CN214413119U - 一种散热印制电路板及金属陶瓷模块散热器 - Google Patents

Abstract

一种散热印制电路板及金属陶瓷模块散热器,涉及电路板加工领域，具体的公开了一种带金属陶瓷模块的散热印制电路板，包括有金属陶瓷模块散热器、基板和形成在电路板表面、内部的导电图形；所述金属陶瓷模块散热器固定安装在基板上，金属陶瓷模块散热器的陶瓷一侧对应在发热元件安装面，金属陶瓷模块散热器的金属块一侧对应在基板散热面。所述基板包括有压合在一起的绝缘芯板和半固化片，绝缘芯板包括有绝缘芯板第一面导电层、介质层和绝缘芯板第二面导电层。通过金属块与陶瓷块的结合，解决了埋铜散热印制板散热器不绝缘的问题。相比于埋陶瓷散热基板技术，金属韧性较好，解决了纯陶瓷散热器易碎的问题,可以提高散热器与电路板结合的可靠性。

Description

一种散热印制电路板及金属陶瓷模块散热器

技术领域

本实用新型涉及电路板加工领域，具体是带金属陶瓷模块的散热印制电路板及金属陶瓷模块散热器。

背景技术

随着移动通信技术及电子信息产业的突飞猛进，电子产品体积越来越小，集成度也越来越高，使得散热成了线路板迫切需要解决的问题。现在的高导热树脂材导热系数最大也才10W/m.K，不能满足大功率的二极管、晶闸管、MOSFET（电力场效应管）、LED晶体管等元件的散热需求。

中国专利201810495741.X提供的一种埋铜块散热基板，其中铜块通过压合树脂的方式贯穿埋在PCB基板当中，该技术方案使得PCB在其厚度方向具有很好的散热性能，但铜块不具有绝缘性，同时铜与电子元器件常用材质的热膨胀系数差异较大，不利于品质可靠性。

中国专利201620231442.1提供的带有散热器的印刷电路板，其中陶瓷做散热器通过压合树脂的方式贯穿埋在PCB基板当中，该技术方案使得PCB在其厚度方向具备了很好的散热性能，同时陶瓷具有较好的绝缘性和与之匹配的热膨胀系数。但陶瓷材料易碎且较贵，厚度规格种类较少，特定厚度的产品需要特制陶瓷片，材料成本高，没有铜韧性好和散热系数高，对其应用存在限制。

因此，有必要提供一种更好的散热印制电路板设计。

发明内容

本实用新型的目的在于提供带金属陶瓷模块的散热印制电路板及金属陶瓷模块散热器，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种散热印制电路板及金属陶瓷模块散热器，包括陶瓷面导电层、陶瓷和金属块；陶瓷设置在金属块的一侧，金属块与陶瓷采用现有的活性金属钎焊覆铜技术或高温烧结技术结合到一起；在陶瓷的表面上涂覆有陶瓷面导电层，采用DPC工艺在陶瓷表面溅射镍结合层和底铜层，通过电镀工艺在底铜上加厚铜层形成，陶瓷位于发热元件安装面，金属块位于散热面,发热元件安装面的至少一部分由金属陶瓷散热器的陶瓷连续的延伸至基板的第一表面，散热面的至少一部分由基板的第二表面连续的延伸至金属陶瓷散热器的金属块的表面。

进一步的：所述金属块为无氧铜或纯铜。

进一步的：所述陶瓷为氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷、碳化硅陶瓷或氮化硅陶瓷。

一种散热印制电路板，包括有金属陶瓷模块散热器、基板和形成在电路板表面、内部的导电图形；所述基板包括有压合在一起的绝缘芯板和半固化片，半固化片的两侧均设置绝缘芯板，并且上下的绝缘芯板对称设置；所述绝缘芯板包括有绝缘芯板第一面导电层、介质层和绝缘芯板第二面导电层，在介质层的上下两侧分别覆盖有绝缘芯板第一面导电层和绝缘芯板第二面导电层;所述绝缘芯板上开设有第一通孔，半固化片上开设有不小于第一通孔的第二通孔，第一通孔和第二通孔通过机械切割作成；在绝缘芯板与半固化片压合后，第一通孔正对第二通孔。所述金属陶瓷模块散热器固定安装在连通一起的第一通孔与第二通孔内，金属陶瓷模块散热器的陶瓷一侧对应在发热元件安装面，金属陶瓷模块散热器的金属块一侧对应在基板散热面，通过金属块进行散热。

进一步的：介质层是FR4板材，还可以是现有电路板应用的其它板材。

进一步的：绝缘芯板第一面导电层和绝缘芯板第二面导电层的厚度为oz，绝缘芯板第一面导电层和绝缘芯板第二面导电层也可以是不同的厚度，或者介质层单面覆盖导电层，在绝缘芯板第一面导电层和绝缘芯板第二面导电层中含有内层导电图形。

进一步的：所述半固化片的材质是环氧树脂，并且环氧树脂未完全固化。

进一步的：所述金属陶瓷模块散热器与连通一起的第一通孔、第二通孔之间通过固化树脂固定粘合，第一通孔、第二通孔与金属陶瓷模块散热器之间留有间隙间隙，间隙间隙的宽度为2-8mil，向间隙间隙内注入树脂后等待固化，将金属陶瓷模块散热器固定在绝缘芯板上。

进一步的：所述基板上开设有过孔，过孔为通孔或盲孔，多个过孔使得基板的全部导电层层间的电导通。

进一步的：所述金属陶瓷模块散热器与绝缘芯板的表面上覆盖同一电镀导电层，使得基板两表面分别和金属陶瓷模块散热器两表面实现电性能导通；所述电镀导电层延伸到所述的孔内，实现层间的电性能导通。

进一步的：形成在电路板表面、内部的导电图形包括位于陶瓷一侧的金属陶瓷模块散热器上的功率器件安装位正极焊盘、功率器件安装位负极焊盘及基板表面的基板表面电路图形，基板表面电路图形包括基板表面的线路和焊盘，金属陶瓷模块散热器的金属块所在面形成金属陶瓷散热器导热盘。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：通过金属块与陶瓷块的结合，解决了埋铜散热印制板散热器不绝缘的问题。相比于埋陶瓷散热基板技术，金属韧性较好，金属陶瓷模块散热器解决了纯陶瓷散热器易碎的问题，其金属块部分使用印制电路板现有的棕化处理工艺，可以提高散热器与电路板结合的可靠性；另外铜、铝等常用金属比高导热ALN陶瓷材要便宜且导热系数高，降低了散热器制作成本，提高了散热器的整体导热性能；同时散热器的整体厚度可以通过调整金属块厚度进行灵活调整，避免了陶瓷块厚度种类规格少而与客户设计电路板厚度难以匹配的问题。

附图说明

图1为带金属陶瓷模块的散热印制电路板的结构示意图；

图2为带金属陶瓷模块的散热印制电路板的制备流程图；

图3为图1中制得的金属基陶瓷的结构示意图；

图4为图1中制得的金属基陶瓷板的结构示意图；

图5为一种金属陶瓷模块散热器的结构示意图；

图6为图1中制得的绝缘芯板的结构示意图；

图7为图1中制得的半固化片的结构示意图；

图8为图1中制得的基板的结构示意图；

图9为图1中制得的基板固定金属陶瓷模块散热器的结构示意图；

图10为图1中制得的基板上涂覆电镀导电层结构示意图；

图11为图1中制得的带有基板表面电路图形的基板的结构示意图；

图中：1-陶瓷面导电层；2-陶瓷；3-金属块；4-金属基陶瓷；5-金属基陶瓷板；6-金属陶瓷模块散热器；7-绝缘芯板；8-半固化片；9-芯板所带第一通孔；10-绝缘芯板第一面导电层；11介质层；12-绝缘芯板第二面导电层；13-间隙；14固化树脂；15-基板；16-过孔；17通孔孔壁导电层；18-电镀导电层；19-功率器件安装位正极焊盘；20功率器件安装位负极焊盘；32-基板表面电路图形；33-半固化片所带第二通孔；34-金属陶瓷散热器导热盘。

具体实施方式

实施例1

请参阅图5，本实用新型实施例中，一种金属陶瓷模块散热器，包括陶瓷面导电层1、陶瓷2和金属块3；所述金属块3为无氧铜或纯铜，陶瓷2设置在金属块3的一侧，金属块3与陶瓷2采用现有的活性金属钎焊覆铜技术或高温烧结技术结合到一起；陶瓷2为陶瓷材料，优选的为，氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷、碳化硅陶瓷或氮化硅陶瓷,在陶瓷2的表面上涂覆有陶瓷面导电层1，采用DPC工艺在陶瓷2表面溅射镍结合层和底铜层，通过电镀工艺在底铜上加厚铜层形成。陶瓷2位于发热元件安装面，金属块3位于基板散热面,发热元件安装面的至少一部分由金属陶瓷散热器的陶瓷2连续的延伸至基板15的第一表面，散热面的至少一部分由基板15的第二表面连续的延伸至金属陶瓷散热器的金属块3的表面。

实施例2

请参阅图1，本实用新型实施例中，一种带金属陶瓷模块的散热印制电路板，包括有金属陶瓷模块散热器6、基板15和形成在电路板表面、内部的导电图形。

所述金属陶瓷模块散热器6为实施例1中所述，参照上述结构。

所述基板15包括有压合在一起的绝缘芯板7和半固化片8，半固化片8的两侧均设置绝缘芯板7，并且上下的绝缘芯板7对称设置。

所述绝缘芯板7包括有绝缘芯板第一面导电层10、介质层11和绝缘芯板第二面导电层12，介质层11是FR4板材，还可以是现有电路板应用的其它板材，在介质层11的上下两侧分别覆盖有绝缘芯板第一面导电层10和绝缘芯板第二面导电层12，绝缘芯板第一面导电层10和绝缘芯板第二面导电层12的厚度为1oz，绝缘芯板第一面导电层10和绝缘芯板第二面导电层12也可以是不同的厚度，或者介质层11单面覆盖导电层，在绝缘芯板第一面导电层10和绝缘芯板第二面导电层12中含有内层导电图形。

所述半固化片8的材质是环氧树脂，并且环氧树脂未完全固化。

所述绝缘芯板7上开设有第一通孔9，半固化片8上开设有不小于第一通孔9的第二通孔33，第一通孔9和第二通孔33通过机械切割作成；在绝缘芯板7与半固化片8压合后，第一通孔9正对第二通孔33。

所述金属陶瓷模块散热器6固定安装在连通一起的第一通孔9与第二通孔33内，金属陶瓷模块散热器6的陶瓷2一侧对应在发热元件安装面，金属陶瓷模块散热器6的金属块3一侧对应在基板散热面，通过金属块3进行散热。

所述金属陶瓷模块散热器6与连通一起的第一通孔9、第二通孔33之间通过固化树脂14固定粘合，第一通孔9、第二通孔33与金属陶瓷模块散热器6之间留有间隙间隙13，间隙间隙13的宽度为2-8mil，向间隙间隙13内注入树脂后等待固化，将金属陶瓷模块散热器6固定在绝缘芯板7上。

所述基板15上开设有过孔16，过孔16为通孔或盲孔，多个过孔16使得基板15的全部导电层层间的电导通。

所述金属陶瓷模块散热器6与绝缘芯板7的表面上覆盖同一电镀导电层18，使得基板15两表面分别和金属陶瓷模块散热器6两表面实现电性能导通；所述电镀导电层18延伸到所述的过孔16内，实现层间的电性能导通。

形成在电路板表面、内部的导电图形包括位于陶瓷2一侧的金属陶瓷模块散热器6上的功率器件安装位正极焊盘19、功率器件安装位负极焊盘20及基板15表面的基板表面电路图形32，基板表面电路图形32包括基板15表面的线路和焊盘，金属陶瓷模块散热器6的金属块3所在面形成金属陶瓷散热器导热盘34。

上述带金属陶瓷模块的散热印制电路板的制备方法：

（1）如图2所示步骤21制备金属陶瓷模块散热器，厚度根据客户要求设计，详细为如图3所示，将一定厚度且较平整的高纯度无氧铜块与陶瓷块采用现有的活性金属钎焊覆铜技术或高温烧结技术结合到一起，形成金属基陶瓷。进一步如图4所示，采用DPC工艺在陶瓷表面溅射镍结合层和底铜层，通过电镀工艺在底铜上加厚铜层形成导电层，制作出金属基陶瓷板，其中溅射的镍结合层也可以是钛、镍铬等其它金属。进一步如图5所示，通过水刀切割或其它切割技术切割金属基陶瓷板作成设计尺寸的金属陶瓷模块散热器。

（2）图2所示的制备方法进一步包括步骤22提供带有通孔的绝缘芯板和半固化片。如图6中绝缘芯板带有第一通孔，两面覆盖有导电层，包含介质层，导电层的厚度通常为1oz。需要说明的是该绝缘芯板板材可以是FR4板材，还可以是现有电路板应用的其它板材。绝缘芯板两面导电层也可以是不同的厚度或者单面覆盖导电层，并可含有内层导电图形。如图7中半固化片带有第二通孔，第二通孔不小于芯板的第一通孔。所示第一通孔、第二通孔通过机械切割作成。半固化片还可以是没有完全固化的环氧树脂。

（3）图2所示的制备方法进一步包括步骤23预叠芯板和半固化片，并使其初步固合制成预叠板。按照设计的预叠顺序，采用现有印制电路板热熔工艺或者铆钉固定工艺的方式进行初步固合。

（4）图2所示的制备方法进一步包括步骤24将金属陶瓷模块散热器放入预叠板通孔内，如图8所示，其中通孔与金属陶瓷模块散热器之间留有间隙，以便树脂填充结合。间隙大小建议在2-8mil。金属陶瓷模块散热器的厚度需要根据印制电路板层压后板厚来制定，一般建议与压合板的板厚相差控制在-1-3mil。另外将金属陶瓷模块散热器放入通孔内时，需要注意金属陶瓷模块散热器的陶瓷面对应在发热元件焊接面，金属块面对应在基板散热面，按照预定压合程序进行压合，使得基板和金属陶瓷模块散热器通过树脂结合到一起，形成压合基板。

（5）图2所示的制备方法进一步包括步骤25制备X光定位孔和修边处理。X光定位孔为已知的一种线路板定位用工具孔，然后通过铣切机对压合基板尺寸按照设计参数进行修正。

（6）图2所示的制备方法进一步包括步骤26去除溢出到基板和金属陶瓷模块散热器表面的固化树脂。如图9所示，通过磨板处理去除溢出的固化树脂，同时可以使得层压基板表面导电层与散热器表面导电层基本平整。

（7）图2所示的制备方法进一步包括步骤27钻孔工艺加工。通过现有钻孔工艺钻穿压合基板形成多个通孔，如图10所示，多个通孔使得层压板全部导电层层间的电导通。需要说明的是，全部导电层层间也可以是通过层间盲孔进行电导通。

（8）图2所示的制备方法进一步包括步骤28电镀工艺加工。通过现有电镀工艺进行电镀并形成第四导电层，第四导电层覆盖层压基板表面导电层、溢出固化树脂及散热器表面导电层，使得层压基板两表面分别和散热器两表面实现电性能导通，在通孔内壁形成有导电层，导电层实现层间的电性能导通。

（9）图2所示的制备方法进一步包括步骤29图形转移加工。通过现有的图形转移工艺进行电路板表面图形制作,如图11所示电路板表面图形包括散热器陶瓷面的散热器件安装位及基板表面电路图形，电路图形包括压合板表面的线路和焊盘。金属陶瓷模块散热器的金属块所在面形成导热盘。

（10）图2所示的制备方法进一步包括步骤30基板进行表面处理加工。表面处理类型根据客户的需求，包括阻焊层、渡金、沉锡、沉银等线路板加工工艺。

（11）图2所示的制备方法进一步包括步骤31外形加工，制作成品散热印制电路板。外形尺寸根据客户图纸制作，外形加工可以是采用现有的冲切、铣切、V-CUT等工艺的一种或者几种。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种金属陶瓷模块散热器，其特征在于，包括陶瓷面导电层（1）、陶瓷（2）和金属块（3）；陶瓷（2）设置在金属块（3）的一侧，在陶瓷（2）的表面上涂覆有陶瓷面导电层（1），陶瓷（2）位于发热元件安装面，金属块（3）位于基板散热面。

2.根据权利要求1所述的一种金属陶瓷模块散热器，其特征在于：所述金属块（3）为无氧铜或纯铜。

3.根据权利要求1所述的一种金属陶瓷模块散热器，其特征在于：所述陶瓷（2）为氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷、碳化硅陶瓷或氮化硅陶瓷。

4.一种散热印制电路板，其特征是带有权利要求1-3任一所述的金属陶瓷模块散热器，包括有金属陶瓷模块散热器（6）、基板（15）和形成在电路板表面、内部的导电图形；所述金属陶瓷模块散热器（6）固定安装在基板（15）上，金属陶瓷模块散热器（6）的陶瓷（2）一侧对应在发热元件安装面，金属陶瓷模块散热器（6）的金属块（3）一侧对应在基板散热面。

5.根据权利要求4所述的一种散热印制电路板，其特征在于：所述基板（15）包括有压合在一起的绝缘芯板（7）和半固化片（8），半固化片（8）的两侧均设置绝缘芯板（7），并且上下的绝缘芯板（7）对称设置；所述绝缘芯板（7）包括有绝缘芯板第一面导电层（10）、介质层（11）和绝缘芯板第二面导电层（12），在介质层（11）的上下两侧分别覆盖有绝缘芯板第一面导电层（10）和绝缘芯板第二面导电层（12）;所述绝缘芯板（7）上开设有第一通孔（9），半固化片（8）上开设有不小于第一通孔（9）的第二通孔（33），所述的金属陶瓷模块散热器（6）安装在正对的第一通孔（9）、第二通孔（33）内。

6.根据权利要求5所述的一种散热印制电路板，其特征在于：所述介质层（11）是FR4板材。

7.根据权利要求5所述的一种散热印制电路板，其特征在于：所述半固化片（8）的材质是环氧树脂。

8.根据权利要求5所述的一种散热印制电路板，其特征在于：所述金属陶瓷模块散热器（6）与连通一起的第一通孔（9）、第二通孔（33）之间通过固化树脂（14）固定粘合。

9.根据权利要求5所述的一种散热印制电路板，其特征在于：所述基板（15）上开设有过孔（16），过孔（16）为通孔或盲孔。

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