導熱膠散熱器及其製作方法以及電路板及其製作方法
2023-06-06 11:56:06 3
專利名稱：導熱膠散熱器及其製作方法以及電路板及其製作方法
技術領域：
本發明涉及一種散熱技術，尤其涉及一種散熱器及其製作方法，以及一種應用這種散熱器的電路板及其製作方法。
背景技術：
在電路板設計中會用到一些功率密度較高集成電路，為了保證不因為集成電路工作時溫度升過高而損壞，通常要給它加裝一個散熱器幫助散熱，散熱器的形狀和安裝方式可以多種多樣，但其原理大多是通過增大散熱面積來幫助散熱。目前常用的散熱器主要有以下幾種一種是背負式散熱器，如圖1所示，背負式散熱器3直接附著在電路板1上的集成電路模塊2上，這種散熱器體積大、高度高，其使用受到電路板之間距離的限制。
另外一種是散熱焊盤式散熱器，如圖2所示，它的主要散熱路徑是一個與集成電路模塊2底部聯通的散熱焊盤5，在電路板1上集成電路模塊2的背面設置一個面積等於或大於集成電路底部焊盤4的散熱焊盤5來加強散熱能力，熱量是通過導熱過孔6將集成電路模塊2產生的熱量傳導到散熱焊盤5上。然後通過冷卻風扇產生的氣流帶走散熱焊盤5上的熱量，為了保證良好的散熱，要求用較大的風量，這樣就要消耗更多的電能，而且風扇運轉以及氣流的摩擦作用會產生較大的噪音，造成噪音汙染，冷卻風還會帶來嚴重的離子汙染，導致較高的失效率，為了用較少冷卻風量保證散熱效果，目前主要有兩種方法改善散熱效果一種方法是，擴大散熱焊盤5的面積，但對於高密度布局的電路板，在散熱焊盤5周圍要焊接許多其他功能的電子元件，擴大散熱焊盤的面積的程度是受到限制的，不能無限增大。
另一種方法是在原有的散熱焊盤5上再加裝一個表面貼裝式散熱器7，如圖3所示，這個方法對增加散熱能力有良好的效果，由於表面貼裝式散熱器7必須有一定的高度，但是，在一些密集組裝的設備中，電路板之間的間距往往小於表面貼裝式散熱器要求的高度，表面貼裝式散熱器7的金屬材料易造成電路板之間短路，這是不允許的，因而限制了表面貼裝式散熱器7的使用。
發明內容
本發明的目的是提供一種散熱效果好，安裝使用方便，又不影響電路板布局的散熱器及其製作方法，以及應用這種散熱器的電路板及其製作方法。
本發明的目的是通過以下技術方案實現的本發明所述的導熱膠散熱器，主要包括片狀結構的導熱膠，所述導熱膠的導熱係數大於0.5W/mK，並且絕緣。
所述的導熱膠的導熱係數為2～5W/mK。
所述的導熱膠散熱器還包括離型紙和掛膠載帶，所述離型紙和掛膠載帶分別粘貼於所述片狀結構的導熱膠的兩個相對表面。
本發明所述的導熱膠散熱器的製作方法，包括以下步驟A、將導熱係數大於0.5W/mK且絕緣的導熱膠，放在膠槽中加熱，使其成為粘稠狀的液體，並通過控制膠槽的溫度來控制導熱膠的粘度，使其達到適合向掛膠載帶上附著的粘度；B、將浸漬輥纏有掛膠載帶的部分浸在膠槽裡的導熱膠中，啟動浸漬輥牽引掛膠載帶通過膠槽，在掛膠載帶上掛上導熱膠，同時啟動擠壓輥牽引掛膠載帶和離型紙運動，掛膠載帶和離型紙之間夾上了片狀結構的導熱膠；C、冷卻掛膠載帶和離型紙之間的片狀結構的導熱膠，使其呈現不易發生塑性變形、形狀穩定的形態，並通過收料輥收捲成卷，即為導熱膠散熱器。
所述的步驟B之前的準備工作包括
將掛膠載帶繞過浸漬輥後穿過擠壓輥之間的間隙，同時離型紙穿過擠壓輥之間的間隙，之後掛膠載帶與離型紙同時纏繞在收料輥上。
所述的步驟B還包括調節擠壓輥間的間距來控制掛膠載帶與離型紙間的距離，用以控制它們之間形成的片狀結構的導熱膠的厚度。
本發明所述的包含導熱膠散熱器的電路板，在所述電路板上覆蓋有導熱膠散熱器，所述的導熱膠散熱器的厚度為0.1～0.5毫米。
本發明所述的電路板的製作方法，包括以下步驟D、將導熱係數大於0.5W/mK且絕緣的導熱膠加熱，使其成為適合向電路板上淋塗的粘稠狀的液體；E、將導熱膠按照需要散熱的電路板的散熱要求的厚度和塗覆面積均勻的塗覆到電路板需要散熱的部位上；F、對塗覆到電路板上導熱膠進行固化處理，形成導熱膠散熱器。
所述的步驟E包括E1、將導熱膠裝入上部密閉且下部有長條形開口的容器中；E2、向裝有導熱膠的容器的上部密閉空腔中充入壓縮氣體，容器中的導熱膠在氣壓作用下從下部開口流出，形成流布膠簾；E3、電路板在流布膠簾下沿垂直於流布膠簾的方向勻速運動，導熱膠便被均勻的塗覆到電路板上。
所述的步驟E3還包括通過控制容器的上部密閉空腔中的空氣壓力的大小及電路板的運動速度控制導熱膠在電路板上的塗覆厚度；通過控制充氣時間和調節長條形開口的大小來控制導熱膠在電路板上的塗覆面積。
本發明所述的電路板的另一種製作方法，包括以下步驟F、根據電路板的散熱面積，裁剪導熱膠散熱器，並去掉兩面的離型紙和掛膠載帶；G、將導熱膠散熱器貼覆到電路板上需要散熱的位置，加熱導熱膠散熱器，使其粘度降低到適合向電路板上貼附的粘度並適當施加壓力，以便完全附著到電路板表面；H、對貼覆到電路板上的導熱膠散熱器進行固化處理。
由上述本發明提供的技術方案可以看出，本發明所述的導熱膠散熱器，由於採用導熱性較好且絕緣的導熱膠製成薄膜狀的平面結構，覆蓋在電路板上形成一層連續的導熱薄膜，可以在不改變電路板設計的情況下增大電器元件或散熱焊盤的散熱面積，結構簡單，製作、安裝及使用都很方便，其散熱面積不受電路板上電器元器件布置的影響，散熱效果好；又由於可以將導熱膠直接塗在電路板上製成導熱膠散熱器，也可以將預製好的導熱膠散熱器裁成需要的大小粘貼到電路板上，可以根據需要選用不同的方法，本發明特別適用於電路板的散熱，也可適用於其它情況下的散熱。
圖1為現有技術背負式散熱器的安裝結構示意圖；圖2為現有技術散熱焊盤式散熱器的安裝結構示意圖；圖3為現有技術在散熱焊盤上加裝表面貼裝式散熱器的結構示意圖；圖4為本發明導熱膠散熱器安裝在電路板上的結構示意圖；圖5為本發明用淋塗法製作含有導熱膠散熱器的電路板的過程參考圖；圖6為本發明製作導熱膠散熱器的過程參考圖；圖7為本發明用淋塗法製作含有導熱膠散熱器的電路板的主要流程圖；圖8為本發明用粘貼法製作含有導熱膠散熱器的電路板的主要流程圖。
具體實施例方式
本發明較佳的具體實施方式
是所述的導熱膠散熱器設計為片狀結構，由導熱係數符合預定要求且絕緣的導熱膠製成，導熱膠預定要求的導熱係數根據需散熱的器件的散熱要求選定，導熱係數大於0.5W/mK即可，優選範圍為2～5W/mK，導熱係數的定義為每m長度、每K溫度，可以傳送多少W的能量，單位為W/mK。其中「W」指熱功率單位瓦，「m」代表長度單位米，而「K」為絕對溫度單位。導熱係數越大說明導熱性能越好。
製作安裝導熱膠散熱器的方法有兩種一種是淋塗法將導熱膠加熱，使其符合需要的粘度，此處的粘度要求是根據導熱膠物理特性選擇適合向需散熱的器件上淋塗的粘度，之後將導熱膠直接淋塗到需散熱的器件上，即在需散熱的器件上形成導熱膠散熱器；另一種是粘貼法首先將導熱膠製成片狀結構，然後貼覆到需散熱的器件上。
所述片狀結構的導熱膠即為導熱膠散熱器，最好製成未完全固化的狀態，在對這個未完全固化的導熱膠散熱器進行加熱時還會進一步變軟，變軟的導熱膠散熱器具有粘結能力，便於貼覆到需要散熱的器件上。在導熱膠散熱器的兩面分別粘貼有離型紙和掛膠載帶，所述離型紙和掛膠載帶是一種粘附性較小的材料，也可以在離型紙和掛膠載帶的表面上塗覆脫模劑，使離型紙和掛膠載帶不會牢固地粘附在導熱膠散熱器上，可以輕易的從導熱膠散熱器上分離。使用時先將離型紙和掛膠載帶從導熱膠散熱器上揭下來，然後再貼覆到需要散熱的器件上。
製作導熱膠散熱器的最佳方法如圖6所示，包括以下步驟步驟61將導熱膠11放在膠槽13中加熱，使其成為粘稠狀的液體，並通過控制膠槽13的溫度來控制導熱膠11的粘度，使其達到適合向掛膠載帶上附著的粘度；其中，導熱膠是根據需散熱的器件的散熱要求選用的，主要的選擇標準是需要具有符合要求的導熱係數，並且絕緣。
步驟62載帶卷17上的掛膠載帶15繞過浸漬輥16後穿過擠壓輥19之間的間隙，同時離型紙卷18上的離型紙14穿過擠壓輥19之間的間隙，之後掛膠載帶15與離型紙14同時纏繞在收料輥20上；這是一個可選的、準備性的步驟，主要為下一步向掛膠載帶15上粘掛導熱膠11做好準備工作。
步驟63將浸漬輥16纏有掛膠載帶15的部分浸到膠槽13裡的導熱膠11中；步驟64啟動浸漬輥16牽引掛膠載帶15通過膠槽13，在掛膠載帶15上掛上導熱膠11，同時啟動擠壓輥19牽引掛膠載帶15和離型紙14運動，掛膠載帶15和離型紙14之間夾上了片狀結構的導熱膠11；可通過調節擠壓輥19間的間距來控制掛膠載帶15與離型紙14間的距離，用以控制掛上導熱膠11的厚度；步驟65適當冷卻掛膠載帶15與離型紙14間的導熱膠11，使其呈現穩定的片狀形態，由於此時的導熱膠11溫度較高，處於一種粘稠的液體狀態，形狀很不穩定，降溫後便會形成不易發生塑性變形、形狀穩定的固體狀態，不會因收卷、搬運、裁剪等操作造成變形而不能使用，但此時不要讓導熱膠形成完全固化的狀態，而是處於一種稍軟的半固化狀態，之後通過收料輥20收卷，即成為導熱膠散熱器。
應用導熱膠散熱器的電路板如圖4所示，集成電路模塊2產生的熱量由底部焊盤4通過電路板1上的導熱過孔6傳導到散熱焊盤5上，散熱焊盤5的背面覆蓋有導熱膠散熱器8，加大散熱焊盤5的散熱能力，由於導熱膠散熱器8為片狀結構且絕緣，因此它可以在不影響電路板布局的情況下任意加大導熱膠散熱器8在電路板上的覆蓋的面積，這樣就可以根據電路板的散熱需要選用導熱膠散熱器8的厚度及面積。導熱膠散熱器8的厚度可以根據需要選定任意厚度，其最佳的厚度範圍為0.1～0.5毫米。
應用導熱膠散熱器的電路板的製作方法有兩種，一種是淋塗法，另一種是粘貼法。
如圖5所示，淋塗法製作電路板，包括以下步驟步驟51將導熱膠加熱，使其成為適合向電路板上淋塗的粘稠狀的液體；其中，導熱膠是根據需要散熱的電路板的散熱需要選擇的，主要的選擇標準是需要具有符合要求的導熱係數，並且絕緣；步驟52將液體狀的導熱膠11裝入上部密閉且下部有長條形開口的容器9中，此時，容器9下部的長條形開口處於關閉狀態；
步驟53向裝有導熱膠11的容器9的上部密閉空腔中充入壓縮氣體，打開長條形開口，在氣壓作用下，容器9中的導熱膠11從下部開口流出，形成流布膠簾12，長條形開口的大小可以調節；步驟54電路板1在流布膠簾12下沿垂直於流布膠簾12的方向A勻速運動，導熱膠11便被均勻的塗覆到電路板1上；通過控制容器9的上部密閉空腔中的空氣壓力的大小及電路板1的運動速度控制導熱膠11在電路板1上的塗覆厚度；通過開啟或關閉閥門10控制充氣時間以及通過調節閥門10的流量來調節充氣的速度，另外，還可以通過調節長條形開口的大小來控制導熱膠11在電路板1上的塗覆面積；步驟55對覆蓋到電路板上導熱膠進行冷卻，並進行如風乾、時效等措施進行固化處理，這裡的時效是指在一定的條件(如溫度、溼度等)下保留一定的時間，目的是使導熱膠的物理及化學特性符合要求並趨於穩定，或者按照導熱膠的特性要求採用其它的固化措施，使導熱膠在電路板上完全固化，這樣在電路板上就形成符合要求的導熱膠散熱器8。
如圖7所示，是淋塗法製作應用導熱膠散熱器的電路板的主要流程圖。
如圖8所示，粘貼法製作應用導熱膠散熱器的電路板，包括以下步驟步驟81根據電路板需要設置的導熱膠散熱器的面積，裁剪已制好的導熱膠散熱器，並去掉兩面的離型紙和掛膠載帶；所述的導熱膠散熱器需要選用由符合要求的導熱係數且絕緣的導熱膠製成的，並且導熱膠散熱器的厚度符合散熱需要和電路板的預留空間要求，導熱膠散熱器的厚度太厚和太薄都會影響散熱效果，經過試驗證明，厚度在0.1～0.5毫米範圍內散熱效果最好；步驟82通過適當加壓將導熱膠散熱器貼覆到電路板上需要的位置，用紅外線照射加熱預製導熱膠片，也可用其他的方法加熱，使其粘度降低到適合向電路板上貼附的粘度，以便完全附著到電路板表面；步驟83對覆蓋到電路板上導熱膠散熱器進行冷卻，並進行如風乾、時效等措施進行固化處理，這裡的時效是指在一定的條件(如溫度、溼度等)下保留一定的時間，目的是使導熱膠的物理及化學特性符合要求並趨於穩定，或者按照導熱膠的特性要求採用其它的固化措施，使導熱膠散熱器在電路板上完全固化，這樣在電路板上就形成符合要求的導熱膠散熱器8。
無論是淋塗法還是粘貼法製作電路板，最後最好都要對裝有導熱膠散熱器的電路板進行散熱測試，看是否符合需要的散熱要求，若不符合則還要配合其它的散熱方式，如風冷散熱等，或者對導熱膠的導熱係數、在電路板上的塗覆厚度及面積重新選擇後製作。
本發明的散熱技術是一種全新的概念，與通常的高度為10毫米～50毫米的通用散熱器相比，本發明的平面散熱器幾乎不佔用組裝空間，有利於使電子設備更為緊湊、小巧。
在一塊有底部散熱集成電路的電路板上測試，採用導熱膠散熱器的同一位置上的集成電路比沒有採用導熱膠散熱器的集成電路溫度最大降幅達到13.9℃。
本發明特別適用於電路板的散熱，也可適用於其它情況下的散熱。
以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種導熱膠散熱器，其特徵在於，主要包括片狀結構的導熱膠，所述導熱膠的導熱係數大於0.5W/mK，並且絕緣。
2.根據權利要求1所述的導熱膠散熱器，其特徵在於，所述的導熱膠的導熱係數為2～5W/mK。
3.根據權利要求1所述的導熱膠散熱器，其特徵在於，所述的導熱膠散熱器還包括離型紙和掛膠載帶，所述離型紙和掛膠載帶分別粘貼於所述片狀結構的導熱膠的兩個相對表面。
4.一種權利要求3所述的導熱膠散熱器的製作方法，其特徵在於，包括以下步驟A、將導熱係數大於0.5W/mK且絕緣的導熱膠，放在膠槽中加熱，使其成為粘稠狀的液體，並通過控制膠槽的溫度來控制導熱膠的粘度，使其達到適合向掛膠載帶上附著的粘度；B、將浸漬輥纏有掛膠載帶的部分浸在膠槽裡的導熱膠中，啟動浸漬輥牽引掛膠載帶通過膠槽，在掛膠載帶上掛上導熱膠，同時啟動擠壓輥牽引掛膠載帶和離型紙運動，掛膠載帶和離型紙之間夾上了片狀結構的導熱膠；C、冷卻掛膠載帶和離型紙之間的片狀結構的導熱膠，使其呈現不易發生塑性變形、形狀穩定的形態，並通過收料輥收捲成卷，即為導熱膠散熱器。
5.根據權利要求4所述的導熱膠散熱器的製作方法，其特徵在於，所述的步驟B之前的準備工作包括將掛膠載帶繞過浸漬輥後穿過擠壓輥之間的間隙，同時離型紙穿過擠壓輥之間的間隙，之後掛膠載帶與離型紙同時纏繞在收料輥上。
6.根據權利要求4所述的導熱膠散熱器的製作方法，其特徵在於，所述的步驟B還包括調節擠壓輥間的間距來控制掛膠載帶與離型紙間的距離，用以控制它們之間形成的片狀結構的導熱膠的厚度。
7.一種包含權利要求1至3任一項所述的導熱膠散熱器的電路板，其特徵在於，在所述電路板上覆蓋有導熱膠散熱器，所述的導熱膠散熱器的厚度為0.1～0.5毫米。
8.一種權利要求7所述的電路板的製作方法，其特徵在於，包括以下步驟D、將導熱係數大於0.5W/mK且絕緣的導熱膠加熱，使其成為適合向電路板上淋塗的粘稠狀的液體；E、將導熱膠按照需要散熱的電路板的散熱要求的厚度和塗覆面積均勻的塗覆到電路板需要散熱的部位上；F、對塗覆到電路板上導熱膠進行固化處理，形成導熱膠散熱器。
9.根據權利要求8所述的電路板的製作方法，其特徵在於，所述的步驟E包括E1、將導熱膠裝入上部密閉且下部有長條形開口的容器中；E2、向裝有導熱膠的容器的上部密閉空腔中充入壓縮氣體，容器中的導熱膠在氣壓作用下從下部開口流出，形成流布膠簾；E3、電路板在流布膠簾下沿垂直於流布膠簾的方向勻速運動，導熱膠便被均勻的塗覆到電路板上。
10.根據權利要求9所述的電路板的製作方法，其特徵在於，所述的步驟E3還包括通過控制容器的上部密閉空腔中的空氣壓力的大小及電路板的運動速度控制導熱膠在電路板上的塗覆厚度；通過控制充氣時間和調節長條形開口的大小來控制導熱膠在電路板上的塗覆面積。
11.一種權利要求7所述的電路板的製作方法，其特徵在於，包括以下步驟F、根據電路板的散熱面積，裁剪導熱膠散熱器，並去掉兩面的離型紙和掛膠載帶；G、將導熱膠散熱器貼覆到電路板上需要散熱的位置，加熱導熱膠散熱器，使其粘度降低到適合向電路板上貼附的粘度並適當施加壓力，以便完全附著到電路板表面；H、對貼覆到電路板上的導熱膠散熱器進行固化處理。
全文摘要
本發明公開了一種導熱膠散熱器及其製作方法，以及應用這種散熱器的電路板及其製作方法。採用導熱性較好且絕緣的導熱膠製成薄膜狀的平面結構，覆蓋在電路板上形成一層連續的導熱薄膜，可以在不改變電路板設計的情況下增大電器元件或散熱焊盤的散熱面積，結構簡單，製作、安裝及使用都很方便，其散熱面積不受電路板上電器元器件布置的影響，散熱效果好；可以將導熱膠直接淋塗在電路板上製成導熱膠散熱器，也可以先製成導熱膠散熱器，再將導熱膠散熱器裁成需要大小粘貼到電路板上，可以根據需要選用不同的方法，本發明特別適用於電路板的散熱，也可適用於其它情況下的散熱。
文檔編號H05K3/00GK1913763SQ20061010952
公開日2007年2月14日 申請日期2006年8月4日 優先權日2006年8月4日
發明者陳普養, 徐焰, 郟宇飛 申請人:華為技術有限公司