專利名稱：改進了散熱的印刷電路板組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開了一種印刷電路板組件(PBA)，該PBA包括具有第一主表面的第一支承層，和按第一圖案布置的第一導(dǎo)電材料層。本發(fā)明的PBA另外包括第一電子部件和用于將來自第一電子部件的熱傳送到冷卻結(jié)構(gòu)的第一冷卻部件。
背景技術(shù)：
在當(dāng)前印刷電路板組件(PBA)中使用的許多電子部件會產(chǎn)生大量熱。對于諸如高功率放大器(HPA)和功率晶體管的部件來說尤其如此。
因而對PBA進行冷卻成為一個問題，已經(jīng)提出了針對該問題的許多解決方案。目前已知的解決方案通常包括需要人工勞動或使用通孔的制造步驟。
這些已知解決方案的一些問題在于，通孔只能散掉有限的熱量，而人工勞動將使得產(chǎn)品變得相當(dāng)昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
因此需要一種能夠按比現(xiàn)在已知的解決方案更高效的方式將來自例如HPA的熱散掉的PBA。應(yīng)當(dāng)可以通過盡可能少的人工來制造這種PBA。
本發(fā)明滿足了這些需求，本發(fā)明公開了一種印刷電路板組件(PBA)，該PBA包括具有第一主表面的第一支承層和按第一圖案布置的第一導(dǎo)電材料層。
本發(fā)明的PBA還包括第一電子部件，和用于將來自所述第一電子部件的熱傳送到冷卻結(jié)構(gòu)的第一冷卻部件。
根據(jù)本發(fā)明，所述第一電子部件被表面安裝在所述PBA上，并至少部分地布置在所述第一冷卻結(jié)構(gòu)的上方，并且所述第一冷卻部件按與所述第一支承層的所述主表面基本上垂直的方向被一體地布置在所述PBA中。
此外，所述第一冷卻部件通過諸如熔焊或粘合的方式而被布置在所述PBA中。
可以通過諸如粘合、熔焊或施加壓力來對所述電子部件進行表面安裝。
因此，通過本發(fā)明，并且從以下詳細(xì)說明中將顯見，獲得了具有性能比已知冷卻結(jié)構(gòu)更高的冷卻結(jié)構(gòu)的PBA。本發(fā)明的PBA還比已知PBA更容易通過自動化手段來制造。


以下將參照附圖對本發(fā)明進行更詳細(xì)的描述，在附圖中圖1示出了從根據(jù)本發(fā)明的基本PBA的側(cè)面看到的剖面圖；圖2示出了在本發(fā)明的PBA中使用的冷卻結(jié)構(gòu)；圖3示出了從根據(jù)本發(fā)明的PBA的側(cè)面看到的剖面圖；以及圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的制造方法中的一些主要步驟的流程圖。
具體實施例方式
首先應(yīng)當(dāng)指出，在本說明中，將通篇使用術(shù)語“印刷電路板組件”來描述本發(fā)明。一般來說，使用術(shù)語印刷電路板(PCB)來表示其上沒有安裝任何部件的電路板，而通常使用術(shù)語印刷電路板組件(PBA)來描述PCB與布置在PCB上的一個或幾個部件的組合。為了不使本說明模糊，在本文本中含義一致地使用術(shù)語PBA。
圖1示出了從側(cè)面按剖面圖看到的根據(jù)本發(fā)明的基本且簡化的PBA100。這里應(yīng)當(dāng)強調(diào)的是，圖1并未示出如何制造本發(fā)明的PBA，圖1也不旨在示出本發(fā)明的PBA的所有細(xì)節(jié)，圖1主要用于例示本發(fā)明的原理。
因此，如圖1所示，本發(fā)明的PBA 100具有第一主表面(上表面101)和第二主表面(下表面102)。
根據(jù)本發(fā)明，PBA 100包括一體地布置在PBA中的第一冷卻部件190；和第一部件110，其可以是諸如高功率放大器(HPA)或功率晶體管的電子部件。因此第一部件110產(chǎn)生需要從PBA傳送掉的大量熱。
優(yōu)選的是，采用在傳送熱時具有非常優(yōu)良的性質(zhì)的材料(如銅或黃銅或類似的材料或金屬合金)來制造第一冷卻部件190。
從圖1中可見，冷卻部件190具有由箭頭D表示的第一主延伸方向，并包括具有第一橫截面積A1的第一部分191，和具有第二橫截面積A2的第二部分192。采用不同橫截面積的原因?qū)⒃谝韵抡f明中變得明了。在圖1中，A1被示出為比A2大，但是稍后將認(rèn)識到可以是相反的情況。
本發(fā)明的一個目的是獲得一種具有集成的冷卻部件而基本上不需要任何人工就可以制造的PBA。為了實現(xiàn)該目的，按以下方式構(gòu)造PBAPBA的主體130是已知種類的支承疊板(laminate)，如FR4。
主體130被制備成通過形成在主體中加工的孔或“窗口”來容納第一冷卻部件190。該孔是通孔，即，它從主體的第一主表面101延伸到第二主表面102。在從第一主表面101起的第一距離中，該孔具有第一橫截面積，而在從中間點132起該孔具有第二橫截面積。這兩個橫截面積具有不同的大小，合適的是第一橫截面積大于第二橫截面積。
因此，從圖1中可見，在這兩個直徑之間的過渡處產(chǎn)生了“凸緣(ledge)”132。如果，如以上提出的那樣，顛倒冷卻部件的兩個部分191、192的橫截面積之間的關(guān)系，則面積大小之間的關(guān)系可以是相反的。
在將主體如此制備成通過通孔和凸緣132來容納第一冷卻部件190的情況下，將第一冷卻部件布置在該通孔中?，F(xiàn)在對于凸緣132以及第一冷卻部件190的不同橫截面的原因?qū)⒆兊妹髁送椎妮^窄部分(即，具有第二橫截面的部分)用于將冷卻部件190容納或“卡(brake)”在主體(疊板的支承結(jié)構(gòu))中。
此外，除了容納或卡住冷卻部件以外，合適的是，凸緣132還可用于另一目的可以將疊板制備成兩部分結(jié)構(gòu)，即，具有第一橫截面積的通孔的第一部分130和具有第二橫截面積的通孔的第二部分133，在將第一冷卻部件190布置在主體中之前將這兩個部分接合在一起。
這樣，在此情況下凸緣132還將是第二部分的上表面。在該上表面上，可以布置電路圖案116，該電路圖案116稍后將被連接到PBA的第一主表面101上的電路圖案。
合適的是，可以通過將冷卻部件熔焊到用于電路圖案116的疊板來將該冷卻部件固定在疊板結(jié)構(gòu)中。作為另一種選擇，可以將冷卻部件190粘合到疊板。
圖2示出了第一冷卻部件190。如在此所示，冷卻部件190為長條形，具有由箭頭D表示的主延伸方向，并包括具有不同橫截面積A1和A2(A1大于A2)的兩個部分191和192。如前所述，這兩個部分之間的大小關(guān)系也可以是相反的。
在此可以指出的是，如從本說明認(rèn)識到的那樣，冷卻部件190的精確形狀可以按許多方式變化，但是應(yīng)當(dāng)遵守的一個原則是該冷卻部件應(yīng)當(dāng)具有這樣一個表面(在此情況下是具有較大面積的部分191的“下”表面191’)，該表面可以由PBA或疊板中的表面(在此情況下是凸緣132)來容納。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的PBA，但是主要用于例示本發(fā)明的原理，圖3示出了可以利用該原理來制造出的PBA 300。PBA 300包括第一冷卻部件390，該第一冷卻部件390被形成并布置成圖1和2中的對應(yīng)部件190。此外，PBA 300包括多個層，按稍后要描述的順序，所述多個層交替地是導(dǎo)電材料層、非導(dǎo)電疊板層以及所謂的“半固化片(prepreg)”層。
使用在本文本中一致稱為“半固化片”的材料來將剛性疊板固定在一起，并對例如印刷電路板內(nèi)的多層之間的間隙進行填充，使得基本上消除氣穴。半固化片具有半固化的化學(xué)性質(zhì)，因此可以在特殊預(yù)限定的熱、壓力以及真空組合下形成。
一旦半固化片化學(xué)性質(zhì)已完全固化，則它就固定并且將保持為該形狀。
作為半固化片的另選例，也可以使用所謂的接合膜(bonding film)來將不同材料層相互固定，并對印刷電路板組件內(nèi)的材料層之間的空隙或空腔進行填充。接合膜也是通過熱、壓力以及真空來形成的，但是可以被熔化數(shù)次。
借助于圖4(其為概要示出在對圖3的PBA 300的制造過程中涉及的一些主要步驟的流程圖)，現(xiàn)在將對PBA 300的制造過程進行描述，由此還將理解PBA 300的各種層。應(yīng)當(dāng)指出的是，不必按所示出和描述的順序來執(zhí)行圖4所示和以下描述的步驟，重要的是最終結(jié)果，即，所完成的PBA 300。
作為開始步驟，在圖4中的塊410，制備第一冷卻部件390，即，為第一冷卻部件390提供上文所示和所述的形狀，并使其具有期望的尺寸。應(yīng)當(dāng)由具有高導(dǎo)熱能力的材料(例如銅、黃銅或其它這種金屬或金屬合金)來制作該部件?？梢园幢绢I(lǐng)域的技術(shù)人員公知的許多方式(例如通過銑磨處理)來執(zhí)行對該部件的成形過程。
接著，在圖4的塊420中，制備非導(dǎo)電疊板(舉例來說，如FR4)層。在此情況下的制備過程包括在該層中加工孔或“窗口”，在此情況下所述窗口比A2(即，冷卻部件的兩個尺寸中的較小者)稍大。疊板的孔與A2之間的尺寸差合適地可以在1％到5％的范圍內(nèi)。在此步驟中制備的疊板層將成為如圖3中的350所示的層。
接著，可以執(zhí)行圖4中未示出的可選步驟如果希望在疊板層350的一側(cè)或兩側(cè)具有電路圖案，則現(xiàn)在可以將這些圖案布置在該疊板上。這是通過常規(guī)方式(如刻蝕處理或使用光刻膠等)來執(zhí)行的，因此在此不對其進行更詳細(xì)的描述。在此步驟中創(chuàng)建的電路圖案被示出為圖3中的350’。
接著，將冷卻部件390布置在疊板層350的窗口中并固定于此。優(yōu)選的是，這是通過使用在疊板350上或在疊板上布置的電路圖案350’上淀積的熔焊材料341進行熔焊來執(zhí)行的。作為對熔焊處理的另選方式，可以采用粘合處理。
圖4中的塊440示出了下一步驟制備所謂的“半固化片”層。這些制備過程包括賦予該層期望的尺寸(即，將來的PBA的寬度和長度)，以及在該半固化片層中加工孔或窗口，所述孔具有與冷卻部件390的較大橫截面積A1相對應(yīng)的尺寸。合適的是，可以通過銑磨處理來創(chuàng)建該半固化片層中的孔，但是也可以采用其它處理(如鉆孔處理)。由此制備的半固化片層將成為如圖3的340所示的層。
圖3中的PBA 300被示出為具有多個非導(dǎo)電疊板層350、330、319、370、363，和多個半固化片層320、340、360、380，其中在疊板層的一側(cè)或者兩側(cè)上設(shè)置有電路圖案。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白，PBA 300可設(shè)置有更多或更少的任意數(shù)量的如圖3中布置的層。因此，在此將不對圖3所示的所有層的制備過程進行詳細(xì)描述。
因此，與半固化片層320、360以及380一樣，將按上述方式制備疊板層330、319以及370。自然，待布置在冷卻部件的具有較小尺寸W2側(cè)的那些層也適于這樣制造。
因此，通過對若干半固化片層和疊板層設(shè)置期望的機械尺寸，包括用于冷卻部件390的開口，制備好了這些半固化片層和疊板層。如圖4中的塊450所示，如上所述，現(xiàn)在將這些層與已接合有冷卻部件的疊板層350機械地組裝在一起。
下一步驟是對將來的PBA施加所謂的“層疊處理”(圖4中的塊460)，以將這些層彼此永久地固定起來。例如，這可以在所謂的“真空層疊爐”中進行。這種爐中的溫度將根據(jù)所使用的疊板的種類而變化。
在層疊處理過程中，半固化片將變成液體，這解釋了使疊板層中的開口比冷卻部件的寬度稍大的原因在層疊處理過程中，將來的PBA(即，已按正確的順序機械布置的多層)經(jīng)受來自與PBA的上側(cè)和下側(cè)(即，圖1中的上主表面101和下主表面102)相對應(yīng)的方向的壓力。
由于該壓力，液化的半固化片將被壓入疊板層與冷卻部件之間的開口中，使得基本上消除了所有間隙。
在層疊處理之后，從真空爐中取出PBA，從而使得半固化片硬化。若有必要，接著可以執(zhí)行某種表面處理，以形成PBA 300的光滑主表面。
在此階段，如果期望PBA中具有通孔，那么可以通過鉆孔處理來形成這些通孔，此后對它們鍍覆導(dǎo)電金屬(合適的是銅)。也可以(通常)利用該鍍覆處理來在PBA的上表面上(通常也在下表面上)形成導(dǎo)電金屬層。
如圖4的塊470所示，下一步驟是在PBA 300的上主表面和/或下主表面上形成電路圖案。在此階段，上表面優(yōu)選地由覆蓋有薄銅層或某種其它導(dǎo)電材料薄層的非導(dǎo)電疊板組成，在該薄銅層或某種其它導(dǎo)電材料薄層中，通過公知的常規(guī)手段(例如光刻方法)形成了電路圖案。
作為最后的主要步驟(圖4中的塊480和490)，將冷卻部件390所針對的高功率電子部件310布置在PBA上，并將其固定于上述導(dǎo)電材料層?？梢酝ㄟ^諸如粘合或熔焊處理的手段，或者通過在PBA上或PBA的外部(即，在機架或類似的裝置中)布置外部部件，來執(zhí)行該固定處理，該外部部件沿PBA的主表面方向?qū)﹄娮硬考?10施加機械壓力。通過這種壓力部件，可以將電子部件穩(wěn)固地固定在位置上，并且可以容易地取下和更換電子部件。
如圖3所示，現(xiàn)在在高功率部件310的至少一部分的正下方布置了冷卻部件390，該冷卻部件390將能夠沿PBA的垂直方向(即，從第一主表面向第二主表面)傳導(dǎo)熱。
沿該方向傳送熱的一個目的從圖3可見如圖3所示，將PBA布置在例如機架中，其中PBA的下主表面與機架的可以充當(dāng)散熱器的機械部分395相接觸。因此重要的是，冷卻部件要么從下主表面直接露出來，要么如圖3所示地經(jīng)由導(dǎo)電材料層363從下主表面露出來。
本發(fā)明并不限于以上示出的實施例示例，而是可以在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)自由地變化。例如，冷卻部件190、390的形狀可以在保持傳送熱的能力的同時按許多方式變化。
權(quán)利要求
1.一種印刷電路板組件(100、300)，該印刷電路板組件(100、300)包括具有第一主表面(101)的第一支承層(130、350)和按第一圖案布置的第一導(dǎo)電材料層(115、319’)，該印刷電路板組件還包括第一電子部件(110、310)和用于將來自所述第一部件的熱傳送到該印刷電路板組件外的冷卻結(jié)構(gòu)(395)的第一冷卻部件(190、390)，該印刷電路板組件的特征在于所述第一部件(110、310)被表面安裝在所述印刷電路板組件上，至少部分地位于所述第一冷卻部件(190、390)的上方；所述第一冷卻部件(190、390)被一體地布置在所述印刷電路板組件(100、300)中，以沿與所述第一支承層(130、350)的所述第一主表面(101)基本上垂直的方向(D)傳導(dǎo)熱；所述第一冷卻部件(190、390)是通過熔焊的方式而被一體地布置在所述印刷電路板組件(100、300)中的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的印刷電路板組件(100、300)，其中，所述第一電子部件(310)是通過熔焊、粘合或從外部部件施加壓力的方式而被表面安裝在所述印刷電路板組件上的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的印刷電路板組件(100、300)，其中，所述第一冷卻部件(190、390)為長條形并具有第一部分(191)和第二部分(192)，所述第一部分(191)具有比所述第二部分的橫截面積(A2)大的橫截面積(A1)，所述冷卻部件被布置在所述印刷電路板組件的孔中，在該孔中布置有用于容納所述冷卻部件的所述第一部分(191)的凸緣(132)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的印刷電路板組件(100、300)，其中，所述第一冷卻部件(190、390)在所述印刷電路板組件的下主表面上露出來。
5.一種用于制造印刷電路板組件(100、300)的方法(410到490)，該方法包括以下步驟在非導(dǎo)電疊板層(350)中制備用于容納第一冷卻部件(190、390)的開口；制備用于裝配到所述疊板(350)中的所述開口中的所述冷卻部件(190、390)；將所述冷卻部件(190、390)裝配到所述疊板(350)中；在所述疊板的至少第一主側(cè)上制備電路圖案(319’、350’)；該方法的特征在于該方法包括以下步驟對所述疊板(350)和所述冷卻部件(190、390)進行處理，使得它們一起成為印刷電路板組件(100、300)；將所述冷卻部件(190、390)沿與所述疊板的主表面(102)基本上垂直的方向(D)裝配到所述疊板(350)中；將第一部件(110、310)表面安裝在所述印刷電路板組件上，該第一部件(110、310)至少部分地位于所述第一冷卻結(jié)構(gòu)(190、390)的上方。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，通過熔焊、粘合或從外部部件施加壓力，來將所述第一電子部件(310)表面安裝到所述印刷電路板組件(100、300)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其中，通過使所述第一冷卻部件(190、390)呈具有以下兩個部分的形狀，來制備所述第一冷卻部件(190、390)以將其裝配到所述疊板中，所述兩部分為具有第一橫截面積(A1)的第一部分(191)和具有第二橫截面積(A2)的第二部分(192)，所述第一橫截面積大于所述第二橫截面積。
8.根據(jù)權(quán)利要求5到7的任何一項所述的方法，其中，通過將所述疊板(350)中的所述開口制成如下通孔，來制備所述疊板(35)中的所述開口以用于容納所述冷卻部件(190、390)，所述通孔在第一距離中具有第一直徑，而在第二距離中具有第二直徑，所述第一直徑大于所述第二直徑，從而形成用于容納所述冷卻部件的一部分的凸緣。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種改進了散熱的印刷電路板組件。印刷電路板組件PBA(100、300)包括具有第一主表面(101)的第一支承層(130、350)和第一導(dǎo)電材料層(115、319’)。該PBA還包括第一電子部件(110、310)和用于將來自所述第一部件的熱傳送到該PBA外的冷卻結(jié)構(gòu)(395)的第一冷卻部件(190、390)。所述第一部件(110、310)被表面安裝在所述PBA上，至少部分地位于所述第一冷卻部件(190、390)的上方，并且所述第一冷卻部件(190、390)被一體地布置在所述PBA(100、300)中，以沿與所述第一支承層(130、350)的所述第一主表面(101)基本上垂直的方向(D)傳導(dǎo)熱。所述第一冷卻部件(190、390)通過熔焊的方式布置在所述PBA(100、300)中。
文檔編號H05K7/20GK101066008SQ200480044481
公開日2007年10月31日 申請日期2004年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月30日
發(fā)明者約翰·桑德瓦爾 申請人:Lm愛立信電話有限公司