CN117461395A - 可嵌入的电绝缘热连接器、以及包括其的电路板 - Google Patents

Abstract

一种散热部件可以包括：主体，该主体包括不导电的导热材料；下导电层，该下导电层形成在主体的底表面上并与接地平面层电连接；以及上导电层，该上导电层形成在主体的顶表面上。散热部件可以具有在平行于主体的顶表面的X方向上的长度和在垂直于顶表面的方向上的厚度。该长度与该厚度之比可以大于约7。

Description

可嵌入的电绝缘热连接器、以及包括其的电路板

相关申请的交叉引用

本申请要求提交日期为2021年6月28日、序列号为63/215,622的美国临时专利申请的提交权益，该申请通过引用全部结合在本文中。

背景技术

电路(例如功率放大器电路)在正常运行期间会产生热量。热量积累可能会不期望地升高电路中各种部件的温度。如果这些热量没有得到充分的管理(例如通过散热到散热器)，则电气设备可能会过热，从而导致对电气部件的损坏。电路板通常包括嵌入式接地层。过孔或其他导电连接器促进热量从电路板表面上的散热端子流向接地层并远离表面安装部件。然而，将电气部件直接连接到这种散热端子散热，可能会不期望地在该电气部件与接地层之间产生电气连接并干扰该电气部件的运行。

发明内容

根据本发明的一个实施例，一种散热部件可以包括：主体，该主体包括不导电的导热材料；下导电层，该下导电层形成在主体的底表面上并与接地平面层电连接；以及上导电层，该上导电层形成在主体的顶表面上。散热部件可以具有在平行于主体的顶表面的X方向上的长度和在垂直于该顶表面的方向上的厚度。该长度与该厚度之比可以大于约7。

根据本发明的另一实施例，一种电路板可以包括：衬底，该衬底包括安装表面；以及接地平面层，该接地平面层与该安装表面间隔开。电路板可以包括散热部件，该散热部件至少部分地嵌入到衬底内。散热部件可以包括：主体，该主体包括不导电的导热材料；以及下导电层，该下导电层形成在主体的底表面上并与接地平面层电连接；以及上导电层，该上导电层形成在主体的顶表面上。过孔可以与上导电层电连接并朝向安装表面延伸。

根据本发明的另一实施例，一种制造电路板的方法，该电路板可以包括嵌入式散热部件。该方法可以包括：提供衬底，该衬底包括安装表面。该衬底可以包括与安装表面间隔开的接地平面层。该方法可以包括：在主体的底表面上形成下导电层，该主体包括不导电的导热材料；在主体的顶表面上形成上导电层；将散热部件至少部分地嵌入到衬底内，使得该散热部件的下导电层与接地层电连接；钻一穿过衬底到上导电层中的通孔；以及镀覆该通孔以形成过孔，该过孔与上导电层电连接并朝向衬底的安装表面延伸。

附图说明

针对本领域普通技术人员，在说明书的其余部分中、参考附图更具体地阐述了本发明的完整而可行的公开内容(包括其最佳模式)，在附图中：

图1是根据本发明各方面的电路板的侧立面图；

图2A示出了根据本发明各方面的散热部件的顶表面上的上导电层的一个示例重复图案；

图2B示出了根据本发明各方面的散热部件的顶表面上的上导电层的另一个示例重复图案；

图3是电路板的侧立面图，在该电路板中，一个或多个过孔将散热部件的下导电层与接地平面层连接；

图4A是根据本发明各方面的包括散热部件的电路板的另一实施例的侧立面图，该散热部件包括薄膜部件；

图4B示出了图4A中的散热部件的顶表面上的一个或多个上导电层；以及

图5是根据本公开各方面的制造包括嵌入式散热部件的电路板的方法的流程图。

在本说明书和附图中重复使用的附图标记旨在表示本发明的相同或相似的特征或元件。

具体实施方式

本领域普通技术人员将理解的是，本论述仅是对示例性实施例的描述，且不旨在限制本发明的更广泛的方面，这些更广泛的方面体现在示例性构造中。

总体而言，本发明涉及被配置用于嵌入到电路板中的散热部件和包括嵌入式散热部件的电路板。该电路板可以包括衬底，该衬底具有安装表面。该电路板可以包括接地平面层，该接地平面层与安装表面间隔开。散热部件可以至少部分地嵌入到衬底内。散热部件可以包括：主体，该主体包括不导电的导热材料；以及下导电层，该下导电层形成在主体的底表面上并与接地平面层电连接。散热部件可以包括上导电层，该上导电层形成在主体的顶表面上。一个或多个过孔可以与上导电层电连接并朝向安装表面延伸。例如，该一个或多个过孔可以延伸到电路板的安装表面。一个或多个端子可以形成在安装表面上并与该一个或多个过孔电连接。这种端子可以用作安装表面的散热器，该散热器不提供与接地平面层的电连接。所述端子可以包括铜、金或其他合适的导电材料。

散热部件通常可以被调整尺寸以嵌入到电路板内。例如，散热部件的长度与散热部件的厚度之比可以大于约7，在一些实施例中大于10，在一些实施例中大于15，在一些实施例中大于20，在一些实施例中大于100，并且在一些实施例中大于约500。

散热部件可以相对较薄以便于嵌入到电路板的衬底内。例如，散热部件的厚度可以小于约250微米，在一些实施例中小于约200微米，在一些实施例中小于约175微米，并且在一些实施例中小于约150微米。

上导电层可以具有相对较大的厚度以便于形成过孔。例如，所述过孔可以通过钻一个或多个穿过衬底到上导电层中的通孔来形成。该一个或多个通孔可以被镀覆以形成一个或多个过孔，使得所述过孔与一个或多个上导电层电连接并朝向衬底的安装表面延伸。

例如，上导电层的厚度可以在如下范围内：从约大于约1微米至50微米，在一些实施例中从约2微米至约25微米，在一些实施例中从约4微米至约10微米，并且在一些实施例中从约5微米至约7微米。

在一些实施例中，散热部件可以包括至少一个薄膜部件。所述薄膜部件可以包括以下中的一者或多者：电阻器、变阻器、电容器、电感器和/或它们的组合(例如薄膜滤波器)。薄膜部件可以包括一层或多层使用“薄膜”技术精确地形成的导电材料、介电材料、电阻材料、电感材料或其他材料。

作为一个示例，一个或多个薄膜部件可以包括薄膜变阻器。变阻器可以包括钛酸钡、氧化锌或任何其他合适的介电材料。介电材料中可以包括各种添加剂，例如，产生或增强介电材料的电压相关电阻的添加剂。例如，在一些实施例中，这些添加剂可以包括以下项的氧化物：钴、铋、锰或它们的组合。在一些实施例中，这些添加剂可以包括以下项的氧化物：镓、铝、锑、铬、钛、铅、钡、镍、钒、锡或它们的组合。介电材料可以掺杂有在如下范围内的一种或多种添加剂：从约0.5摩尔百分比至约3摩尔百分比，并且在一些实施例中从约1摩尔百分比至约2摩尔百分比。介电材料的平均粒度可以有助于介电材料的非线性特性。在一些实施例中，平均粒度可以在如下范围内：从约1微米至100微米，在一些实施例中从约2微米至80微米。

作为另一示例，一个或多个薄膜部件可以包括薄膜电阻器，该薄膜电阻器包括一个或多个电阻层。例如，电阻层可以包括氮化钽(tantalum nitride，TaN)、镍铬合金(nickel chromium，NiCr)、钽铝合金(tantalum aluminide)、硅铬合金(chromiumsilicon)、氮化钛、钛钨合金(titanium tungsten)、钽钨合金(tantalum tungsten)、此类材料的氧化物和/或氮化物、和/或任何其他合适的薄膜电阻材料。所述电阻层可以具有任何合适的厚度。

作为另一示例，一个或多个薄膜部件可以包括薄膜电容器，该薄膜电容器包括一个或多个介电层。作为示例，该一个或多个介电层可以包括一种或多种合适的陶瓷材料。示例合适的材料包括矾土(alumina，Al2O3)、氮化铝(aluminum nitride，AlN)、氧化铍(beryllium oxide，BeO)、氧化铝(aluminum oxide，Al2O3)、氮化硼(boron nitride，BN)、硅(silicon，Si)、碳化硅(silicon carbide，SiC)、硅土(silica，SiO2)、氮化硅(siliconnitride，Si3N4)、砷化镓(gallium arsenide，GaAs)、氮化镓(gallium nitride，GaN)、二氧化锆(zirconium dioxide，ZrO2)、它们的混合物、此类材料的氧化物和/或氮化物、或者任何其他合适的陶瓷材料。附加的示例陶瓷材料包括钛酸钡(barium titanate，BaTiO3)、钛酸钙(calcium titanate，CaTiO3)、氧化锌(zinc oxide，ZnO)、包含低火玻璃(low-fireglass)的陶瓷、或其他玻璃粘合材料。

薄膜部件可以包括厚度在如下范围内的一个或多个层：从约0.001微米(μm)至约1000μm，在一些实施例中从约0.01μm至约100μm，在一些实施例中从约0.1μm至约50μm，在一些实施例中从约0.5μm至约20μm。形成薄膜部件的相应的一层或多层材料可以使用基于蚀刻、光刻、等离子体增强化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)工艺或其他技术的专业技术来应用。

在一些实施例中，多个上导电层可以形成在顶表面上。例如，多个上导电层可以以重复图案排列。这可以在顶表面上提供用于(例如使用过孔)形成连接的附加位置。

散热部件的主体可以包括不导电的导热材料。如本领域中已知的，材料的热阻率和热导率是负相关的。因此，低热阻率与高热导率相关。散热部件的主体可以包括具有普遍较低的热阻率(例如，小于约6.67×10^-3米·摄氏度/瓦(m·℃/W))和普遍较高的电阻率(例如，大于约10¹⁴欧姆·厘米(Ω·cm))的任何合适的材料。6.67×10^-3m·℃/W的热阻率等同于约150瓦/米·摄氏度(W/m·℃)的热导率。换句话说，适合于梁12的材料可以具有普遍较高的热导率，例如大于约150W/m·℃。

例如，在一些实施例中，散热部件的主体可以由在约22℃时具有在约100W/m·℃与约300W/m·℃之间的热导率的材料制成。在其他实施例中，电绝缘的梁12可以由在约22℃时具有在约125W/m·℃与约250W/m·℃之间的热导率的材料制成。在其他实施例中，电绝缘的梁12可以由在约22℃时具有在约150W/m·℃与约200W/m·℃之间的热导率的材料制成。

在一些实施例中，散热部件的主体可以包括氮化铝、氧化铍、氧化铝、氮化硼、氮化硅、氧化镁、氧化锌、碳化硅、任何合适的陶瓷材料、以及它们的混合物。

在一些实施例中，散热部件的主体可以包括氮化铝。例如，在一些实施例中，散热部件的主体可以由包括氮化铝的任何合适的组合物制成。在一些实施例中，散热部件的主体可以主要由氮化铝制成。例如，散热部件的主体可以包含添加剂或杂质。在其他实施例中，散热部件的主体包括氧化铍。例如，在一些实施例中，散热部件的主体可以由包括氧化铍的任何合适的组合物制成。在一些实施例中，散热部件的主体可以主要由氧化铍制成。例如，散热部件的主体可以包含添加剂或杂质。

图1是根据本公开各方面的电路板100的侧立面图。电路板100可以包括衬底102，该衬底包括安装表面104。电路板100可以包括接地平面层106，该接地平面层与安装表面104间隔开。散热部件110可以至少部分地嵌入到衬底102内。散热部件110可以包括主体112，该主体包括不导电的导热材料。散热部件110可以包括下导电层114，该下导电层形成在主体112的底表面116上并与接地平面层106电连接。例如，散热部件110的下导电层114可以直接接触接地平面层106。散热部件110可以包括上导电层118，该上导电层形成在主体112的顶表面120上。一个或多个过孔122、124可以与上导电层电连接并朝向安装表面104延伸。

一个或多个散热端子126、128可以形成在安装表面104上。该一个或多个过孔122、124可以从一个或多个上导电层118延伸到安装表面104并与该一个或多个散热端子126、128连接。

散热部件110可以具有在可与衬底102的安装表面104平行的X方向上的长度134。散热部件110可以具有在可垂直于安装表面104的Z方向上的厚度136。相对于散热部件110的长度134，厚度136可以相对较小。例如，长度134与厚度136之比可以大于约7。

散热部件110可以具有在可垂直于X方向并与顶表面120平行的Y方向上的宽度138。相对于散热部件110的宽度138，厚度136可以相对较小。例如，宽度138与厚度136之比可以大于约7。

上导电层118、119可以具有相对较大的厚度138以便于形成过孔122、124。过孔122、124可以通过钻一个或多个穿过衬底102到上导电层118、119中的通孔来形成。该一个或多个通孔可以被镀覆以形成过孔122、124，使得过孔122、124与一个或多个上导电层122、124电连接并朝向衬底102的安装表面104延伸。

图2A和图2B示出了散热部件110的顶表面120上的一个或多个上导电层118、119的示例重复图案。一个附加的上导电层119可以与顶表面120上的上导电层118间隔开。一个或多个上导电层118、119可以以纵向(pitch)距离130在X方向上间隔开，并且以横向(yaw)距离132在Y方向上间隔开。如图2A所示，上导电层118、119可以具有大体上为圆形的形状。如图2B所示，上导电层118、119可以具有大体上为正方形或长方形的形状。上导电层118、119可以具有各种其他形状，例如三角形、椭圆形、或菱形、或任何其他合适的形状。上导电层118、119可以被布置成网格，该网格具有在X方向上延伸的行和在Y方向上延伸的列。然而，可以采用任何合适的重复图案。

图3是根据本发明各方面的电路板300的另一实施例的侧立面图。电路板300可以包括衬底302，该衬底包括安装表面304。电路板300可以大体上以与图1中的电路板100类似的方式来配置。电路板300可以包括接地平面层306，该接地平面层与安装表面304间隔开。散热部件310可以至少部分地嵌入到衬底302内。散热部件310可以包括主体312，该主体包括不导电的导热材料。

散热部件310可以包括下导电层314，该下导电层形成在主体312的底表面316上并与接地平面层306电连接。下导电层314可以通过一个或多个过孔330、332来与接地平面层306电连接。该一个或多个过孔330、332可以在Z方向上从下导电层314延伸到接地平面层306。散热部件310可以包括上导电层318，该上导电层形成在主体312的顶表面320上。

图4A是根据本发明各方面的电路板400的另一实施例的侧立面图。图4B是散热部件410的主体412的顶表面420的俯视图。电路板400可以大体上类似于图3中的电路板300来配置。电路板400可以包括接地平面层406，该接地平面层与安装表面404间隔开。散热部件410可以至少部分地嵌入到衬底402内。散热部件410可以包括主体412，该主体包括不导电的导热材料。散热部件410可以包括第一上导电层418和第二上导电层419，每个上导电层形成在主体412的顶表面420上。

另外，在这个实施例中，散热部件410可以包括一个或多个薄膜部件440。在这个示例中，薄膜部件440形成在顶表面420上并且连接在第一上导电层418与第二上导电层419之间。然而，在其他实施例中，薄膜部件可以形成在主体412的底表面416或侧表面442上。这种布置可以在第一散热端子426与第二散热端子428之间提供所需的电路，同时仍然将第一散热端子426和第二散热端子428与接地平面层406绝缘。

作为一个示例，薄膜部件440可以包括薄膜电阻器。作为另一示例，薄膜部件440可以包括薄膜电容器。作为又一示例，薄膜部件440可以包括：变阻器，电感器，或者电阻器、电容器、变阻器和电感器的组合。

在一些实施例中，散热部件410可以充当插入器等。散热部件410可以包括过孔430，该过孔与从第二上导电层419延伸的连接器431连接。过孔430可以与第三散热端子432连接，该第三散热端子可以被设置于安装表面404上。散热部件410可以在第二散热端子428与第三散热端子432之间提供直接电连接。因此，散热部件410可以被配置为：在所选择的各端子之间提供电连接，在所选择的各端子之间提供薄膜部件，和/或仅充当散热而不为其他端子提供电连接(例如，如以上关于图1中的第一散热端子126所描述的)。

图5是制造包括嵌入式散热部件的电路板的方法500的流程图。总体而言，本文将参考图1至图4B中的电路板100、300、400来描述方法500。然而，应理解的是，所公开的方法500可以用包括散热部件的任何合适的电路板来实现。另外，尽管图5出于说明和论述的目的而描绘了以特定顺序执行的各步骤，但是本文所论述的方法不限于任何特定的顺序或布置。本领域技术人员使用本文所提供的公开内容将理解的是，可以在不偏离本公开的范围的情况下，以各种方式省略、重新排列、组合和/或修改本文所公开的方法的各个步骤。

该方法可以包括：在502处，提供衬底102，该衬底包括安装表面104。衬底102可以包括与安装表面104间隔开的接地平面层106。

该方法可以包括：在504处，在散热部件110的主体112的底表面116上形成下导电层114。主体112可以包括不导电的导热材料。可以在主体102的顶表面104上形成一个或多个上导电层118、119。

该方法可以包括：在506处，将散热部件110至少部分地嵌入到衬底102内，使得散热部件110的下导电层114与接地层106电连接。

该方法可以包括：在508处，钻一个或多个穿过衬底102到上导电层118、119中的通孔。可以采用机械钻孔、激光钻孔或任何其他合适的技术。

该方法可以包括：在510处，镀覆该一个或多个通孔以形成一个或多个过孔122、124，该一个或多个过孔与一个或多个上导电层122、124电连接并朝向衬底102的安装表面104延伸。可以采用电镀、化学镀和/或任何其他合适的镀覆技术。

应用

本文所公开的可嵌入散热部件和包括嵌入式散热部件的电路板的各个实施例可以具有多种应用。

例如，散热部件可以促进热量从安装表面104上的端子126、128到接地层106的流动。作为示例，各个实施例的合适的电气部件(例如功率放大器、滤波器、合成器、计算机部件、电源、和/或二极管)可以被安装在安装表面104上。功率放大器类型的具体示例包括氮化镓(GaN)功率放大器和高射频放大器等。如本文所述，可以适合于与热部件连接的二极管的示例可以包括专门适用于在激光器中使用的二极管以及其他类型的二极管。

本领域普通技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下实践本发明的这些和其他修改和变型。另外，应理解的是，各个实施例的各方面可以全部或部分互换。此外，本领域普通技术人员将理解的是，前述描述仅作为示例，且不旨在对在所附权利要求中进一步描述的本发明进行限制。

Claims (26)

1.一种散热部件，包括：

主体，所述主体包括不导电的导热材料；

下导电层，所述下导电层形成在所述主体的底表面上并与所述接地平面层电连接；

上导电层，所述上导电层形成在所述主体的顶表面上；

其中，所述散热部件具有在平行于所述主体的顶表面的X方向上的长度和在垂直于所述顶表面的方向上的厚度，并且其中，所述长度与所述厚度之比大于约7。

2.根据权利要求1所述的散热部件，还包括：至少一个薄膜部件，所述至少一个薄膜部件形成在所述主体的所述顶表面、所述底表面或侧表面中的至少一者上。

3.根据权利要求2所述的散热部件，其中，所述至少一个薄膜部件包括以下中的一者或多者：电阻器、变阻器、电容器或电感器。

4.根据权利要求1所述的散热部件，还包括：至少一个附加上导电层，所述至少一个附加上导电层形成在所述散热部件的所述主体的所述顶表面上，并且其中，所述至少一个附加上导电层与所述上导电层在所述顶表面上间隔开。

5.根据权利要求4所述的散热部件，其中，所述至少一个附加上导电层和所述上导电层以重复图案布置在所述顶表面上。

6.根据权利要求1所述的散热部件，其中，所述上导电层具有在所述Z方向上的、大于约1微米的厚度。

7.根据权利要求1所述的散热部件，其中，所述散热部件具有在Y方向上的宽度，所述Y方向垂直于所述X方向且与顶表面平行，并且其中，所述散热部件的宽度与所述散热部件的长度之比在从0.2至5的范围内。

8.根据权利要求1所述的散热部件，其中，所述散热部件包括在约22℃时具有从约150W/m·℃至约300W/m·℃的热导率的材料。

9.根据权利要求1所述的散热部件，其中，所述散热部件包括氮化铝。

10.根据权利要求1所述的散热部件，其中，所述散热部件包括氧化铍。

11.根据权利要求1所述的散热部件，其中，所述散热部件的厚度小于约250微米。

12.一种电路板，包括：

衬底，所述衬底包括安装表面；

接地平面层，所述接地平面层与所述安装表面间隔开；以及

散热部件，所述散热部件至少部分地嵌入到所述衬底内，所述散热部件包括：

主体，所述主体包括不导电的导热材料；

下导电层，所述下导电层形成在所述主体的底表面上并与所述接地平面层电连接；以及

上导电层，所述上导电层形成在所述主体的顶表面上；以及

过孔，所述过孔与所述上导电层电连接并朝向所述安装表面延伸。

13.根据权利要求12所述的电路板，其中，所述散热部件的下导电层直接接触所述接地平面层。

14.根据权利要求12所述的电路板，还包括：至少一个附加过孔，所述至少一个附加过孔将所述下导电层与所述接地平面层连接。

15.根据权利要求12所述的电路板，还包括散热端子，所述散热端子位于所述安装表面上，其中，所述过孔从所述上导电层延伸到所述安装表面并与所述散热端子连接。

16.根据权利要求12所述的电路板，其中，所述散热部件还包括：至少一个薄膜部件，所述至少一个薄膜部件形成在所述主体的所述顶表面、所述底表面或侧表面中的至少一者上。

17.根据权利要求12所述的电路板，其中，所述散热部件具有在平行于所述衬底的所述安装表面的方向上的长度和在垂直于所述安装表面的方向上的厚度，并且其中，所述长度与所述厚度之比大于约7。

18.根据权利要求12所述的电路板，还包括：至少一个附加上导电层，所述至少一个附加上导电层形成在所述散热部件的所述主体的所述顶表面上，并且其中，所述至少一个附加上导电层与所述上导电层在所述顶表面上间隔开。

19.根据权利要求18所述的电路板，其中，所述至少一个附加上导电层和所述上导电层以重复图案布置在所述顶表面上。

20.根据权利要求的权利要求12所述的电路板，其中，所述上导电层具有在所述Z方向上的、大于约1微米的厚度。

21.根据权利要求12所述的电路板，其中，所述散热部件具有在Y方向上的宽度，所述Y方向垂直于所述X方向且与顶表面平行，并且其中，所述散热部件的宽度与所述散热部件的长度之比在从0.2至5的范围内。

22.根据权利要求12所述的电路板，其中，所述散热部件包括在约22℃时具有从约150W/m·℃至约300W/m·℃的热导率的材料。

23.根据权利要求22所述的电路板，其中，所述散热部件包括氮化铝。

24.根据权利要求12所述的电路板，其中，所述散热部件包括氧化铍。

25.根据权利要求12所述的电路板，其中，所述散热部件的厚度小于约250微米。

26.一种制造包括嵌入式散热部件的电路板的方法，所述方法包括：

提供衬底，所述衬底包括安装表面，所述衬底包括与所述安装表面间隔开的接地平面层；

在主体的底表面上形成下导电层，所述主体包括不导电的导热材料；

在所述主体的顶表面上形成上导电层；

将所述散热部件至少部分地嵌入到所述衬底内，使得所述散热部件的所述下导电层与所述接地层电连接；

钻一穿过所述衬底到所述上导电层中的通孔；以及

镀覆所述通孔以形成过孔，所述过孔与所述上导电层电连接并朝向所述衬底的安装表面延伸。