一種超高導熱性能的單面印製線路板的製作方法

2023-12-11 03:34:32 1

專利名稱：一種超高導熱性能的單面印製線路板的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於印製線路板製作技術領域，具體涉及的是一種超高導熱性能的單面印製線路板。
背景技術：
隨著電子產品向多功能化、短薄輕小的方向發展，用於承載電子產品的印製電路板(PCB)的設計空間越來越密集，信號頻率與傳輸速率的要求也越來越高，所使用的電子元器件的功率、晶片運算速度也越來越大，而這些電子元器件或晶片在工作期間的電能大部分轉化成熱量散發，這必然對線路板的散熱性能提出了更高的要求。據統計，英特爾處理器3. 6G奔騰4終極版運行時所產生的熱量最大可達到115W，當CPU使用率達到100%時，其溫度可高達98°C，因此大功率晶片或電子元器件在工作時，必須考慮其散熱問題，如果散熱不良，就會導致其內部的溫度不斷升高，造成電子元器件或晶片因過熱導致功能失效等現象。尤其在大功率、高運算的電子產品方面，熱量的處理不當會直接造成電子元器件或晶片燒毀，從面引發安全隱患。為此必須採用先進的散熱工藝和性能優異的散熱方式來有效的帶走熱量，保證電子元器件或晶片在所能承受的最高溫度以內正常工作。目前通過PCB提升電子元器件或晶片散熱的方式主要有以下幾種1、採用導熱稍高的FR4材料用作PCB的基板，以提高其散熱性能，但是目前FR4最高的導熱係數為1. Off/m. K，難於滿足電子產品功率不斷增加的需求。2、在PCB下端增加金屬導體，以增強其散熱性能。常見的金屬導體有鋁塊、銅塊等，受PCB存在翹曲及線路銅厚不均勻的影響，PCB與金屬導體之間存在有空隙，其散熱性能有限。3、通過使用高導熱粘接片解決PCB與金屬導體之間的空隙，以提升其散熱性能(如鋁基線路板或銅基線路板)，目前該粘接片的最大導熱係數只有10W/mK，對大功率的電子元器件或晶片的散熱需求是難於滿足。由此可知，目前PCB電子元器件或晶片的散熱係數最大也只有10W/mK，無法滿足150W的大功率電子產品或晶片的高散熱要求，難以保證大功率電子元器件及高速運算晶片的穩定性、可靠性和使用壽命。

實用新型內容鑑於此，本實用新型的目的在於提供一種超高導熱性能的單面印製線路板，以滿足大功率電子產品或晶片的高散熱要求，保證大功率電子元器件及高速運算晶片的穩定性、可靠性和使用壽命。本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的。一種超高導熱性能的單面印製線路板，包括一金屬基層，該金屬基層上設置有用於安裝大功率電子元器件或大功率晶片的凸臺；一絕緣層，該絕緣層與金屬基層形狀大小相同，且絕緣層上設置有與上述凸臺位置對應且形狀大小相同的第一開窗；一銅箔層，該銅箔層與金屬基層形狀大小相同，且銅箔層上設置有與上述凸臺位置對應且形狀大小相同的第二開窗；銅箔層、絕緣層由上向下依次覆蓋於金屬基層上，所述凸臺對應位於第二開窗和第一開窗中，且凸臺上表面與銅箔層上表面處於同一水平面上。優選地，所述絕緣層為半固化片或帶有導熱功能的粘接片。優選地，所述金屬基層為導熱係數滿足> 260ff/mK的鋁基層或導熱係數為滿足≥400ff/mK的銅基層。優選地，所述金屬基層與凸臺一體成型。本實用新型單面印製線路板上設置有用於安裝大功率電子元器件或晶片的金屬凸臺，該金屬凸臺以外的其他區域對應為線路部分，所述金屬凸臺與金屬基層連接為一體，大功率電子元器件或晶片的非導體位置可以與金屬基層凸臺直接接觸，由於金屬基層為導熱係數大於200W/mK的銅基或鋁基，而電子元器件與晶片又直接與其接觸，因此可以實現良好的導熱效果，滿足了功率大於150W電子元器件或晶片的散熱需求，本實用新型使目前PCB板的散熱係數由10W/mK提升到200W/mK，極大改善了大功率電子元器件及高速運算晶片的穩定性和可靠性，同時提高了大功率電子元器件及高速運算晶片的使用壽命。

圖1為本實用新型超 高導熱性能的單面印製線路板的立體示意圖。圖2為本實用新型超高導熱性能的單面印製線路板的結構示意圖。圖中標識說明金屬基層1、凸臺101、絕緣層2、第一開窗201、銅箔層3、第二開窗301。
具體實施方式
為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，
以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。本實用新型的核心思想是通過在導熱係數大於200W/mK的銅基或鋁基上製作出一個用於安裝功率大於150W的大功率電子元器件或大功率晶片的凸臺，使電子元器件或晶片的非導體位置直接與該金屬基凸臺的上表面接觸，由於電子元器件或晶片與金屬基凸臺之間無導熱絕緣膜，因此有效的提高了散熱效率，使整個線路板的導熱係數由最大IOW/mK提升到200W/mK以上，實現了大功率電子元器件及晶片的散熱要求，提高了產品的穩定性和可靠性，延長了使用壽命。請參閱圖1、圖2所示，圖1為本實用新型超高導熱性能的單面印製線路板的立體示意圖；圖2為本實用新型超高導熱性能的單面印製線路板的結構示意圖。本實用新型提供了一種超高導熱性能的單面印製線路板，其主要用於解決目前PCB導熱係數無法突破10W/mK，不能實現150W以上的大功率晶片或電子元器件的高導熱散熱的問題。[0026]其中本實用新型超高導熱性能的單面印製線路板包括有金屬基層1、絕緣層2和銅箔層3，而金屬基層1、絕緣層2和銅箔層3的形狀大小相同。金屬基層I由導熱係數滿足彡260ff/mK的鋁基或導熱係數滿足彡400ff/mK的銅基製作而成，其厚度根據不同的PCB板製作要求有所不同，本實施例中優選為l-5mm;在金屬基層I上設置有用於安裝大功率電子元器件或大功率晶片的凸臺101，這裡凸臺101的數量根據製作單面板時的設計要求對應，可以為多個，也可以為一個，具體與圖形設計中需要安裝的大功率晶片或電子元器件的數量有關，其位置也對應與圖形設計中大功率晶片或電子元器件的位置相同。凸臺101可通過電鑼的方式去除文件指定位置的金屬基而獲得，也可以通過塗覆或壓貼抗酸或抗鹼保護膜，根據制訂好的圖形轉移菲林進行曝光，並將需要去除的金屬基的保護膜顯影掉，以裸露出金屬基，之後通過酸蝕或鹼蝕去除不需要的金屬基，而對應去除的金屬基或蝕刻掉的金屬基厚度可根據實際需要而不同，本實施例中一般控制在15um-100um，因此凸臺101的高度也對應為15um_100um。另外，凸臺101的橫截面形狀根據不同的晶片或電子元器件的形狀而有所不同，可對應為圓形、矩形或其他幾何形狀，其對應與晶片或電子元器件的接觸面形狀相同，本實施例中優選為矩形。需要說明的是，凸臺101與金屬基層I可以一體成型，也可以組合成型，即選用同樣材料的金屬基，分別製作，然後組合在一起。絕緣層2主要由半固化片(PP)或粘接片製成，且絕緣層2上設置有與上述凸臺101位置對應且形狀大小相同的第一開窗201,具體第一開窗201的數量與凸臺101相同。銅箔層3上設置有與上述凸臺101位置對應且形狀大小相同的第二開窗301 ;而第二開窗301的數量對應與凸臺101的數量相同。
對製作出凸臺101的金屬基層I表面進行棕化處理，以使其表面粗糙，然後將絕緣層2對應粘貼在該面上，且使凸臺101對應位於絕緣層2上的開窗中，之後再將銅箔層3對應覆蓋於絕緣層2上，且使絕緣層2上的開窗與絕緣層2對應重疊，且使凸臺101對應位於絕緣層2的開窗中，然後對整個金屬基層1、絕緣層2和銅箔層3進行層壓處理，形成具有超高導熱係數的單面印製線路板。而這裡需要說明的是，製作出的單面印製線路板銅箔層面需要保證平整，即凸臺101的上表面與銅箔層3的上表面層壓後需要處於同一水平面上，以便於後續的線路圖形製作和對晶片及電子元器件進行SMT製程。本實用新型可將需要安裝的晶片或電子元器件的非導體位置直接與金屬基凸臺的上表面接觸，從而實現電子元器件或晶片直接與線路板的金屬基緊密貼合，以達到200W/mK以上的導熱係數，本實用新型有效支撐了大功率電子產品的快速發展；有利於促進新能源汽車產品的散熱升級、大功率室外照明散熱改善以及城際軌道交通電力模塊的穩定。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.一種超高導熱性能的單面印製線路板，其特徵在於包括一金屬基層，該金屬基層上設置有用於安裝大功率電子元器件或大功率晶片的凸臺；一絕緣層，該絕緣層與金屬基層形狀大小相同，且絕緣層上設置有與上述凸臺位置對應且形狀大小相同的第一開窗；一銅箔層，該銅箔層與金屬基層形狀大小相同，且銅箔層上設置有與上述凸臺位置對應且形狀大小相同的第二開窗；銅箔層、絕緣層由上向下依次覆蓋於金屬基層上，所述凸臺對應位於第二開窗和第一開窗中，且凸臺上表面與銅箔層上表面處於同一水平面上。
2.根據權利要求1所述的超高導熱性能的單面印製線路板，其特徵在於所述絕緣層為半固化片或帶有導熱功能的粘接片。
3.根據權利要求1所述的超高導熱性能的單面印製線路板，其特徵在於所述金屬基層為導熱係數滿足> 260ff/mK的鋁基層或導熱係數滿足> 400ff/mK的銅基層。
4.根據權利要求1所述的超高導熱性能的單面印製線路板，其特徵在於所述金屬基層與凸臺一體成型。
專利摘要本實用新型公開了一種超高導熱性能的單面印製線路板，包括金屬基層，該金屬基層上設置有用於安裝大功率電子元器件或大功率晶片的凸臺；絕緣層，該絕緣層與金屬基層形狀大小相同，且絕緣層上設置有與上述凸臺位置對應且形狀大小相同的第一開窗；銅箔層，該銅箔層與金屬基層形狀大小相同，且銅箔層上設置有與上述凸臺位置對應且形狀大小相同的第二開窗；銅箔層、絕緣層由上向下依次覆蓋於金屬基層上，所述凸臺對應位於第二開窗和第一開窗中，且凸臺上表面與銅箔層上表面處於同一水平面上。本實用新型使目前PCB板的散熱係數由10W/mK提升到200W/mK，極大改善了大功率電子元器件及高速運算晶片的穩定性和可靠性，同時提高了大功率電子元器件及高速運算晶片的使用壽命。
文檔編號H05K1/02GK202889779SQ201220617798
公開日2013年4月17日 申請日期2012年11月20日 優先權日2012年11月20日
發明者王強, 易勝, 陸景富, 徐緩 申請人:深圳市博敏電子有限公司