CN114727473A - 一种具有高散热性结构的pcb板及其加工方法 - Google Patents
一种具有高散热性结构的pcb板及其加工方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114727473A CN114727473A CN202210232256.XA CN202210232256A CN114727473A CN 114727473 A CN114727473 A CN 114727473A CN 202210232256 A CN202210232256 A CN 202210232256A CN 114727473 A CN114727473 A CN 114727473A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- heat dissipation
- area
- hole
- heat
- manufacturing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 title claims abstract description 348
- 238000003672 processing method Methods 0.000 title abstract description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 84
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 84
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 49
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 49
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 49
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 47
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 38
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 60
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 54
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 21
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 16
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 16
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 10
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims description 9
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 9
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 claims description 8
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 6
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 6
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 5
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 3
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 2
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 9
- 239000002699 waste material Substances 0.000 abstract description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 10
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000011295 pitch Substances 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 2
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 description 2
- 206010063385 Intellectualisation Diseases 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 238000003698 laser cutting Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/0201—Thermal arrangements, e.g. for cooling, heating or preventing overheating
- H05K1/0203—Cooling of mounted components
- H05K1/0204—Cooling of mounted components using means for thermal conduction connection in the thickness direction of the substrate
- H05K1/0206—Cooling of mounted components using means for thermal conduction connection in the thickness direction of the substrate by printed thermal vias
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/0201—Thermal arrangements, e.g. for cooling, heating or preventing overheating
- H05K1/0203—Cooling of mounted components
- H05K1/0207—Cooling of mounted components using internal conductor planes parallel to the surface for thermal conduction, e.g. power planes
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/0058—Laminating printed circuit boards onto other substrates, e.g. metallic substrates
- H05K3/0061—Laminating printed circuit boards onto other substrates, e.g. metallic substrates onto a metallic substrate, e.g. a heat sink
Abstract
本发明公开了一种具有高散热性结构的PCB板及其加工方法，包括芯板、金属基板、半固化片，所述芯板与所述金属基板通过半固化片压合连接，所述芯板上具有若干第一散热区，用于放置大功率元器件，所述第一散热区上开设有若干第一散热孔，所述第一散热孔之间通过传热导线连接，所述第一散热孔的孔壁上具有孔铜，根据大功率元器件的散热要求选择芯板和金属基板；并制作芯板和金属基板后，将芯板与所述金属基板通过半固化片压合连接，通过第一散热区和若干第一散热孔、孔内填充物的设计，既能满足散热要求，又不会远超产品的散热要求，避免造成成本过高，资源浪费的现象出现。
Description
技术领域
本发明涉及PCB板的技术领域，具体为一种具有高散热性结构的PCB板及其加工方法。
背景技术
随着电子器件不断向智能化、小型化和便携化发展，电子器件的功率密度越来越大，尤其大功率电子器件在工作时所消耗的电能，除部分用于做有用功外，大部分转化成热量，这些热量使元件内部温度迅速上升，如不及时将热量散发，电子元器件持续升温会导致品质下降，甚至因过热失效。
对于发热量大的电子元件，需进行相应的散热设计，如采用金属基板制作电路板、电路板上焊接金属基板等，但是上述方法存在金属材料消耗大、成本高、制作工艺复杂、产品笨重的缺点。此外，在散热设计时，未考虑大功率电子器件在正常工作时的发热量，选择电路板合适导热性能部分材料，并通过计算精确优化散热设计，导致选材和布线设计无法满足散热要求或远超产品要求，造成成本较高无法推广应用。
发明内容
基于此，有必要提供一种具有高散热性结构的PCB板及其加工方法。
一种具有高散热性结构的PCB板，包括芯板、金属基板、半固化片，所述芯板与所述金属基板通过半固化片压合连接，所述芯板上具有若干第一散热区，用于放置大功率元器件，所述第一散热区上开设有若干第一散热孔，所述第一散热孔之间通过传热导线连接，所述第一散热孔的孔壁上具有孔铜，孔内填充物容置于第一散热孔内且与孔铜相抵持；与所述第一散热区临接有至少一个第二散热区，所述第二散热区上开设有若干第二散热孔，若干第二散热孔的孔间距在第二散热孔远离大功率元器件的过程中逐渐增加。
在其中一个实施例中，所述若干第一散热孔之间的孔间距相同。
一种具有高散热性结构的PCB板的加工方法，
S1、板材选择，根据大功率元器件的散热要求选择芯板和金属基板；
S2、芯板和金属基板制作；
S3、压合，所述芯板与所述金属基板通过半固化片压合连接。
所述芯板的制作方法为：
S51、芯板板材选择，根据大功率元器件的散热要求选择导热系数和基材厚度符合要求的芯板；
S52、预设第一散热区，在芯板上预设第一散热区的数量和不同第一散热区的面积；
S53、预设第一散热孔孔径和孔铜厚度；
S54、预设孔内填充物；
S55、预设第二散热区，在芯板上根据第一散热区的数量和不同第一散热区的面积预设第二散热区；
S56、计算第一散热孔数量及面积，计算单个第一散热区的第一散热孔数量及所有第一散热孔的最小散热面积；
S57、比较面积大小，判断单个第一散热区所有第一散热孔的最小散热面积是否小于单个第一散热区的面积，是则进入下个步骤；
S58、第一散热孔制作，在芯板的第一散热区上开设有预设数量和密度的第一散热孔并电镀孔铜；
S59、孔内填充物制作，将孔内填充物容置于第一散热孔中；
S60、第二散热区制作，在与第一散热区的临接区域制作预设数量和面积的第二散热区；
S61、第二散热孔制作，在第二散热区上开设预设数量的第二散热孔。
在其中一个实施例中，所述芯板上预设第一散热区的数量和单个第一散热区的面积的方法：
S61、确定大功率元器件的数量和类型；
S62、根据大功率元器件的数量确定第一散热区的数量；
S63、计算单个大功率元器件正常工作时的热量；
S64、计算所有大功率元器件正常工作时的热量之和；
S65、计算单个大功率元器件正常工作时的热量与所有大功率元器件正常工作时的热量之和的比值；
S66、根据比值将所有大功率元器件均匀分布在芯板上；
S67、将单个大功率元器件焊盘区域及四周附近无布线区域预设为第一散热区。
在其中一个实施例中，所述第一散热孔的最小散热面积计算方法为：
S71、计算单个第一散热孔孔铜导热截面积S2；
S72、计算所有第一散热孔孔铜导热截面积S4；
S73、计算单个第一散热孔孔内填充物导热截面积S3；
S74、计算所有第一散热孔孔内填充物导热截面积S5；
S75、根据公式n=( Q-K2*S1*△T/L)*L/[（K1*S2-K2* S2- K2* S3+K3* S3）*△T]计算出第一散热孔数量；
S76、根据第一散热孔数量可以计算出第一散热孔的面积；
S77、设定第一散热孔孔间为最小间距值，计算出第一散热孔的最小散热面积S6。
在其中一个实施例中，在S57中，当单个第一散热区所有第一散热孔的最小散热面积大于单个第一散热区的面积，则返回S51，对芯板进行重新设计。
在其中一个实施例中，所述孔内填充物为普通树脂或高导热树脂或金属浆中的一种。
在其中一个实施例中，所述金属浆的填充方法为：
S101、钻孔，钻塞孔铝片；
S102、印刷金属浆，在第一散热孔孔内印刷金属浆，采用阻焊铝片塞孔的方法，在散热孔孔内印刷金属浆；
S103、烘烤，将金属浆在预设温度下烘烤预设时间；
S104、陶瓷磨板；
S105、线路制作。
在其中一个实施例中，
所述孔内填充物为普通树脂或高导热树脂的填充方法为：
S121、钻孔；
S122、沉铜；
S123、电镀；
S124、树脂塞孔；
S125、陶瓷磨板；
S126、电镀；
S127、线路制作。
在其中一个实施例中，制作与第一散热孔或第二散热孔对应的金属散热柱的制作方法为改良半加成法或金属基板散热柱制作法。
在其中一个实施例中，所述金属基板散热柱制作法为：
S131、开料；
S132、贴干膜；
S133、图形转移；
S134、显影；
S135、酸性蚀刻；
S136、退膜。
在其中一个实施例中，所述半固化片的制作方法为：
S141、半固化片裁切；
S142、半固化片定位加工；
S143、半固化片开窗。
在其中一个实施例中，S2=π*D*D/4-π*(D-H）*(D-H）/4，S3=π*(D-H）*(D-H）/4，S4=n*S2，S5=n*S3，D代表散热孔直径，H代表散热孔孔铜厚度， S2代表单个第一散热孔孔铜导热截面积，S3代表单个第一散热孔孔内填充物导热截面积，S4代表n个第一散热孔孔铜导热截面积之和， S5代表n个第一散热孔孔内填充物导热截面积之和。
上述一种具有高散热性结构的PCB板及其加工方法，根据大功率元器件的散热要求选择芯板和金属基板，并在芯板确定第一散热区，并在第一散热区上开设预设数量和密度的第一散热孔，并在第一散热孔内填充孔内填充物，芯板和金属基板的选材，以及第一散热区和若干第一散热孔、孔内填充物的设计，既能满足散热要求，又不会远超产品的散热要求，避免造成成本过高，资源浪费的现象出现。
附图说明
图1为本发明的高散热性的大功率元器件PCB板的结构示意图；
图2为本发明的高散热性的大功率元器件PCB板的加工方法的流程图；
图3为本发明的高散热性的大功率元器件PCB板的加工方法的芯板制作的流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接”与另一元件连接时，不存在中间元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1所示，一种具有高散热性结构的PCB板，包括芯板100、金属基板200、半固化片300，所述芯板100与所述金属基板200通过半固化片300压合连接，所述芯板100上具有若干第一散热区110，用于放置大功率元器件，所述第一散热区110上开设有若干第一散热孔111，所述第一散热孔111之间通过传热导线连接，所述第一散热孔111的孔壁上具有孔铜112，孔内填充物113容置于第一散热孔111内且与孔铜112相抵持；与所述第一散热区110临接有至少一个第二散热区120，所述第二散热区120上开设有若干第二散热孔121，若干第二散热孔121的孔间距在第二散热孔121远离大功率元器件的过程中逐渐增加。
在其中一个实施例中，芯板100板厚为0.47mm±0.02mm，铜厚为170μm±5μm，导热系数K2为0.53W/(m•K)以上。
在其中一个实施例中，所述若干第一散热孔111之间的孔间距相同。
如图2所示，一种具有高散热性结构的PCB板的加工方法，
S1、板材选择，根据大功率元器件的散热要求选择芯板100和金属基板200；
S2、芯板100和金属基板200制作；
S3、压合，所述芯板100与所述金属基板200通过半固化片300压合连接。
如图3所示，所述芯板100的制作方法为：
S51、芯板板材选择，根据大功率元器件的散热要求选择导热系数和基材厚度符合要求的芯板100；
S52、预设第一散热区110，在芯板100上预设第一散热区110的数量和不同第一散热区的面积；
S53、预设第一散热孔111孔径和孔铜厚度；
S54、预设孔内填充物113；
S55、预设第二散热区120，在芯板100上根据第一散热区110的数量和不同第一散热区110的面积预设第二散热区120；
S56、计算第一散热孔111数量及面积，计算单个第一散热区110的第一散热孔111数量及所有第一散热孔111的最小散热面积；
S57、比较面积大小，判断单个第一散热区110所有第一散热孔111的最小散热面积是否小于单个第一散热区110的面积，是则进入下个步骤；
S58、第一散热孔111制作，在芯板100的第一散热区110上开设有预设数量和密度的第一散热孔111并电镀孔铜；
S59、孔内填充物113制作，将孔内填充物113容置于第一散热孔111中；
S60、第二散热区120制作，在与第一散热区110的临接区域制作预设数量和面积的第二散热区120；
S61、第二散热孔120制作，在第二散热区120上开设预设数量的第二散热孔121。
在其中一个实施例中，所述芯板100上预设第一散热区110的数量和单个第一散热区110的面积的方法：
S61、确定大功率元器件的数量和类型；
S62、根据大功率元器件的数量确定第一散热区的数量；
S63、计算单个大功率元器件正常工作时的热量；
S64、计算所有大功率元器件正常工作时的热量之和；
S65、计算单个大功率元器件正常工作时的热量与所有大功率元器件正常工作时的热量之和的比值；
S66、根据比值将所有大功率元器件均匀分布在芯板100上；
S67、将单个大功率元器件焊盘区域及四周附近无布线区域预设为第一散热区110。
在其中一个实施例中，所述第一散热孔111的最小散热面积计算方法为：
S71、计算单个第一散热孔孔铜112导热截面积S2；
S72、计算所有第一散热孔孔铜112导热截面积S4；
S73、计算单个第一散热孔111孔内填充物113导热截面积S3；
S74、计算所有第一散热孔111孔内填充物113导热截面积S5；
S75、根据公式n=( Q-K2*S1*△T/L)*L/[（K1*S2-K2* S2- K2* S3+K3* S3）*△T]计算出第一散热孔111数量；
S76、根据第一散热孔111数量可以计算出第一散热孔111的面积；
S77、设定第一散热孔111孔间为最小间距值，计算出第一散热孔的最小散热面积S6。
在其中一个实施例中，在S57中，当单个第一散热区110所有第一散热孔111的最小散热面积大于单个第一散热区110的面积，则返回S51，对芯板100进行重新设计。
在其中一个实施例中，所述孔内填充物113为普通树脂或高导热树脂或金属浆中的一种。
在其中一个实施例中，所述金属浆的填充方法为：
S101、钻孔，钻塞孔铝片；
S102、印刷金属浆，在第一散热孔孔内印刷金属浆，采用阻焊铝片塞孔的方法，在散热孔孔内印刷金属浆；
S103、烘烤，将金属浆在预设温度下烘烤预设时间；
S104、陶瓷磨板；
S105、线路制作。
在其中一个实施例中，所述孔内填充物113为普通树脂或高导热树脂的填充方法为：
S121、钻孔；
S122、沉铜；
S123、电镀；
S124、树脂塞孔；
S125、陶瓷磨板；
S126、电镀；
S127、线路制作。
在其中一个实施例中，制作与第一散热孔111或第二散热孔121对应的金属散热柱210的制作方法为改良半加成法或金属基板散热柱制作法。
在其中一个实施例中，所述金属基板散热柱制作法为：
S131、开料；
S132、贴干膜；
S133、图形转移；
S134、显影；
S135、酸性蚀刻；
S136、退膜。
在其中一个实施例中，所述半固化片300的制作方法为：
S141、半固化片300裁切；
S142、半固化片300定位加工；
S143、半固化片300开窗。
在其中一个实施例中，S2=π*D*D/4-π*(D-H）*(D-H）/4，S3=π*(D-H）*(D-H）/4，S4=n*S2，S5=n*S3，D代表散热孔直径，H代表散热孔孔铜厚度， S2代表单个第一散热孔孔铜导热截面积，S3代表单个第一散热孔孔内填充物导热截面积，S4代表n个第一散热孔孔铜导热截面积之和，S5代表n个第一散热孔孔内填充物导热截面积之和。
实施例1：
第一步、计算大功率元器件（如大电流MOS管）正常工作产生的热量，根据电路板上需要承载的大功率元器件正常工作时产热电阻R，例如为：1.1Ω和正常工作电压U，例如为10V，通过Q=U2*t/R的计算公式，推导出大功率元器件正常工作时间T后，例如为90s，产生的热量Q为1100J。或者采用元器件发热量的常规测量方法，直接测量出在大功率元器件正常工作时间T后产生的热量Q为1100J。
第二步、芯板100板材选择，根据大功率元器件的散热需求确定芯板100板厚为0.47mm±0.02mm，铜厚为170μm±5μm，选择导热系数K2为0.53W/(m•K)以上的基材，,基材厚度0.13mm。
第三步、芯板100分区，根据热量分区法优化大功率元器件分布设计，根据电路板上大功率元器件的承载数量和类型，结合各类型大功率元器件正常工作时产生的热量，计算电路板上大功率元器件正常工作时产生的热量之和，结合单个大功率元器件正常工作时产生的热量占电路板上大功率元器件正常工作时产生的热量之和的比例，设计均分大功率元器件分布区域，使大功率元器件正常工作时产生的热量均匀分布在整个在电路板上，避免因大功率元器件分布过于集中，导致局部区域产生热量过多，无法满足应用端对散热的要求或者需要选择散热性能更好的材料，导致生产成本高。
第四步、预设第一散热区110，对大功率元器件散热区域面积抓取，通过电路工程设计软件抓取大功率元器件焊盘和四周附近无布线区域面积为S1，例如为500(mm)2，即为大功率元器件第一散热区110的面积。
第五步、计算孔铜112导热截面积和孔内填充物113导热截面积，根据公式S3=π*(D-H）*(D-H）/4和S2=π*D*D/4-π*(D-H）*(D-H）/4（D代表第一散热孔直径，H代表第一散热孔孔铜厚度，S3代表单个第一散热孔孔内填充物导热截面积，S2代表单个第一散热孔孔铜导热截面积）计算出单个第一散热孔孔内填充物导热截面积S3和单个第一散热孔孔铜导热截面积的S2。
第六步、计算第一散热孔数量，新能源汽车电控模块要求大功率元器件在正常工作时，大功率元器件的温度从常温状态（温度为25℃）升到100℃，升温时间为90s以上。根据传导散热计算公式Q=K1*S4*△T/L+K2*（S1-S4-S5）*△T/L+K3*S5*△T/L、S4=n*S2和S5=n*S3（Q代表热量，“K1”代表铜的导热系数，“K2”代表铜的导热系数，S1*代表电路板第一散热区110面积，“S4”代表n个第一散热孔孔铜112导热截面积之和，“S5”代表n个第一散热孔孔内填充物113导热截面积之和，△T温度差，L芯板介层厚度、n代表第一散热孔孔数），可以计算出散热孔孔数n。
第七步、计算出第一散热孔111的最小分布面积S6，根据第一散热孔111的孔中心最小间距为0.5mm，可以计算出第一散热孔111的最小分布面积S6。
第八步、将电路板上的第一散热区面积S1和第一散热孔的最小分布面积S6进行比较
当S6＜S1则电路板上的第一散热区110可以容纳满足大功率器件正常工作时对散热的要求的第一散热孔111。
第九步、散热区及散热孔制作，
1、制作大功率器件第一散热区110以第一散热孔111最小间距制作最多的第一散热孔111；
2、制作大功率器件第一散热区110临接的第二散热区120，第二散热区120上开设有若干第二散热孔121，按照距离大功率器件由近至远，第二散热孔121的孔间距由小到大逐步延伸。
第十步、将孔内填充物113容置于第一散热孔111或第二散热孔121中。孔内填充物113可以选择导热系数K3为0.25W/(m•K)以上的普通环氧树脂或高导热树脂中的一种。
第十一步、将所述芯板100与所述金属基板200通过半固化片300压合连接。
实施例2：
第一步、计算大功率元器件（如大电流MOS管）正常工作产生的热量，根据电路板上需要承载的大功率元器件正常工作时产热电阻R，例如为：1.1Ω和正常工作电压U，例如为10V，通过Q=U2*t/R的计算公式，推导出大功率元器件正常工作时间T后，例如为90s，产生的热量Q为1100J。或者采用元器件发热量的常规测量方法，直接测量出在大功率元器件正常工作时间T后产生的热量Q为1100J。
第二步、芯板100板材选择，根据大功率元器件的散热需求确定芯板100板厚为0.47mm±0.02mm，铜厚为170μm±5μm，选择导热系数K2为0.53W/(m•K)以上的基材，,基材厚度0.13mm。
第三步、芯板100分区，根据热量分区法优化大功率元器件分布设计，根据电路板上大功率元器件的承载数量和类型，结合各类型大功率元器件正常工作时产生的热量，计算电路板上大功率元器件正常工作时产生的热量之和，结合单个大功率元器件正常工作时产生的热量占电路板上大功率元器件正常工作时产生的热量之和的比例，设计均分大功率元器件分布区域，使大功率元器件正常工作时产生的热量均匀分布在整个在电路板上，避免因大功率元器件分布过于集中，导致局部区域产生热量过多，无法满足应用端对散热的要求或者需要选择散热性能更好的材料，导致生产成本高。
第四步、预设第一散热区110，对大功率元器件散热区域面积抓取，通过电路工程设计软件抓取大功率元器件焊盘和四周附近无布线区域面积为S1，即为大功率元器件第一散热区110的面积。
第五步：计算孔铜112导热截面积和孔内填充物113导热截面积，根据公式S3=π*(D-H）*(D-H）/4和S2=π*D*D/4-π*(D-H）*(D-H）/4（D代表第一散热孔直径，H代表第一散热孔孔铜厚度，S3代表单个第一散热孔孔内填充物导热截面积，S2代表单个第一散热孔孔铜导热截面积）计算出单个第一散热孔孔内填充物导热截面积S3和单个第一散热孔孔铜导热截面积的S2。
第六步、计算第一散热孔数量，新能源汽车电控模块要求大功率元器件在正常工作时，大功率元器件的温度从常温状态（温度为25℃）升到100℃，升温时间为90s以上。根据传导散热计算公式Q=K1*S4*△T/L+K2*（S1-S4-S5）*△T/L+K3*S5*△T/L、S4=n*S2和S5=n*S3（Q代表热量，“K1”代表铜的导热系数，“K2”代表铜的导热系数，S1*代表电路板第一散热区110面积，“S4”代表n个第一散热孔孔铜112导热截面积之和，“S5”代表n个第一散热孔孔内填充物113导热截面积之和，△T温度差，L芯板介层厚度、n代表第一散热孔孔数），可以计算出散热孔孔数n。
第七步、计算出第一散热孔111的最小分布面积S6，根据第一散热孔111的孔中心最小间距为0.5mm，可以计算出第一散热孔111的最小分布面积S6。
第八步、将电路板上的第一散热区面积S1和第一散热孔的最小分布面积S6进行比较
当S6＞S1则电路板上的第一散热区110不可以容纳满足大功率元器件正常工作时对散热的要求的第一散热孔111。
第九步、返回第二步，选择散热性能更优或介质层厚度更薄的芯板100或扩大第一散热区110的面积或选取金属浆作为孔内填充物113，直至符合满足大功率元器件正常工作时对散热的要求为止。
第十步、将所述芯板100与所述金属基板200通过半固化片300压合连接。
这样，一种具有高散热性结构的PCB板及其加工方法，根据大功率元器件的散热要求选择芯板100和金属基板200，并在芯板100确定第一散热区110，并在第一散热区110上开设预设数量和密度的第一散热孔111，并在第一散热孔111内填充孔内填充物113，芯板100和金属基板200的选材，以及第一散热区110和若干第一散热孔111、孔内填充物113的设计，既能满足散热要求，又不会远超产品的散热要求，避免了造成成本过高，资源浪费的现象出现。
进一步地，若选用金属浆作为孔内填充物113，则孔铜112的厚度为0。
进一步地，第二散热区120及若干第二散热孔121的设置，可以有效地辅助第一散热区110对大功率元器件进行散热，在第一散热区110无法满足大功率元器件的散热要求时，可以根据大功率元器件的散热要求重新划分第二散热区120，将第二散热区120的部分或全部区域也划为第一散热区110，第二散热孔121也进行重新排列，来满足大功率元器件的散热要求。
进一步地，为了达到更好的散热效果，制作与第一散热孔111或第二散热孔121对应的金属散热柱210的制作方法为改良半加成法或金属基板散热柱制作法。
金属基板散热柱制作法为：
S131、开料，金属基板200开料尺寸与芯板100尺寸一致；
S132、贴干膜；
S133、图形转移，金属基板200金属散热柱210资料设计，金属散热柱210位置与芯板100散热孔位置及尺寸大小一致，优先采用LDI机正常曝光即可；
S134、显影；
S135、酸性蚀刻，蚀刻线速需要根据整体板件层压结构设计的芯板100与金属基板200间的介层厚度调整，使得蚀刻后形成的金属散热柱210高度与上述介层厚度一致即可；
S136、退膜。
改良半加成法：
第一步、开料；
第二步、压膜；
第三步、曝光显影；
第四步、铜柱电镀；
第五步、脱膜；
第六步、绝缘层压合；
第七步、研磨。
芯板100在与金属基板200结合的线路层，且与第一散热孔111或第二散热孔121对应位置设计金属散热柱210，在芯板100上按照改良后的半加成法制作出所需的金属散热柱210，或者通过金属基板散热柱制作法在金属基板200上制作出金属散热柱210，金属散热柱210分别与芯板100和金属基板200连接，在芯板100上产生的热量可以通过金属散热柱210传导到金属基板200，进而通过金属基板200将热量散热出去，实现了多渠道散热，可以大幅度提高整体板件散热性能。
进一步地，半固化片300为常规半固化片或高导热半固化片。
半固化片300的制作方法为：
S141、半固化片300裁切，半固化片300尺寸与芯板100尺寸大小一致
S142、半固化片300定位加工，按照整体板件层压设计所需的铆合位置加工定位孔，定位孔大小与芯板100的定位孔一致
S143、半固化片300开窗，根据芯板100与金属基板200结合的相应线路层设计的金属散热柱210位置或者金属基板200相应位置的金属散热柱210，采用机械加工或激光切割方式加工出与上述金属散热柱210截面单边预大1.5mil-2mil的开窗，可以用来容纳金属散热柱210，使芯板100在与金属基板200实现导通。
进一步地，为了使大功率元器件达到更好的散热效果，在大功率元器件放置的第一散热区110临接的第二散热区120设置引脚焊接区，使大功率元器件在第二散热区120上引脚焊接区完成引脚焊接，避免引脚焊接区占用第一散热区110的区域，使大功率元器件的散热效果更好。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (13)
1.一种具有高散热性结构的PCB板，其特征在于：包括芯板、金属基板、半固化片，所述芯板与所述金属基板通过半固化片压合连接，所述芯板上具有若干第一散热区，用于放置大功率元器件，所述第一散热区上开设有若干第一散热孔，所述第一散热孔之间通过传热导线连接，所述第一散热孔的孔壁上具有孔铜，孔内填充物容置于第一散热孔内且与孔铜相抵持；与所述第一散热区临接有至少一个第二散热区，所述第二散热区上开设有若干第二散热孔，若干第二散热孔的孔间距在第二散热孔远离大功率元器件的过程中逐渐增加。
2.根据权利要求1所述的具有高散热性结构的PCB板，其特征在于：所述若干第一散热孔之间的孔间距相同。
3.根据权利要求1所述的一种具有高散热性结构的PCB板的加工方法，其特征在于：
S1、板材选择，根据大功率元器件的散热要求选择芯板和金属基板；
S2、芯板和金属基板制作；
S3、压合，所述芯板与所述金属基板通过半固化片压合连接；
所述芯板的制作方法为：
S51、芯板板材选择，根据大功率元器件的散热要求选择导热系数和基材厚度符合要求的芯板；
S52、预设第一散热区，在芯板上预设第一散热区的数量和不同第一散热区的面积；
S53、预设第一散热孔孔径和孔铜厚度；
S54、预设孔内填充物；
S55、预设第二散热区，在芯板上根据第一散热区的数量和不同第一散热区的面积预设第二散热区；
S56、计算第一散热孔数量及面积，计算单个第一散热区的第一散热孔数量及所有第一散热孔的最小散热面积；
S57、比较面积大小，判断单个第一散热区所有第一散热孔的最小散热面积是否小于单个第一散热区的面积，是则进入下个步骤；
S58、第一散热孔制作，在芯板的第一散热区上开设有预设数量和密度的第一散热孔并电镀孔铜；
S59、孔内填充物制作，将孔内填充物容置于第一散热孔中；
S60、第二散热区制作，在与第一散热区的临接区域制作预设数量和面积的第二散热区；
S61、第二散热孔制作，在第二散热区上开设预设数量的第二散热孔。
4.根据权利要求3所述的一种具有高散热性结构的PCB板的加工方法，其特征在于：所述芯板上预设第一散热区的数量和单个第一散热区的面积的方法：
S61、确定大功率元器件的数量和类型；
S62、根据大功率元器件的数量确定第一散热区的数量；
S63、计算单个大功率元器件正常工作时的热量；
S64、计算所有大功率元器件正常工作时的热量之和；
S65、计算单个大功率元器件正常工作时的热量与所有大功率元器件正常工作时的热量之和的比值；
S66、根据比值将所有大功率元器件均匀分布在芯板上；
S67、将单个大功率元器件焊盘区域及四周附近无布线区域预设为第一散热区。
5.根据权利要求3所述的一种具有高散热性结构的PCB板的加工方法，其特征在于：所述第一散热孔的最小散热面积计算方法为：
S71、计算单个第一散热孔孔铜导热截面积S2；
S72、计算所有第一散热孔孔铜导热截面积S4；
S73、计算单个第一散热孔孔内填充物导热截面积S3；
S74、计算所有第一散热孔孔内填充物导热截面积S5；
S75、根据公式n=( Q-K2*S1*△T/L)*L/[（K1*S2-K2* S2- K2* S3+K3* S3）*△T] 计算出第一散热孔数量；
S76、根据第一散热孔数量可以计算出第一散热孔的面积；
S77、设定第一散热孔孔间为最小间距值，计算出第一散热孔的最小散热面积S6。
6.根据权利要求3所述的一种具有高散热性结构的PCB板的加工方法，其特征在于：在S57中，当单个第一散热区所有第一散热孔的最小散热面积大于单个第一散热区的面积，则返回S51，对芯板进行重新设计。
7.根据权利要求3所述的一种具有高散热性结构的PCB板的加工方法，其特征在于：所述孔内填充物为普通树脂或高导热树脂或金属浆中的一种。
8.根据权利要求7所述的一种具有高散热性结构的PCB板的加工方法，其特征在于：所述金属浆的填充方法为：
S101、钻孔，钻塞孔铝片；
S102、印刷金属浆，在第一散热孔孔内印刷金属浆，采用阻焊铝片塞孔的方法，在散热孔孔内印刷金属浆；
S103、烘烤，将金属浆在预设温度下烘烤预设时间；
S104、陶瓷磨板；
S105、线路制作。
9.根据权利要求7所述的一种具有高散热性结构的PCB板的加工方法，其特征在于：
所述孔内填充物为普通树脂或高导热树脂的填充方法为：
S121、钻孔；
S122、沉铜；
S123、电镀；
S124、树脂塞孔；
S125、陶瓷磨板；
S126、电镀；
S127、线路制作。
10.根据权利要求3所述的一种具有高散热性结构的PCB板的加工方法，其特征在于：制作与第一散热孔或第二散热孔对应的金属散热柱的制作方法为改良半加成法或金属基板散热柱制作法。
11.根据权利要求10所述的一种具有高散热性结构的PCB板的加工方法，其特征在于：所述金属基板散热柱制作法为：
S131、开料；
S132、贴干膜；
S133、图形转移；
S134、显影；
S135、酸性蚀刻；
S136、退膜。
12.根据权利要求3所述的一种具有高散热性结构的PCB板的加工方法，其特征在于：所述半固化片的制作方法为：
S141、半固化片裁切；
S142、半固化片定位加工；
S143、半固化片开窗。
13.根据权利要求5所述的一种具有高散热性结构的PCB板的加工方法，其特征在于：S2=π*D*D/4-π*(D-H）*(D-H）/4，S3=π*(D-H）*(D-H）/4，S4=n*S2，S5=n*S3，D代表散热孔直径，H代表散热孔孔铜厚度， S2代表单个第一散热孔孔铜导热截面积，S3代表单个第一散热孔孔内填充物导热截面积，S4代表n个第一散热孔孔铜导热截面积之和， S5代表n个第一散热孔孔内填充物导热截面积之和。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210232256.XA CN114727473B (zh) | 2022-03-10 | 2022-03-10 | 一种具有高散热性结构的pcb板及其加工方法 |
| PCT/CN2022/139064 WO2023169037A1 (zh) | 2022-03-10 | 2022-12-14 | 一种具有高散热性结构的pcb板及其加工方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210232256.XA CN114727473B (zh) | 2022-03-10 | 2022-03-10 | 一种具有高散热性结构的pcb板及其加工方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114727473A true CN114727473A (zh) | 2022-07-08 |
| CN114727473B CN114727473B (zh) | 2023-03-24 |
Family
ID=82237481
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210232256.XA Active CN114727473B (zh) | 2022-03-10 | 2022-03-10 | 一种具有高散热性结构的pcb板及其加工方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114727473B (zh) |
| WO (1) | WO2023169037A1 (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116667024A (zh) * | 2023-06-29 | 2023-08-29 | 深圳市鑫鹏博电子科技有限公司 | 用于连接新能源电动汽车电路板的接线端子 |
| WO2023169037A1 (zh) * | 2022-03-10 | 2023-09-14 | 惠州市金百泽电路科技有限公司 | 一种具有高散热性结构的pcb板及其加工方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117156661B (zh) * | 2023-10-30 | 2024-02-02 | 四川龙裕天凌电子科技有限公司 | 高频微波印制电路板及其加工制造方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007019125A (ja) * | 2005-07-06 | 2007-01-25 | Yaskawa Electric Corp | 電力変換装置 |
| WO2007115520A1 (de) * | 2006-04-11 | 2007-10-18 | Conti Temic Microelectronic Gmbh | Verfahren zur herstellung einer elektronischen baugruppe |
| CN105472861A (zh) * | 2014-09-05 | 2016-04-06 | 深南电路有限公司 | 一种印制电路板散热过孔制造的方法及印制电路板 |
| CN108293293A (zh) * | 2015-11-30 | 2018-07-17 | 日本精工株式会社 | 散热基板及电动助力转向装置 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6591897B1 (en) * | 2002-02-20 | 2003-07-15 | Delphi Technologies, Inc. | High performance pin fin heat sink for electronics cooling |
| CN209882204U (zh) * | 2019-01-25 | 2019-12-31 | 上海海拉电子有限公司 | 一种pcb板 |
| CN210670776U (zh) * | 2019-07-09 | 2020-06-02 | 北京小米移动软件有限公司 | 电路板及led模组 |
| CN114727473B (zh) * | 2022-03-10 | 2023-03-24 | 惠州市金百泽电路科技有限公司 | 一种具有高散热性结构的pcb板及其加工方法 |
-
2022
- 2022-03-10 CN CN202210232256.XA patent/CN114727473B/zh active Active
- 2022-12-14 WO PCT/CN2022/139064 patent/WO2023169037A1/zh unknown
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007019125A (ja) * | 2005-07-06 | 2007-01-25 | Yaskawa Electric Corp | 電力変換装置 |
| WO2007115520A1 (de) * | 2006-04-11 | 2007-10-18 | Conti Temic Microelectronic Gmbh | Verfahren zur herstellung einer elektronischen baugruppe |
| CN105472861A (zh) * | 2014-09-05 | 2016-04-06 | 深南电路有限公司 | 一种印制电路板散热过孔制造的方法及印制电路板 |
| CN108293293A (zh) * | 2015-11-30 | 2018-07-17 | 日本精工株式会社 | 散热基板及电动助力转向装置 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023169037A1 (zh) * | 2022-03-10 | 2023-09-14 | 惠州市金百泽电路科技有限公司 | 一种具有高散热性结构的pcb板及其加工方法 |
| CN116667024A (zh) * | 2023-06-29 | 2023-08-29 | 深圳市鑫鹏博电子科技有限公司 | 用于连接新能源电动汽车电路板的接线端子 |
| CN116667024B (zh) * | 2023-06-29 | 2024-03-19 | 深圳市鑫鹏博电子科技有限公司 | 用于连接新能源电动汽车电路板的接线端子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2023169037A1 (zh) | 2023-09-14 |
| CN114727473B (zh) | 2023-03-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN114727473B (zh) | 一种具有高散热性结构的pcb板及其加工方法 | |
| CN107484356B (zh) | 一种厚铜夹心铝基板的制作方法 | |
| US8956918B2 (en) | Method of manufacturing a chip arrangement comprising disposing a metal structure over a carrier | |
| CN101299911B (zh) | 制作多层电路化衬底的方法 | |
| CN1956624B (zh) | 刚性-柔性印刷电路板及其制造方法 | |
| CN111511129B (zh) | 一种不对称板的制作方法 | |
| JP2003142831A (ja) | 電子部品内装配線板およびその製造方法 | |
| CN109618509B (zh) | 一种pcb的制造方法 | |
| CN110621123A (zh) | 一种导热pcb的制作方法及pcb | |
| CN115250586B (zh) | 一种嵌铜印制电路板加工方法及嵌铜印制电路板 | |
| CN108770191B (zh) | 一种新能源汽车铜基线路板及其制作方法 | |
| KR100965341B1 (ko) | 인쇄회로기판의 제조방법 | |
| JP5764234B2 (ja) | プリント配線板の製造方法 | |
| CN114222445A (zh) | 一种电路板制作方法及电路板 | |
| US20030082896A1 (en) | Hole metal-filling method | |
| US7810232B2 (en) | Method of manufacturing a circuit board | |
| JP2005191100A (ja) | 半導体基板及びその製造方法 | |
| JP2013243293A (ja) | プリント配線板及びその製造方法 | |
| CN111988918A (zh) | 一种厚铜线路板的制作方法 | |
| KR100299671B1 (ko) | 다층 금속인쇄회로기판의 제조방법 | |
| US20050062587A1 (en) | Method and structure of a substrate with built-in via hole resistors | |
| TWI766684B (zh) | 晶片電阻批量半成品、晶片電阻及其製法 | |
| Gallagher et al. | A fully additive, polymeric process for the fabrication and assembly of substrate and component level packaging | |
| EP1259102B1 (en) | Multi-layer printed circuit bare board enabling higher density wiring and a method of manufacturing the same | |
| JPH0129078B2 (zh) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A PCB board with high heat dissipation structure and its processing method Effective date of registration: 20231113 Granted publication date: 20230324 Pledgee: Shenzhen hi tech investment small loan Co.,Ltd. Pledgor: HUIZHOU KING BROTHER CIRCUIT TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2023980065305 |
|
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |