300内，该PCB 300包围(或在一些具体实施中，部分地包围)通孔302。在一些具体实施中，热绝缘体318由将通孔302(或通孔302的部分)与导电迹线314和/或焊盘320隔开的绝缘材料的区域构成。热绝缘体318包括热导率小于导电迹线314和/或焊盘320(例如，金属)的热导率的绝缘材料。在一些具体实施中，热绝缘体318包括聚合物树脂或其它合适的材料。在一些具体实施中，热绝缘体318由不含(或基本上不含，或在其它具体实施中包括相对较少的)导电迹线314的绝缘层312的区域构成。在一些具体实施中，热绝缘体318包括沉积在空隙中的聚合物树脂或其它合适的材料，该空隙在PCB 300组装为绝缘层312和导电迹线314的叠堆之前蚀刻在设置于导电迹线314之间的绝缘层312上的材料的导电平面中。
热绝缘体318的布置(例如，在通孔302与各种导热结构诸如导电迹线314和焊盘320之间)减少、抑制、减慢或以其它方式控制从通孔202穿过这些结构的热耗散。这可具有在焊接操作期间促进或增加在通孔302内热的保持的优点。在一些具体实施中，与不包括包围通孔的热绝缘体的具体实施相比，这增加焊料圆筒填充深度持续特定加热时间和/或在特定加热温度下增加焊料圆筒填充深度。
图3B是设置在PCB 300的顶表面310上的焊盘320的平面图。焊盘320包围通孔302，并且提供导电表面，部件引线、焊料和/或金属迹线可通过该导电表面粘结到部件引线304。由于焊盘320的材料(即，在该示例中为金属)的热导率并且由于其在PCB 300的顶表面310处暴露于空气(即，未被聚合物树脂绝缘)，焊盘220促进或允许远离通孔302的热耗散。因此，散热垫322设置在焊盘320内，部分地包围通孔302。散热垫322包括焊盘320的材料中的空隙(例如，通过蚀刻焊盘320)。在一些具体实施中，空隙填充有既电绝缘又热绝缘(或对应地，比焊盘320的金属更不导电和不导热)的材料(例如，聚合物树脂)。在一些具体实施中，下面的衬底(即，其上设置有焊盘320的绝缘层)提供热绝缘。
在一些具体实施中，蚀刻设置在顶表面310上的金属层以形成空隙，并且将绝缘材料沉积在空隙中以形成散热垫322。在图3A的示例中，散热垫322是半圆形的，然而在一些具体实施中，散热垫包括角(例如，正方形的部分)和/或包括更复杂的曲线或其它合适的几何形状。散热垫322由两个导电辐条324隔开，这两个导电辐条将焊盘320的紧邻通孔302的部分与焊盘320的在散热垫322的与通孔302相对的一侧上的部分连接。在其它实施方案中，更多数量的辐条隔开更多数量的散热垫(例如，三个辐条隔开三个散热垫)，或单个辐条穿过单个散热垫设置。可使用任何合适数量的辐条和散热垫。
散热垫326设置在焊盘320内，部分地包围散热垫322和通孔302。散热垫326由既电绝缘又热绝缘(或对应地，比焊盘320的金属更不导电和导热)的材料(例如，聚合物树脂)构成。在一些具体实施中，将材料填充到焊盘320的材料中的空隙中(例如，通过蚀刻焊盘320而形成)。
在一些具体实施中，蚀刻设置在顶表面310上的金属层以形成空隙，并且将绝缘材料沉积在空隙中以形成散热垫326。
在图3A的示例中，散热垫326是半圆形的，然而在一些具体实施中，散热垫包括角(例如，正方形的部分)和/或包括更复杂的曲线或其它合适的几何形状。散热垫326由两个导电辐条328隔开，这两个导电辐条将焊盘320的在散热垫322的与通孔302相对的一侧上的部分与焊盘320的在散热垫326的与散热垫322相对的一侧上的部分连接。在其它实施方案中，更多数量的辐条隔开更多数量的散热垫(例如，三个辐条隔开三个散热垫)，或单个辐条穿过单个散热垫设置。可使用任何合适数量的辐条和散热垫。
应当注意，散热垫326的几何形状不需要与散热垫322的几何形状相同。例如，在一些具体实施中，散热垫322可为半圆形的，并且散热垫326可为正方形的部分。还需注意，虽然散热垫322和326围绕通孔302是同心的，但在一些具体实施中，散热垫322和326不是同心的。例如，散热垫326可与散热垫326偏移。在一些具体实施中，散热焊盘322和326两者均可是同心的，但是与通孔302偏移。在一些具体实施中，散热垫322和散热垫326是同心的，但与通孔302偏移。可以设想散热垫322和326的任何其它合适的配置。
在图3B的示例中，需注意，辐条324既不与辐条328平行也不与辐条328共线。因此，不存在从通孔302到焊盘320的在散热垫326的与散热垫322相对的一侧上的部分的导电材料的直线路径。在一些具体实施中，这具有进一步减少从通孔302向外到焊盘320的在散热垫326的与散热垫322相对的一侧上的部分的热耗散的作用。在其它实施方案中，辐条324和328可为共线的，或可偏移，使得虽然不是共线的，但是从通孔302到焊盘320的在散热垫326的与散热垫322相对的一侧上的部分存在导电材料的直线路径，此类路径比辐条324和/或328更薄或以其它方式具有更小的尺寸。
由于散热垫322的电绝缘性质和辐条324的导电性质，电通过辐条324，而不通过散热垫322在通孔302和焊盘320的在散热垫322的与通孔302相对的一侧上的部分之间流动。由于散热垫322的热绝缘性质和辐条324的热传导性质，热更容易通过辐条324，并且不太容易通过散热垫322在通孔302和焊盘320的在散热垫322的与通孔302相对的一侧上的部分之间流动。
类似地，由于散热垫326的电绝缘性质和辐条328的导电性质，电通过辐条328，而不通过散热垫326在通孔302和焊盘320的在散热垫326的与散热垫322和通孔302相对的一侧上的部分之间流动。由于散热垫326的热绝缘性质和辐条328的热传导性质，热更容易通过辐条328，并且不太容易通过散热垫326在通孔302和焊盘320的在散热垫326的与通孔302和散热垫322相对的一侧上的部分之间流动。
辐条324和328的材料和尺寸(例如，宽度、长度和/或深度)使得它们表现出合适的电流处理和热处理特性(例如，电阻、电迁移、加热、熔融等)，并且还适当地抑制远离通孔302的热耗散(例如，通过提供适当窄的导热路径)。散热垫322和326的材料和尺寸(例如，宽度、长度和/或深度)使得它们表现出对来自通孔302的热耗散的所需电阻。(例如，阻碍从通孔302向外的直线路径的合适区域和/或在从通孔302向外的方向上具有一定宽度，使得达到从通孔302向外的热耗散的所需电阻量。)
辐条324和328以及散热垫322和326的布置减少、抑制、减慢或以其它方式控制从通孔302经过散热垫322的热耗散。这可具有在焊接操作期间促进或增加在通孔302内热的保持的优点。在一些具体实施中，这与不包括散热垫的具体实施相比增加焊料圆筒填充深度持续特定加热时间和/或在特定加热温度下增加焊料圆筒填充深度。
需注意，在其它实施方案中可以实现任何合适数量的焊盘组。例如，如果将散热垫326和辐条328描述为相对于通孔302在散热垫322和辐条324的“外部”，则另一组或多组散热垫可根据需要设置在散热垫326和辐条328的“外部”，例如，以形成电流处理能力和对来自通孔302的热耗散的电阻的适当组合。
图4是焊盘320的平面图，该焊盘包括散热垫322和326以及辐条324和328，如相对于图3B所示和所述，其示出了用于调节热耗散以及电流处理和热处理能力的示例尺寸。
图4示出了焊盘320、散热垫322和326以及辐条324和328的各种尺寸，它们可以被调节为参数，以通过各种导电结构的合适的电流处理和热处理特性来指定和平衡对从通孔302向外的热耗散的所需电阻量。例如，在一些具体实施中，可以指定散热垫322的宽度L1和/或散热垫326的宽度L2。在一些具体实施中，可以指定辐条324的宽度L3和/或辐条328的宽度L4。在一些具体实施中，可以指定散热垫322距通孔302的中心的距离D1和/或散热垫326距通孔302的中心的距离D2。在一些具体实施中，辐条324和328之间的对准和/或角度关系是能够调节的。例如，如图所示，辐条324和328是非共线的，但也不是垂直的。其它可能的关系包括完全垂直的非共线位置、完全共线位置、部分共线位置或任何合适的对准和/或角度关系。
尽管在图4的示例中，宽度L1描述了两个散热垫322的相同宽度，但是在其它具体实施中，每个散热垫的宽度可以不同。类似地，在各种具体实施中，散热垫326的宽度L2可以不同，辐条324的宽度L3可以不同，辐条328的宽度L4可以不同，散热垫322的距离D1可以不同，和/或散热垫326的距离D2可以不同。类似地，辐条324的数量可以变化，并且辐条328的数量可以独立于辐条324的数量而变化。辐条324和328被示出为围绕通孔302对称地设置，然而它们不需要对称地设置，并且不需要以相同的对称性或缺少对称性来设置。
图5是另一个示例焊盘500的平面图，示出了各种示例尺寸。焊盘500包围通孔502并且包括散热垫504和506以及辐条508和510。在该示例中，散热垫504具有部分圆形几何形状，并且散热垫506具有部分正方形几何形状，但任何合适的几何形状均可用于其它具体实施中。散热垫504将包围通孔502的导电粘结表面512与初级导电平面514部分地隔开。散热垫506将初级导电平面514与次级导电平面516部分地隔开。
焊盘500、散热垫504和506、辐条508和510、导电粘结表面512和初级导电平面514、次级导电平面516的各种尺寸可以被调节为参数，以通过各种导电结构的合适的电流处理和热处理特性来指定和平衡对从通孔502向外的热耗散的所需电阻量。例如，在一些具体实施中，可以指定散热垫504的宽度LL1和/或散热垫506的宽度LL2。在一些具体实施中，可以指定辐条508的宽度LL3和/或辐条510的宽度LL4。类似地，散热垫504和/或506与通孔502的中心的距离、初级导电平面514和/或次级导电平面516的距离和/或几何形状、和/或焊盘500的任何其它合适的尺寸可以以合适的方式各自和/或全部进行调节，以指定焊盘500的所需电特性和热特性。
在一些具体实施中，辐条508和510之间的对准和/或角度关系是能够调节的。例如，如图所示，辐条508和510是非共线的，但也不是垂直的。其它可能的关系包括完全垂直的非共线位置、完全共线位置、部分共线位置或任何合适的对准和/或角度关系，这些关系可被调节为参数以指定焊盘500的所需电特性和热特性。
焊盘500还包括过孔518。过孔518将次级导电平面516与次级导电平面516下方的一个或多个导电层连接。在一些具体实施中，例如，在热绝缘体(诸如相对于图3A所示和所述的热绝缘体318)使导电层不与通孔502连接的情况下，过孔518用于将导电粘结表面512电连接到次级导电平面516下方的导电层(例如，金属迹线)。在一些具体实施中，这可以具有提供导电路径同时避免通过直接连接到通孔502的金属迹线的热耗散的优点。在焊盘500的示例中，过孔518具有直径VV1。过孔518的直径和放置(例如，在次级导电平面516和/或初级导电平面514内)能够被调节为参数以指定焊盘500的所需电特性和热特性。
图6A和图6B示出了由于本文讨论的各种散热技术的应用而保留在通孔内的焊料中的热和热梯度的差异。
图6A是从焊料供应侧602到不包括散热结构的PCB的相对侧604的通孔中的焊料600的三维温度梯度图。焊料600用各种温度进行注释，示出了其在施加特定加热温度持续特定加热时间之后从焊料供应侧602到相对侧604的热梯度。这些温度仅仅是示例性的，并且为了说明的目的而使用。
图6B是从焊料供应侧608到不包括散热结构的PCB的相对侧610的通孔中的焊料606的三维温度梯度图。焊料606用各种温度进行注释，示出了其在施加相同的特定加热温度持续相同的特定加热时间之后从供应侧608到相对侧610的热梯度，如相对于图6B所示和所述。这些温度仅仅是示例性的，并且为了说明的目的而使用。
图6A和图6B的梯度示出了对于相同的特定加热温度和加热时间，在非供应侧和贯穿通孔的更大保留温度。在一些情况下，这种更高的保留温度可以具有改善圆筒填充和/或焊点质量的优点。
图7是示出对于不同的散热垫几何形状和热绝缘体配置，通孔特定百分比的焊料圆筒填充(在该示例中为75％)的加热温度与加热时间的线图。线700、702和704示出了由本文所示和所述的散热结构的不同配置的具体示例提供的热特性的各种差异。这些线仅为示例；通过调节各种散热结构的尺寸和配置，特定百分比焊料圆筒填充的加热温度与加热时间的许多其它关系是可能的。
线700示出使用相对于图2B示出和描述的焊盘220的，如相对于图2A所示和所述的示例PCB 200中的通孔202的示例75％焊料圆筒填充的加热温度与加热时间的关系。线702示出使用相对于图3B和图4示出和描述的焊盘320的，如相对于图3A所示和所述的示例PCB300(其包括热绝缘体318)中的通孔302的示例75％焊料圆筒填充的加热温度与加热时间的关系。线704示出使用相对于图5示出和描述的焊盘500的，如相对于图3A所示和所述的示例PCB 300(其包括热绝缘体318)中的通孔302的示例75％焊料圆筒填充的加热温度与加热时间的关系。
图8是表面安装部件800的剖视图，示出了散热垫对表面安装技术的适用性。表面安装部件800包括触点802和触点804。与通孔安装部件不同，触点802和804分别安装到PCB810的焊盘806和808的表面。由于表面安装部件800的表面安装不涉及通孔，因此焊料圆筒填充不是问题。然而，来自焊盘806和808中的一者或两者的不均匀的加热和/或不均匀的热耗散可以导致表面安装部件800在通常被称为“元件立起”的状态下从焊盘中的一个提离。在该示例中，由于焊盘806和808的不均匀热耗散，设置在焊盘806上的焊膏812与设置在焊盘808上的焊膏816不同地对回流加热814作出反应，这通过在箭头818的方向上提离焊盘808而导致表面安装部件800元件立起。
在一些具体实施中，可通过在焊盘806和808中的一者或两者周围添加诸如本文所示和所述的一个或多个散热垫来减轻表面安装技术中不均匀热耗散的元件立起和/或其它不期望的影响，以减少、抑制、减慢和/或控制从焊盘806和808的热耗散。
应当理解，基于本文的公开内容，许多变型是可能的。虽然上文以特定组合描述了特征和元件，但每个特征或元件可以在没有其它特征和元件的情况下单独使用，或者在具有或不具有其它特征和元件的情况下以各种组合使用。
已出于例证和描述的目的提出本发明的上述具体实施方式。它并非旨在是穷尽的或将本发明限制为所公开的精确形式。鉴于上述教导内容，许多修改和变型是可能的。选择所描述的实施方案是为了最好地解释本发明的原理及其实际应用，从而使得本领域的其他技术人员能够在各种实施方案中以及适合于预期的特定用途的各种修改中最好地利用本发明。
Claims (20)
1.一种多层印刷电路板，包括：
所述多层印刷电路板的第一表面；
导电粘结表面，所述导电粘结表面设置在所述第一表面上；
第一散热垫，所述第一散热垫设置在所述第一表面上并且至少部分地包围所述导电粘结表面；
第一导电平面，所述第一导电平面设置在所述第一表面上并且至少部分地包围所述第一散热垫；
至少一个第一辐条，所述至少一个第一辐条将所述第一导电平面电连接到所述导电粘结表面，其中所述第一辐条延伸穿过所述第一散热垫；
第二散热垫，所述第二散热垫设置在所述第一表面上并且至少部分地包围所述第一导电平面和所述第一散热垫；
第二导电平面，所述第二导电平面设置在所述第一表面上并且至少部分地包围所述第二散热垫；和
至少一个第二辐条，所述至少一个第二辐条将所述第二导电平面电连接到所述第一导电平面，其中所述第二辐条延伸穿过所述第二散热垫；
其中所述第二导电平面包括从所述第二导电平面延伸到设置在所述印刷电路板内的金属层的至少一个过孔。
2.根据权利要求1所述的多层印刷电路板，其中通孔从所述粘结表面延伸穿过所述印刷电路板并且垂直于所述粘结表面。
3.根据权利要求2所述的多层印刷电路板，还包括设置在所述第一表面下方并包围所述通孔的热绝缘体。
4.根据权利要求3所述的多层印刷电路板，其中所述热绝缘体包括将金属迹线与所述通孔隔离的绝缘材料。
5.根据权利要求1所述的多层印刷电路板，其中所述第一散热垫和所述第二散热垫是圆形且同心的。
6.根据权利要求1所述的多层印刷电路板，其中所述至少一个第一辐条与所述至少一个第二辐条不共线。
7.根据权利要求1所述的多层印刷电路板，其中所述至少一个第一辐条和所述至少一个第二辐条为矩形的。
8.根据权利要求7所述的多层印刷电路板，其中所述至少一个第二辐条具有比所述至少一个第一辐条更大的表面积。
9.根据权利要求8所述的多层印刷电路板，其中所述至少一个第一辐条的数量和宽度是基于连接到所述导电粘结表面的电子部件的电流需求来确定的。
10.根据权利要求9所述的多层印刷电路板，其中所述至少一个第二辐条的数量和宽度是基于连接到所述导电粘结表面的所述电子部件的所述电流需求来确定的。
11.根据权利要求1所述的多层印刷电路板，其中所述导电粘结表面和所述金属层通过穿过所述至少一个第一辐条、所述至少一个第二辐条和所述至少一个过孔的路径电连接。
12.根据权利要求1所述的多层印刷电路板，其中所述第一导电平面和所述第二导电平面的面积是基于连接到所述导电粘结表面的电子部件的电流需求来确定的。
13.根据权利要求1所述的多层印刷电路板，其中所述粘结表面和所述第一散热垫是圆形的，并且所述第一导电平面和所述第二导电平面以及所述第二散热垫是矩形的。
14.一种印刷电路板，所述印刷电路板被配置成管理依赖于温度的焊接失效，所述印刷电路板包括：
所述印刷电路板的第一表面；
设置在所述第一表面上的粘结表面装置；
第一散热垫装置，所述第一散热垫装置设置在所述第一表面上并且部分地包围所述粘结表面装置；
第一导电平面装置，所述第一导电平面装置设置在所述第一表面上并且部分地包围所述第一散热垫装置，所述第一导电平面装置通过至少一个第一辐条装置电连接到所述粘结表面装置；
第二散热垫装置，所述第二散热垫装置设置在所述第一表面上并且部分地包围所述第一导电平面装置；和
第二导电平面装置，所述第二导电平面装置设置在所述第一表面上并且部分地包围所述第二散热垫装置，所述第二导电平面装置通过延伸穿过所述第二散热垫装置的至少一个第二辐条装置电连接到所述第一导电平面装置；
其中所述第二导电平面装置包括从所述第二导电平面装置延伸到设置在所述印刷电路板内的金属层的至少一个过孔。
15.根据权利要求14所述的印刷电路板，其中通孔从所述粘结表面装置延伸穿过所述印刷电路板。
16.根据权利要求15所述的印刷电路板，还包括热绝缘体装置，所述热绝缘体装置包围所述通孔并且将所述通孔与所述印刷电路板内的导电平面隔离。
17.根据权利要求14所述的印刷电路板，其中所述第一散热垫装置和所述第二散热垫装置是圆形且同心的。
18.根据权利要求14所述的印刷电路板，其中从所述第二导电平面装置延伸到所述印刷电路板中至其中的所述金属层的所述至少一个过孔，使得所述粘结表面装置和所述金属层电连接。
19.一种用于管理由焊接工艺产生的热的散热垫，在多层印刷电路板中，所述多层印刷电路板包括所述多层印刷电路板的第一表面和所述多层印刷电路板的相对的第二表面和所述散热垫，所述散热垫包括：
导电焊盘，所述导电焊盘在所述第一表面上形成，其中通孔位于所述导电焊盘内并且从所述第一表面延伸到所述相对的第二表面；
第一热平面，所述第一热平面设置在所述第一表面上并且至少部分地包围所述导电焊盘；
第一导电平面，所述第一导电平面设置在所述第一表面上并且至少部分地包围所述第一热平面；
至少一个第一辐条，所述至少一个第一辐条将所述第一导电平面电连接到所述导电焊盘，其中所述第一辐条延伸穿过所述第一热平面；
第二热平面，所述第二热平面设置在所述第一表面上并且至少部分地包围所述第一导电平面；
第二导电平面，所述第二导电平面设置在所述第一表面上并且至少部分地包围所述第二热平面；和
至少一个第二辐条，所述至少一个第二辐条将所述第二导电平面电连接到所述第一导电平面，其中所述第二辐条延伸穿过所述第二热平面，其中一个或多个过孔设置在所述第二导电平面内并且从所述第二导电平面延伸到设置在所述多层印刷电路板内的导电平面。
20.根据权利要求19所述的散热垫，所述多层印刷电路板还包括热绝缘体，所述热绝缘体设置在所述第一表面下方并且包围所述通孔，其中所述热绝缘体将所述通孔与设置在所述多层印刷电路板内的导电平面隔离。
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