CN212183821U

CN212183821U - 绝缘金属印刷电路板

Info

Publication number: CN212183821U
Application number: CN202020914340.6U
Authority: CN
Inventors: J·卡特; L·A·路克
Original assignee: BorgWarner Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2019-06-19
Filing date: 2020-05-27
Publication date: 2020-12-18
Anticipated expiration: 2030-05-27
Also published as: DE102020116003A1; US10638604B1

Abstract

一种印刷电路板(PCB)包括第一铝层，具有第一厚度，与施加到第一铝层的表面的氧化铝涂层电绝缘；第二铝层，具有不同于第一厚度的第二厚度，与施加到第二铝层的表面的氧化铝涂层绝缘；以及导电层，接合到第一铝层上的氧化铝涂层、第二铝层上的氧化铝涂层或两者。

Description

绝缘金属印刷电路板

技术领域

本申请涉及印刷电路板(PCB)，并且更具体地，涉及一种具有绝缘的铝衬底或层的PCB。

背景技术

PCB用于均匀地形成导电电路，并且还物理地支撑用于实施该电路的各种电气部件。PCB包括交替的导电层和绝缘层的堆叠，这便于将一个或多个电路放置在其它电路的顶部上。在制造期间，可以蚀刻导电层以形成电路，然后接合到绝缘层或衬底。然后，根据将被添加到PCB的附加电路的数量，可以将附加的导电层和绝缘层添加到堆叠上。

绝缘层的材料的种类和厚度会影响PCB的厚度和其他性能特性。减少绝缘层的厚度以最小化堆叠层的高度同时保持足够的散热特性将是有益的。

发明内容

在一个实施方式中，印刷电路板(PCB)包括具有第一厚度的第一铝层，第一铝层与施加到第一铝层的表面的氧化铝涂层电绝缘；第二铝层，具有不同于第一厚度的第二厚度，与施加到第二铝层的表面的氧化铝涂层绝缘；以及导电层，接合到第一铝层上的氧化铝涂层、第二铝层上的氧化铝涂层、或两者。

在另一实施方式中，PCB包括与施加到铝层表面的氧化铝涂层电绝缘的铝层；接合到铝层的氧化铝的第一导电层；以及形成在第一导电层中的电路，其中包括在第一导电层中的一个或多个电导体通过铝层与第二导电层隔开，使得由第一导电层中的电导体产生的第一磁场的强度由第二导电层中的电导体产生的磁场减小。

在又一个实施方式中，第一铝层与施加到第一铝层表面的氧化铝涂层电绝缘；接合到第一铝层上的氧化铝涂层的第一导电层；在具有氧化铝涂层的一侧和具有氧化铝涂层的另一侧上电绝缘的第二铝层；结合到第二铝层的第二导电层；以及接合到第二导电层的玻璃增强环氧树脂层。

附图说明

图1是描绘具有涂有氧化铝的铝层的印刷电路板(PCB)的一个实施方式的透视图；

图2是描绘具有涂有氧化铝的铝层的PCB的一个实施方式的截面图；

图3是描绘可以包括在PCB中的电路的一个实施方式的示意图；并且

图4是描绘具有涂有氧化铝的铝层的PCB的另一实施方式的截面图。

具体实施方式

印刷电路板(PCB)设计使用涂有氧化铝的一层或多层铝层作为电介质，以使铝层与导电层绝缘。在该铝层的至少一个表面上形成电绝缘氧化铝涂覆。PCB可以仅包括涂覆有氧化铝的铝层和导电层，或者PCB可以包括除了涂覆有氧化铝的铝层和导电层之外的玻璃增强环氧树脂(例如，FR4)的衬底层。

相反，过去PCB的铝衬底可以包括有机电介质层，例如聚酰亚胺，或者使铝层与导电层绝缘的阳极化或氮化电介质。然而，与氧化铝层的厚度相比，这些电介质层相对厚。有机电介质或阳极化/氮化表面的增大的厚度可以增加PCB的堆叠高度和/或降低PCB的导热性。反而，作为电绝缘体施加到铝层的氧化铝层比在导电层和铝衬底之间使用的其它电介质层薄。该氧化铝层可以没有孔，因此与其他电介质层相比具有更好的电绝缘力和更好的每单位面积的热传导。涂覆有氧化铝的铝层的导热性的增强可以增加从导电层到铝层的热去除，由此当与使用过去的电介质层的PCB相比时增加包括在PCB上的电路能够接收的电流量。使用涂有氧化铝的铝层的PCB的厚度的减小可以减小开关电路的尺寸并且还减小电路的电感，从而增加电路能够改变或响应的开关频率或速度。

在该PCB中，氧化铝涂覆的铝层和导电层可以接合在一起，但通过氧化铝彼此电绝缘。在其他实施方式中，铝层可以在一个侧面上涂覆有氧化铝并且还在另一个相对的侧面上涂覆有氧化铝。例如由铜制成的导电层可以各自接合到铝层的氧化铝涂覆侧。也可以采用结合玻璃增强环氧树脂层的其它实施方式。例如，在PCB实施方式中，铝层在一侧上涂覆有氧化铝并且在另一侧(相对的侧面)上涂覆有氧化铝，具有例如由铜制成的导电层，结合到铝层的涂有氧化铝的侧可包括结合到一个导电层的表面的玻璃增强环氧树脂层和结合到另一导电层的表面的另一玻璃增强环氧树脂层。此外，铝层和导电层的厚度可以根据应用而变化。例如，铝层和导电层可以非常薄，使得可以改变PCB的形状以符合承载PCB的物理壳体。或者，铝层可相对较厚以最大化热绝缘性。

现在参考图1-图3，图中示出了具有涂覆有氧化铝的铝层12的PCB10的一个实施方式。图1是PCB10的一部分的剖视图，该PCB10具有带有第一氧化铝涂层14的第一铝层12、第一导电层16、带有第二氧化铝涂层20和第三氧化铝涂层22的第二铝层18、第二导电层24，以及包括电路28的电子部件26。部件26包括第一开关30、第一栅极驱动电路32、第二开关34、第二栅极驱动电路36和电容器38。电气部件26可以被配置成用于控制在如美国专利申请号16/381，476中所描述的电致动的涡轮增压器中使用的电动机的一个或多个相，该专利申请的全部内容通过引用与本文结合。然而，结合了涂有氧化铝的铝层的PCB可以被配置成实施许多其他不同的电路设计和电气部件。

如图2所示，PCB10包括丝网40、焊接掩模42和第一铝层12，其中第一氧化铝涂层14面向导电层16。第一铝层12可以比第二铝层18厚并且充当用于PCB10的散热器。PCB10的一侧可以通过冷却通道(未示出)冷却，该冷却通道邻接第一铝层12并且使冷却的液体经过层12的表面。第一铝层12可通过层12的表面、层12的端部或两者从PCB10传递热。在一个实施方式中，第一铝层12和第一氧化铝涂层14(也称为氧化铝)可以通过称为Nanotherm^TM的衬底来实施，所述Nanotherm^TM由本部在英国的Cambridge Nanotherm Limited公司制造。第一氧化铝涂层14形成在第一铝层12的一个表面上的薄层(大约15-30微米(μm))中。氧化铝涂层14可以施加到任何铝表面并且铝层的厚度可以从15μm变化到数十毫米(mm)。氧化铝可以通过将铝层浸入化学溶液中的液体化学工艺来生产。可使用多种技术中的任一种将第一导电层16接合到第一铝层12的第一氧化铝涂层14，例如使用有机粘合剂或可称为直接金属化的高温化学扩散接合工艺。第一氧化铝涂层14使第一铝层12与第一导电层16电绝缘。

第二铝层18可以在层18的一侧上具有第二氧化铝涂层20并且在层18的另一侧上具有第三氧化铝涂层22。第二铝层18可以使用上述接合技术接合到第一导电层16，使第二氧化铝涂层20与第一导电层16分离并使第二铝层18与第一导电层16电绝缘。并且第二导电层24可以接合到第二铝层18，使得第三氧化铝涂层22将第二铝层18与第二导电层24分离并电绝缘。第一导电层16和第二导电层24可以形成包括电路28的导电通路或电导体。在该实施例中，第二铝层18可以是大约50μm，由此将第一导电层16和第二导电层24隔开该距离。

第一开关30、第一栅极驱动电路32、第二开关34、第二栅极驱动电路36和电容器38可以通过穿过第一导电层16和第二导电层24并形成电路28的电路迹线或电导体电连接。第一开关30和第二开关34均可以实施为金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)、二进制结型晶体管(BJT)或本领域已知的其他类似晶体管。开关30、34可以包括电源、栅极、漏极和地面。第一栅极驱动电路32的输出可以电连接到第一开关30的栅极，第二栅极驱动电路36的输出可以电连接到第二开关34的栅极。电容器38并联电连接在第一开关30的电源和第二开关34的漏极之间。电致动涡轮增压器的电动机的绕组可以电连接到第一开关30的源极和第二开关34的漏极。

从第一导电层16蚀刻出的电导体可以在z方向上位于第二导电层24的电导体的正上方或附近，并且电流可以在一个方向上流过第一导电层16的电导体并且在另一个方向上流过第二导电层24的电导体。在以相对小的量(例如<100μm)分开的相反方向上穿过电导体的电流可以导致来自第一导电层16中的电导体的磁场，该磁场与来自第二导电层24中的电导体的磁场大部分重叠，然而这些磁场具有相反的极性，由此消除或最小化由每个导电层16、24中的电导体产生的磁场的强度。相反，如果进一步分离，磁场可以彼此增大，从而增加磁场强度。当轨道的宽度增加并且导体之间的间隔减小时，可以更有效地消除由导电层16、24产生的磁场。电路电感(L)与存储在磁场中的能量的量相关，使得如果磁场基本上抵消，则电路径/电导体中的电感小。与被减小或消除的PCB相关联的不期望的电感可以被称为寄生电感。当电流变化率高时，寄生电感可在切换事件期间引起电压增加。所使用的开关可以被定额以承受感应过电压，并且减小寄生电感可以使感应过电压最小化，并且因此，对于电气部件的给定部件电压和电流定额的功率吞吐量可以被最大化。

现在参考图4，图中示出了PCB400的另一个实施方式。PCB400包括涂有氧化铝的铝层、导电层和玻璃增强环氧树脂层。涂覆有氧化铝的铝层、导电层和玻璃增强环氧树脂层的数量可以在不同的实施方式中变化。此处，PCB400包括第一铝层12、第一导电层16、第二铝层18、第二导电层24和玻璃增强环氧树脂层44。该第一铝层12包括在该第一铝层12上面向该第一导电层16的第一氧化铝涂层14，并且该第二铝层18可以包括第二和第三氧化铝涂层20、22，第二和第三氧化铝涂层20、22分别在面向该第一导电层16和该第二导电层18的表面上。玻璃增强环氧树脂层44可以接合到第二导电层24。在该实施方式中，第一铝层12可以比第二铝层18相对更厚。例如，第一铝层12可以是大约1毫米(mm)厚并且用作从第一导电层16、第二铝层18和第二导电层24吸取热量的PCB400的散热器。第二铝层18可以在15-130μm之间，由此将导电层16、24定位成彼此相对靠近以抵消由第一导电层16和第二导电层24的电导体产生的磁场。玻璃增强环氧树脂层44可以与第一铝层12一起用于增加PCB400的结构刚度并且包括丝网40和焊接掩模42。第一开关、第一栅极驱动电路、第二开关、第二栅极驱动电路和电容器(共同表示为电子部件26)可以通过穿过第一导电层16和第二导电层24的电导体电连接；玻璃增强环氧树脂层44可以物理地支撑第一开关、第二开关和电容器。

应当理解，前面是对本发明的一个或多个实施例的描述。本发明不限于在此公开的特定实施例，而是仅由以下所附的权利要求来限定。此外，包含在前面的描述中的陈述涉及特定实施例，并且不应被解释为对本发明的范围或对权利要求中使用的术语的定义的限制，除非上文明确定义了术语或短语。本领域的技术人员将清楚各种其它实施例以及对所公开的实施例的各种改变和修改。所有这样的其他实施例、改变和修改旨在落入所附权利要求的范围内。

如本说明书和权利要求书中所使用的，当术语“例如”、“如”、“如……”、“诸如”和“之类”以及动词“包括”、“具有”、“包含”及其其他的动词形式，与一个或多个组件或其他项目的列表结合使用时，应分别解释为开放式的，意味着该列表不被认为排除其他、附加的组件或项目。应使用最宽的合理含义来解释其它术语，除非它们在需要不同解释的上下文中使用。

Claims

1.一种印刷电路板(PCB)，包括：

第一铝层，具有第一厚度，与施加到所述第一铝层的表面的氧化铝涂层电绝缘；

第二铝层，具有不同于所述第一厚度的第二厚度，与施加到所述第二铝层的表面的氧化铝涂层绝缘；和

导电层，接合到所述第一铝层上的所述氧化铝涂层、所述第二铝层上的所述氧化铝涂层或两者。

2.根据权利要求1所述的PCB，其中，施加到所述第一铝层的所述表面的所述氧化铝涂层或施加到所述第二铝层的所述表面的所述氧化铝涂层在15-30微米之间。

3.根据权利要求1所述的PCB，进一步包括玻璃增强环氧树脂层。

4.根据权利要求1所述的PCB，进一步包括第三铝层和第二导电层。

5.根据权利要求1所述的PCB，进一步包括电连接到所述导电层的多个电气部件。

6.根据权利要求5所述的PCB，其中，所述电气部件进一步包括第一开关和第二开关。

7.一种印刷电路板(PCB)，包括：

铝层，与施加到铝层的表面的氧化铝涂层电绝缘；

第一导电层，接合到所述铝层的氧化铝；和

电路，在所述第一导电层中形成，其中包括在所述第一导电层中的一个或多个电导体通过所述铝层与第二导电层隔开，使得由所述第一导电层中的所述电导体产生的第一磁场的强度由所述第二导电层中的电导体产生的磁场减小。

8.根据权利要求7所述的PCB，其中，施加到所述铝层的所述表面的所述氧化铝涂层在15-30微米之间。

9.根据权利要求7所述的PCB，进一步包括玻璃增强环氧树脂层。

10.根据权利要求7所述的PCB，进一步包括所述第二导电层。

11.根据权利要求7所述的PCB，进一步包括第二铝层。

12.根据权利要求7所述的PCB，进一步包括电连接到所述第一导电层的多个电气部件。

13.一种印刷电路板(PCB)，包括：

第一铝层，与施加到所述第一铝层的表面的氧化铝涂层电绝缘；

第一导电层，接合到所述第一铝层上的所述氧化铝涂层；

第二铝层，在具有氧化铝涂层的一侧和具有氧化铝涂层的另一侧上电绝缘；

第二导电层，接合到所述第二铝层；和

玻璃增强环氧树脂层，接合到所述第二导电层。

14.根据权利要求13所述的PCB，其中，施加到所述第一铝层的所述表面上的所述氧化铝涂层或所述第二铝层上的所述氧化铝涂层在15-30微米之间。

15.根据权利要求13所述的PCB，进一步包括电连接到所述第一导电层和所述第二导电层的多个电气部件。