CN1792125A - 使用了焊料排气孔的电路板组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种印制电路板组件(10)，其采用了位于用来与传导性垫板(16)相连的焊料填充互连通孔(22)附近的焊料排气孔(32)。焊料排气孔(32)允许气体在焊料回流期间从其它处均密封的空腔(24)中排出，释放正压并因此允许焊料(26)流入空腔中。通过为夹杂空气或在焊料膏回流期间产生的气体提供排放路径，出气压力和熔融焊料的重量就足以使焊料膏(26)流入空腔(24)。

Description

使用了焊料排气孔的电路板组件

相关申请信息

本专利申请要求享有于2003年5月22日提交的美国临时专利申请No.60/472710的优先权，该申请通过引用整体地结合于本文中。

发明背景

1.发明领域

本发明涉及印制电路板组件，以及将电子元件装入到多层式组件中的方法。更具体而言，本发明涉及射频功率放大器电路板组件及相关安装方法。

2.现有技术和相关背景信息的描述

在可产生相当高热量的高功率电子组件中，将包含电子元件的印制电路板(PCB)和充当散热片的金属衬底连接在一起是十分必要的。射频功率放大器是这种电子模块组件的一个示例，其在设计中结合有散热装置。用于电子模块的金属衬底还需要实现接地和电磁干扰(EMI)屏蔽。使用绝缘粘合剂是一种连接双面印制电路板与金属衬底的成本效率特别合算的方法。这种方法的缺点是，金属衬底和PCB的金属化背面之间没有金属对金属的密切接触。为了在这个界面的重要位置处实现电接触和热接触，希望使用施加在PCB的顶面上的表面涂敷的焊料膏。然而，在回流焊工艺期间产生的残留空气和气体会产生背压，并阻止熔化焊料的流动。

因此，目前需要有一种成本效率合算的绝缘粘合剂粘接的方法，该方法还通过使用表面涂敷的回流焊技术而提供了与衬底的有效电连接和热连接。

发明概要

在一个方面，本发明提供了一种电子组件，该组件包括印制电路板、绝缘粘合剂层和传导性衬底，其中印制电路板具有从中穿过的通孔和相邻的排气孔，绝缘粘合剂层具有第一表面和第二表面，其第一表面与印制电路板连接，而传导性衬底与粘合剂层的第二表面连接，从而使粘合剂层处在印制电路板和衬底之间。粘合剂层还具有与通孔和排气孔重叠的空隙空间。回流焊料以伸入到空隙空间中的方式来提供，该回流焊料使印制电路板与衬底相连。

在该电子组件的一个优选实施例中，在印制电路板上安装了大量的电子器件。衬底优选由导电材料制成，并且该衬底通过回流焊料而为印制电路板上的一个或多个电子器件提供了电气接地。可提供金属化焊盘来电镀和包围住通孔或排气孔。衬底还优选由传热材料制成，并且通过回流焊料而为印制电路板提供了散热。例如，衬底可由铜制成。绝缘粘合剂层可由热定型的环氧树脂构成。

根据另一方面，本发明提供了一种互连具有通孔和排气孔的印制电路板与传导性衬底的方法。该方法包括使用绝缘粘合剂层将衬底和印制电路板连接在一起，该粘合剂层具有在衬底和印制电路板之间形成了空腔的空间，该空腔与通孔和排气孔对齐。该方法还包括使焊料从印制电路板的顶面穿过通孔而回流，以便使印制电路板与传导性衬底导电连接，同时通过印制电路板上的排气孔排出空腔内的气体而减轻空腔中的压力。

互连印制电路板与衬底的方法还包括在焊料回流之前电镀通孔或排气孔。衬底优选由金属材料制成，并且该衬底通过回流焊料为印制电路板提供了电气接地和散热。粘合剂层优选为环氧树脂层。例如，环氧树脂层可以是热定型的环氧树脂，并且该方法包括在高温下固化环氧树脂。

根据另一方面，本发明提供了一种包括印制电路板的射频功率放大器电路板组件，其中印制电路板具有从中穿过的通孔、从中穿过的相邻排气孔，以及一个或多个安装在其上的射频功率晶体管。该组件还包括具有第一表面和第二表面的绝缘粘合剂层，其中第一表面与印制电路板连接。导电衬底与粘合剂层的第二表面连接，从而使粘合剂层处在印制电路板和衬底之间，该粘合剂层具有与通孔和排气孔对齐的空隙空间。回流焊料穿过通孔和空隙空间而延伸到衬底，该回流焊料使印制电路板与衬底电连接。在印制电路板上设有一条或多条导电迹线，以便与回流焊料电连接。

射频放大器电路板组件还可包括电镀和包围住通孔或排气孔的金属化焊盘。衬底优选由金属构成，并通过回流焊料为印制电路板提供了电气接地和散热。

根据另一方面，本发明提供了一种装配和电连接金属衬底和射频印制电路板的方法。该方法包括提供具有通孔、与通孔相邻的排气孔、一个或多个射频功率晶体管以及一条或多条导电迹线的印制电路板。该方法包括提供传导性金属衬底以及位于印制电路板和衬底之间的绝缘层，该绝缘层具有位于通孔和排气孔下面并因而形成了空腔的开口。该方法还包括将焊料膏表面涂敷到通孔上，加热焊料膏，并使其从印制电路板的顶面穿过通孔和绝缘层中的开口而回流，从而使导电迹线与传导性金属衬底电连接，同时通过排气孔排出空腔内的气体而减轻空腔中的压力。

在装配和电连接传导性衬底与射频印制电路板的本方法的一个优选实施例中，传导性金属衬底由铜制成。绝缘层优选包括环氧树脂层，并且该方法包括使用绝缘环氧树脂层来连接印制电路板和导电衬底。导电迹线可以是射频接地连接。

从下面的详细描述中可以理解本发明的这些及其它的方面和特征。

附图说明

图1是根据本发明一个优选实施例的电子组件的分解透视图，其显示了单个的层；

图2是图1所示电子组件的互连部分的顶视图；

图3是图2所示互连部分沿剖面线3-3的剖视图；和

图4是根据本发明的示例性射频印制电路板组件。

优选实施例的详细描述

图1是根据本发明一个优选实施例的电子组件10的分解透视图。在这个示例中，组件10包括印制电路板(PCB)层12、绝缘粘合剂层14和传导性支撑衬底或垫板16。垫板16由优良的导电且传热的导体构成，优选为例如铜的金属。印制电路板层12利用绝缘粘合剂14连接在传导性衬底16上(如图3所示)。例如可以使用热定型的环氧树脂片14。在2002年7月16日授权给Daniel Ash，Jr.的美国专利No.6421253中公开了使用热定型的绝缘粘合剂片(或压片)来连接印制电路板和金属衬底的方法，该公开内容通过引用整体地结合于本文中。PCB层12包括各种有源和无源的电子元件(大致显示在图4中)，在一个优选实施例中，它可以是在两面均具有电子元件和/或导电迹线的双面PCB板(在’253专利中有详细描述)。这些元件中的一些需要与衬底电接触和/或热接触。更具体而言，在一个优选实施例中，组件10适用于高功率电子应用如射频功率放大器，而PCB层12还可包括许多射频模块和分立元件。这种功率放大器的元件可包括输出耦合器、功率电阻器、有源放大器器件(例如双极或LDMOS功率晶体管)、EMI屏蔽(例如电路板的接地层、屏蔽墙或屏蔽盖)，以及本领域的技术人员众所周知的其它元件。

组件10包括层互连部分20，其为PCB层12与垫板16提供了所需的电接触和/或热接触。这些互连部分包括通孔22和相邻的排气孔32，其中通孔用于使层12和16形成导电和/或传热互连(互连部分20在图2和图3中详细示出)。层12和14在图中均显示为两个部分，它们提供了各自的空间30，38，其允许直接在垫板16上安装某些元件如功率晶体管，以便更好地散热。然而也可以使用单一的片层12和14，此时互连部分20提供了与垫板16的热连接，或者层12和14可具有用于在垫板上直接安装选定元件的开口。层12，14，16也可以具有额外的安装孔18，用于结构性地连接各层或者使垫板与散热器和/或盖子相连。粘合剂层14还包括与互连部分20对齐的空隙空间24。如图1到4所示，空隙空间24在电子组件10上形成了空腔，该空腔位于通孔22和排气孔32的下方并通向垫板16。

参见图2和图3，下面将详细描述层互连部分20。图2是电子组件10的其中一个层互连部分20的顶视图。空腔24由于在结构上位于PCB层12的下方而用虚线来表示。图3是互连部分20沿剖面线3-3的剖视图。

如图2和图3所示，具有电镀通孔22和表面涂敷回流焊料26的金属化焊盘28提供了与衬底16的电接触和/或热接触。金属化焊盘28与PCB层上的迹线电连接，和/或配置为与PCB层12上的选定电子元件相邻且电接触和/或热接触(大致显示在图4中)。如图3所示，环氧树脂层14在安装并固化后具有与印制电路板层12连接的第一表面34和与衬底16连接的第二表面，因此环氧树脂层处在印制电路板12和衬底之间。如图所示，绝缘粘合剂片14上的空间24用于使印制电路板和金属衬底通过回流焊料26接触。环氧树脂片14上的空间24通常产生了可在图3中看到的气密空腔24，该空腔会阻止表面涂敷焊料26流入孔22而与衬底16形成充分接触，这是由于在焊料被加热时空腔中所夹杂的空气压力较大而造成的。回流焊料本身也会产生其它气体和进一步的背压。为了解决这个问题，在PCB层12上的各通孔附近都设有伸入到空腔24中的排气孔22。通孔22和排气孔32可以通过多种已知技术中的任一种设置在PCB 12上，该技术包括钻孔、蚀刻或在PCB材料的成形期间进行加工。排气孔32可以在衬底16装配前或装配后并先于回流焊接工艺而设置，并优选与通孔22一起形成，从而促进两个孔以密集排列的方式对齐。排气孔32非常有效地释放了空腔24中的气体背压，从而允许涂敷焊料膏26向下流经通孔22，从而使印制电路板12与衬底16如图所示地连接。作为备选，可对排气孔32施加金属电镀部分28。在这种方法中，焊料膏如前所述地涂敷在通孔22上，通过加热而向下流进空腔24，并流过空腔达到排气孔，从而与电镀部分28接触而使电镀28与衬底16电连接和热连接。在该实施例中，排气孔代替通孔充当了电连接点和/或热连接点。(容易理解，图3同样描述了这样一种替代性结构，其中标号22表示排气孔而标号32表示通孔，然而在该实施例中，焊料26大部分位于空腔24中，并不会扩展到远至PCB层12的顶面，如图3所示)。在该实施例中，通孔22比排气孔32具有更大的直径，以便促进焊料流动并使两个孔优选密集地分布。同样，气体的排出有助于焊料流动，该实施例可以增强这一效果，使其成为某些应用的优选方法。然而，在任一实施例中，由于排气孔32的存在，回流焊料均可提供与衬底16的所需的良好电接触和/或热接触。

在图4中描述了本发明的示例性射频功率放大器的电路板组件40。本领域的技术人员应当理解，由于具体的实现方式将具有多种布局和元件，因此所述组件本质上只是非常示意性的。射频功率放大器电路板组件40包括具有互连部分20的印制电路板12(如图2和3所示)。另外，射频功率放大器电路板组件40具有一个或多个射频功率晶体管44和各种其它安装在上面的分立元件42，43。射频功率放大器电路板还包括与分立元件互连的导电电路迹线46，并且如这里描述的那样，其还通过互连部分20提供了与垫板16的接地连接。为了描述方便，在图4中导电迹线46显示在PCB层12的顶面上，但迹线也可以如’253专利中所详细描述那样设在PCB层12的底面上。接地层也可以设置在层12中，它也可以通过互连部分20与接地迹线46和垫板16连接。同时，互连部分20可以安置成与选定电子元件相邻，从而提供针对“热点”的与垫板16的热连接，甚至在不需要电连接之处也是如此(由元件43和相邻的互连部分20大致示出)。

这里描述的本发明还包括一种装配和互连PCB和传导性衬底的方法。从上面的描述可以清楚其对上述提及的’253专利中所述装配方法的改进。该方法的优选实施例包括使用绝缘粘合剂层14来装配PCB 12和衬底16，之后使焊料回流经过PCB中的通孔22和通孔22下方的空腔24。更具体而言，本方法包括使用传统技术从上方涂敷焊料膏26到通孔22上，并加热焊料膏26到一定温度以使焊料膏回流进入通孔。如上所述，排气孔32通过排出空腔24中的气体并释放背压而有助于回流工艺。因此，焊料膏从印制电路板12的上表面经通孔22进入空腔24，从而实现与传导性衬底16的电连接，同时通过空腔24的排气来大致保持均衡的压力。本发明方法的其它方面和特征可结合’253专利中的其它公布内容。例如，对于本领域的技术人员来说应当理解，在’253专利253中公开了合适的绝缘粘合剂层14如热定型的环氧树脂压片的制备细节，以及使用粘合剂来粘接层，这些技术也可以在这里使用。

尽管已经描述了本发明的各种实施例，然而对于本领域的普通技术人员来说很明显，在本发明的范围内可能有更多的实施例和实施方式。应当理解的是，在不脱离本发明精神的前提下，可以在权利要求的范围内对本文所述的特定结构和方法进行这种修改。同样，这里没有任何描述意图限制或放弃权利要求含义的完整范围，或在等同司法原则下以任何方式限制权利要求等同物的范围。

Claims (20)

1.一种电子组件，包括：

印制电路板，其具有从中穿过的通孔和相邻的排气孔；

具有第一表面和第二表面的绝缘粘合剂层，所述第一表面与印制电路板连接；

传导性衬底，其与所述粘合剂层的第二表面连接，从而使所述粘合剂层处在所述印制电路板和衬底之间，其中所述粘合剂层还具有与所述通孔和排气孔重叠的空隙空间；和

伸入到所述空隙空间内的回流焊料，所述回流焊料将所述印制电路板与衬底连接。

2.根据权利要求1所述的电子组件，其特征在于，所述电子组件还包括安装在所述印制电路板上的多个电子器件。

3.根据权利要求1所述的电子组件，其特征在于，所述电子组件还包括电镀并包围了所述通孔的金属化焊盘。

4.根据权利要求1所述的电子组件，其特征在于，所述衬底由导电材料制成，所述衬底通过回流焊料为所述印制电路板上的一个或多个电子器件提供电气接地。

5.根据权利要求1所述的电子组件，其特征在于，所述衬底由传热材料制成，并通过回流焊料为所述印制电路板提供散热。

6.根据权利要求4所述的电子组件，其特征在于，所述衬底由铜制成。

7.根据权利要求5所述的电子组件，其特征在于，所述衬底由铜制成。

8.根据权利要求1所述的电子组件，其特征在于，所述绝缘粘合剂层由热定型的环氧树脂构成。

9.一种互连具有通孔和排气孔的印制电路板和传导性衬底的方法，所述方法包括：

使用绝缘粘合剂层来连接所述衬底与印制电路板，所述粘合剂层具有在所述衬底和印制电路板之间形成了空腔的空间，所述空腔与所述通孔和排气孔对齐；和

使焊料从所述印制电路板的顶面穿过所述通孔而回流，从而使所述印制电路板与传导性衬底电连接，同时通过所述印制电路板中的排气孔排出所述空腔内的气体而减轻所述空腔中的压力。

10.根据权利要求9所述的互连印制电路板和衬底的方法，其特征在于，所述方法还包括在回流之前电镀所述通孔。

11.根据权利要求9所述的互连印制电路板和衬底的方法，其特征在于，所述衬底由金属材料制成，所述衬底通过回流焊料为所述印制电路板提供电气接地和散热。

12.根据权利要求9所述的互连印制电路板和衬底的方法，其特征在于，所述粘合剂层是环氧树脂层。

13.根据权利要求12所述的互连印制电路板和衬底的方法，其特征在于，所述环氧树脂层是热定型的环氧树脂，所述方法包括在高温下固化环氧树脂。

14.一种射频功率放大器电路板组件，包括：

印制电路板，其包括从中穿过的通孔、从中穿过的相邻排气孔，以及安装在其上的一个或多个射频功率晶体管；

绝缘粘合剂层，其具有第一表面和第二表面，所述第一表面与所述印制电路板连接；

导电衬底，其与所述粘合剂层的第二表面连接，从而使所述粘合剂处在所述印制电路板和衬底之间，其中所述粘合剂层还具有与所述通孔和排气孔对齐的空隙空间；

回流焊料，其经所述通孔和空隙空间伸入到所述衬底中，所述回流焊料将所述印制电路板和衬底电连接；和

位于所述印制电路板上的与所述回流焊料电连接的一条或多条导电迹线。

15.根据权利要求14所述的射频放大器电路板组件，其特征在于，所述组件还包括电镀和包围了所述通孔的金属化焊盘。

16.根据权利要求14所述的射频放大器电路板组件，其特征在于，所述衬底由金属构成，所述衬底通过所述回流焊料为所述印制电路板提供电气接地和散热。

17.一种装配和电连接金属衬底和射频印制电路板的方法，所述方法包括：

提供印制电路板，其具有通孔、与所述通孔相邻的排气孔、一个或多个射频功率晶体管，以及一条或多条导电迹线；

提供传导性金属衬底；

在所述印制电路板和衬底之间提供绝缘层，所述绝缘层具有位于所述通孔和排气孔下方因而形成了空腔的开口；

将焊料膏表面涂敷到所述通孔上；和

加热所述焊料膏，并使其从所述印制电路板的顶面穿过所述通孔和所述绝缘层中的开口而回流，从而使所述导电迹线与传导性金属衬底电连接，同时通过所述排气孔排出空腔内的气体而减轻所述空腔中的压力。

18.根据权利要求17所述的装配和电连接导电衬底和射频印制电路板的方法，其特征在于，所述传导性电金属衬底由铜制成。

19.根据权利要求17所述的装配和电连接导电衬底和射频印制电路板的方法，其特征在于，所述绝缘层包括环氧树脂层，所述方法还包括使用绝缘环氧树脂层来粘接所述印制电路板和传导性衬底。

20.根据权利要求17所述的装配和电连接导电衬底和射频印制电路板的方法，其特征在于，所述导电迹线是射频接地连接。