TWI315170B - Circuit board - Google Patents

Description

‘1315170 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及一種依據申請專利範圍第1項前言所述之電 路板。 高功率末級電晶體應用在內部區或外部區中在周圍溫 度大於40°C而存在著散熱的問題時，所使用的高功率末級 電晶體通常用手直接安裝在冷卻體上。因此，各構件可達 成很好的散熱作用且因此可製成一種以各構件來實現的末 # 級。相關的有效電路例如可以是高頻電路且由上述之末級 來供應能量。相關的有效電路和高功率末級電晶體之間的 電性連接藉助於特殊的連接導線來達成。導線的長度和在 - 所屬的連接銷上準確地定位著對該有效電路的功能而言很 . 重要，特別是當該有效電路是一種高頻電路時。 【先前技術】 在高功率末級電晶體或一般相關的高功率構件之連接 技術中無特殊的散熱措施時，則目前在末級所追求的功率 ^ 中各種高功率構件在環境溫度是20°C時會在短時間中受 損。另一種可能方式是須使末級之功率大大地下降。 由於製造技術上的原因，有利的方式是使有效電路及所 屬的末級以SMD-技術來製成。然而，在使用目前已知的 SMD-技術時，室溫時所產生的廢熱不能排出或不能充份地 排出。習知解決方法的熱阻太大。此外，SMD-功率構件之 各接腳之間的距離會使目前所使用的所謂墊塊（Inlay)之最 大値受到很大的限制，此墊塊（Inlay)可良好地導熱且配置 • 1315170 在以有效電路或末級爲主的電路板之平面的下方。此種墊 塊在電路板下方是定位在功率構件（其具有電路板之厚度） 下方且將該功率構件所產生的熱由電路板的一側（其上配 置著SMD-功率構件）經由電路板而傳送至另一側，此側上 配置著冷卻體以便將S M D -功率構件所產生之藉助於墊塊 經由電路板而傳送之熱排出。 功率構件之各連接腳之間的距離太小，以致於對所需的 功率而言不能配置足夠大的墊塊於功率構件下方。這樣會 ® 使所需的功率在配置於上方的功率構件所產生的熱不足以 快速地經由電路板而發送至電路板之另一側上的冷卻體 上。一種超越一功率構件之連接腳之距離而伸出的墊塊會 - 使各連接腳直接位於墊塊上。這樣首先會使各連接腳之電 - 性終端可能無法再連接至所屬的電路上，其次會在該墊塊 上產生短路現象。 如上所述的先前技術之配置例如由文件D Ε 1 0 0 6 4 2 2 1 A 1中已爲人所知。由此文件中特別是已知一種具有已冷卻 之SMD-模組的電路板及其製造方法。此電路板具有一墊 塊，以便使配置於其上的構件所產生的熱經由電路板而傳 送至一配置在電路板之另一側上的冷卻體上。因此，該墊 塊就大小而言須準確地密接在各連接腳和待冷卻之構件之 間。 【發明內容】 由上述形式的電路板開始，本發明的目的是改良上述形 式的電路板’使其特別是可用於最高功率等級（例如，熱功 .1315170 . 率可達10至15瓦）之SMD-高功率末級電晶體中。 本發明中上述目的藉由一種具有申請專利範圍第1項特 徵的電路板來達成。 依本發明而形成的電路板相較於目前之電路板而言在 待冷卻之功率構件下方有一種大很多的墊塊（Inlay)。此種 大的墊塊可以一種大很多的速率使熱排出。一種例子是此 墊塊是該待冷卻的構件的三倍大。此墊塊須夠大，使其至 少可到達待冷卻的構件之下方，但較佳是可到達該構件之 φ 各連接腳下方之更遠處。因此，一種冷卻功率較佳的相對 較大的冷卻體設置在電路板之另一側上。即使如此，仍不 會在墊塊上產生短路現象且可製備各導線終端至功率構件 . 之連接腳所需的連接導線。 . 由於墊塊的大小，則冷卻體甚至可直接固定在墊塊上。 有足夠的空間可施加該冷卻體用之固定元件（例如，螺 栓）。於是，不只可在墊塊和冷卻體之間形成一種適當地放 大的接觸面，而且亦可在墊塊和冷卻體之間形成一種已強 Φ 化的接觸作用，此乃因該固定元件將該冷卻體固定地壓在 該墊塊上。熱傳阻抗因此大大地下降。此外，一種已放大 的冷卻體會造成一種大很多的冷卻效果。特別是以本發明 的措施可促成一種大功率的冷卻過程。 基本上就像先前所述一樣，在待冷卻的構件和墊塊之間 存在著一種溫度過渡區，其來自其平行於電路板之平坦之 範圍而由待冷卻的構件之各連接腳之距離來決定。然而， 在墊塊的方向中此溫度過渡區只具有一種很小的厚度， 1315,17ο 即’配置於電路板上方之添加層及所屬的載體層（其用作一 種基層且由一適當的電路板材料所構成）之厚度。然後，目 前大很多的墊塊之橫切面已放大很多。此種已放大的橫切 面到達冷卻體中。

待發散的熱在目前已爲人所知的小的橫切面中因此不 必再經由電路板的整個厚度直至此熱觸及該冷卻體爲止。 _只在配置於電路板上之該添加層和薄的載體層所形成之 小的厚度中穿過該小的橫切面。因此，即將產生熱的構件 t該冷卻體之間即將由該待發散的熱所穿過的總厚度會增 大，儘管如此，所穿過的整個路徑上的總熱導値仍可獲得 改良，此乃因所穿過的路徑的大部份都具有一種已改良很 多的熱導値。 上述的添加層一方面是用來使該待冷卻的構件可相對 於該墊塊而隔開，且另一方面可支配各連接導線以用來連 接該待冷卻的構件之各連接腳。 由待冷卻的功率構件所產生的熱整體上可快很多地且 以大很多的量傳送至仍需另外放大的冷卻體上。於是不會 容易地在電路板內部中造成一種熱阻塞現象，此時可使用 功率大很多的構件，特別是可使用SMD-構件。 因此，當該添加層具有一種微米大小的層時特別有利。 在此種情況下，該添加層的厚度特別小，因此由功率構件 至墊塊之熱交換仍可有效地進行。 上述的熱交換特別有效，此時在一配置在墊塊上方之待 冷卻之SMD-構件之發熱區下方中在包括該相關之Smd-構 1315170 件之儘可能是整個發熱區中在該添加層內部採取熱技術上 之預防措施，藉此使熱由待冷卻之S M D -構件之發熱區良好 地傳送至其下方所配置的墊塊。墊塊可包含該待冷卻之構 件之發熱區上的焊接區。 本發明之措施的其它優點是：藉由使用高功率末級電晶 體用之SMD-構件，則可不需用手來安裝。高功率末級電晶 體和其餘電路之間的電性連接區已可製作在電路板上。此 外，SMD-構件較相對應的以螺栓鎖定的構件有利得多。以 ® 手來安裝時所需的各連接導線不需特殊的高頻-調整。此電 路的構造上的體積可大大地下降。此處所建議的排熱技術 基本上亦可應用於其它的構造形式中。 - 本發明的其它形式描述在申請專利範圍各附屬項中。 - 然後，就SMD-構件而言配置在電路板之另一側上的冷卻 體以技術性的元件（例如，上述的螺栓）而壓在墊塊上，使 墊塊和冷卻體之間可設定一種很小的熱傳阻抗。 冷卻體可固定在墊塊上，此狀態只能藉由本發明的措施 m w 來設定’此乃因只有藉由此種措施才可使墊塊變大，使該 固定元件所需的空間存在著。此外，冷卻體固定在墊塊上 所顯示的優點是可防止電路板受到侵犯。此種侵犯在該固 定元件抓握在電路板上且不均勻地固定套緊在電路板上時 會發生。 電路板的另一側上若在墊塊和冷卻體之間設置一種相 對應的添加層，則可顯示出製程技術上的優點，此乃因可 以對稱的方式在電路板的一側上和另一側上製成二個添加

-10- ( S .1315170 _ 層。藉由以對稱方式來製成電路板，則電路板中由於單側 所產生的應力對電路板所造成的侵犯的危險性即可去除。 此外’第二添加層亦可用於導線之安裝，因此可實現複雜 的電路結構。第二添加層亦可在墊塊和冷卻體之間設有一 接地的屏蔽層，以便在藉助於電路板來製成一種高頻電路 時可防止高頻輻射的發生。 就像在第一添加層中所述一樣，情況需要時第二添加層 亦可在墊塊和冷卻體之間設有各種熱技術上的預防措施， 使待排出的熱由墊塊經由該添加層而到達冷卻體。這例如 在該墊塊未到達第二添加層之末端時即屬此種情形。第二 添加層越薄時，則藉由熱技術上的預防措施所可達成的熱 - 轉移越優良。因此，此添加層同樣是一種微米-層時是有利 _ 的。若存在上述熱技術上的預防措施，則冷卻體不是壓在 該墊塊上而是壓在以熱技術形成之預防措施上。因此，冷 卻體原來的固定方式通常仍可在墊塊上進行。 各添加層中以熱技術形成之預防措施可以下述方式來 Φ 形成，即__各通道口內部之相關的添加層中以一種良好的 導熱材料塡入至各通道口中。各通道口因此就像一種以焊 錫來塡入的焊接盆一樣。這樣所具有的優點是此種塡充方 式可以自動方式來達成。 在另一實施方式中，以熱技術形成之預防措施可以下述 方式來達成··當該添加層是一種微米·層時，製備數目儘可 能多之以導熱良好的材料來塡入的通孔，其可能是微米-通孔。這些通孔可在製造該添加層時依據傳統之電路板所 -11- 1315170 用的技術方法來產生。在此種通孔之數目足夠大時，熱轉 移實際上對應於使用巨大的墊塊時的情況，此時巨大的墊 塊不必到達該添加層的末端。各通孔中例如可以銅，焊錫， 銀成份高的導熱糊或類似物來塡入。 電路板本身可以是多層電路板，其可用於複雜的電路構 成中。因此，不同的層可以不同的電路板材料來構成。例 如’最上層可以高頻電路用的材料（例如，IS620)來構成， 其它的層可以標準電路板材料（例如，FR5)來構成。此外， ® 添加層亦可在功率組件和墊塊之間以適當的高頻材料來製 成’且該添加層在墊塊和冷卻體之間例如可以標準電路板 材料來製成。以此種方式，則例如可產生一種成本很有利 - 的混合電路板以用於高頻技術上的功率電路和主電路中， - 例如’可用於一種由SMD-構件所構成的高功率-末級和一 、 種相關的高頻電路中，此電路可與傳統的電路構件相組合。

各別的層之間的連接（即，導線連接）可藉助於適當的通 孔來達成，情況需要時亦可藉由微米-穿孔和其它通孔來達 本發明以下將依據圖式來詳述。 【實施方式】 第1圖顯示一種多層電路板1，其厚度例如是1毫米。 多層電路板1包含四個層，其以L2，L3，L4和L5來表示。 依據本實施例，位於層L 2和L 3之間的電路板材料2之 名稱I S 6 2 0已爲人所知。位於層L 3和L 4之間的電路板材 料3以及位於層L4和L5之間的電路板材料3之名稱FR5 1315170 ' 亦已爲人所知。 就可能之通孔之存在而言’只顯示唯一的通孔4以作爲 範例，此通孔4在層L2和L5之圖中未顯示的導電軌之間 形成一種連接。 此外，在層L2至L5之間將一種墊塊5整合至多層電路 板1之平面中。由於此墊塊5由層L2到達層L5，則此墊 塊5具有多層電路板1之厚度，即，1毫米。此墊塊5在 本實施例中是一種巨大的銅塊，其在製造多層電路板1時 €1 可壓入至多層電路板1中的相對應的凹入區中。 在將該銅塊壓入之後，此多層電路板1依據第1圖而另 設有二個外部層Ll，L6。 - 此層L1位在多層電路板1之設有電路構件的此側，電 . 路構件在第1圖中例如藉由一種以高頻-高功率末級電晶體 來形成的構件6來表示。層L6在本實施例中形成一種屏蔽 層9，其在多層電路板1之向外方向中可達成一種高頻之 屏蔽作用。於此，此層L6是與一種圖中未顯示的接地端相 β連接。然而，此層亦可用於導線結構中。 如第1圖所示’層L 1和L6例如可在導線連接範圍中在 整個電路內部中與各通孔10相連接。 層L 1和層L 2之間的電路板材料1 1在本實施例中是一 種相同的電路板材料，其在層L2和L3之間用作電路板材 料。此電路板材料1 1的厚度在本實施例中是1 〇〇微米。 層L5和L6之間的電路板材料1 2在本實施例中是一種 相同的電路板材料，就像其用在層L4和L5之間的電路板 -13-

Claims (1)

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正替換頁 第 9 5 1 2 5 9 7 4 號 電路板」專利案 ( 2009年5月修正） 十、申請專利範圍： 1_ 一種電路板，其具有導熱良好的墊塊，此墊塊以電路板的 厚度在電路板之平面內部中延伸，以便經由電路板將至少 —配置在電路板之一側上之在操作時產生熱之電性SMD -構 件之熱導出，此S M D -構件具有相關的連接腳和配置在各連 接腳之間的發熱區，此發熱區通向一配置在電路板之另一 側上之冷卻體（1 3 )，其特徵爲：墊塊（5 )之延伸區大於至少 一配置在墊塊（5)上方之SMD-構件（6)之由相關的連接腳（7) 所圍繞的發熱區（I5)，電路板（1)設有一第一添加層，其配 置在墊塊（5)上方且同時配置在至少一配置在墊塊（5)上方 之SMD-構件（6)之下方，須形成此第一添加層，使至少一配 置在墊塊（5)上方之SMD-構件（6)在該第一添加層上是與配 置於此構件（6)下方之墊塊（5)在電性上相隔離且與連接腳 (7)相連接，進一步形成該第一添加層，以便在配置於墊塊 (5)上方之SMD-構件（6)之發熱區（15)下方在將該第一添加 層下方之相關SMD-構件（6)之儘可能多的整個發熱區（15) 分別包括在內來採取熱技術上的預防措施，使熱經由該第 一添加層而由SMD-構件（6)之發熱區（15)良好地輸送至配 置於發熱區（15)下方的墊塊（5)。 2.如申請專利範圍第1項之電路板，其中與SMD-構件（6)相面 對而配置在電路板（1)之另一側上的冷卻體（13)以技術性的 元件（8)而壓在墊塊（5)上。 1315170 % * » ‘ 3.如申請專利範圍第1項之電路板，其中電路板（1)在墊塊（5) 和冷卻體（1 3)之間設有第二添加層’其是至少一電性導線圖 像之載體且在墊塊（5)和冷卻體（13)之間具有熱技術上的預 防措施，冷卻體（1 3 )以技術性的元件（8 )而壓在各預防措施 上，且熱由墊塊（5)經由各預防措施（16)而良好地輸送至冷 卻體（1 3 )。 4. 如申請專利範圍第2項之電路板，其中電路板（1)在墊塊（5) 和冷卻體（1 3 )之間設有第二添加層，其是至少一電性導線圖 像之載體且在墊塊（5 )和冷卻體（1 3 )之間具有熱技術上的預 防措施’冷卻體（1 3 )以技術性的元件（8)而壓在各預防措施） 上，且熱由墊塊（5)經由各預防措施（16)而良好地輸送至冷 卻體（1 3 )。 5. 如申請專利範圍第3項之電路板，其中熱技術上的預防措 施係藉由設置多個通過相關之第一及第二添加層之通孔來 達成，各通孔之中以良好的導熱材料來塡人。 6 .如申請專利範圍第4項之電路板，其中熱技術上的預防措 施係藉由設置多個通過相關之第一及第二添加層之通孔來 達成’各通孔之中以良好的導熱材料來塡入。 7_如申請專利範圍第丨至6項中任一項之電路板，其中熱技 術上的預防措施係藉由設置數目儘可能多的通孔或微米_通 孔來達成’各通孔之中以良好的導熱材料來塡入。 8·如申請專利範圍第i至6項中任〜項之電路板，其中電路 板（1)形成多層電路板。 9.如申請專利範圍第1至6項中任〜項之電路板，其中至少 1315170 • * ' 第一添加層是以適用於高頻技術之材料來形成。 1 0 .如申請專利範圍第3至6項中任一項之電路板，其中至少 第二添加層是以標準電路板材料來形成。 1 1 .如申請專利範圍第1至6項中任一項之電路板，其中各構 件（6)是SMD-構件，其是高頻-高功率末級及/或高頻電路之 SMD-構件之部份。