CN1222990C - 用于在印刷电路板中设置通路的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在包括一层或多层板材料的印刷电路板中设置热通路的方法，以用于经该板从安装在该板上和/或该板内的元件传导热量并把热量从该板带走，本发明还涉及一种包括按照所述方法设置的通路的印刷电路板。在包括多个金属层的印刷电路板内设置一个或多个孔(4)。在每个孔中插入金属球(6)，并施加压力使金属球变形，从而使形成的插塞牢固地抵靠该孔的壁而固定。变形的球或插塞被固定在具有金属化的内表面的孔内，以用于在印刷电路板的金属化的顶面(2)和底面(3)之间以及在多层板的情况下在中间金属化层之间导热与/或导电。

Description

用于在印刷电路板中设置通路的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于在印刷电路板中设置通路的方法，还涉及一种印刷电路板，其中的通路是按照所述方法设置的。
背景技术
当把例如RF(射频)功率晶体管的功率元件表面焊接到印刷电路板上时，需要利用热通路改善印刷电路板的导热性。这是因为通常包括某种聚合物材料的印刷电路板的实际材料具有非常差的导热性，而金属材料，例如铜，则具有非常好的导热性。
目前，通过在电路板的材料中钻一个或多个孔来形成热通路，元件将焊接到该电路板表面上。在印刷电路板的随后的制造阶段，各个通路的内表面涂覆一薄层金属材料，该材料最好是铜。正是在孔的内表面上的这一薄层铜传导通过印刷电路板的热量。
目前形成热通路的方法的一个问题是，用于把元件固定到电路板上的焊料穿过该孔，这减小了在固定元件方面有效的焊料的数量。此外，在电路板的相对于该元件的相反侧上形成焊滴。这些焊滴产生了问题，这是因为，它们严重地损害了在板的下侧面和冷却器之间的热接触，因此必须以合适的方式在后面的阶段被除去。
发明内容
本发明的一个目的在于缓解这个问题，并提供改进的冷却效果。
按照本发明的第一方面，这个目的利用本发明提供的方法来实现。本发明提供了一种用于在包括一层或多层板材料的印刷电路板中设置通路的方法，其特征在于，在所述板材料的一层或多层中形成孔；在每个孔中插入一球，该球在所述板材料的层上或层内的不同的传导平面之间用作导体；将每一球压实到相应孔中，以使得所述球变形，从而使所述变形的球的外部定界表面与所述孔的内部定界表面及其各个传导平面或者与所述孔的内部传导定界表面接触。
按照本发明的的第二方面，该目的利用本发明提供的印刷电路板来实现。本发明提供了一种印刷电路板，其包括一层或多层设置有导体图案和一个或多个通路的板材料，其特征在于，所述印刷电路板具有一个或多个设置在该印刷电路板中的孔，该孔延伸穿过所述一层或多层；并且每个孔具有设置在该孔中的导电和/或导热且变形的球，该球在插入所述孔中并在该孔中压实之后变形，使得所述变形的球抵靠所述孔的内部定界表面密封并主要由所述孔的内部定界表面固定。
本发明的一个优点在于，与按照现有技术制造的印刷电路板相比，这种印刷电路板从该板的上侧面到下侧面具有低得多的热阻。
本发明的另一个优点在于，当该通路被完全封闭时容易进行该通路的探测。
本发明的再一个优点在于，其使得功率元件能够在所有其它元件在板上表面安装的同时进行表面安装，从而与传统安装方法相比，能够大大减少成本。
本发明的另一个优点在于，冷却器或者底板的表面平整度可以不用满足相同高的要求，这是因为例如RF功率晶体管等元件可以通过焊接工艺被直接表面安装在印刷电路板上。
下面参照附图和优选实施例更详细地说明本发明。
附图说明
图1A-C说明按照本发明在印刷电路板的孔中插入铜球，并在压力下使所述铜球变形；
图2A-E说明按照本发明在印刷电路板的孔中插入多个铜球，并在压力下使所述铜球变形，从而形成通路，还示出了在所述印刷电路板上电镀和刻蚀图案；
图3A-F示出了按照本发明在多层印刷电路板中插入铜球，并在压力下使所述铜球变形，从而形成通路，还示出了在顶层上电镀和刻蚀图案；
图4A-C示出了按照本发明在印刷电路板的窄孔内插入细长的铜体，并在压力下使所述铜体变形，从而形成通路。
具体实施方式
图1A是用于制造印刷电路板的板1的截面图。板1包括板材料10，其包括金属化的顶面2和金属化的底面3。这些金属化的面形成导体图案的基础。导体图案按照本领域技术人员熟知的方法由导电的顶面和底面刻蚀而成，因此此处不再详细说明。板材料可以是任何合适的在市场上可得到的材料，例如FR4或BT。所述板包括孔4，其具有金属化的外表面5，该外表面与该板的金属化的顶面和底面相接触。
图1B是板1的截面图，示出了金属球6(例如铜球)被插入孔4中。铜球可以比圆柱形的铜体更容易地插入印刷电路板的孔中，并且可以制成具有+/-20微米的公差的各种可构思出的尺寸。
图1C示出了由于在压力下使所述孔中的铜球6变形而全部充满所述孔4，从而在变形的球的外表面和孔4的金属化的外表面5之间实现金属接触。在金属化的孔中的变形的球使得可从板的金属化的顶面2向金属化的底面3导热和导电。
图2A示出了没有穿孔的或无孔的板材料7的一部分。
图2B示出了图2A的板材料，其中钻出了3个孔8。这些孔已金属化。
图2C示出了球9如何被插入各个孔中，并被压实从而在孔中变形，使得形成固态的铜通路。
图2D示出了所述板材料的镀铜的顶面11和底面12，固态铜通路即变形的球9的端面已被铜层覆盖。
图2E示出了在板材料7的顶面上刻蚀的图案13。
图3A是两个板层14和15的截面图，该板层被单独地进行图案刻蚀。
图3B示出了两个板层14，15如何利用半固化片16被层压在一起。
图3C示出了钻穿合成结构14-16的通路孔17和冷却孔18。
图3D示出了具有金属化的内覆层19和20的钻孔，该内覆层可以是所谓的铜覆层。
图3E示出了在多层的印刷电路板中的固态铜通路，该通路通过在该孔中插入铜球21并对铜球施加压力而形成插塞/通路。
图3F示出了被电镀有铜的印刷电路板，其中铜层22和23也盖位插塞/铜通路的端面。然后可以利用常规的方法在板的顶面和底面上刻蚀图案。
图4A是印刷电路板1的替代实施例的截面图，其包括金属化的顶面2、金属化的底面3和相对于板的厚度是窄的孔25，这种窄的孔在某种通路应用中可能是需要的。
图4B示出了在孔25中插入有细长的球26的图4A的板；需要使球延展，以便使该球在窄的孔内配合并充满孔的空腔，该空腔选择地具有金属化的内表面。一般地说，总是需要使球的直径适合于孔的直径和板的厚度。
图4C示出了细长的球26如何在孔中被加压和变形，以便大致充满孔的整个空腔。
通过使在板材料的孔中的压实的金属球变形而形成金属插塞，以便大致完全充满孔的空腔。该球将沿垂直于孔的纵向的方向充满该孔，当该球受到压力时，该球膨胀以与该孔的整个内壁实际接触，从而在所形成的固态铜通路与存在的金属化的孔壁之间提供良好的金属接触。
虽然所描述的具有通路的印刷电路板的实施例是一层的形式以及具有两层板的多层的形式，应当理解，本发明可以应用于两层以上的板，其中铜插塞能够作为板的顶面和底面之间以及不同的金属层之间的热通路，并且可以作为在不同的金属层本身之间的接地连接。
应当理解，本发明不限于上述的示例和所描述实施例，在所附权利要求的范围内，可以作出许多改变和改型。

Claims (4)

1.一种用于在包括一层或多层板材料的印刷电路板中设置通路的方法，其特征在于，在所述板材料的一层或多层中形成孔；在每个孔中插入一球，该球在所述板材料的层上或层内的不同的传导平面之间用作导体；将每一球压实到相应孔中，以使得所述球变形，从而使所述变形的球的外部定界表面与所述孔的内部定界表面及其各个传导平面或者与所述孔的内部传导定界表面接触。
2.一种印刷电路板，其包括一层或多层设置有导体图案和一个或多个通路的板材料，其特征在于，所述印刷电路板具有一个或多个设置在该印刷电路板中的孔(4、8、17、25)，该孔延伸穿过所述一层或多层(10、7、14、15)；并且每个孔具有设置在该孔中的导电和/或导热且变形的球(6、9、21、26)，该球在插入所述孔中并在该孔中压实之后变形，使得所述变形的球抵靠所述孔的内部定界表面密封并主要由所述孔的内部定界表面固定。
3.如权利要求2所述的印刷电路板，其特征在于，所述球(6、9、21、26)由铜制成。
4.如权利要求2所述的印刷电路板，其特征在于，在所述板的顶面和/或底面上的金属层(11、12、22、23)，所述金属层覆盖该变形的球(9、21)的端部。
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