CN208386997U - 一种电路板 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电路板，包括：绝缘基材、内嵌于绝缘基材的散热体、位于电路板下表面的金属散热板、位于电路板上表面的线路层；其中，散热体包括上表面和下表面均设有金属层的陶瓷本体；散热体通过其下表面金属层焊接至金属散热板；线路层设有第一导电线路图案区域、第二导电线路图案区域和导热连接区域，第一导电线路图案区域和第二导电线路图案区域形成在绝缘基材的上表面，导热连接区域与散热体的上表面导热连接；第一导电线路图案区域的厚度小于第二导电线路图案区域的厚度，二者的上表面相互平齐。本实用新型表面规整度高、散热效果好、有利于提高产品的载流能力，将不同厚度的导电线路集成在一块电路板，有利于电路板的小型化。

Description

一种电路板

技术领域

本实用新型涉及电路板领域，具体地说，是涉及一种内嵌散热体并集成多种不同厚度导电线路的电路板。

背景技术

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由一种由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，作为一种常见的大功率电子器件已经广泛应用于伺服电机，变频器，变频家电等领域。在IGBT功率模块中，IGBT芯片通过的电流通常较大而部分电路元件及控制元件通过的电流较小。现有技术中，同一电路板内导电线路的厚度及其载流能力通常是相同的；因此，存在着难以将这些不同电流需求的元器件集成到同一电路板上的难题。

另外，大功率元器件工作过程中通常产生大量的热量，因此，电路板需要解决大功率元器件的快速散热问题。为此，提出了在电路板的绝缘基材内设置陶瓷体来增强电路板散热性能的解决方案。然而，由于绝缘基材和陶瓷散热体热膨胀系数相差很大的存在，陶瓷体容易产生从电路板分离、脱落等不良现象，影响产品的使用，因此，这种电路板还需要解决陶瓷体脱落的问题。

实用新型内容

针对现有技术的缺陷，本实用新型提供了一种内嵌散热体并集成多种不同厚度导电线路的电路板。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种电路板，包括：

绝缘基材；

金属散热板，其位于电路板的下表面；

线路层，其位于电路板的上表面；

散热体，其内嵌于绝缘基材；

其中，散热体包括陶瓷本体、上金属层和下金属层，上金属层设在陶瓷本体的上表面，下金属层设在陶瓷本体的下表面；散热体通过下金属层焊接至金属散热板；

线路层设有第一导电线路图案区域、第二导电线路图案区域和导热连接区域，第一导电线路图案区域和第二导电线路图案区域形成在绝缘基材的上表面，第一导电线路图案区域的厚度小于第二导电线路图案区域的厚度，且二者的上表面相互平齐；导热连接区域与散热体的上表面导热连接。

由上述方案可见，散热体中的上金属层和下金属层与陶瓷本体之间形成牢固的连接关系，优选的，上金属层、下金属层均采用铜层，散热体通过下表面的金属层(即下金属层)焊接至金属散热板；在散热体和金属散热板(优选为铜板)之间采用焊接的方式，可以达到良好的连接性能，在焊接处具有优越的结构强度，散热体不会从金属散热板及绝缘基材分离、脱落，以保证整体结构的热稳定性。

进一步的，线路层设有厚度不同的第一导电线路图案区域和第二导电线路图案区域，从而能够在同一电路板上集成大功率元器件和小功率元器件，实现产品的模块化和小型化。例如，小功率元器件设在第一导电线路图案区域；大功率元器件设置在导热连接区域，与导热连接区域热连接，并与对应的第二导电线路图案区域电连接，其产生的热量主要通过导热连接区域传递至散热体，并进一步扩散至金属散热板，进行快速散热。具体的，导热连接区域和第一导电线路图案区域之间、导热连接区域和第二导电线路图案区域之间均有一定的间隙，以保证导热连接区域只用于进行热量的传递。

需要说明的是，第一导电线路图案区域和第二导电线路图案区域虽然具有不同厚度，但二者的上表面相互平齐，优选的，导热连接区域的上表面也和第一导电线路图案区域的上表面平齐。线路层的表面平齐，有利于简化电路板的制备及元器件的焊接组装。

根据本实用新型的一种具体实施方式，绝缘基材包括有机绝缘介质层和固化连接层，有机绝缘介质层和固化连接层依次交替设置。具体的，有机绝缘介质层和固化连接层均有多层，例如共计有7层；有机绝缘介质层例如为FR-4或BT板材，固化连接层由半固化片热压固化形成，从而使得绝缘基材与线路层、散热板和散热体可靠连接。

根据本实用新型的另一种具体实施方式，第二导电线路图案区域包括第一铜层、位于第一铜层下方的第二铜层；第一铜层的厚度小于第二铜层，且第一铜层的上表面与第一导电线路图案区域的上表面相互平齐，优选的，第二铜层的完全嵌入绝缘基材的内部，即第二铜层的侧壁、底壁均与绝缘基材接触并固化连接。第二铜层的厚度大于第一铜层的厚度，这样的好处是有利于实现线路层表面的平整化。

根据本实用新型的另一种具体实施方式，第一导电线路图案区域和第二导电线路图案区域共用相同的覆铜层，且第一导电线路图案区域第二导电线路图案区域之间通过覆铜层电性连接。第一导电线路图案区域和第二导电线路图案区域共用相同的覆铜层，有利于电路板的加工制作过程，便于提高产品表面的平整度。

根据本实用新型的另一种具体实施方式，第一导电线路图案区域的厚度为15μm—70μm；第二导电线路图案区域的厚度为200μm—2000μm。

优选地，第一导电线路图案区域的厚度为15μm—35μm；第二导电线路图案区域的厚度为350μm—800μm；例如，第一导电线路图案区域的厚度为35μm，第二导电线路图案区域的厚度为400μm。

根据本实用新型的另一种具体实施方式，上金属层的厚度为10μm—35μm；下金属层的厚度为10μm—35μm；具体的，上金属层、下金属层的厚度相同，例如，上金属层的厚度为25μm，下金属层的厚度为25μm；本方案中，上金属层、下金属层既可以为单层结构，也可以为多层结构，相应的，还可以为多种金属形成的复合金属层。

根据本实用新型的另一种具体实施方式，第二导电线路图案区域与绝缘基材之间固化连接；散热体与绝缘基材之间固化连接。

本实用新型中，导热连接区域所覆盖的面积可以大于、等于或者小于散热体的面积。根据本实用新型的一种具体实施方式，导热连接区域在电路板的厚度方向上完全覆盖散热体。优选的，导热连接区域所覆盖面积大于散热体上表面的面积。这样的好处在于，可以减小导热连接区域和散热体之间的热阻，且导热连接区域的面积可以根据所安装元器件的大小而灵活调整。

与现有技术相比，本实用新型的有益之处在于：

1、在绝缘基材中埋设有陶瓷散热结构，利用陶瓷具有良好的电绝缘及散热性能，结合金属散热板，可以很好的提高该电路板的散热性能及耐电压性能；

2、本实用新型中的电路板的上表面平整度高，方便产品的使用和制造；

3、本实用新型中的散热体通过焊接的方式固定至金属散热板上，连接牢靠，不会出现陶瓷本体分离、脱落的现象；

4、第一导电线路图案区域适合小功率元器件，第二导电线路区域适合大功率元器件，将不同厚度的导电线路集成在同一块电路板上，有利于电路板及功率模块的小型化。

下面结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的电路板的剖面示意图；

图2是本实用新型实施例1的电路板制作过程的第一状态的剖视图；

图3是本实用新型实施例1的电路板制作过程的第二状态的剖视图；

图4是本实用新型实施例1的电路板制作过程的第三状态的剖视图；

图5是本实用新型实施例1的电路板制作过程的第四状态的剖视图。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供了一种电路板，如图1所示，该电路板包括线路层100、散热体200、绝缘基材300；其中，在线路层100设有第一导电线路图案区域101、第二导电线路图案区域102和导热连接区域103，第一导电线路图案区域101和第二导电线路图案区域102均形成在绝缘基材300的上表面，导热连接区域103与散热体200的上表面导热连接；其中，第一导电线路图案区域101的厚度小于第二导电线路图案区域102的厚度，且第一导电线路图案区域101、第二导电线路图案区域102和导热连接区域103的上表面相互平齐；导热连接区域103在电路板的厚度方向上完全覆盖散热体200的上表面，且导热连接区域103所覆盖的面积大于散热体200上表面的面积。

本实施例的电路板还设有位于电路板下表面的金属散热板400，金属散热板400优选为铜板，相应的，也可以采用铝板或者其他金属材料制成。散热体200包括陶瓷本体201、上金属层202和下金属层203，上金属层202设在陶瓷本体201的上表面，下金属层203设在陶瓷本体201的下表面；优选的，上金属层202、下金属层203均包括铜层，二者的厚度相同，例如为25μm；为了实现散热体200的固定，散热体200通过下金属层203焊接至金属散热板400，如图1所示，在下金属层203与金属散热板400之间有例如锡膏的焊接连接层401；焊接工艺可以保证散热体200与金属散热板400之间连接关系的稳固性，保证散热体200不会出现从绝缘基材300及金属散热板400分离、脱落的现象。

为了实现金属散热板400与线路层100之间的固定连接及电绝缘，在金属散热板400与线路层100之间设置了绝缘基材300，绝缘基材300包括若干交替设置的有机绝缘介质层和固化连接层，具体的，有机绝缘介质层为FR-4或BT板材，固化连接层由半固化片固化而成，使绝缘基材300与线路层100、金属散热板400、散热体200形成可靠连接。

具体的，第一导电线路图案区域101、第二导电线路图案区域102的上表面共用相同的覆铜层，其中，第一导电线路图案区域101、第二导电线路图案区域102可以通过覆铜层进行电性连接。

另外，第二导电线路图案区域102包括第一铜层104(覆铜层，见图5及其描述)、第二铜层105；第一铜层104、第二铜层105上下设置，优选的，第二铜层105的厚度远大于第一铜层的厚度，例如为385μm，第一铜层104的厚度与第一导电线路图案区域101(由覆铜层蚀刻而成)的厚度相同，例如为15μm；其中，第二铜层105的完全嵌入绝缘基材300的内部，第二铜层105的侧壁、底壁均和绝缘基材300固化连接；第一铜层104的下表面可以和绝缘基材300的上表面接触，也可以不接触，优选的，第一铜层104的下表面与第二铜层105的上表面重合，与绝缘基材300不接触。

本实施例中，通过在电路板中内嵌了多个散热体200，并且通过绝缘基材300将线路层100、陶瓷本体201、金属散热板400连接起来，可以实现该电路板的快速散热的目的；散热体200和金属散热板400之间采用焊接的方式进行连接，提高了连接的稳定性，散热体200不会脱离，以保证散热的顺利进行。

另外，第一导电线路图案区域101、导热连接区域103、第二导电线路图案区域102的上表面平齐，可以更好的方便制作和使用；第一导电线路图案区域101和第二导电线路图案区域102的厚度不同，其中，第一导电线路图案区域101适合小功率元器件；大功率元器件设置在导热连接区域103，与导热连接区域103热连接，并与对应的第二导电线路图案区域102电连接，其产生的热量主要通过导热连接区域103传递至散热体200，并进一步扩散至金属散热板400，进行快速散热；本实施例通过将不同厚度的导电线路集成在同一块电路板上，有利于电路板的小型化。

下面结合图2-图5说明本实施例的电路板的一种制造过程：

首先，获得一块金属散热板400，其中，该金属散热板400的厚度均匀，且表面平整、洁净，优选的，该金属散热板400的厚度至少为0.2毫米以上，具体的，选0.5毫米规格进行使用。

然后，将金属散热板400平整放置，将多个散热体200通过焊接的方式固定在金属散热板400上，如图2所示，多个散热体200的规格可以相同或不同，且多个散热体200之间有一定的间隙；其中，每一个散热体200均包括上下表面分别设有铜层202和203的陶瓷本体201。

接着，在金属散热板400上放置绝缘基材300，绝缘基材300包括依次交替层叠带有通孔的半固化片和有机绝缘介质层，多个散热体200设置在绝缘基材300的通孔内；然后在绝缘基材300对应于第二导电线路层的区域放置图案化或非图案化并作为第二铜层105的厚铜片。

然后，对层叠电路板进行热压。经过高温压合后，绝缘基材300中的半固化片变成液态状流动填充多个散热体200和绝缘基材之间的间隙处，待半固化片固化后，在绝缘基材300与作为第二铜层105的厚铜片、各个散热体200、金属散热板400之间形成稳固的连接关系。

压合完成后，在散热体200的上表面可能存在部分溢出的固化材料，如果存在，为了保证不影响后续形成覆铜层并保证电路板上表面的平整，需要将溢出的固化材料进行磨去，例如采用研磨设备将溢出的固化材料进行除去。

接着，如图5所示，通过化学镀在图4半成品的上表面形成一层底铜层，其中，底铜层的厚度较小；然后，再通过电镀的方式在底铜层的上表面形成较厚的加厚铜层，底铜层和加厚铜层形成了覆铜层500。

最后，根据预先设置的电路图案，对覆铜层500采用蚀刻的方式(在厚铜片为非图案化的情况下，根据需要还可能对厚铜片进行蚀刻)，获得第一导电线路图案区域101、第二导电线路图案区域102和导热连接区域103，从而形成例如如图1所示的线路层100。

需要说明的是，本实施例中所述的方向“上”“下”是以图1至图5所示的方向进行说明，但不应立即为对本发明的限定。虽然本实用新型以较佳实施例揭露如上，但并非用以限定本实用新型实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的发明范围内，当可作些许的改进，即凡是依照本实用新型所做的同等改进，应为本实用新型的范围所涵盖。

Claims (10)

1.一种电路板，包括：

绝缘基材；

金属散热板，其位于所述电路板的下表面；

线路层，其位于所述电路板的上表面；

其特征在于：

散热体，其内嵌于所述绝缘基材；

其中，所述散热体包括陶瓷本体、上金属层和下金属层，所述上金属层设在所述陶瓷本体的上表面，所述下金属层设在所述陶瓷本体的下表面；所述散热体通过所述下金属层焊接至所述金属散热板；

所述线路层设有第一导电线路图案区域、第二导电线路图案区域和导热连接区域，所述第一导电线路图案区域和所述第二导电线路图案区域形成在所述绝缘基材的上表面，所述第一导电线路图案区域的厚度小于所述第二导电线路图案区域的厚度，且二者的上表面相互平齐；所述导热连接区域与所述散热体的上表面导热连接。

2.如权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述绝缘基材包括有机绝缘介质层和固化连接层，所述有机绝缘介质层和所述固化连接层依次交替设置。

3.如权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述第二导电线路图案区域包括第一铜层、位于所述第一铜层下方的第二铜层；所述第一铜层的厚度小于所述第二铜层的厚度，且所述第一铜层的上表面与所述第一导电线路图案区域的上表面相互平齐。

4.如权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述第一导电线路图案区域和所述第二导电线路图案区域共用相同的覆铜层，且所述第一导电线路图案区域与所述第二导电线路图案区域之间通过所述覆铜层电性连接。

5.如权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述第一导电线路图案区域的厚度为15μm—70μm；所述第二导电线路图案区域的厚度为200μm—2000μm。

6.如权利要求5所述的电路板，其特征在于，所述第一导电线路图案区域的厚度为15μm—35μm；所述第二导电线路图案区域的厚度为350μm—800μm。

7.如权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述上金属层的厚度为10μm—35μm；所述下金属层的厚度为10μm—35μm。

8.如权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述第二导电线路图案区域与所述绝缘基材之间固化连接；所述散热体与所述绝缘基材之间固化连接。

9.如权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述导热连接区域在所述电路板的厚度方向上完全覆盖所述散热体。

10.如权利要求9所述的电路板，其特征在于，所述导热连接区域所覆盖的面积大于所述散热体上表面的面积。