CN1913763A - 导热胶散热器及其制作方法以及电路板及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导热胶散热器及其制作方法，以及应用这种散热器的电路板及其制作方法。采用导热性较好且绝缘的导热胶制成薄膜状的平面结构，覆盖在电路板上形成一层连续的导热薄膜，可以在不改变电路板设计的情况下增大电器元件或散热焊盘的散热面积，结构简单，制作、安装及使用都很方便，其散热面积不受电路板上电器元器件布置的影响，散热效果好；可以将导热胶直接淋涂在电路板上制成导热胶散热器，也可以先制成导热胶散热器，再将导热胶散热器裁成需要大小粘贴到电路板上，可以根据需要选用不同的方法，本发明特别适用于电路板的散热，也可适用于其它情况下的散热。

Description

导热胶散热器及其制作方法以及电路板及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种散热技术，尤其涉及一种散热器及其制作方法，以及一种应用这种散热器的电路板及其制作方法。

背景技术

在电路板设计中会用到一些功率密度较高集成电路，为了保证不因为集成电路工作时温度升过高而损坏，通常要给它加装一个散热器帮助散热，散热器的形状和安装方式可以多种多样，但其原理大多是通过增大散热面积来帮助散热。目前常用的散热器主要有以下几种：

一种是背负式散热器，如图1所示，背负式散热器3直接附着在电路板1上的集成电路模块2上，这种散热器体积大、高度高，其使用受到电路板之间距离的限制。

另外一种是散热焊盘式散热器，如图2所示，它的主要散热路径是一个与集成电路模块2底部联通的散热焊盘5，在电路板1上集成电路模块2的背面设置一个面积等于或大于集成电路底部焊盘4的散热焊盘5来加强散热能力，热量是通过导热过孔6将集成电路模块2产生的热量传导到散热焊盘5上。然后通过冷却风扇产生的气流带走散热焊盘5上的热量，为了保证良好的散热，要求用较大的风量，这样就要消耗更多的电能，而且风扇运转以及气流的摩擦作用会产生较大的噪音，造成噪音污染，冷却风还会带来严重的离子污染，导致较高的失效率，为了用较少冷却风量保证散热效果，目前主要有两种方法改善散热效果：

一种方法是，扩大散热焊盘5的面积，但对于高密度布局的电路板，在散热焊盘5周围要焊接许多其他功能的电子元件，扩大散热焊盘的面积的程度是受到限制的，不能无限增大。

另一种方法是在原有的散热焊盘5上再加装一个表面贴装式散热器7，如图3所示，这个方法对增加散热能力有良好的效果，由于表面贴装式散热器7必须有一定的高度，但是，在一些密集组装的设备中，电路板之间的间距往往小于表面贴装式散热器要求的高度，表面贴装式散热器7的金属材料易造成电路板之间短路，这是不允许的，因而限制了表面贴装式散热器7的使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种散热效果好，安装使用方便，又不影响电路板布局的散热器及其制作方法，以及应用这种散热器的电路板及其制作方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明所述的导热胶散热器，主要包括片状结构的导热胶，所述导热胶的导热系数大于0.5W/mK，并且绝缘。

所述的导热胶的导热系数为2～5W/mK。

所述的导热胶散热器还包括离型纸和挂胶载带，所述离型纸和挂胶载带分别粘贴于所述片状结构的导热胶的两个相对表面。

本发明所述的导热胶散热器的制作方法，包括以下步骤：

A、将导热系数大于0.5W/mK且绝缘的导热胶，放在胶槽中加热，使其成为粘稠状的液体，并通过控制胶槽的温度来控制导热胶的粘度，使其达到适合向挂胶载带上附着的粘度；

B、将浸渍辊缠有挂胶载带的部分浸在胶槽里的导热胶中，启动浸渍辊牵引挂胶载带通过胶槽，在挂胶载带上挂上导热胶，同时启动挤压辊牵引挂胶载带和离型纸运动，挂胶载带和离型纸之间夹上了片状结构的导热胶；

C、冷却挂胶载带和离型纸之间的片状结构的导热胶，使其呈现不易发生塑性变形、形状稳定的形态，并通过收料辊收卷成卷，即为导热胶散热器。

所述的步骤B之前的准备工作包括：

将挂胶载带绕过浸渍辊后穿过挤压辊之间的间隙，同时离型纸穿过挤压辊之间的间隙，之后挂胶载带与离型纸同时缠绕在收料辊上。

所述的步骤B还包括：

调节挤压辊间的间距来控制挂胶载带与离型纸间的距离，用以控制它们之间形成的片状结构的导热胶的厚度。

本发明所述的包含导热胶散热器的电路板，在所述电路板上覆盖有导热胶散热器，所述的导热胶散热器的厚度为0.1～0.5毫米。

本发明所述的电路板的制作方法，包括以下步骤：

D、将导热系数大于0.5W/mK且绝缘的导热胶加热，使其成为适合向电路板上淋涂的粘稠状的液体；

E、将导热胶按照需要散热的电路板的散热要求的厚度和涂覆面积均匀的涂覆到电路板需要散热的部位上；

F、对涂覆到电路板上导热胶进行固化处理，形成导热胶散热器。

所述的步骤E包括：

E1、将导热胶装入上部密闭且下部有长条形开口的容器中；

E2、向装有导热胶的容器的上部密闭空腔中充入压缩气体，容器中的导热胶在气压作用下从下部开口流出，形成流布胶帘；

E3、电路板在流布胶帘下沿垂直于流布胶帘的方向匀速运动，导热胶便被均匀的涂覆到电路板上。

所述的步骤E3还包括：

通过控制容器的上部密闭空腔中的空气压力的大小及电路板的运动速度控制导热胶在电路板上的涂覆厚度；通过控制充气时间和调节长条形开口的大小来控制导热胶在电路板上的涂覆面积。

本发明所述的电路板的另一种制作方法，包括以下步骤：

F、根据电路板的散热面积，裁剪导热胶散热器，并去掉两面的离型纸和挂胶载带；

G、将导热胶散热器贴覆到电路板上需要散热的位置，加热导热胶散热器，使其粘度降低到适合向电路板上贴附的粘度并适当施加压力，以便完全附着到电路板表面；

H、对贴覆到电路板上的导热胶散热器进行固化处理。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的导热胶散热器，由于采用导热性较好且绝缘的导热胶制成薄膜状的平面结构，覆盖在电路板上形成一层连续的导热薄膜，可以在不改变电路板设计的情况下增大电器元件或散热焊盘的散热面积，结构简单，制作、安装及使用都很方便，其散热面积不受电路板上电器元器件布置的影响，散热效果好；又由于可以将导热胶直接涂在电路板上制成导热胶散热器，也可以将预制好的导热胶散热器裁成需要的大小粘贴到电路板上，可以根据需要选用不同的方法，本发明特别适用于电路板的散热，也可适用于其它情况下的散热。

附图说明

图1为现有技术背负式散热器的安装结构示意图；

图2为现有技术散热焊盘式散热器的安装结构示意图；

图3为现有技术在散热焊盘上加装表面贴装式散热器的结构示意图；

图4为本发明导热胶散热器安装在电路板上的结构示意图；

图5为本发明用淋涂法制作含有导热胶散热器的电路板的过程参考图；

图6为本发明制作导热胶散热器的过程参考图；

图7为本发明用淋涂法制作含有导热胶散热器的电路板的主要流程图；

图8为本发明用粘贴法制作含有导热胶散热器的电路板的主要流程图。

具体实施方式

本发明较佳的具体实施方式是：

所述的导热胶散热器设计为片状结构，由导热系数符合预定要求且绝缘的导热胶制成，导热胶预定要求的导热系数根据需散热的器件的散热要求选定，导热系数大于0.5W/mK即可，优选范围为2～5W/mK，导热系数的定义为：每m长度、每K温度，可以传送多少W的能量，单位为W/mK。其中“W”指热功率单位瓦，“m”代表长度单位米，而“K”为绝对温度单位。导热系数越大说明导热性能越好。

制作安装导热胶散热器的方法有两种：

一种是淋涂法：将导热胶加热，使其符合需要的粘度，此处的粘度要求是根据导热胶物理特性选择适合向需散热的器件上淋涂的粘度，之后将导热胶直接淋涂到需散热的器件上，即在需散热的器件上形成导热胶散热器；

另一种是粘贴法：首先将导热胶制成片状结构，然后贴覆到需散热的器件上。

所述片状结构的导热胶即为导热胶散热器，最好制成未完全固化的状态，在对这个未完全固化的导热胶散热器进行加热时还会进一步变软，变软的导热胶散热器具有粘结能力，便于贴覆到需要散热的器件上。在导热胶散热器的两面分别粘贴有离型纸和挂胶载带，所述离型纸和挂胶载带是一种粘附性较小的材料，也可以在离型纸和挂胶载带的表面上涂覆脱模剂，使离型纸和挂胶载带不会牢固地粘附在导热胶散热器上，可以轻易的从导热胶散热器上分离。使用时先将离型纸和挂胶载带从导热胶散热器上揭下来，然后再贴覆到需要散热的器件上。

制作导热胶散热器的最佳方法如图6所示，包括以下步骤：

步骤61：将导热胶11放在胶槽13中加热，使其成为粘稠状的液体，并通过控制胶槽13的温度来控制导热胶11的粘度，使其达到适合向挂胶载带上附着的粘度；

其中，导热胶是根据需散热的器件的散热要求选用的，主要的选择标准是需要具有符合要求的导热系数，并且绝缘。

步骤62：载带卷17上的挂胶载带15绕过浸渍辊16后穿过挤压辊19之间的间隙，同时离型纸卷18上的离型纸14穿过挤压辊19之间的间隙，之后挂胶载带15与离型纸14同时缠绕在收料辊20上；

这是一个可选的、准备性的步骤，主要为下一步向挂胶载带15上粘挂导热胶11做好准备工作。

步骤63：将浸渍辊16缠有挂胶载带15的部分浸到胶槽13里的导热胶11中；

步骤64：启动浸渍辊16牵引挂胶载带15通过胶槽13，在挂胶载带15上挂上导热胶11，同时启动挤压辊19牵引挂胶载带15和离型纸14运动，挂胶载带15和离型纸14之间夹上了片状结构的导热胶11；

可通过调节挤压辊19间的间距来控制挂胶载带15与离型纸14间的距离，用以控制挂上导热胶11的厚度；

步骤65：适当冷却挂胶载带15与离型纸14间的导热胶11，使其呈现稳定的片状形态，由于此时的导热胶11温度较高，处于一种粘稠的液体状态，形状很不稳定，降温后便会形成不易发生塑性变形、形状稳定的固体状态，不会因收卷、搬运、裁剪等操作造成变形而不能使用，但此时不要让导热胶形成完全固化的状态，而是处于一种稍软的半固化状态，之后通过收料辊20收卷，即成为导热胶散热器。

应用导热胶散热器的电路板如图4所示，集成电路模块2产生的热量由底部焊盘4通过电路板1上的导热过孔6传导到散热焊盘5上，散热焊盘5的背面覆盖有导热胶散热器8，加大散热焊盘5的散热能力，由于导热胶散热器8为片状结构且绝缘，因此它可以在不影响电路板布局的情况下任意加大导热胶散热器8在电路板上的覆盖的面积，这样就可以根据电路板的散热需要选用导热胶散热器8的厚度及面积。导热胶散热器8的厚度可以根据需要选定任意厚度，其最佳的厚度范围为0.1～0.5毫米。

应用导热胶散热器的电路板的制作方法有两种，一种是淋涂法，另一种是粘贴法。

如图5所示，淋涂法制作电路板，包括以下步骤：

步骤51：将导热胶加热，使其成为适合向电路板上淋涂的粘稠状的液体；

其中，导热胶是根据需要散热的电路板的散热需要选择的，主要的选择标准是需要具有符合要求的导热系数，并且绝缘；

步骤52：将液体状的导热胶11装入上部密闭且下部有长条形开口的容器9中，此时，容器9下部的长条形开口处于关闭状态；

步骤53：向装有导热胶11的容器9的上部密闭空腔中充入压缩气体，打开长条形开口，在气压作用下，容器9中的导热胶11从下部开口流出，形成流布胶帘12，长条形开口的大小可以调节；

步骤54：电路板1在流布胶帘12下沿垂直于流布胶帘12的方向A匀速运动，导热胶11便被均匀的涂覆到电路板1上；通过控制容器9的上部密闭空腔中的空气压力的大小及电路板1的运动速度控制导热胶11在电路板1上的涂覆厚度；通过开启或关闭阀门10控制充气时间以及通过调节阀门10的流量来调节充气的速度，另外，还可以通过调节长条形开口的大小来控制导热胶11在电路板1上的涂覆面积；

步骤55：对覆盖到电路板上导热胶进行冷却，并进行如风干、时效等措施进行固化处理，这里的时效是指在一定的条件(如温度、湿度等)下保留一定的时间，目的是使导热胶的物理及化学特性符合要求并趋于稳定，或者按照导热胶的特性要求采用其它的固化措施，使导热胶在电路板上完全固化，这样在电路板上就形成符合要求的导热胶散热器8。

如图7所示，是淋涂法制作应用导热胶散热器的电路板的主要流程图。

如图8所示，粘贴法制作应用导热胶散热器的电路板，包括以下步骤：

步骤81：根据电路板需要设置的导热胶散热器的面积，裁剪已制好的导热胶散热器，并去掉两面的离型纸和挂胶载带；

所述的导热胶散热器需要选用由符合要求的导热系数且绝缘的导热胶制成的，并且导热胶散热器的厚度符合散热需要和电路板的预留空间要求，导热胶散热器的厚度太厚和太薄都会影响散热效果，经过试验证明，厚度在0.1～0.5毫米范围内散热效果最好；

步骤82：通过适当加压将导热胶散热器贴覆到电路板上需要的位置，用红外线照射加热预制导热胶片，也可用其他的方法加热，使其粘度降低到适合向电路板上贴附的粘度，以便完全附着到电路板表面；

步骤83：对覆盖到电路板上导热胶散热器进行冷却，并进行如风干、时效等措施进行固化处理，这里的时效是指在一定的条件(如温度、湿度等)下保留一定的时间，目的是使导热胶的物理及化学特性符合要求并趋于稳定，或者按照导热胶的特性要求采用其它的固化措施，使导热胶散热器在电路板上完全固化，这样在电路板上就形成符合要求的导热胶散热器8。

无论是淋涂法还是粘贴法制作电路板，最后最好都要对装有导热胶散热器的电路板进行散热测试，看是否符合需要的散热要求，若不符合则还要配合其它的散热方式，如风冷散热等，或者对导热胶的导热系数、在电路板上的涂覆厚度及面积重新选择后制作。

本发明的散热技术是一种全新的概念，与通常的高度为10毫米～50毫米的通用散热器相比，本发明的平面散热器几乎不占用组装空间，有利于使电子设备更为紧凑、小巧。

在一块有底部散热集成电路的电路板上测试，采用导热胶散热器的同一位置上的集成电路比没有采用导热胶散热器的集成电路温度最大降幅达到13.9℃。

本发明特别适用于电路板的散热，也可适用于其它情况下的散热。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1、一种导热胶散热器，其特征在于，主要包括片状结构的导热胶，所述导热胶的导热系数大于0.5W/mK，并且绝缘。

2、根据权利要求1所述的导热胶散热器，其特征在于，所述的导热胶的导热系数为2～5W/mK。

3、根据权利要求1所述的导热胶散热器，其特征在于，所述的导热胶散热器还包括离型纸和挂胶载带，所述离型纸和挂胶载带分别粘贴于所述片状结构的导热胶的两个相对表面。

4、一种权利要求3所述的导热胶散热器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、将导热系数大于0.5W/mK且绝缘的导热胶，放在胶槽中加热，使其成为粘稠状的液体，并通过控制胶槽的温度来控制导热胶的粘度，使其达到适合向挂胶载带上附着的粘度；

B、将浸渍辊缠有挂胶载带的部分浸在胶槽里的导热胶中，启动浸渍辊牵引挂胶载带通过胶槽，在挂胶载带上挂上导热胶，同时启动挤压辊牵引挂胶载带和离型纸运动，挂胶载带和离型纸之间夹上了片状结构的导热胶；

C、冷却挂胶载带和离型纸之间的片状结构的导热胶，使其呈现不易发生塑性变形、形状稳定的形态，并通过收料辊收卷成卷，即为导热胶散热器。

5、根据权利要求4所述的导热胶散热器的制作方法，其特征在于，所述的步骤B之前的准备工作包括：

将挂胶载带绕过浸渍辊后穿过挤压辊之间的间隙，同时离型纸穿过挤压辊之间的间隙，之后挂胶载带与离型纸同时缠绕在收料辊上。

6、根据权利要求4所述的导热胶散热器的制作方法，其特征在于，所述的步骤B还包括：

调节挤压辊间的间距来控制挂胶载带与离型纸间的距离，用以控制它们之间形成的片状结构的导热胶的厚度。

7、一种包含权利要求1至3任一项所述的导热胶散热器的电路板，其特征在于，在所述电路板上覆盖有导热胶散热器，所述的导热胶散热器的厚度为0.1～0.5毫米。

8、一种权利要求7所述的电路板的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

D、将导热系数大于0.5W/mK且绝缘的导热胶加热，使其成为适合向电路板上淋涂的粘稠状的液体；

E、将导热胶按照需要散热的电路板的散热要求的厚度和涂覆面积均匀的涂覆到电路板需要散热的部位上；

F、对涂覆到电路板上导热胶进行固化处理，形成导热胶散热器。

9、根据权利要求8所述的电路板的制作方法，其特征在于，所述的步骤E包括：

E1、将导热胶装入上部密闭且下部有长条形开口的容器中；

E2、向装有导热胶的容器的上部密闭空腔中充入压缩气体，容器中的导热胶在气压作用下从下部开口流出，形成流布胶帘；

E3、电路板在流布胶帘下沿垂直于流布胶帘的方向匀速运动，导热胶便被均匀的涂覆到电路板上。

10、根据权利要求9所述的电路板的制作方法，其特征在于，所述的步骤E3还包括：

通过控制容器的上部密闭空腔中的空气压力的大小及电路板的运动速度控制导热胶在电路板上的涂覆厚度；通过控制充气时间和调节长条形开口的大小来控制导热胶在电路板上的涂覆面积。

11、一种权利要求7所述的电路板的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

F、根据电路板的散热面积，裁剪导热胶散热器，并去掉两面的离型纸和挂胶载带；

G、将导热胶散热器贴覆到电路板上需要散热的位置，加热导热胶散热器，使其粘度降低到适合向电路板上贴附的粘度并适当施加压力，以便完全附着到电路板表面；

H、对贴覆到电路板上的导热胶散热器进行固化处理。

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