印製電路板的製作方法
2023-11-02 08:55:52
專利名稱：印製電路板的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種印製電路板。
背景技術：
印製電路板也稱為印製電路板或印製線路板，通過印製電路板上的印製導線、焊盤及金屬化過孔實現元件引腳之間的電氣連接。現有的印製電路板上在對應元件的位置設有印製電路板(PCB，Printed Circuit Board)的元件庫，所述元件庫為固定設計好的用於連接PCB與元件的一組銅箔，元件的每個引腳與元件庫中的銅箔相連進而與PCB形成電連接。
圖1為現有PCB結構下，某電路系統中電晶體與PCB連接示意圖，如圖所示，某電晶體元件11通過PCB元件庫12與PCB連接。元件庫12比實際元件略大，元件庫12與元件11的每一個引腳一一對應，元件11通過所述元件庫12與PCB上的導電圖形相連；參照圖1，在PCB上，以銅箔走線的形式實現元件引腳的相互連接。
隨著電子技術的發展，印製電路板技術得到了較快發展，印製電路板上可以集成的元件越來越多；然而，現有的印製電路板中，所述銅箔、銅箔走線以及金屬化過孔等僅用於實現PCB上的電連接；雖然銅箔為熱的良導體，然而現有的PCB結構(如使用銅箔走線實現元件連接；金屬化過孔設置方式等)並未發揮銅箔的這一特性，進而導致現有PCB散熱效果差。
現有技術中，降低系統溫度的一種途徑是在元件上加裝散熱器。散熱器由散熱片構成，它可以通過熱傳導的方式獲取元件產生的熱量，並通過散熱片散發到空中；與元件本身相比，散熱器具有較大的表面積，能以更快的速度釋放熱量，因而散熱效率高於元件本身，進而能夠快速降低系統溫度。該方法的缺陷在於增加散熱器，即增加了成本，同時增加了系統的製造工序，降低了生產效率。
現有技術中，另一種達到降低系統溫度的方法是使用高性能的元件。高性能元件可以具有較小的發熱量。如高性能的MOSFET管由於具有高速的開關特性，縮短了截止或導通過程的時間，因而減少了發熱時長，降低了發熱量。然而，高性能元件的價格較高，增加了系統成本。
由上述分析可知，如果電路系統自身能夠具有較佳的散熱功能，將能夠較大程度的降低系統散熱成本。
中國專利申請號第89216575.8中公開了一種印製板結構，該技術以鋁或鋁合金為基板，在其表面生長一層氧化鋁膜層，再與一定形狀的電解銅箔熱壓成一體的金屬印製板。該技術中由於以鋁作為基板，因而使印製電路板具有較好的散熱功能，然而，該技術並充分利用印製板現有結構特點實現PCB的散熱處理。
發明內容
本發明要解決的問題是提供一種印製電路板，該印製電路板能夠有效的散發其上電子元件工作時產生的熱量，具有較好的散熱效果。
為解決上述技術問題，本發明提供了一種印製電路板，該印製板以絕緣板為基材，其上至少有一個具有導電圖形的導電層，其上至少有一個具有導電圖形的導電層，用以安裝至少一個元件，印製電路板導電層具有銅箔片，其中，用於安裝元件的銅箔片面積大於印製電路板PCB上元件所對應的PCB元件庫的面積。
在上述印製電路板結構基礎上，在所述的銅箔片上連接電氣屬性相同的元件引腳，以使得銅箔片面積可以進一步增大。若在印製電路板表面具有用於保護導電圖形的阻焊層，則通過阻焊開窗的方法使元件引腳與所述的銅箔片直接連接，即在與元件引腳相對應的位置，不覆蓋阻焊層以顯露銅箔片，以使元件引腳可與銅箔片直接連接，印製電路板表面的其餘位置覆蓋阻焊層。
在上述印製電路板結構基礎上，當印製電路板為多層板時，具有金屬孔用於實現不同導電層相同電氣屬性銅箔片的電連接，並且，不同導電層具有相同電氣屬性的銅箔片通過至少兩個金屬孔相連；或者，不同導電層中具有相同屬性的銅箔片間的金屬孔數多於銅箔片上連接的元件引腳數。所述金屬孔可以為過孔或元件孔或盲孔。
多層的印製電路板結構中，上述方案中所述的銅箔片包括印製電路板中內部接地層或內部電源層的銅箔片。
以上技術方案可以看出，在本發明中，在PCB表面，與元件引腳相應位置的銅箔不覆蓋阻焊層，即以阻焊開窗的方式使印製電路板的銅箔與元件引腳直接連接，由於PCB與元件引腳的連接不再受元件庫的限制，因而在導熱方面，元件上產生的熱量能夠很快的傳到PCB的銅箔上；另一方面，與現有技術相比，元件引腳間不再通過銅箔走線相連，而是利用銅箔片連接具有相同電氣屬性的元件引腳(所述電氣屬性相同的元件引腳，通常表現為電路中可通過導線直接相連的元件引腳)，同時由於銅箔片具有儘可能大的表面積，因而具有較好的散熱功能。綜上所述，由於元件引腳的導熱洗過那能由於元件的塑料封裝，因而通過PCB銅箔散熱將加裝散熱器的到更好的散熱效果。
進一步，當所述印製電路板為非單面印製電路板時，PCB上的電路圖形中具有金屬化過孔，用於實現不同導電層中具有相同電氣屬性銅箔的連接。在上述印製電路板結構基礎上，增加銅箔間過孔的數量將有助於熱傳導的效果，進而可將元件產生的熱量快速分配到不同導電層中具有相同電氣屬性的銅箔上，擴大了散熱面積，加快系統散熱；進一步，銅箔間金屬化過孔能夠有序排列時，將能更有效的實現熱量的均勻分配和釋放，增加了散熱的效果。
本發明尤其適合多層結構的印製電路板，多層的PCB中，具有內部接地層或內部電源層，該層中銅箔能夠具有較大的表面積(尤其這兩層銅箔通常與印製電路板大小相近)，因而能夠更快釋放系統產生的熱量。
綜上所述，本發明具有低成本，散熱效果好的特點。
圖1為現有技術中元件與PCB連接示意圖；圖2為典型四層印製電路板結構示意圖；圖3為金屬化過孔連接接地層與信號層中銅箔的示意圖；圖4為一般PWM開關電源電路原理圖；圖5為本發明印製電路板裝置在PWM開關電源中MOSFET處結構原理圖。
具體實施例方式
印製電路板也稱為印製線路板或印製電路板，通過印製電路板上的印製導線，焊盤及金屬化過孔實現元件引腳之間的電氣連接。由於印製電路板上的導電圖形(如元件引腳焊盤、印製連線、過孔等)以及說明性文字(如元件輪廓、序號、型號)等均通過印製方法實現，因此稱為印製電路板。
通過一定的工藝，在絕緣性能很高的基材上覆蓋一層導電性能良好的銅薄膜，就構成了生產印製電路板所必需的材料——覆銅板，按電路要求，在覆銅板上刻蝕出導電圖形，並鑽出元件引腳安裝孔，實現電氣互連的過孔以及固定整個電路板所需的螺絲孔，就獲得了電子產品所需的印製電路板。
印製電路板(PCB)種類很多，根據導電層數目的不同，PCB分為單面電路板(簡稱單面板)、雙面電路板(簡稱雙面板)和多層電路板；根據覆銅板基底材料的不同，PCB分為紙質覆銅箔層壓板和玻璃布覆銅箔層壓板兩類。
單面的PCB所用的覆銅板只有一面覆銅箔，另一面空白，因而只能在敷銅箔面上製作導電圖形，單面板上的導電圖形主要包括固定，連接元件引腳的焊盤和實現元件引腳互連的印製導線，該面稱為″焊錫面″。
雙面PCB基板的上下兩面均覆蓋銅箔，並且都含有導電圖形，導電圖形中除了焊盤、印製導線外，還有用於使上下兩面印製導線相連的金屬化過孔。在雙面板中，元件只安裝在其中的一個面上，該面稱為元件面，另一面稱為焊錫面；在雙面板中，需要製作連接上，下面印製導線的金屬化過孔。
隨著元電路圖中元件連接關係越發複雜，元件工作頻率增高，出現了多層板。在多層板中導電層的數目一般為4、6、8、10等，以四層板為例，上下層是信號層(信號線布線層)，在上下兩層之間還有電源層和地線層。
在多層電路板中，層與層之間的電氣連接通過元件引腳焊盤和金屬化過孔實現，除了元件引腳焊盤孔外，用於實現不同層電氣互連的金屬化過孔通常貫穿整個電路板，以方便鑽孔加工，經過特定工藝處理後，避免造成短路。
在雙面PCB基礎上，多層PCB中的金屬化過孔進一步分類為導通孔(via)一種用於內層連接的金屬孔，但其中並不用於插入元件引線或其它增強材料；盲孔(Blind via)從印製電路板內僅延展到一個表層的導通孔；埋孔(Buried via)未延伸到印製電路板表面的一種導通孔；過孔(Through via)從印製電路板的一個表層延展到另一個表層的導通孔；元件孔(Componenthole)用於元件端子固定於印製電路板及導電圖形電氣聯接的孔。
本發明所提供的印製電路板(PCB)，基於現有PCB結構，在PCB表面，與元件引腳相對應的位置顯露銅箔，使得元件能夠與PCB信號層的銅箔直接相連；即在現有技術基礎上，本發明省掉了PCB元件庫；並且通過阻焊開窗的方式直接在PCB表面製作出元件的引腳形狀，顯露該處銅箔。
所述PCB元件庫實質上是固定設計好的一組銅箔，元件的每個引腳與其中一片銅箔相連，PCB元件庫比實際元件略大，當調入PCB元件庫後，通過PCB走線將相互關聯的元件引腳連通。所述阻焊層(Solder Mask)是現有印製電路板上的焊盤和過孔周圍的保護區域，其主要目的是避免焊接時焊膏順銅箔流走造成虛焊；所述阻焊開窗是在PCB銅箔上留出與元件引腳相應位置的銅箔不覆蓋阻焊層。
上述PCB的結構，使元件引腳與PCB的連接不再局限於與元件庫的連接，而將元件引腳四周直接與PCB銅箔相連；在此基礎上，加大PCB上與元件引腳相連的銅箔面積，使具有相同電氣屬性的元件引腳之間通過銅箔片相連(所述電氣屬性相同的元件引腳，通常表現為電路中可通過導線直接相連的元件引腳)，取代原有的銅箔走線，即在一塊銅箔片上，所連接的元件引腳具有相同的電氣屬性。使用銅箔片，有利於熱量的散發，並且銅箔片面積的增大能夠得到更明顯的散熱效果；由於元件引腳導熱性能較好，因而，銅箔片與元件引腳直接相連，有利於元件產生的熱量迅速以傳導傳熱的方式傳給銅箔片，進而通過銅箔片散發熱量，降低元件溫度。上述的印製電路板結構主要以印製電路板表面銅箔散熱的方式進行散熱，適用於單面PCB、雙面PCB以及多層PCB，尤其在單面PCB和雙面PCB時，通過表面銅箔片散熱的效果更加顯著。
當印製電路板(PCB)為雙面板或多層板時，有用於使不同導電層導線相連的金屬化過孔，並且如本領域技術人員所知，在多層印製電路板中，當金屬化過孔需要經過多個導電層而將具有相同電氣屬性的銅箔相連接時，為了避免金屬化過孔與中間的導電層相連，在該過孔所經過的導電層銅箔上預置一個比所述過孔大的孔。進一步，在上述印製電路板結構基礎上，不同導電層具有相同電氣屬性的銅箔片間通過多個金屬化過孔相連，以使元件產生的熱量能夠更快的傳遞給多個銅箔。本發明中，印製電路板上的銅箔為散熱主體，因此，將元件產生的熱量更快的傳遞給多個銅箔，即提高傳導傳熱的效率和增加散熱體的表面積，將能夠提高本發明的散熱效果。實現金屬化過孔連接的具體方式包括不同導電層具有相同電氣屬性的銅箔片間通過至少兩個金屬孔相連；或用於連接相同電氣屬性的銅箔間的金屬化過孔數應多於PCB表面信號層的元件引腳數；並且，適當增大金屬化過孔大小也能達到將元件所產生熱量迅速傳遞到多個銅箔。即在本發明中，所述金屬化過孔同時具有導電與導熱的功能。另一方面，當銅箔面積足夠大時，應在銅箔間儘量設置多個金屬化過孔；並且當銅箔間通過多個金屬化過孔相連接時，所述金屬化過孔應均勻分布在銅箔上，以使元件上產生的熱量能夠均勻的傳遞到銅箔上，以提高銅箔的散熱效率。
當印製電路板為多層板時，接地端與電源端通常各佔一個平面層，並且該內部接地層與內部電源層中的銅箔面積較大，通常與所在印製電路板大小相近。由此可知，在多層板中(以四層板為例)，所述內部接地層與內部電源層的銅箔將成為PCB中主要散熱體，因此，與這兩層電氣屬性相同的信號層銅箔應通過儘可能多的金屬化過孔分別與接地層銅箔或電源層銅箔連接，使所述金屬化過孔作為信號層與內部接地層或內部電源層的導熱通路，以充分發揮這兩層銅箔的散熱能力。圖2為典型的四層印製電路板結構示意圖，如圖所示，印製電路板最上層與最底層為信號層，中間層包括內部接地層和內部電源層，各導電層之間通過絕緣介質間隔。圖3為多層板中金屬化過孔連接接地層與信號層中相同電氣屬性銅箔的示意圖，圖中41為金屬化過孔。
如本領與技術人員所知，上述金屬化過孔可進一步包括導通孔、盲孔、過孔、元件孔等。
參照圖4與圖5，說明本發明的印製電路板在PWM開關電源中的具體應用實現。在開關電源中，MOSFET管在導通或截止過程中可看作變阻器，並產生較大的熱量；同時MOSFET的性能與工作狀態下的溫度有關，即工作溫度越高MOSFET性能將降低，因而，在開關電源電路中需要對MOSFET管進行散熱處理。
圖4所示為一般PWM開關電源電路原理圖，圖中51、52分別為MOSFET管，以MOSFET 51為例，其包括柵極、漏極和源極；如圖所示，柵極接收PWM晶片的信號，漏極與輸入電源(Vin)連接，源極經LC濾波器濾波後作為開關電源的輸出。
如圖5中的MOSFET元件結構，MOSFET有4個引腳為源極作為輸出，1個引腳為柵極用於接收PWM的信號，3個引腳作為漏極連接輸入電源(Vin)。結合圖5可知，印製電路板上以阻焊開窗的方式，在與MOSFET元件引腳對應的位置留有銅箔，印製電路板表面的其他地方覆蓋阻焊層；並且，對應MOSFET源極4個引腳的位置的阻焊開窗處在一個銅箔片上，即與現有結構不同，MOSFET的引腳將不通過銅箔走線相連，而是整體連接到一塊銅箔片上，以增加作為散熱主體的銅箔片的面積，同樣，MOSFET漏極的3個引腳連接到另一塊銅箔片上，而MOSFET柵極的1個引腳將獨自連接到第三塊銅箔片上，以上三塊銅箔互不相連。
進一步，若本實施例中使用了四層的印製電路板，則MOSFET源極的4個引腳所在的銅箔片上還應連接LC振蕩器的輸入端引腳，MOSFET柵極1個引腳所在的銅箔片上還應連接PWM晶片的輸出端引腳，並且，在MOSFET漏極的3個引腳所在的銅箔片上，通過金屬化過孔與印製電路板的內部電源層相連，並且根據該銅箔片的大小設置一個以上的金屬化過孔連接，所述金屬化過孔在引腳所在的銅箔片上程均勻分布。金屬化過孔在印製電路板中的結構可參照圖3，且印製電路板中的金屬化過孔為本領域技術人員所公知技術。
以上對本發明所提供的印製電路板進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對於本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式
及應用範圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。
權利要求
1.一種印製電路板，以絕緣板為基材，其上至少有一個具有導電圖形的導電層，用以安裝至少一個元件，其特徵在於印製電路板導電層具有銅箔片，其中，用於安裝元件的銅箔片面積大於印製電路板PCB上元件所對應的PCB元件庫的面積。
2.如權利要求1所述的印製電路板，其特徵在於所述銅箔片上連接電氣屬性相同的元件引腳。
3.如權利要求1或2所述的印製電路板，其特徵在於在印製電路板表面，與元件引腳相對應的位置，顯露銅箔片，用於與元件引腳直接連接，印製電路板表面的其餘位置覆蓋阻焊層。
4.如權利要求3所述的印製電路板，所述導電圖形中包括金屬孔，其特徵在於不同導電層具有相同電氣屬性的銅箔片通過至少兩個金屬孔相連。
5.如權利要求3所述的印製電路板，所述導電圖形中包括金屬孔，其特徵在於不同導電層具有相同電氣屬性的銅箔片通過金屬孔連接，且金屬孔數多於銅箔片上連接的元件引腳數。
6.如權利要求4或5所述的印製電路板，其特徵在於所述金屬孔為過孔或元件孔或盲孔。
7.如權利要求1或2所述的印製電路板，其特徵在於所述銅箔片包括印製電路板中內部接地層或內部電源層的銅箔片。
全文摘要
本發明提供了一種印製電路板。該印製電路板以絕緣板為基材，其上至少有一個具有導電圖形的導電層，其上至少有一個具有導電圖形的導電層，用以安裝至少一個元件，印製電路板導電層具有銅箔片，其中，用於安裝元件的銅箔片面積大於印製電路板PCB上元件所對應的PCB元件庫的面積；在所述的銅箔片上連接電氣屬性相同的元件引腳；通過阻焊開窗的方法使元件引腳與所述的銅箔片直接連接，即在與元件引腳相對應的位置，不覆蓋阻焊層以顯露銅箔片，以使元件引腳可與銅箔片直接連接，印製電路板表面的其餘位置覆蓋阻焊層。該發明具有低成本，散熱效果好的特點。
文檔編號H05K3/32GK1725930SQ200510064448
公開日2006年1月25日 申請日期2005年4月15日 優先權日2005年4月15日
發明者洪建明, 董樹國, 呂晗, 柳義利 申請人:杭州華為三康技術有限公司