CN1452853A - 印刷电路板和散热器的粘接 - Google Patents

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Abstract

在粘结到散热器(24)的印刷电路板(10)的接触面上的空隙(26)，该散热器阻止了热量从安装在印刷电路板(10)上的热产生电子元件(12)传输到散热器(24)，从而限制了可以被安装在给定印刷电路板(10)上的电子元件(12)的密度，空隙(26)通过这种方法被避免，在这种方法中，可靠地把印刷电路板(10)粘结到散热器(24)上的粘结剂由压敏粘结剂层(22)和热固型粘结剂层(28)形成。后者填充了空隙，因此提供了从热产生元件(12)到散热器(24)的更高的热传导率，结果增加了散热(30)。

Description

印刷电路板和散热器的粘接
技术领域
本发明涉及一种印刷电路板和散热器装置的组件，其中二者被粘接在一起，和一种把印刷电路板粘接到散热器上的方法。
背景技术
长期希望小型化电子元件导致了安装在给定尺寸印刷电路板上的电子元件数量的增加。由于这种长期趋势，自始自终散热都很重要。现在很多在使用的印刷电路板安装了许许多多的电子元件，它们通过经常被称作铜轨迹(copper traces)的导体的印刷层互连。在这些元件中，很多产生相当多的热量，这些热量必需被散掉以避免缩短印刷电路板和安装在其上的元件的寿命。
因此，现有技术已经致力于把印刷电路板安装在散热器上，典型地为铝或其它高导热的金属，其吸收印刷电路板上热产生元件产生的不希望的热量并且把它散到周围环境中或者散到与散热器有热交换关系的热交换液体中。经常地，把所谓的热垫放置在印刷电路板上的热产生元件和散热器之间的接触面上，以提高从热排斥元件到散热器的热传导率。
现有技术已经典型地使用压敏粘结剂，通常为丙稀酸基压敏粘结剂，来确保把印刷电路板粘结到各个散热器上。这种材料提供了好的粘结力，相对好的热传导，并且当印刷电路板被使用在有震动的环境中时，有一定的隔震性能。然而，这种材料不是特别易流动，并且由于铜轨迹和热垫典型地从印刷电路板的表面伸出大约0.002-0.003英寸的距离，不包括压敏粘结剂的***出现在相邻的铜轨迹和/或热垫之间。
这些***或空隙充当了隔离空隙，从而降低了在热产生元件和散热器之间的热传导率。这也降低了在散热器和印刷电路板之间的粘结力，否则将消除了空隙而存在。
遗憾地，在装配期间对涉及印刷电路板和散热器的界面的压敏粘结剂应用真空一点不能减少空隙。这些空隙典型地占在印刷电路板和散热器之间的面积的40％或者更多。这些空隙没有被填充，这是因为这种压敏粘结剂如上所述不是特别易流动，和铜轨迹与热垫更象充当曲径密封，以防止位于在铜轨迹和/或热垫之间的***内的空气或其它气体由于真空而排出。
因此，甚至在装配印刷电路板和散热器时，安装在给定印刷电路板上的电子元件的密度被限制，因为对于必需保证拒绝热产生电子元件的地方不能以必需的速度增加热传导。
本发明注意解决上述问题。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种把印刷电路板粘结在散热器上的新的和改进的方法。本发明的另一个主要目的是提供一种新的和改进的粘结的，印刷电路板/散热器组件。
根据本发明的一个方面，提供一种把印刷电路板粘结到散热器上的方法，包括步骤：a)将至少一层压敏粘结剂和至少一层热固性粘结剂夹在散热器和印刷电路板之间，以一层压敏粘结剂与散热器接触而和一层热固性粘结剂与印刷电路板接触；b)在真空条件下压缩由步骤a)形成的组件从而排出在粘结剂和散热器和电路板层之间的空气；和c)在执行步骤b)之后或者执行步骤b)期间，对由步骤a)形成的组件加热从而固化热固性粘结剂。
在较佳实施例中，步骤a)通过在印刷电路板和散热器之间的包括多层的粘结剂的组合粘结剂位置而被执行。
较佳地，在真空条件下压缩该组件的步骤和对该组件加热的步骤被同时执行。
在较佳实施例中，在印刷电路板的装配之前，粘结剂的组合被卷起或者其它方式按压到散热器上，从而消除在元件夹层中的空气。
根据本发明的另一方面，提供一种印刷电路板和散热器组件，其包括印刷电路板，具有以印刷电路板为基础的印刷电路板接收面的散热器，和至少一层粘结到散热器上的压敏粘结剂。该组件还包括至少一层热固性粘结剂，其被粘结到印刷电路板上。这些粘结剂层被彼此粘结并且填充了在具有填充空隙的散热器和印刷电路板之间的空隙，特征是确实没有气穴和孔隙。
通过下面结合附图的说明，本发明的其它目的和优点将变得明显。
附图说明
图1是根据现有技术的印刷电路板/散热器组件的不完全的截面图；
图2是与图1相似的图，但说明了根据本发明的组件；和
图3是说明在本发明的方法的最佳实施例中使用的连续步骤的流程图。
具体实施方式
参考图1，说明了现有技术构成的印刷电路板/散热器组件。同样地看来包括一个传统结构的印刷电路板10，在它的一侧14上安装至少一个热产生电子元件12。印刷电路板10包括铜轨迹16(仅仅显示了一个)，众所周知，铜轨迹充当了在印刷电路板10上安装的各个电子元件之间的电导体。如图1所示，明显地看出，铜轨迹16从与该一侧14相对的印刷电路板10的一侧18稍微伸出。如上所述，伸出量典型地在0.002-0.003英寸的范围内。
在印刷电路板10上也有传统结构的和典型地由一薄层铜等形成的热垫20。
一层丙烯酸基压敏粘结剂22位于印刷电路板10的侧18的附近，并且与铜轨迹16和热垫20相接触，并且粘结到传统的散热器24。在通常的情况下，如上所述，空隙26将存在于铜轨迹16和/或热垫20之间。这是由于这种事实，即压敏粘结剂22不是特别易流动，并且在传统工艺中不能促使来填充空隙26。
现在转到图2，显示了根据本发明制成的印刷电路板/散热器组件。在这里被使用的相同的部件被给出了与图1现有技术构成相同的附图标记，并且不再重复叙述。主要的不同是空隙26已经基本上被填充了粘结剂体28。在通常的情况下，空隙将占在电路板10和散热器24之间的空隙的小于5％。粘结剂体28典型地由易流动的热固型环氧粘结剂形成，然后在适当位置固化。
现在转到图3，将描述形成图2中显示的组件的方法的较佳实施例。然而，应该理解为，描述的实施例表示发明人考虑的最佳方式，该方法的变化被考虑并且不限于被描述的较佳实施例，只除了在附加权利要求中所限定的范围。
在该方法中的初始步骤由框30表示，其提供了两个粘结剂的组合。在较佳实施例中，该组合由两层粘结剂形成，一个压敏粘结剂和另一个热固型粘结剂。然而，假如希望，可以使用多于一层的每种类型的粘结剂。即是，然而，重要的是，这种组合有一个事实是，它是由压敏粘结剂22和另外的热固型粘结剂28形成。合适的压敏粘结剂包括丙稀酸基压敏粘结剂，其可以从明尼苏达采矿与制造公司(3M公司)得到，如3M 9460和3M 9469。热固型粘结剂28可以是基于环氧树脂的粘结剂，其将被粘结到压敏粘结剂22上并且也可以从3M公司得到，如AF 163。可选择的热固型粘结剂28也是合适的。
在通常情况下，释放衬里(release liner)(未示出)将被应用到压敏粘结剂层。相似的释放衬里也可以被应用到热固型粘结剂层，但通常在这些地方不是必需的，即在热固型粘结剂的非固化状态，是实际的固态并且不是特别粘的地方。这种典型的是如上面指出的热固型粘结剂的情况。指出的压敏粘结剂是典型的丙烯酸基，它们提供了隔振(减振)措施，正象在现有技术结构中一样。
然后释放衬里被移走并且压敏粘结剂层22被应用到散热器24的印刷电路板接收面32上。当带有层22的组合层被应用到表面32上时，粘结组合被压缩卷到表面32上从而到达粘结地方并且消除了在应用过程中可能形成的任何气穴或者气泡。这个步骤在框标记34被说明。
如框36所说明的，在步骤中的这一点，印刷电路板被应用到热固型粘结剂层。然后产生的组件被放置在传统的真空袋中使之处于真空状态。这步操作执行了两个功能。第一是把空气或气体从***26中排出，否则空气或气体将存在于***26中。第二个是促使真空袋在该组件上折叠并压缩它，使得铜轨迹16和热垫20向着热固型粘结剂层移动从而形成如图2所示的形状，如框38所示。
如框40所示，之后该组件被加热。最初加热的热固型粘结剂的粘度降低，同样地促使之溶解被流动到***26中，该***通过框38所执行的步骤被预先地排空。同时开始树脂的固化。当固化结束的时候，热固型粘结剂将形成刚性体28。较佳地，热固型树脂在大约200华氏温度进行液化和固化。这个温度充分地实现固化，而在相同的时间，不充分地固化将热损坏印刷电路板和安装在其上的电子元件。
该组件然后从真空袋中取出并且存库或者运输到使用的地方。
在通常情况下，热固型粘结剂层和压敏粘结剂层二者的厚度在0.002-0.010英寸的范围。较佳实施例考虑每一层的厚度是大约0.005英寸。
通常，希望这些层尽可能的薄来实现充分的粘结。与例如铜或铝的金属情况相比，粘结剂层不是特别好的热导体，增加它们的厚度将减少通过它们的热散发率。同时压敏粘结剂层22应该足够厚，从而在需要特定应用情况下来提供希望的隔振或减振功能。
已发现例如图1所示的现有技术的结构可能有如空隙26的空隙，该空隙占在印刷电路板10和散热器24之间的空隙的40％或者更多，假如该组件根据本发明形成，该空隙空隙能被减少到至少5％，和低到0％，从而充分有效地除掉了作为从印刷电路板10到散热器24传热的障碍的空隙26。
结果，由于缺少空隙，不仅在散热器24和印刷电路板10之间的粘附力被提高，而且由于减少了充当绝缘体来阻止热传递的空隙26所占据的体积，热传导率被极大地提高。
特别注意的是，在步骤30提供的组合物是本发明的实践中的一个较佳步骤，而不是完全必需的步骤。使用该组合物允许一片组合物被容易地切割，如通过激光切成希望的尺寸。另外，它减少了操作的问题。可是，如果希望粘结剂层能被单独地应用到各个部件和要求的彼此。
应该意识到在较佳实施例中，由框38表示的把组件放入真空和压缩它的步骤和由框40表示的加热该组件的步骤在图3说明的序列中不是必须执行的。事实上，为了加速进程和简化操作，较佳的是真空/压缩步骤和加热步骤二者被同时执行。
最后，应该意识到，假如通过这种方法应用这些层不在粘结剂层之间或者在粘结剂层和散热器24和电路板10之间导致形成气泡，由框34表示的卷起步骤可以被省略。
根据前述，应该意识到，根据本发明的方法制造的粘结的印刷电路板/散热器部件具有巨大的改善，根据其产生的产品通过提供更快速的把热量散发到散热器上的能力，允许增加安装在主板10上的电子元件的密度。另外，印刷电路板粘结到散热器上的粘结力被提高。因此，本发明不仅提供了制造这种组合体的高便利的方法，而且提供了改善的组件。

Claims (11)

1.一种把印刷电路板粘结到散热器上的方法，包括步骤：
a)提供一个粘结剂组件，其具有至少一个暴露的压敏粘结剂层和至少一个暴露的热固型粘结剂层；
b)把该粘结剂组件夹在印刷电路板和在散热器上的印刷电路板接收面之间；以压敏粘结剂的暴露层面对所述印刷电路板接收面和热固型粘结剂的暴露层面对印刷电路板，
c)把从步骤b)产生的部件进行真空处理和加热，从而除掉在散热器和印刷电路板之间的气体和固化热固型粘结剂。
2.根据权利要求1的方法，其中步骤a)和步骤b)后执行，在此之前有压缩粘结剂组件从而排除气泡的步骤；
3.根据权利要求2的方法，其中压缩的步骤包括把粘结剂组件相对于散热器压缩。
4.根据权利要求3的方法，其中步骤c)也包括压缩由步骤b)产生的组件的步骤；
5.根据权利要求1的方法，其中步骤c)也包括压缩由步骤b)产生的组件的步骤；
6.一种根据权利要求1的方法制成的印刷电路板和散热器组件。
7.一种把具有至少一个安装在其上的热产生元件的印刷电路板粘结到散热器上的方法，包括步骤：
a)至少一层压敏粘结剂和至少一层热固性粘结剂夹在散热器与印刷电路板之间，以一层压敏粘结剂接触散热器和一层热固性粘结剂接触印刷电路板；
b)在真空条件下压缩由步骤a)形成的组件从而排出在粘结剂层或者在它们之间的空气；
c)在执行步骤b)之后或者执行步骤b)期间，对由步骤a)形成的组件加热从而固化热固性粘结剂。
8.根据权利要求7的方法，步骤a)通过在所述印刷电路板和所述散热器之间的包括多层的组合粘结剂位置而被执行。
9.根据权利要求1的方法，其中步骤c)被有效地附加液化热固型粘结剂以通过真空来促使它流动到设置在印刷电路板上的空隙内。
10.一种根据权利要求7的方法制成的印刷电路板和散热器组件。
11.一种印刷电路板和散热器组件，包括：
a)印刷电路板；
b)散热器，具有印刷电路板接收面，其与所述印刷电路板隔开一定距离；
c)至少一层粘结到所述散热器上的压敏粘结剂；
d)至少一层热固型粘结剂，其被粘结到所述印刷电路板上；
e)所述这些粘结剂层被彼此粘结并且填充了在所述散热器和所述印刷电路板之间的空隙；
f)所述填充的空隙的特征是基本没有气穴和孔隙。
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