TW201436667A

TW201436667A - 電路板

Info

Publication number: TW201436667A
Application number: TW102135565A
Authority: TW
Inventors: Jan Hendrik Berkel
Original assignee: Schoeller Electronics Gmbh
Priority date: 2012-10-24
Filing date: 2013-10-01
Publication date: 2014-09-16
Also published as: US20140111945A1; US10524347B2; EP2725880A1; CN103826387A; DE102012020838A1

Abstract

一種與至少一個電子元件(2)一起裝配之電路板，其中配置至少一個導熱元件(6)，該至少一個導熱元件(6)藉由界面層(7)與平面狀的電路板體(9)的表面(8)連接。該界面層(7)包含：平面的非導電層(10)以及平面的導電層(11)，其中該非導電層(10)與該電路板體(9)以及該導熱元件6共同提供至少一個容置空間(Aufnahmeraum)(12)，該至少一個容置空間(12)具有：用於該導電層(11)的袋狀空間。

Description

電路板

本發明關於：根據請求項第1項之用於與至少一個電子元件一起裝配之電路板，以及根據請求項第11項之用於製造此電路板的方法。

在當前技術中，印刷電路板係習知技術，對於印刷電路板而言，電路板與至少一個電子元件一起裝配。此種電路板可包含：一個或更多單層，該單層係經玻璃纖維強化、硬化的環氧樹脂板，該板係單邊或雙邊覆銅，以形成導線。此種一個或更多單層的配置在此被稱為「電路板體」(Leiterplattenkörper)。

由於配置在經裝配且運作中之電路板上的電子元件之相對高的功率損耗，經裝配且運作中之電路板收到高度生熱的影響。為了排出源於功率損耗的熱，在習知技藝中，提供有金屬體(Metallkörper)形式的導熱元件。導熱元件通常由銅或具有良好導熱能力的同等金屬所製成。裝備在電路板中的導熱元件確保從電子元件中排出足夠的損耗熱，且因而防止了元件與電路板的臨界溫度區域。

導熱元件除了導熱以外通常尚具有額外功能：使相關元件接地。在習知配置中，經由電路板體中的凹處，電子元件得以與導熱元件熱接觸與電性接觸。而以下事實特別重要：導熱元件提供與電路板接地層的低電阻(niederohmig)電性連接。在高頻配置時，還產生以下需求：儘可能在電子元件附近提供導熱元件與電路板接地層之間的接地，以抑制干擾場的建立。上述的電路板接地層最常延伸至電路板體之平面主要部分的上方。

目前的電路板中，導熱元件藉由黏性界面層與電路板體的表面連接。此時使用導電且導熱的黏著劑，該黏著劑提供導熱元件與電路板接地層之間的電性接觸。此時導電界面層廣泛地延伸至導熱元件上方。

習知電路板的問題在於以下事實：導電性黏著劑的廣泛使用過於昂貴。

本發明係基於下述問題：配置並再建構習知電路板，而使生產得以更為廉價。

上述問題藉由具有請求項1之特徵的電路板而解決。所提出之解決方式首先係基於以下考量：針對性地以平面非導電層以及平面導電層來建構界面層。如此，基本上可以僅在以下位置配置成本密集的導電層：特別需要該導電層以製造接地的位置。

現在，重要的是以下認識：可使用非導電層以提供用於導電層的容置空間(Aufnahmeraum)。詳言之，非導電層與電路板體以及導熱元件共同形成至少一個容置空間，該容置空間具有：用於導電層的袋狀空間。

所提出之解決方法為了導電層之配置產生了許多可能性。特別地，導電層不必然為黏性層。在根據請求項2的較佳配置中，在一變化中，導電層係可熔化層，特別地係焊層。

在根據請求項3的進一步的較佳配置中，經由在容置空間中的毛細作用，在下述焊接過程中熔化的導電層保持狀態。為此而維持的容置空間之袋高進一步較佳地藉由非導電層的層厚度而決定。

根據請求項11的進一步的(具有獨立意義的)教示，請求製造電路板的方法。

重要的是以下事實：用於將導熱元件與電路板體的表面連接的上述界面層係如以下方式產生：非導電層提供所述容置空間，該容置空間具有：用於導電層的袋狀空間。

允許參考所提出之電路板的所有實施，該等實施適用於描述製造電路板的方法。

1‧‧‧電路板

2‧‧‧電子元件

3‧‧‧積體電路

4‧‧‧小金屬板

5‧‧‧接腳

6‧‧‧導熱元件

7‧‧‧界面層

8‧‧‧表面

9‧‧‧電路板體

10‧‧‧非導電層

11‧‧‧導電層

12‧‧‧容置空間

13‧‧‧接地層

14‧‧‧信號導線

15‧‧‧信號接觸

16‧‧‧接地

17‧‧‧凹部

18‧‧‧焊層

19‧‧‧槽狀外型

20‧‧‧縫隙

T‧‧‧袋高

以下，依據僅圖示實施例的圖式來進一步闡述本發明。在圖示中圖示了：

第1圖所提出之電路板之分解圖。

第2圖根據第1圖之電路板之垂直剖面。

第3圖根據第1圖之導熱元件與電路板非導體層的透視切面。

在圖式中所圖示的電路板1意欲至少可與一個電子元件2一起裝配。所圖示的元件2係：積體電路3，該積體電路3配置於小金屬板4上。小金屬板4一方面用於接地，且另一方面用於排出源於元件2之功率損耗的熱。元件2進一步具有接腳(Kontaktzungen)5，該等接腳5用於積體電路3之電性接觸。

第1圖進一步圖示導熱元件6，該導熱元件6在此處以及較佳由金屬所製成，特別是由銅所製成。此處基本上可使用具有良好導熱能力的所有金屬。

根據第2圖的圖式可看出，導熱元件6藉由界面層7與平面狀的電路板體9的表面8連接。電路板體9係如上所述的一個或更多單層的平面配置，該(等)單層可單邊或雙邊覆銅，以形成導線。

導熱元件6與電路板體9的表面8之間的界面層7之配置在此特別有意義。重要的是，界面層7包含：平面的非導電層10以及平面的導電層11。如此而有以下配置：非導電層10與電路板體9以及導熱元件6共同提供至少一個容置空間12(第3圖)，該容置空間12具有：用於導電層11的袋狀空間。此處，以下事實相當有趣：已提供的非導電層10尚被用於：定義用於導電層11的容置空間12。容置空間12可完全封閉，或是如第2圖中所圖示的一般，朝向一側開啟(在第2圖中係朝右方)。

基本上可如下配置：非導電層10與導電層11大體上無縫地接合。然而，亦可考慮在兩個層10於11之間配置至少一段自由空間。

以上已闡述：所提出之解決方法為了導電層11之配置開啟了全新的可能性。在一個特別較佳的配置中，導電層11係：可熔化層，特別地係：焊層(Lotschicht)，該焊層在下述的接地至導熱元件6的焊接過程中可被熔化。

焊層可例如被提供為：金屬膠(Metallpaste)、金屬箔(Metallfolie)或類似物，該焊層在下述的製造電路板1的過程中因接地而熔化。

為了實現導電層11，亦可考慮使用導電黏著劑、導電聚合物、可導電的填充聚合物、基於碳的材料、燒結材料(Sinterwerkstoffen)或滲透材料(Infiltrationswerkstoffen)

為了實現非導電層10，亦可考慮使用許多變化。此處且較佳地，非導電層10係：可熱活化的黏性箔(Klebefolie)，該黏性箔在如下述製造電路板1時，經由活化熱的影響而被活化。此黏性箔的優點在於以下事實：由於此黏性箔可以簡單方式切割成形，因此可任意地塑形。同時，由於一定的形狀穩定性，因此可妥善地處理處於尚未被活化之狀態的此黏性箔。

經由限制(一方面)來自電路板體9之表面8以及(另一方面)來自導熱元件6的容置空間12，可藉由鋪在表面8與導熱元件6之間的非導電層10，輕易地設置容置空間12之袋高T(第3圖)。以下配置尤其有趣：容置空間12之袋高T很小，以致於導電層11在如下述製造電路板1時，經由在容置空間12中的毛細作用，保持在導電層11仍為流動(特別是熔化)的狀態。

以下配置較佳：上述對於任何方向的電路板1均適用。亦可考慮以下配置：導電層11僅在水平設置電路板1時，經由在容置空間12中的毛細作用，保持在導電層11為流動(特別是熔化)的狀態。

容置空間12的袋高T可依導電層11之配置而變化。若導電層11係：可熔化的焊料，則袋高T較佳小於0.5mm，較佳小於0.1mm。

基本上，導電層11有助於導熱元件6與任何電路板電位之連接。然而，此處且較佳地，導電層11提供導熱元件6與電路板體9之接地層13之間的接地。接地層13可為：覆銅的接地層，該接地層在整個電路板體9之上延伸，如圖所示。基本上，亦可以導線的方式形成接地層13。

在所圖式及對此之較佳實施例中，在電路板1的裝配狀態下，至少一個電子元件2(此處且較佳地恰為一個電子元件)電性接觸至導熱元件6以及電路板體9之至少一個信號導線14(此處且較佳地接觸至總共6條信號導線14)。進一步地，導熱元件6藉由導電層11電性接觸至電路板體9之接地層13，使得元件2確保回接至地。特別地，在高頻應用時，如上所述，以下做法為有利的：接地回導係緊鄰元件2，使得電磁輻射的發生得以被抑制。為了確保這一點，此處且較佳地如下配置：電路板體9下側之上的接地16相對於電路板體9上側之上的至少一個信號接觸15。

此處進一步理解「信號導線」與「信號接觸」之概念：「信號導線」與「信號接觸」之概念包含：可導致相對於接地電位的電位之所有導線與接觸。

在所圖式及對此之較佳實施例中，導熱元件6與電路板體9在界面層7的區域中被配置為平面。亦可考慮：在該處提供任意的表面形貌(Oberflächentopographien)，特別是為了影響容置空間12的配置。

第1圖圖示：電路板體9包含：用於容置電子元件2的凹部(Aussparung)17。可考慮：提供多個凹部17，及/或凹部17容置多個電子元件2。可如下替代地配置：凹部用於容置導熱元件6。在此狀況下，第1圖中所圖示的導熱元件6係與基座(Sockel)一同配置，該基座至少部份地突出而穿過凹部17。然而，導熱元件6藉由上述界面層7的接觸並不因此改變。

在特別較佳之配置中，在電路板1的裝配狀態下，位於凹部17的電子元件2在凹部17的區域中，與導熱元件6導熱地且電性地接觸。此處且較佳地，電子元件2突出而穿過凹部17，而與導熱元件6對應地接觸。第2圖圖示：電子元件2與導熱元件6平面地接觸。在此狀況下，進一步較佳地，在導熱元件6與元件2之間提供焊層18。

在所圖式及對此之較佳實施例中，導熱元件6配置有槽狀外型(Ausformung)19，該槽狀外型19用於容置電子元件2。作為上述導熱元件6的基座狀外型的替代，而實現此種槽狀外型19。

如上所述，尤其在高頻應用時，確保接地回導係緊鄰元件2。相應地，如下所建議：用於導電層11的容置空間12處於凹部17的區域中。在第2圖中所圖式及對此之較佳實施例中，有趣的是：用於導電層11的容置空間12甚至處於凹部17的最邊緣處，使得容置空間12在一側朝向凹部17而開啟。如此確保：接地回導實質上處於儘可能接近元件2之處。此處，上述容置空間12中毛細作用的使用顯示出特別的優點。在第2圖中所圖示的配置中，若沒有該毛細作用存在，則有以下危險：在導電層11之流動狀態下，該導電層11可經由元件2與導熱元件6之間的縫隙20而流入槽狀外型19中。在此狀況下，容置空間12中將缺少用於接地所需的焊錫(Lot)，而最終導致故障。另一方面，還存在以下由毛細作用所導致的危險：在導電層11之流動狀態下，該導電層11的一部份可經由元件2與電路板體9之間的縫隙21而流至接腳5。

結果，以如下方式配置將導電層11維持在容置空間12中的毛細作用：該毛細作用大於將導電層11向上「拉」出容置空間12的毛細作用。

根據進一步的(亦具有獨立意義的)教示，請求製造所提出之電路板1的方法。對此，允許參考所提出之電路板1的所有實施。

根據此進一步的教示，重要的是，用於將導熱元件6與平面狀的電路板體9的表面8連接的界面層7係如以下方式產生：界面層7包含：平面的非導電層以及平面的導電層11。此處，以下事實相當重要：以如下方式建構界面層7：非導電層10與電路板體9的表面8以及導熱元件6共同提供至少一個容置空間12，該至少一個容置空間12具有：用於導電層11的袋狀空間。

較佳地，將導電層11的一部份施加於導熱元件6，以產生界面層7。這圖示於第1圖中。此施加較佳地係附接性地施加。在導電層11係可熔化金屬箔的情況下，可考慮：以一種雷射熔接方式將金屬箔附接地施加至導熱元件6。亦可考慮：金屬箔係被黏著性地施加。

基本上可考慮：將導電層11(較佳地係附接性地)施加於電路板體9。在此情境下，亦可考慮：在電路板體9之製造過程的範疇中，附接性地施加導電層11。

可在將非導電層10施加至導熱元件6及/或電路板體9之前或之後，施加導電層11。在第1圖所圖示的情況下，黏性箔可配置在：已承載導電層11的導熱元件6之上。或者，可考慮：若提供對應的定心機制(Zentriermechanismen)，則將黏性箔施加至電路板體9。

為了施加非導電層10以及導電層11，視材料選擇而定，可有許多的變化。這例如包含：點膠(Dispensen)、印刷(Drucken)、以熱製程(焊接、超音波焊接、熔接、微波熔接等等)附接(Heften)、以(例如雷射或類似物的)光製程附接、噴塗(Sprühen)、機械連接製程(壓緊(Pressen)、夾緊(Klemmen)、壓接(Krimpen))、化學製程、燒結(Sintern)、黏著(Kleben)或焊濺(Spattern)。

在一方面施加非導電層10並在另一方面施加導電層11之後，導熱元件6藉由所形成的界面層7與電路板體9連接。

在特別較佳的配置中，經由活化熱的影響，使導熱元件6與電路板體9連接。較佳地，該製程亦可在接合方向(Fügerichtung)上與壓合程序(Pressvorgang)合併。

如上所述，非導電層10較佳為：可熱活化的黏著劑，特別是可熱活化的黏性箔。如此，上述的活化熱使黏著劑(亦即黏性箔)活化，使得導熱元件6與電路板體9之間產生黏性連接。以下事實相當有趣：較佳地，活化熱係小到不至於熔化導電層11。

上述製程的步驟結果為：電路板1，導熱元件6固定在該電路板1之上。通常仍尚無(藉由導電層11的)在導熱元件6以及電路板體9之間的用於所欲用途而配置的導電連接。再者，電路板1在此階段未被裝配。

在接下來的步驟中，現在電路板1與至少一個電子元件2一起裝配，且在焊接製程中被焊接在一起。焊接製程可為：回流焊接製程(Reflow-Lötprozess)、氣相焊接製程(Dampfphasen-Lötprozess)、波峰焊接製程(Wellenlötprozess)、選擇性焊接製程(Selektiv-Lötprozess)或類似製程。在此，重要的是以下事實：在焊接製程中，導電層11經由(來自焊接製程的)熱的影響而被熔化，並且一方面與接地層13且另一方面與導熱元件6形成焊接連接。此時，導電層11達成以上多次述及的的流動狀態，在該狀態下，已述及的容置空間12內的毛細作用確保：導電層11留在容置空間12中。

在上述焊接製程的範疇中，元件2的小金屬板4亦被焊接在導熱元件6之槽狀外型19的底部之上。為此所需的焊錫可例如在裝配元件2時，以焊膠或類似物的形式，施加在槽狀外型19中。

還必須指出，非導電層10與導電層11可各具：有許多子層，因此本身可被配置為多層。再者，必須指出，界面層7可不僅具有：上述的非導電層10與導電層11，還具有：額外的層。

最後，必須指出，非導電層10與導電層11可各被配置為：導熱的或不導熱的。