CN107896421B - 一种快速散热的pcb - Google Patents

Abstract

本发明涉及电路板技术领域，公开了一种快速散热的PCB，其包括阶梯槽和散热基板；其中，所述阶梯槽包括通槽和凹槽，所述通槽用于容纳高功率元器件；所述散热基板设置于所述凹槽内；所述散热基板和与其上表面相邻的金属层之间设置有导电导热粘接片。本发明在PCB内部开槽并埋设有与高功率元器件接触的散热基板和与散热基板直接接触的导电导热粘接片，能够及时将高功率元器件自身产生的热量通过散热基板和导电导热粘接片传递出去，提高了PCB的散热性能。

Description

一种快速散热的PCB

技术领域

本发明涉及电路板技术领域，尤其涉及一种快速散热的PCB。

背景技术

PCB(Printed Circuit Board),即印制电路板，是电子元器件电气连接的提供者。多层PCB是由芯板和半固化片通过压合制成。随着电子产品技术的发展，元器件的表贴化、小型化趋势越来越明显，产品的密度不断增加，元器件主频不断提高，单个元器件的功耗逐渐增大，导致热流密度的急剧提高。因此为保证电子设备的使用寿命，就必须解决高功率元器件的散热问题。

高功率元器件贴装位置所产生的大量热量，可以通过特殊的散热结构来协助器件散热。如现有技术提供了一种散热PCB，该PCB由上至下依次排列有金属层、绝缘层和散热层，散热层的底部设有散热坑，用于将热量迅速散失。绝缘层和散热层内具有铜制的树状散热芯，由芯枝、芯杆和芯根组成，芯枝和芯根都呈伞状，对称分布在芯杆的上下两端。芯枝和芯根分别埋在绝缘层和散热层内。散热坑位于芯根的正下方。但是，该种技术存在以下缺陷：

1)首先，散热芯为铜制品，不能够直接与金属层接触，而绝缘层的导热性较差，因此电子元件上的热量难以通过绝缘层传递到散热芯上，因此，虽然在PCB中加入散热芯，其散热性并不能得到明显提高；

2)其次，即便选择绝缘的导热材料作为半固化片，如散热硅脂、导热硅胶片等，由于其使用方法不同于传统的半固化片方法，因此会增加层压的难度；

3)再次，树状散热芯要进行一系列的加工和定型才能包埋于绝缘层和散热层内，制备工艺十分复杂，大批量生产速率低。

所以，需要一种快速散热的PCB，来解决上述缺陷，以解决电子元器件的散热问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速散热的PCB，能够解决现有PCB散热性能低的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种快速散热的PCB，包括阶梯槽，其包括通槽和凹槽，所述通槽用于容纳高功率元器件；散热基板，其设置于所述凹槽内；所述散热基板和与所述散热基板的上表面相邻的金属层之间设置有导电导热粘接片。

设置导电导热粘接片的目的是为了使高功率元器件产生的热量通过导电导热粘接片能尽快的传递到散热基板和与其相连的金属层上。

优选地，所述高功率元器件与所述导电导热粘接片之间、与所述散热基板的上表面相邻的金属层之间、和与所述散热基板之间均设置有锡膏。

选用锡膏是因锡膏熔点约为150℃-220℃，易熔化，方便固定高功率元器件，同时高功率元器件产生的热量不会超过锡膏的熔点，因此锡膏在使用过程中不会熔化，且锡膏的导电导热性能好，成本低。

优选地，所述散热基板的上表面设置有凹部，所述凹部容纳所述高功率元器件的底部。

在散热基板的上表面设置凹部，一方面能够保证高功率元器件的底部和部分侧壁设置于凹部中，从而增加了高功率元器件与散热基板的接触面积，另一方面是高功率元器件设置于凹部和通槽内，相比于现有技术中在PCB的表面贴装或放置高功率元器件的产品，减小了PCB表面元器件的占用空间，使得PCB的结构尺寸变小，从而提高了PCB上元器件的集成度。

另外，由于PCB的顶部金属层设置有用于安装高功率元器件引脚的焊盘，高功率元器件的引脚之间不允许发生短路，因此，设置锡膏的填充量不能高于PCB的顶部金属层，是为了防止高功率元器件发生短路。

作为优选，所述散热基板材质为铜。散热基板的主体采用铜制成，主要因铜具有良好的导热和导电性能，能够将热量迅速传导至散热片上进行耗散。

作为优选，所述散热基板埋入所述阶梯槽内。通过半固化片热化后将散热基板埋入凹槽内，这样可以省去再采用其他的工艺方式或材料对散热基板进行固定，节省了制作成本；且芯板和半固化片压合过程中即同时完成了对散热基板的固定，提高了工作效率，同时避免了因多次定位造成对位不准或对位误差增加。

优选地，所述散热基板的底面与所述PCB的一面平齐。该结构设置一方面可以保证散热基板以埋入的形式固定于PCB的内部，减小了PCB的整体结构尺寸，使PCB的结构更加紧凑，从而保证了PCB的整体性，方便PCB的加工安装及便于在PCB的外面覆设铜层，同时也比较美观；另一方面可以使热量迅速从散热基板的底面耗散掉。另外，相较于现有技术中在PCB的表面贴装或放置散热基板的产品，本发明的PCB整体厚度大大减小，结构更加紧凑。

进一步地，所述散热基板的底面和所述PCB的所述一面覆有铜层。

覆设铜层的目的是为了增加散热面积，使散热基板中的热量能够在PCB的底部金属层处快速地散失，同时也增强了PCB的整体的结构强度。

优选地，所述铜层的底面设置有散热片。设置散热片的目的是能够增加热量与空气的接触面积，加快热量的散出。

作为优选，所述PCB还包括导通孔。导通孔属于一种电镀通孔，经沉铜、电镀之后形成的，其一个作用是用于散热，其能够将PCB内部金属层中的热量传递到导通孔中，热量经导通孔散出到空气中，起到辅助散热的作用；导通孔的另一个作用是用于电导通不同金属层，用来连接PCB的两层或多层之间的铜箔线路。

优选地，所述散热片覆盖所述导通孔。该设置也起到了辅助散热的作用，导通孔内的热量经散热片后，相当于增加了散热面积，加速导通孔内的热量散出，防止PCB内部过热，对PCB造成破坏。

本发明中快速散热的PCB的有益效果在于：

1)设计了一种PCB的快速散热结构，在PCB内部开槽并埋设有与高功率元器件接触的散热基板和与散热基板直接接触的导电导热粘接片，将高功率元器件自身产生的热量能够及时通过散热基板和导电导热粘接片传递出去，提高了PCB的散热性能；

2)高功率元器件与PCB内部的金属层通过锡膏接触，并在PCB上开设有导通孔，因此，高功率元器件产生的部分热量可以通过金属层传递至导通孔中，具有辅助散热的作用；

3)高功率元器件设置在通槽和凹部内，相比于在PCB的表面上设置高功率元器件的结构，减少了PCB表面元器件的占用空间，使PCB的整体结构尺寸减小，从而使PCB的整体结构更加紧凑。

附图说明

图1为本发明实施例一中快速散热的PCB的横截面图(未示出金属块和元器件)；

图2为本发明实施例一中快速散热的PCB的横截面图；

图3为本发明实施例二中高功率元器件通过高导热金属块进行传热的示意图；

图4为本发明实施例二中高功率元器件通过金属层进行传热的示意图；

图5为本发明实施例三中快速散热的PCB的横截面图。

图中：

1、阶梯槽；10、金属层；11、通槽；12、凹槽；2、高导热金属块；3、高功率元器件；4、导电导热粘接片；5、锡膏；6、散热片；7、导通孔。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本发明中的实施例中所使用的方位词如“上”“下”“顶部”“底部”是本实施例中提供的快速散热的PCB在如附图中的结构的情况下定义的，“上”“下”“顶部”、“底部”是指PCB本身结构的上、下、顶部和底部。这些方位词是为了便于理解而采用的，因而不构成本发明的保护范围的限制。

实施例一

参见图1-2所示，本实施例提供一种快速散热的PCB，该PCB由三张芯板压合而成，但在数量上不限于此。在PCB上开槽的示意图如图1所示，该PCB开设有非金属化的阶梯槽1，其包括位于PCB上部的通槽11和下部的凹槽12，二者构成凸字型的阶梯槽1。参见图2，该PCB还包括散热基板，散热基板可以为高导热金属块2。其中，通槽11用于容纳高功率元器件3，高导热金属块2和与其上表面相邻的金属层10之间设置有导电导热粘接片4，高功率元器件3与导电导热粘接片4之间、与高导热金属块2的上表面相邻的金属层10之间、和与高导热金属块2的上表面之间均设置有锡膏5。本实施例中高导热金属块2材质优选为铜。高导热金属块2的主体采用铜制成，主要因铜具有良好的导热和导电性能，能够将热量迅速传导至散热片6上进行耗散。

本实施例中的高导热金块2的材质还可以选用铝、银、锡。

本实施例中的高导热金属块2埋入凹槽12内，且高导热金属块2的底面与PCB的一面(即底面)平齐。该结构设置一方面可以保证高导热金属块2以埋入的形式固定于PCB的内部，减小了PCB的整体结构尺寸，使PCB的结构更加紧凑，从而保证了PCB的整体性，方便PCB的加工安装及便于在PCB的外面覆设铜层，同时也比较美观；另一方面可以使热量迅速从高导热金属块2的底面耗散掉。另外，相较于现有技术中在PCB的表面贴装或放置高导热金属块2的产品，本发明的PCB整体厚度大大减小，结构更加紧凑。

本实施例中将高导热金属块2埋入凹槽12内，通过热化后的半固化片将高导热金属块2固定在凹槽12内，这样可以省去再采用其他的工艺方式或材料对高导热金属块2再进行固定，从而节省了制作成本；且芯板和半固化片压合过程中即同时完成了对高导热金属块2的固定，提高了工作效率，同时避免了因多次定位造成对位不准或对位误差增加。

由图2中可以看出，高导热金属块2的底面和PCB与高导热金属块2平齐的一面均覆有铜层。覆设铜层后，PCB的下表面的金属层和铜层形成了PCB的底部金属层，覆设铜层的目的是为了增加散热面积，使高功率元器件3传递至高导热金属块2中的热量能够在PCB的底部金属层处快速地散失，同时也增强了PCB的整体的结构强度。

在PCB的底面即覆设有铜层的底面设置有散热片6，其目的是为了能够增大热量与空气的接触面积，加快热量的散出。

本实施例中的快速散热的PCB，还包括导通孔7，导通孔7属于一种电镀通孔，经沉铜、电镀之后形成，其一个作用是用于散热，其能够将PCB内部金属层中的热量传递到导通孔7中，热量经导通孔7散出到空气中，起到辅助散热的作用；导通孔7的另一个作用是用于电导通不同金属层，用来连接PCB的两层或多层之间的铜箔线路。

进一步的，散热片6覆盖上述导通孔7。该设置也起到了辅助散热的作用，导通孔7内的热量经散热片6后，相当于增加了散热面积，加速导通孔7内的热量散出，防止PCB内部过热，对PCB造成破坏。

实施例二

如图3-4所示，本实施例在上述实施例一的基础上，与上述实施例一的不同之处在于，在上述高导热金属块2的上表面设置有凹部，上述凹部用于容纳高功率元器件3的底部，高功率元器件3除了与导电导热粘接片4之间、与导电导热粘接片4的上表面相邻的金属层10之间设置有锡膏5，高功率元器件3与高导热金属块2的凹部之间也设置有锡膏5。

如图3所示，高功率元器件3产生的热量主要通过高导热金属块2进行的热传递，此传热路径为高功率元器件3的主要散热路径。具体的，高功率元器件3产生的热量一部分通过高功率元器件3的底部热传导至高导热金属块2，由于高功率元器件3通过锡膏5固定于高导热金属块2的凹部内，且高功率元器件3的侧壁也与导电导热粘接片4通过锡膏5固定，因此，高功率元器件3产生的一部分热量经高功率元器件3的侧壁同时传递至高导热金属块2凹部的侧壁和导电导热粘接片4；进一步的，传递至导电导热粘接片4的一部分热量也热传递至高导热金属块2内，最后经散热片6将高导热金属块2的热量主要通过热传导和热对流的形式散出到空气中。

如图4所示，传递至导电导热粘接片4的热量一部分经导电导热粘接片4传递至与其相邻的金属层10内，热量在金属层10内发生热传导，在金属层10内的一部分热量会传导至导通孔7的内壁上，从而与导通孔7中的空气发生热交换；另一部分热量经过导通孔7内壁传递至PCB的顶部金属层和底部金属层，顶部金属层的热量能够直接散播到空气中，底部金属层的热量通过散热片6散出到空气中。上述热量的传递路径是高功率元器件3的次要散热路径。值得注意的是，图3与图4的散热过程会同时发生，无先后之分。

实施例三

如图5所示，本实施例在实施例二的基础上，与上述实施例二的不同之处在于，本实施例中的快速散热的PCB由四张芯板压合而成。

与上述实施例二的不同之处在于，通槽11贯穿上层一张芯板，凹槽12贯穿下层三张芯板和与下层三张芯板相邻的半固化片，高导热金属块2设置于凹槽12内。

申请人声明，本发明通过上述实施例进行了示例性的描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种快速散热的PCB，其特征在于，包括：

阶梯槽(1)，其包括通槽(11)和凹槽(12)，所述通槽(11)用于容纳高功率元器件(3)；

散热基板，其设置于所述凹槽(12)内；

所述散热基板和与所述散热基板的上表面相邻的金属层(10)之间设置有导电导热粘接片(4)；

所述散热基板的底面和所述PCB的一面覆有铜层；

还包括导通孔(7)，所述导通孔(7)为电镀通孔；

所述高功率元器件(3)与所述导电导热粘接片(4)之间、与所述散热基板的上表面相邻的金属层(10)之间、和与所述散热基板之间均设置有锡膏(5)。

2.根据权利要求1所述的快速散热的PCB，其特征在于，所述散热基板的上表面设置有凹部，所述凹部容纳所述高功率元器件(3)的底部。

3.根据权利要求1所述的快速散热的PCB，其特征在于，所述散热基板的材质为铜。

4.根据权利要求1所述的快速散热的PCB，其特征在于，所述散热基板埋入所述凹槽(12)内。

5.根据权利要求1所述的快速散热的PCB，其特征在于，所述散热基板的底面与所述PCB的一面平齐。

6.根据权利要求1所述的快速散热的PCB，其特征在于，所述铜层的底面设置有散热片(6)。

7.根据权利要求6所述的快速散热的PCB，其特征在于，所述散热片(6)覆盖所述导通孔(7)。

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