CN209659706U - 一种具有热传导结构的线路板 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有热传导结构的线路板，包括多层线路板，其特征在于，每相邻两层线路板间安装有至少一个支撑体，使两层线路板之间形成腔体，所述腔体内填充有导热介质，导热介质与支撑体形成热传导结构。该结构利用尺寸微小的热传导结构实现线路板的散热，便于适应小型电子器件的轻薄化散热需求，再者，该热传导结构的添加无需改动既有线路板的线路布局，不增加线路板的设计成本。

Description

一种具有热传导结构的线路板

技术领域

本实用新型属于印刷线路板技术领域，具体涉及一种具有热传导结构的线路板。

背景技术

在电子设备轻薄化需求的今天，电子器件越来越微小化和集成化，线路板结构也愈趋向复杂与紧凑。而高密度的电子器件与电路造成了无法回避的散热问题。尤其是处理芯片及大功率器件等发热大户，如果热量不能及时有效地传导至外界，其带来的高温将严重影响电子设备的性能，并很有可能导致电子设备的异常和损坏。因此，电子设备的散热极大地影响着产品设计及日常使用。

目前，为实现散热，智能手表、手机、平板电脑等小型化电子设备一般在线路板上涂覆各类散热层；而针对较大的电子设备如笔记本电脑、一体式电脑等，常见的散热方式包括：在线路板及电子器件表面上，贴装如铜片、铜管等散热片或涂覆散热硅脂，或在散热片上涂覆散热硅脂等，一般情况下，高发热器件均需要贴装散热片和涂覆散热硅脂，此时，还需要连接风扇进行散热。

可以看出，现有的散热方式多注重外部散热，即散热结构设于线路板外部，但同时，线路板本身内部也存在热量的聚积。常规的线路板有PCB(硬板)和R-FPC(软硬结合板)，其可以通过多个单层压合得到，各单层上有电子线路排布，层间通过盲、埋或通孔连接。线路板的基材一般为酚醛、聚酯、环氧等大分子物质，均为热量的不良导体，因而其高低温区之间的热对流效率低下，高温易持续。热量的聚积带来的主要问题是电性能的恶化，并可能影响线路板结构的稳定性。

申请公布号为CN108012412A公开了一种多层绝缘散热线路板，包括：从上至下依次包括上陶瓷层、上绝缘层、上线路层、中绝缘层、下线路层、下绝缘层和下陶瓷层，即在线路层间设有绝缘层，并在绝缘层内开设容腔，腔体内填充散热材料，绝缘层包括绝缘板以及设置于绝缘板两侧的金属板，且金属板外侧设置有若干散热板。线路层的热量经绝缘层、散热材料、金属板传导至散热板，进而起到对线路层散热的作用。

然而，申请公布号为CN108012412A公布的多层绝缘散热线路板中，结构件的增多必然导致线路板结构的复杂化及体积的增大化，使得难以适用于小、微型电路，也有悖于电子设备的轻量化趋势；此外，由于绝缘层的存在，线路层间的线路需进行避让，从而导致线路排布密集化，增大了线路设计的难度，同时密集的走线也会影响信号的传输。

实用新型内容

本发明的目的是提供一种具有热传导结构的线路板，利用尺寸微小的热传导结构实现线路板的散热，便于适应小型电子器件的轻薄化散热需求，再者，该热传导结构的添加无需改动既有线路板的线路布局，不增加线路板的设计成本。

本发明的另一目的是提供一种具有热传导结构的线路板的制备方法，该制备方法操作简单，制备得到的线路板具有很强的散热特性。

为实现上述发明目的，本实用新型提供以下技术方案：

一种具有热传导结构的线路板，包括多层线路板，每相邻两层线路板间安装有至少一个支撑体，使两层线路板之间形成腔体，所述腔体内填充有导热介质，导热介质与支撑体形成热传导结构。

两层线路板之间添加由支撑体和导热介质组成的热传导结构，这样线路板产生的热量可以从较高温区传递至导热介质，再经导热介质快速地传递至较低温区进而散发，以形成温度分布相对均匀的线路板，实现线路板的散热。

优选地，所述支撑体包括起绝缘和隔离作用的绝缘孔，安装于绝缘孔内的导电体。

将支撑体设定成绝缘孔包裹导电体的结构，支撑体相对的上下表面支撑在上下线路板的相对表面，这样导电体在无需改动既有线路板的线路布局的条件下，既可以实现上下两层线路板的导电，拓展了该热传导结构的应用环境，同时不增加线路板重新布线的设计成本。绝缘孔将导电体封装起来，实现导电体与导热介质的隔绝，防止导热介质对导电体造成影响，同时绝缘体也可以作为下述电镀导电体时的电镀空间，此外，导电体一般为刚性结构，实现导电的同时，还能够支撑上下两线路板，使上下线路板之间形成空腔，以填充导热介质。

优选地，所述支撑体包括导电体。该导电体直接与上下两层线路板的线路节点处，实现上下两层线路板的导电，在制备的过程中，为了限制导电体的固定位置，所述导电体包围有起限位作用的绝缘孔，所述绝缘孔高度低于所述导电体。

优选地，所述绝缘孔为胶材构成的胶孔。进一步地，所述绝缘孔为线路板灌封胶构成的胶孔，对于多层线路板而言，本实用新型采用线路板灌封胶制备胶孔作为绝缘孔，在使用灌封胶粘接作用的同时，还巧妙地利用灌封胶的绝缘作用，为导电体提供一种封闭环境，以隔离带导电体和导热介质。

优选地，绝缘孔的高度为10～1000μm，该高度下导热介质既不会大幅度地增加多层线路板的厚度，同时足够实现将线路板的高温热量传递到导热介质中，利用导热介质的大面积的散热实现对线路板的散热。

优选地，所述导电体为金属材料，或由有机导电材料形成的结构。其中，导电金属可以为金、银、铜、铁、钼、钨等，进一步优选为铜，铜除了具有优良的导电性外，一定形状的铜导电体具还具有一定的强度，足以支撑固定上下两层线路板，同时铜也更适应于量产。可选的还有有机导电材料，例如导电聚乙炔等导电高分子材料。

为了便于上下两层线路板的导通，优选地，所述支撑体以上表面或下表面贴附安装在线路板表面的电路连接点处。此时支撑体的导电体与电路连接点(也就是电触点)直接接触，以实现电流的导通。

优选地，上下两层线路板的对应位置设有至少一对连接孔，所述连接孔为预先设置于线路板的通孔，其内部具有线路并向外侧延伸以作为连接线路板上下表面电路的通道，所述绝缘孔以其中心与连接孔中心对齐的方式设于线路板上，导电体连接所述连接孔和绝缘孔，且贴合于连接孔的线路区域，实现对上下两层线路板的支撑固定和电连接。这样，导电体更能稳固地对上下两层线路板进行支撑固定。在此基础上，所述连接孔分别设于上下两层线路板上对应的线路节点处。由于导电体直接与连接孔贴合连接，这样上下两层线路板可以直接通过导电体导通。

优选地，所述导热介质为具有高导热系数、低膨胀系数的液体导热介质，或具有固化特性、高导热系数、低膨胀系数的导热胶。液体导热介质具有一定的流动性，方便制备时导热介质的填充，此外，流动性能够加速导热介质的热量传递，以加快线路板的散热。进一步地，所述液体导热介质为导热油。导热胶具有固化特性，一旦成型，不必担心导热介质的溢出及渗漏，对密封的要求较低，此外，导热胶使得热传导结构稳定性强，进而也增加了多层线路板的结构稳定性。

一种具有热传导结构的线路板的制备方法，包括以下步骤：

(1)在单层线路板上的电路连接点处制备支撑体；

(2)另一单层线路板以与步骤(1)中单层线路板平行的方式设于绝缘孔上，与绝缘孔粘接后并被下压，保证内部导电体与两层线路板接触，然后固化绝缘孔；

(3)对两层线路板的外边缘进行密封，使两层线路板之间形成带有进料口的腔体，导热介质经进料口填充满腔体后，密封进料口获得具有热传导结构的线路板。

通过支撑体支撑固定上下两个线路板，再封装线路板边缘以形成一个空腔，将导热介质填充在空腔内，以实现在线路板间增加热传导结构，完成具有热传导结构的线路板的制备，该制备方法操作简单，且制备的线路板具有很强的散热特性。

优选地，步骤(1)中，制备电导体，在电导体外侧包裹绝缘层，随后切割以形成多段支撑体，并将支撑体粘附于单层线路板上电路连接点对应位置。此方案中，先一体形成多个支撑体，再将多个支撑体固装到单层线路板上，这样能够保证降低支撑体的差异性，且能够提升上述热传导结构的制作效率。

优选地，步骤(1)中，制备绝缘孔，并将绝缘孔粘贴固定于单层线路板上，绝缘孔的粘贴位置对应于单层线路板的电路连接点，随后对绝缘孔进行紫外辐照以初步固化成型，然后，在绝缘孔内形成高度低于绝缘孔的导电体。此方案中，可以采用点胶设备制备绝缘孔，采用电镀、化镀、沉积、贴装等工艺在在绝缘孔内形成高度低于绝缘孔的导电体。

本实用新型具有的有益效果为：

由支撑体和导热介质组成的热传导结构形成并封装于线路板之间，可发散线路板内部热量，由于本实用新型的线路板体积小，因此更利于配合其他散热途径达成更好的散热效果；热传导结构复杂度低，制造成本低，利于大范围应用，适应于多领域的散热需求；热传导结构的添加基于既有线路板的线路布局，无需重新设计电路，不增加线路板的设计成本；

具有热传导结构的线路板的制备方法操作简单，制备得到的线路板具有很强的散热特性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1是具有热传导结构的线路板的结构示意图；

图2是热传导结构的散热原理示意图；

图3是具有热传导结构的线路板的另一结构示意图；

图4是线路板制备过程中，胶孔、导电体以及上层线路板的状态以及上层线路板的下压状态示意图；

图5是线路板制备方法的流程示意图；

图6是现有线路板的剖视图；

图7是线路板制备方法的另一流程示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本实用新型进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本实用新型，并不限定本实用新型的保护范围。

现有线路板以及线路板上安装的元器件的发热在区域上不均匀，会导致高温区与低温区的温差较大，而导热性较差的线路板基材阻碍了热量的转移与发散。为解决该问题，本实施例提供了一种具有热传导结构的线路板。

如图1所示，实施例提供的具有热传导结构的线路板100包括上层线路板101，下层线路板102，设于上层线路板101、下层线路板102上的线路103，两端支撑贴紧上层线路板101和下层线路板102的至少一个支撑体104，均匀填充在上层线路板101和下层线路板102之间的导热介质105，其中，支撑体包括绝缘孔1041和安装在绝缘孔内的导电体1042。

值得注意的是，上层线路板和下层线路板中的上层和下层是相对位置的限定，因此上层线路板和下层线路板是相对概念，当一个由三层单层线路板组成的多层线路板时，针对顶层单层线路板而言，中间单层线路板是的下层线路板，针对底层单层线路板而言，中间单层线路板是上层线路板。

上层线路板101和下层线路板102通过支撑体104的支撑固定，会在上层线路板101和下层线路板102之间形成一间隙，导热介质105均匀散布充满在该间隙内，与支撑体104形成热传导结构，这样线路板产生的热量可以从较高温区传递至导热介质，再经导热介质快速地传递至较低温区散发，以形成温度分布相对均匀的线路板，进而实现线路板的散热，如图2所示。

绝缘孔1041用来支撑上层线路板101和下层线路板102，以形成承载导热介质105的层间间隔，同时，绝缘孔1041还用于隔绝导热介质105和导电体1042，防止导电体1042漏电对导热介质105产生影响，同时也避免导热介质105损坏导电体1042。

绝缘孔1041可以是高度为10～1000μm的空心圆柱或其他柱体结构。该高度下导热介质105既不会大幅度地增加多层线路板的厚度，同时又足够将上层线路板101和下层线路板102的热量传递到导热介质105中，利用导热介质105的大面积的散热实现对上层线路板101和下层线路板102的散热。

绝缘孔1041可以选为线路板灌封胶材质。采用线路板灌封胶制备胶孔作为绝缘孔1041，在使用灌封胶粘接作用的同时，还巧妙地利用灌封胶的绝缘作用，为导电体1042提供一种封闭环境，以隔离导电体1042和导热介质105。

导电体1042支撑于上层线路板101和下层线路板102之间，在无需改动既有线路板的线路布局的条件下，即可以实现上下两层线路板的导电，即连通不同的线路板层，拓展了热传导结构的应用环境，不增加线路板的设计成本，导电体一般为刚性结构，实现导电的同时，还能够支撑上下两线路板，使上下线路板之间形成空腔，以填充导热介质。

导电体1042可以为导电金属，如金、银、铜、铁、钼、钨等，综合考虑导电性、成本以及强度后，导电体1042可以为具有一定形状的铜制导电体，该铜制导电体被形成为与绝缘孔1041内侧空间相同的形状结构，以适应绝缘孔1041，该铜导电体除了导电外，还具有一定的强度，足以支撑固定上下两层线路板。导电体1042还可以为由有机导电材料形成的结构，如由导电聚乙炔制成的上述形状结构。

在另外一个实施例中，支撑体104为一个导电体。该导电体直接与上下两层线路板的电路连接点处，能够实现稳定、可靠的上下两层线路板的导电。在制备的过程中，为了限制导电体的固定位置，导电体包围有起限位作用的绝缘孔，绝缘孔高度低于导电体。此时，当上层线路板被贴附于支撑体上方时，线路板首先与导电体接触，使得导电体与线路板间的导电连接更为可靠与直观。在该实施例中，由于导电体高于绝缘孔，以致导电体高于绝缘孔的部分会暴露于导热介质中，此时导热介质需要是绝缘的、对导电体显惰性的材料，如具有固化特性的导热胶。

具体地说，支撑体104可以安装在与线路板上电路连接点对应位置，这样导电体1042刚好与电路连接点(也就是电触点)直接接触，以实现电流的导通，这样的导电更加稳定可靠。此外，这样无需改动既有线路板的线路布局，不增加线路板的设计成本。支撑体104还可以均匀安装在上层线路板101和下层线路板102之间，以提高线路板的结构稳定性。

具体地说，如图3所示，上层线路板101和下层线路板102的对应位置设有至少一对连接孔301，连接孔301为预先设置于线路板的通孔，其内部具有线路并向外侧延伸以作为连接线路板上下表面电路的通道，绝缘孔1041以其中心与连接孔301中心对齐的方式粘贴固定在上层线路板101和下层线路板102上，导电体1042同时穿过一对连接孔301和绝缘孔1041，且贴合连接孔301线路区域，实现对上层线路板101和下层线路板102的支撑固定和电连接。这样，导电体1042更能稳固对上下两层线路板的支撑固定。在此基础上，连接孔301还可以设于上层线路板101和下层线路板102上的线路处，由于导电体1042直接与连接孔表面贴合连接，这样上下两层线路板上的电路可以直接通过导电体导通。

导热介质105可以为具有高导热系数、低膨胀系数的液体导热介质，如导热油。液体导热介质具有一定的流动性，方便制备时导热介质的填充，此外，不同温度区的温差会在液体导热介质内部产生对流，从而加速高低温区之间的热传导速率，以加快线路板的散热。

导热介质105还可以为具有固化特性的导热胶，导热胶的特性在于具有粘接性与固化性，一旦成型，使得热传导结构稳定性强，进而也增加了多层线路板的结构稳定性。所述导热胶优选为具有与线路板材相匹配热膨胀系数(CTE)，以减小固化中及固化后因热膨胀产生的结构形变。举例而言，可选的有各种环氧改性导热胶，其具有与多数线路板材相同的主体材料，能更好的降低热膨胀产生的结构形变。

对于多层线路板，上述热传导结构可以安装在多层线路板中任意两相邻单层线路板之间，或多个单层线路板之间，上述热传导结构的大小及安装位置可以是任意的，在此不受限制。

另外一个实施例还提供了上述具有热传导结构的线路板的制备方法，具体包括以下步骤：

S101，点胶设备初步产生绝缘孔并以底面粘附并下压固定于单层线路板上，绝缘孔的粘附位置对应于单层线路板的电路连接点，然后进行热固或紫外辐照以初步固化成型，该步骤中可通过下压绝缘孔以提高与单层线路板的粘接强度，保证绝缘孔内外的隔离性；

S102，通过电镀等工艺在绝缘孔内形成高度低于绝缘孔的导电体，导电体的高度低于绝缘孔可以确保绝缘孔完全包覆导电体外侧；

S103，另一单层线路板平行设于绝缘孔上，通过绝缘孔顶面与绝缘孔粘接后并被下压，以保证内部导电体与两层线路板的电接触，然后再次进行固化操作以最终成型该绝缘孔；

S104，对两层线路板的外边缘进行密封，使两层线路板之间形成带有进料口的腔体，导热介质经进料口填充满腔体后，密封进料口以获得具有单层热传导结构的线路板；

S105，重复S101～S104，可以获得具有多层热传导结构的多层线路板。

如图4所示，由于胶孔成型的工艺精度限制，所述绝缘孔的顶面难以实现较高的平整度，因而会出现起伏的表面，并影响绝缘孔的密封性。本实用新型中，绝缘孔顶面的平均粗糙程度为a，同时导电体顶面低于绝缘孔顶面的距离为b以确保导电体的侧壁完全为绝缘孔所包覆，为了保证导电体与导热介质的隔绝，防止导电体因与导热介质的接触而产生短路、锈蚀等问题，并确保导电体顶面与单层线路板间的电气连接，需要使b>a，因此，S103中需要对上层线路板下压，下压量最小为(b+a/2)，此时，导电体与线路板直接接触，并且完全被绝缘孔所密封。

该方法制备得到的具有单层热传导结构的线路板中，导电体与电路连接点(也就是电触点)直接接触，以实现电流的导通，这样的导电更加稳定可靠。此外，由于导电体直接设置在现有的电路连接点上，这样无需改动既有线路板的线路布局，不增加线路板的设计成本。

在另外一个实施例中，导电体可以贯穿单层线路板以连接多层线路板，因此，在上述S101～S105的基础上，如图5所示，线路板的制备方法包括：

S201在上下层线路板上预先形成相对的多对连接孔；

S202，采用S101在下层线路板的连接孔处制作安装绝缘孔；

S203，采用S103将上层线路板以连接孔对齐的方式压固在绝缘孔上；

S204，采用S104在上下层线路板间的间隙填充导热介质；

S205，在连接孔和绝缘孔内电镀导电体，获得具有单层热传导结构的线路板。

该方法制备得到的具有单层热传导结构的线路板中，导电体通过连接孔贯穿并电连接多个单层线路板，并起到支撑固定的作用。

在另外一个实施例中，上述支撑体还可以事先制备获得，可选的是，在已有的电导体外侧通过包胶工艺包裹形成绝缘层后，再依所需支撑体的高度尺寸切割成多段支撑体，之后将支撑体粘贴于单层线路板上电路连接点对应位置，然后采用S103～S105制备得到具有多层热传导结构的多层线路板。由于支撑体为预先制备得到，因此可以简化线路板制备方法的制备工序。

现有线路板剖视结构如图6所示，在每层线路板上制作线路和孔并逐层压合，形成复杂的走线结构，其具有连接表层与内部的盲孔601、连接内部各层的埋孔602以及贯穿整板的通孔603。

在另外一个实施例中，如图7所示，上述具有热传导结构的线路板的制备方法包括：

S301，在第一线路板上涂覆一层热固或光固的导热介质，并将第二线路板贴附在导热介质上，经加热处理或光照处理后，形成一夹层板；

S302，在夹层板上电路连接点处制作通孔，采用电镀方式于通孔内形成电导体，以获得具有热传导结构的线路板。

可以采用机械钻孔、激光蚀刻或化学蚀刻的方式在夹层板上电路连接点处制作通孔，孔的位置需符合走线要求。

S303，重复S301和S302，通过在单层打孔可以获得不同的通孔的排布。

当制作多层线路板时，先在各单层线路板制作埋孔，然后再在整板上按照S301～S303获得不同排布的通孔。

上述实施例中，为了确保层线路板与导电体之间的电连接，还可以在上层板与导电体接触后，使用超声键合等方式使层线路板与导电体一体化连接。其中，超声键合是指通过超声波使被键合物两者的表面互相渗透，以使二者稳定地结合。

该具有热传导结构的线路板的制备方法操作简单，工艺流程较短。

以上所述的具体实施方式对本实用新型的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本实用新型的最优选实施例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种具有热传导结构的线路板，包括多层线路板，其特征在于，每相邻两层线路板间安装有至少一个支撑体，使两层线路板之间形成腔体，所述腔体内填充有导热介质，导热介质与支撑体形成热传导结构。

2.如权利要求1所述的具有热传导结构的线路板，其特征在于，所述支撑体包括起绝缘和隔离作用的绝缘孔，安装于绝缘孔内的导电体。

3.如权利要求1所述的具有热传导结构的线路板，其特征在于，所述支撑体包括导电体。

4.如权利要求3所述的具有热传导结构的线路板，其特征在于，所述导电体包围有起限位作用的绝缘孔，所述绝缘孔高度低于所述导电体。

5.如权利要求2或4所述的具有热传导结构的线路板，其特征在于，所述绝缘孔为胶材构成的胶孔。

6.如权利要求2或4所述的具有热传导结构的线路板，其特征在于，所述绝缘孔的高度为10～1000μm。

7.如权利要求2或3所述的具有热传导结构的线路板，其特征在于，所述导电体为金属材料，或由有机导电材料形成的结构。

8.如权利要求2或3所述的具有热传导结构的线路板，其特征在于，所述支撑体以上表面或下表面贴附安装在线路板表面的电路连接点处。

9.如权利要求2所述的具有热传导结构的线路板，其特征在于，上下两层线路板的对应位置设有至少一对连接孔，所述连接孔为预先设置于线路板的通孔，其内部具有线路并向外侧延伸以作为连接线路板上下表面电路的通道，所述绝缘孔以其中心与连接孔中心对齐的方式设于线路板上，导电体连接所述连接孔和绝缘孔，且贴合于连接孔的线路区域，实现对上下两层线路板的支撑固定和电连接。

10.如权利要求9所述的具有热传导结构的线路板，其特征在于，所述连接孔分别设于上下两层线路板上对应的线路节点处。

11.如权利要求1所述的具有热传导结构的线路板，其特征在于，所述导热介质为具有高导热系数、低膨胀系数的液体导热介质，或具有固化特性、高导热系数、低膨胀系数的导热胶。

12.如权利要求11所述的具有热传导结构的线路板，其特征在于，所述液体导热介质为导热油。