CN113260137B - 印刷电路板、电路板组件及电源设备 - Google Patents

Abstract

一种印刷电路板、电路板组件及电源设备，包括电路板本体及至少一个嵌入至电路板本体内的堆叠组件，堆叠组件包括：绝缘层；至少一个导电层，设置在绝缘层的至少一侧；及用以连接绝缘层和导电层的粘接层；导电层具有两个相对设置的第一侧部，绝缘层具有两个相对设置的第二侧部，绝缘层的长度大于导电层的长度，以使得至少一个第一侧部与位于其同侧的第二侧部之间存在间距。通过设置有绝缘层和导电层，且绝缘层的侧部与导电层位于其同侧的侧部之间存在有间距，以使得电路板本体的材料与该间距能够在水平方向上的热膨胀系数匹配度高，从而具有良好的结合力，有效防止电路板本体在竖直方向上的界面产生裂纹而引起绝缘失效的情况的发生。

Description

印刷电路板、电路板组件及电源设备

【技术领域】

本发明涉及一种印刷电路板、电路板组件及电源设备。

【背景技术】

对于一个电源系统而言，如何方便制造，简化安装等问题，是保证产品一致性、提高生产效率的重要诉求，因此SMT型功率半导体器件也越来越被青睐。而功率半导体器件在运行工作中，会产生较大热量，此时，一个具备高散热性能的载板成为能够提高系统整体可靠性的重要决定性因素。同时，由于功率器件通常必须使用金属散热器对其进行散热，因此载板必须在保证高散热的同时具备高绝缘的能力。现有技术中，具备高导热高绝缘的最佳选择是陶瓷材料，因此嵌埋陶瓷的载板已经被越来越多的厂家使用。但是，陶瓷的热膨胀系数与载板材料在其厚度方向上的热膨胀系数的失配率较高，从而会导致陶瓷与载板的交界处产生脱层，而导致裂纹的产生，进而引起载板的绝缘的失效，使得整个系统的可靠性大大降低。

因此，有必要对现有技术予以改良以克服现有技术中的所述缺陷。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种印刷电路板、电路板组件及电源设备，其能够在具备高散热性能的同时，还能够提高可靠性及绝缘性能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现：一种印刷电路板，包括电路板本体及至少一个嵌入至所述电路板本体内的堆叠组件，所述堆叠组件包括：

绝缘层；

至少一个导电层，设置在所述绝缘层的至少一侧；

及用以连接所述绝缘层和导电层的粘接层；

所述导电层具有两个相对设置的第一侧部，所述绝缘层具有两个相对设置的第二侧部，所述绝缘层的长度大于所述导电层的长度，以使得至少一个所述第一侧部与位于其同侧的第二侧部之间存在间距。

在其中一个实施例中，所述间距大于0.2mm。

在其中一个实施例中，所述电路板本体内设置有绝缘介质，所述绝缘介质包括玻璃纤维布，至少部分所述玻璃纤维布覆盖于所述间距。

在其中一个实施例中，所述导电层的厚度大于0.1mm。

在其中一个实施例中，所述粘接层的材料为环氧树脂、有机硅及聚酰亚胺中的任一种；其中，所述粘接层的厚度小于等于50μm。

在其中一个实施例中，所述绝缘层远离所述导电层的一侧设置有金属层，所述金属层通过电镀或低温烧结附着在所述绝缘层上；其中，所述金属层的厚度小于50μm。

在其中一个实施例中，所述导电层设置有至少两个，至少两个设置在所述绝缘层的两侧或同侧。

在其中一个实施例中，所述堆叠组件设置有至少两个，至少两个独立嵌入在所述电路板本体内；或，所述堆叠组件设置有至少两个，且至少两个所述堆叠组件设置有金属连接层，每个所述堆叠组件通过所述粘接层与所述金属连接层连接以设置在所述金属连接层的两侧。

本发明还提供了一种电路板组件，包括如上所述的印刷电路板及与所述印刷电路板连接的功率器件，所述功率器件设置在所述电路板本体上；其中，所述功率器件可以通过引脚与所述电路板本体连接，或，所述功率器件可以直接贴装在所述电路板本体上。

本发明还提供了一种电源设备所述电源设备内部设有如上所述的电路板组件及供电板，所述供电板的电源输出引脚与所述电路板的电源输入引脚电连接；

其中，所述电源设备内部还设置有控制器件和/或驱动器件，所述控制器件和/或驱动器件设置在所述电路板本体上。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：通过设置有绝缘层和导电层，且绝缘层的侧部与导电层位于其同侧的侧部之间存在有间距，以使得电路板本体的材料与该间距能够在水平方向上的热膨胀系数匹配度高，从而具有良好的结合力，有效防止电路板本体在竖直方向上的界面产生裂纹而引起绝缘失效的情况的发生。

【附图说明】

图1是本发明的实施例一的印刷电路板的结构示意图。

图2是本发明的实施例二的印刷电路板的结构示意图。

图3是本发明的实施例三的印刷电路板的结构示意图。

图4是本发明的实施例四的印刷电路板的结构示意图。

图5是本发明的实施例五的印刷电路板的结构示意图。

图6是本发明的实施例六的印刷电路板的结构示意图。

图7是本发明的电路板组件的结构示意图。

图8是本发明的电源设备的内部结构示意图。

【具体实施方式】

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图，对本发明的具体实施方式做详细的说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，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而非全部结构。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

请参阅图1至图8所示，本发明的一较佳实施例中的一种印刷电路板，其一般采用芯板、半固化片、基铜等层压而成，芯板、半固化片通常由树脂或树脂包覆玻璃纤维布组成，其中，该树脂材料可以为环氧树脂等，诚然，该树脂材料亦可以为其他，例如双马来酰亚胺-三嗪树脂；亦或者，印刷电路板的材质也可以为其他，例如液晶聚合物等，根据实际情况而定，在此不做具体限定。在本发明中，该树脂材料为环氧树脂和玻璃纤维布的结合，其在水平方向上的热膨胀系数受玻璃纤维布的约束较低，通常在10ppm(即每摄氏度长度变化百万分之十)左右，而厚度方向上的热膨胀系数较高，通常可达30ppm以上。

印刷电路板包括电路板本体10及至少一个嵌入至电路板本体10内的堆叠组件20，顾名思义，电路板本体10呈板状体，该堆叠组件20的整体厚度与电路板本体10的厚度一致或基本一致。该堆叠组件20包括绝缘层2及至少一个导电层1，至少一个导电层1设置在绝缘层2的至少一侧。在本实施例中，该导电层1和绝缘层2均具有导热功能，这样设置的目的是为了使得印刷电路板在搭载功率器件和/或控制器件和/或驱动器件的时候，能够将功率器件和/或控制器件和/或驱动器件运行所产生的热量传递出去，进而提高整体的可靠性及整体运行效率。并且，在本实施例中，导电层1的厚度大于0.1mm，以使得该导电层1可以起到导电及热扩散的作用。

该导电层1包括由下述构成的组中的至少一种：铜、镍、铝、银、金、钯和钨及各类合金等，以有效改善散热、增加通流；而该绝缘层2结构包括由下述构成的组中的至少一种：陶瓷、玻璃等，其中，陶瓷可以为氧化铝陶瓷、氧化锆增强氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、氧化铍陶瓷等。为了使得绝缘层2和导电层1更好的结合，该堆叠组件20还包括用以连接绝缘层2和导电层1的粘接层3，粘接层3通常为有机粘附材料如环氧树脂、有机硅、丙烯酸树脂及聚酰亚胺等其他中的任一种。其产生的内应力小且可靠性高，成本也低。同时，为了降低热阻，粘接层3的厚度小于等于50μm。为了进一步降低热阻，粘结层3还可以是有机粘附材料中混入高导热填充颗粒，如氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷等。在本实施例中，该粘接层3的厚度小于10μm。通过设置有粘接层3，可以使得在生产制造堆叠组件20的时候，其操作温度低，固化温度仅在250℃以内，不仅可以有效降低制造成本，并且降低了其受热产生的内应力。因此，相对高温烧结的直接敷铜陶瓷板(DBC基板)，直接敷铝陶瓷基板(DBA基板)，活性钎焊陶瓷基板(AMB基板)等，本发明中的印刷电路板更有利于提升产品整体的可靠性。

导电层1具有两个相对设置的第一侧部，绝缘层2具有两个相对设置的第二侧部，绝缘层2的长度大于导电层1的长度，以使得至少一个第一侧部与位于其同侧的第二侧部之间存在间距。同时，电路板本体10内设置有绝缘介质，该绝缘介质包括玻璃纤维布。其中，至少部分玻璃纤维布覆盖于间距。即，至少玻璃纤维布设置在绝缘层2上，且位于导电层1的第一侧部和绝缘层2的位于其同侧的第二侧部之间。

在本实施例中，该间距大于0.2mm。这样设置的目的在于：首先，该间距和绝缘层2的两个第二侧部之间形成了水平和竖直的绝缘截面，可以有效防止绝缘层2和电路板本体10的绝缘介质的粘接界面的脱层在单一方向上的迅速扩展，而引起绝缘失效；其次，位于该间距内的电路板本体10的绝缘介质材料的热膨胀系数与绝缘层2在水平方向上的热膨胀系数的匹配性较好。呈上述，电路板本体10的材料在水平方向上的膨胀系数受玻璃纤维布的约束较低，如10ppm附近。在本实施例中，绝缘层2的材料为氧化铝陶瓷，氧化铝陶瓷的热膨胀系数大致为9ppm，相差较小，故电路板本体10与绝缘层2的连接处在受热时产生的裂纹较小，不会导致绝缘层2与电路板本体10脱离，有效防止电路板本体10在竖直方向上的界面产生裂纹，从而导致绝缘失效的情况的发生。并且，含有玻璃纤维布的PCB基材/半固化片直接设置于绝缘层2的外围且超出导电层1的上方，其中的玻璃纤维布具备很高的机械强度，可以有效阻断电路板本体10内的绝缘材料在绝缘层2水平和竖直交接线上萌生裂纹的扩展路径，由此可以更进一步防止绝缘失效的发生，提高产品的可靠性。

为了进一步提高产品整体的可靠性，在本实施例中，导电层1的两个第一侧部和其同侧的绝缘层2的两个侧部皆存在间距。诚然，在其他实施例中，本发明的印刷电路板可以为其他结构，在此不做具体限定，根据实际情况而定。

请具体参见图7和图8，本发明还提供了一种电路板组件，包括印刷电路板及与印刷电路板连接的功率器件30，功率器件30设置在电路板本体10上。其中，功率器件30可以通过引脚301与电路板本体10连接，即，功率器件30上可以设置有功率器件引脚301，功率器件引脚301用于电气连接电路板本体10，即实现功率器件30与电路板本体10的电气互连。或，功率器件30为QFN型功率器件，其四侧配置有电极触点，可通过电极触电直接贴装在电路板本体10上。其中，电路板本体10表面设置有表层布线，由于为常规技术，图7中已省略，未着重示意。

本发明还提供了一种电源设备，电源设备内部设有如上的电路板组件及供电板，各种电源设备内部供电板的电源输出引脚可以与该电路板组件的电源输入引脚电连接，从而实现为该电路板组件供电。其中，电源设备内部还设置有控制器件40和/或驱动器件40，控制器件40和/或驱动器件40设置在电路板本体10上。其中，电路板本体10表面设置有表层布线，由于为常规技术，图8中已省略，未着重示意。

下面例举几个实施例对其做详细阐述。

实施例一：

请具体参见图1，本实施例中的印刷电路板仅设置有一个堆叠组件20，该堆叠组件20设置在电路板本体10内。该堆叠组件20仅包括一个导电层1、绝缘层2及粘接层3，且于电路板的高度方向上，该导电层1位于绝缘层2的上方。在本实施例中，绝缘层2的长度大于导电层1的长度，且绝缘层2的每个第二侧部与位于其同侧的导电层1的第一侧部之间且存在间距。值得注意的是，电路板本体10内超出堆叠组件20的位置可能设置有多个布线层、连接导通孔等特征，电路板本体10表面亦可设置有表层布线，由于为常规技术，图1及其余图中均省略，未着重示意。

实施例二：

请参见图2，与实施例一不同的是，在本实施例中，绝缘层2-2远离导电层2-1的一侧设置有金属层2-4，金属层2-4通过电镀或低温烧结附着在绝缘层2-2上。设置有该金属层2-4的目的在于：由于绝缘层2-2为陶瓷介质，其脆性较大，在受到外部局部应力影响的时候容易发生破损，因此设置有金属层2-4以将绝缘层2-2保护。相应的，该金属层2-4也需具备导热功能。在本实施例中，该金属层2-4的材质为铜，且该金属层2-4的厚度小于50μm。

实施例三：

请参见图3，与实施例一不同的是，在本实施例中，导电层3-1设置有至少两个，至少两个设置在绝缘层3-2的两侧。具体的，该导电层3-1仅设置有两个，两个导电层3-1分别通过粘接层3-3设置在绝缘层3-2的两侧，可以有效防止在安装其他器件的时候绝缘层3-2受力损坏。

实施例四：

请参见图4，与实施例三不同的是，在本实施例中，该导电层4-1也设置有至少两个。具体的，该导电层4-1设置有两个，但两个导电层4-1通过粘接层4-3设置在绝缘层4-2的同侧，其可以满足复杂电路的需求，以布置多个功率器件。

实施例五：

请参见图5，与上述实施例一至实施例四都不同的是，在本实施例中，堆叠组件5-20设置有至少两个，具体的，在本实施例中，堆叠组件5-20仅设置有两个，两个堆叠组件5-20独立嵌入在电路板本体5-10内。即，在该电路板本体5-10内。需要特别说明的是，电路板本体10内两个堆叠组件5-20之间或者外侧可能包含有多个布线层，连接导通孔等特征，电路板本体表面亦可设置表层布线，图示中均省略，未着重示意。

实施例六：

请参见图6，与实施例五不同的是，在本实施例中，堆叠组件6-20设置有两个，且两个堆叠组件6-20设置有金属连接层6-5，每个堆叠组件6-20通过粘接层6-3与金属连接层6-5连接以设置在金属连接层6-5的两侧。为了以示区分，两个堆叠组件6-20分别称为第一堆叠组件和第二堆叠组件，与印刷电路板的高度方向上，第一堆叠组件位于第二堆叠组件的上方。其中，第一堆叠组件中的绝缘层6-2用以功能绝缘，第二堆叠组件中的绝缘层6-2用以安规绝缘。同时，金属连接层6-5设置在第一堆叠组件和第二堆叠组件的中间，以起到通流、屏蔽的功能。其中，金属连接层6-5可以通过过孔与电路板本体内的布线层连接(图中未示意)。另外，两个堆叠组件6-20的结构可以一致，也可不相同，例如第一堆叠组件中可以设置有如实施例四所述的两个导电层6-1。

综上所述：通过设置有绝缘层和导电层，且绝缘层的侧部与导电层位于其同侧的侧部之间存在有间距，以使得电路板本体的材料与该间距能够在水平方向上的热膨胀系数匹配度高，从而具有良好的结合力，有效防止电路板本体在竖直方向上的界面产生裂纹而引起绝缘失效的情况的发生，并且玻璃纤维布可以有效阻断电路板本体的绝缘介质在绝缘层水平方向上和侧壁上萌生裂纹的扩展路径，更进一步降低绝缘失效的风险。

上述仅为本发明的一个具体实施方式，其它基于本发明构思的前提下做出的任何改进都视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种印刷电路板，其特征在于，包括电路板本体及至少一个嵌入至所述电路板本体内的堆叠组件，所述堆叠组件包括：

绝缘层，所述绝缘层的材质为氧化铝陶瓷；

至少一个导电层，设置在所述绝缘层的至少一侧；

及用以连接所述绝缘层和导电层的粘接层；

所述导电层具有两个相对设置的第一侧部，所述绝缘层具有两个相对设置的第二侧部，所述绝缘层的长度大于所述导电层的长度，以使得至少一个所述第一侧部与位于其同侧的第二侧部之间存在间距；

所述电路板本体内设置有绝缘介质，所述绝缘介质包括玻璃纤维布，至少部分所述玻璃纤维布覆盖于所述间距，所述间距大于0.2mm；

所述导电层的上表面与所述电路板本体的上表面齐平，且所述绝缘层远离所述导电层的一侧设置有金属层。

2.如权利要求1所述的印刷电路板，其特征在于，所述导电层的厚度大于0.1mm。

3.如权利要求1所述的印刷电路板，其特征在于，所述粘接层的材料为环氧树脂、有机硅及聚酰亚胺中的任一种；其中，所述粘接层的厚度小于等于50μm。

4.如权利要求1所述的印刷电路板，其特征在于，所述绝缘层远离所述导电层的一侧设置有金属层，所述金属层通过电镀或低温烧结附着在所述绝缘层上；其中，所述金属层的厚度小于50μm。

5.如权利要求1所述的印刷电路板，其特征在于，所述导电层设置有至少两个，至少两个设置在所述绝缘层的两侧或同侧。

6.如权利要求1所述的印刷电路板，其特征在于，所述堆叠组件设置有至少两个，至少两个独立嵌入在所述电路板本体内；或，所述堆叠组件设置有至少两个，且至少两个所述堆叠组件设置有金属连接层，每个所述堆叠组件通过所述粘接层与所述金属连接层连接以设置在所述金属连接层的两侧。

7.一种电路板组件，其特征在于，包括如权利要求1至6中任一项所述的印刷电路板及与所述印刷电路板连接的功率器件，所述功率器件设置在所述电路板本体上；其中，所述功率器件可以通过引脚与所述电路板本体连接，或，所述功率器件可以直接贴装在所述电路板本体上。

8.一种电源设备，其特征在于，所述电源设备内部设有如权利要求7所述的电路板组件及供电板，所述供电板的电源输出引脚与所述电路板的电源输入引脚电连接；

其中，所述电源设备内部还设置有控制器件和/或驱动器件，所述控制器件和/或驱动器件设置在所述电路板本体上。

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