帶有散熱器的印刷電路板及功率半導體組件的制作方法

帶有散熱器的印刷電路板及功率半導體組件的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種帶有散熱器的印刷電路板及功率半導體組件，該印刷電路板包括：基板；陶瓷散熱器，設置在基板中并貫穿基板；位于印刷電路板第一表面側的發熱元件安裝位；位于印刷電路板第二表面側的散熱層。其中，發熱元件安裝位的至少一部分由陶瓷散熱器的第一表面連續地延伸至基板的第一表面；散熱層的至少一部分由基板的第二表面連續地延伸至陶瓷散熱器的第二表面。本實用新型的印刷電路板及功率半導體組件不僅散熱性能極佳，而且具有良好熱穩定性和長使用壽命。
【專利說明】帶有散熱器的印刷電路板及功率半導體組件
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2015年9月22日提交的14/861,495號美國專利申請的優先權，14/861，495號專利申請是2012年9月14日提交的13/514，999號美國專利申請的部分繼續申請，13/514,999號申請是2011年I月6日提交的PCT/CN11/70051號國際申請根據35U.S.C.§371進入國家階段的申請，該國際申請要求2010年12月24日提交的201010604353.4號中國專利申請的優先權，上述所有在先申請均在此引入作為參考。
技術領域
[0003]本實用新型涉及印刷電路板和功率半導體組件領域;更具體地講，本實用新型涉及一種帶有散熱器的印刷電路板及包括該印刷電路板的功率半導體組件。
【背景技術】
[0004]印刷電路板(PCBs)是電子工業的重要部件之一，其被用作電子元件的機械支撐部件，并實現電子元件之間的電連接。另外，可以在印刷電路板上印刷元件的編號和圖形，這為元件的插裝、檢查或維修提供了方便。幾乎每種電子設備，例如電子手表、計算器、計算機、通訊電子設備、軍用武器系統等，都要用到印刷電路板。
[0005]諸如LED裝置(或稱LED發光元件)、晶閘管、GT0(門極可關斷晶閘管)、GTR(電力晶體管)、M0SFET(電力場效應晶體管)、IGBT(絕緣柵雙極晶體管)和電力二極管等的各種功率半導體器件通常被附接到印刷電路板上，且在工作過程中一般會釋放大量熱量，這就要求與各種功率半導體器件連接的印刷電路板具有良好的散熱性能。
[0006]201180037321.3號中國專利申請、2002/0180062號美國專利申請公布等公開了具有陶瓷散熱器的印刷電路板，其中所描述的陶瓷散熱器能夠輸出發熱元件所產生的熱量，但該散熱器的熱膨脹系數和作為印刷電路板的絕緣載體的樹脂層的熱膨脹系數之間存在顯著差別，導致陶瓷散熱器在經過一定次數的冷熱循環后容易與樹脂材質的絕緣載體相分離，從而使得印刷電路板的熱穩定性較差、使用壽命短。

【發明內容】

[0007]針對現有技術的不足，本實用新型的第一方面提供了一種印刷電路板，其包括:基板；陶瓷散熱器，設置在基板中并貫穿基板;位于印刷電路板第一表面側的發熱元件安裝位;位于印刷電路板第二表面側的散熱層。其中，該發熱元件安裝位的至少一部分由陶瓷散熱器的第一表面連續地延伸至基板的第一表面;散熱層的至少一部分由基板的第二表面連續地延伸至散熱器的第二表面。
[0008]本實用新型的優點在于:首先，發熱元件安裝位的至少一部分由基板的第一表面連續地延伸至散熱器的第一表面，散熱層的至少一部分由基板的第二表面連續地延伸至散熱器的第二表面，由于發熱元件安裝位和散熱層一方面可以降低散熱器的熱應力，另一方面還可以對散熱器起到夾持作用，因而散熱器不易與基板相分離，使得印刷電路板具有良好熱穩定性和長使用壽命;其次，發熱元件所產生的熱量依次經發熱元件安裝位和散熱器傳導至散熱層，并充分利用了散熱層的散熱面積，從而改善印刷電路板的散熱性能。
[0009]上述技術方案中，散熱器的數量可以是一個或多個，每個散熱器上所設置的發熱元件安裝位的數量同樣可以是一個或多個。其中，發熱元件安裝位可以根據印刷電路板的使用需求而靈活設計。例如，發熱元件安裝位包括成對設置的正極焊盤和負極焊盤，和/或包括成組設置的正極焊盤、負極焊盤和導熱焊盤，且導熱焊盤位于正極焊盤和負極焊盤之間。
[0010]根據本實用新型的一種【具體實施方式】，散熱層包括端子，發熱元件安裝位與端子之間電連接。這樣的好處在于，可以通過將端子直接焊接至其他部件上而實現印刷電路板與其他部件之間的機械連接和電連接，從而簡化印刷電路板的組裝并提高其連接的可靠性。
[0011]本實用新型中，散熱層中的端子可以包括正極端子和/或負極端子。其中，可以使得正極端子和/或負極端子的至少一部分由基板的第二表面連續地延伸至散熱器的第二表面。優選地，正極端子和負極端子彼此對稱地設置在印刷電路板的第二表面側。
[0012]作為一種可選擇的實施方式，上述的散熱層還包括熱擴散器，該熱擴散器的至少一部分由基板的第二表面連續地延伸至散熱器的第二表面。優選地，該熱擴散器覆蓋散熱器的第二表面并延伸至基板的第二表面，從而更有效地降低散熱器的熱應力，并進一步改善印刷電路板的散熱性能。
[0013]根據本實用新型的另一【具體實施方式】，上述的基板包括至少兩層含有樹脂的絕緣板材，相鄰絕緣板材之間通過使得半固化片固化而連接。
[0014]本實用新型中，發熱元件安裝位可以具有多種靈活的設計，以適應不同的應用需求。作為一種實施方式，發熱元件安裝位包括成對設置的正極焊盤和負極焊盤;作為另一實施方式，發熱元件安裝位包括成組設置的正極焊盤、負極焊盤和導熱焊盤，且導熱焊盤位于正極焊盤和負極焊盤之間。
[0015]根據本實用新型的一種優選實施方式，陶瓷散熱器的內部和/或側面形成有與發熱元件安裝位電連接的導電結構。這樣的好處在于，當將多個功率半導體器件設置到同一個散熱器上時，實現該多個功率半導體器件之間電連接的部分導電路徑可以設置在陶瓷散熱器的內部和/或側面，從而進一步促進印刷電路板的小型化。
[0016]可選擇地，發熱元件安裝位限定在散熱器的第一表面之內，從而使得發熱元件所產生的熱量可以更為快速地經由散熱器擴散。
[0017]根據本實用新型的再一【具體實施方式】，上述的陶瓷散熱器為選自氧化鋁陶瓷、氮化鋁陶瓷和碳化硅陶瓷中的任意一種。
[0018]本實用新型中，印刷電路板可以包括形成在基板內部的一層或多層內部導電圖案層，該內部導電圖案層與發熱元件安裝位電連接。
[0019]本實用新型的另一方面提供了一種功率半導體組件，其包括功率半導體器件以及上述的任意一種印刷電路板。其中，該功率半導體器件設置在印刷電路板的發熱元件安裝位上。
[0020]由于上述的印刷電路板具有良好的熱穩定性和長使用壽命，因而本實用新型的功率半導體組件可以控制功率半導體器件始終處于適當的工作溫度，從而提高功率半導體組件的工作效率(如提高LED模組的發光效率)，并消除或減少因功率半導體器件工作溫度過高而導致的各種故障。另外，印刷電路板的小型化也促進了功率半導體組件的小型化。
【附圖說明】
[0021]以下參照附圖和【具體實施方式】對本實用新型的主題及其各種優點作進一步的詳細說明，其中:
[0022]圖1A是根據本實用新型一實施例的散熱器的橫截面視圖；
[0023]圖1B是根據本實用新型一實施例的樹脂板的橫截面視圖；
[0024]圖1C是根據本實用新型一實施例的半固化片的橫截面視圖；
[0025]圖2是根據本實用新型一實施例的印刷電路板的橫截面視圖，其包括圖1A的散熱器、圖1B的樹脂板和圖1C的半固化片；
[0026]圖3是圖2的具有多余樹脂的印刷電路板的橫截面視圖；
[0027]圖4是圖3的去除多余樹脂的印刷電路板的橫截面視圖；
[0028]圖5是圖4的其中形成有多個通孔的印刷電路板的橫截面視圖；
[0029]圖6是圖5的其上形成有導電層的印刷電路板的橫截面視圖；
[0030]圖7A是圖6的根據本實用新型一實施例的導電層上形成有表面電路的印刷電路板的橫截面視圖；
[0031 ]圖7B是圖7A的印刷電路板的頂視圖；
[0032]圖7C是圖7A的印刷電路板的底視圖；
[0033]圖7D是圖7A的其上附接有LED的印刷電路板的橫截面視圖；
[0034]圖7E是圖2的印刷電路板中通孔的頂視圖；
[0035]圖8A是圖6的根據本實用新型另一實施例的導電層上形成有表面電路的印刷電路板的橫截面視圖；
[0036]圖8B是圖8A的其上附接有多個LED的印刷電路板的橫截面視圖；
[0037 ]圖9A是圖6的根據本實用新型再一實施例的導電層上形成有表面電路的印刷電路板的橫截面視圖；
[0038]圖9B是圖9A的其上附接有LED的印刷電路板的橫截面視圖；
[0039]圖10是根據本實用新型另一實施例的散熱器的橫截面視圖；
[0040]圖11是根據本實用新型另一實施例的印刷電路板的橫截面視圖；
[0041 ]圖12是根據本實用新型再一實施例的樹脂板的橫截面視圖；
[0042]圖13是根據本實用新型另一實施例的印刷電路板的橫截面視圖；
[0043]圖14是圖13的樹脂板的部分被去除后的印刷電路板的橫截面視圖；
[0044]圖15是表示根據本實用新型的一種印刷電路板制備方法的流程圖；
[0045]圖16是圖2的位于根據本實用新型一實施例的熱壓板之間的印刷電路板的橫截面視圖；
[0046]圖17是圖2的位于根據本實用新型另一實施例的熱壓板之間的印刷電路板的橫截面視圖；
[0047]圖18是根據本實用新型另一實施例的印刷電路板在熱壓前的橫截面視圖；
[0048]圖19是圖18的印刷電路板在熱壓并進行整板電鍍后的橫截面視圖；
[0049]圖20是圖19的印刷電路板經導電層圖形化處理且樹脂板的部分被去除后的橫截面視圖；
[0050]圖21是根據本實用新型再一實施例的印刷電路板的橫截面視圖；
[0051]圖22是根據本實用新型又一實施例的印刷電路板的橫截面視圖。
【具體實施方式】
[0052]根據本實用新型公開一方面的印刷電路板包括:散熱器、基板、形成在印刷電路板上表面的多個電極焊盤、位于印刷電路板下表面并與該多個電極焊盤電連接的多個端子、以及位于印刷電路板下表面并連接至散熱器和基板的熱擴散器。
[0053]根據本實用新型一實施例的印刷電路板的制備方法，包括:如圖15的步驟132所示，制備導熱且電絕緣的散熱器。如圖1A所示，制備散熱器包括在散熱器10的上表面和下表面中的一個或兩個上覆蓋導電層111(第一導電層)。在整個說明書中所使用的導電層可以是銅、金或任何其他導電材料。導熱且電絕緣的散熱器10可以包括由陶瓷，如氧化鋁陶瓷、氮化鋁陶瓷、碳化硅陶瓷等等，所制成的芯核118。在圖1A所示的實施例中，通過機械或者激光切割的方式切割上、下兩個表面均覆蓋有銅的氧化鋁陶瓷板112，以獲得上、下表面均覆蓋有導電層111的導熱且電絕緣的散熱器10。導電層111完全延伸越過散熱器的上、下表面至其邊緣，這有助于降低散熱器中的熱應力，并阻止散熱器和介電層之間發生分離。
[0054]圖15中所示的制備方法包括提供具有第一通孔211的絕緣板材的步驟134，該絕緣板材可以是含有樹脂的絕緣板材，例如有機樹脂板。如圖1B所示，有機樹脂板20覆蓋有導電層221(第二導電層)和222，且具有構造為用于接納散熱器10的第一通孔211。樹脂板20可以是環氧樹脂、纖維增強環氧樹脂、FR4等材質。雖然圖1B所示的有機樹脂板在其兩面均覆蓋有導電層，但其也可以是根據需要在單面覆蓋導電層。在圖1B中，提供了雙面FR4覆銅板20，其包括帶有導電層221(第二導電層)和導電層222的介電層21(絕緣板材)。第一通孔211通過機械或者激光鉆孔的方式制備。導電層221是不具有電路圖案的導電層。在一個實施例中，導電層221和導電層111具有相等的厚度，且該厚度大約為10Z。導電層222是具有電路圖案(未示出)的導電層，該電路圖案根據現有技術中的已知方法(例如蝕刻)而形成。
[0055]圖15的方法包括在步驟136中提供具有第二通孔的半固化片。根據本實用新型一個實施例的印刷電路板包括最佳如圖1C所示的半固化片30(例如prepreg)，其具有第二通孔31。在一個實施例中，第二通孔31可以通過對半固化片30進行機械或者激光鉆孔而制得。在其他實施例中，半固化片可以被制備為其中已經形成有第二通孔(例如通過在模具中成型等方式)。半固化片30可以包括沒有完全固化的環氧樹脂。
[0056]圖15所示制備方法的步驟138包括:層疊樹脂板和半固化片，并使其相互固定;將散熱器放置在相應的通孔內。如圖2所示，樹脂板20位于半固化片30的每一側;第一通孔211和第二通孔31對齊，且樹脂板20和半固化片30臨時性或永久性地結合在一起(例如通過綁定、膠粘、焊接、夾持、使用連接器連接等方式)。上述制備方法進一步包括將散熱器10放置在通孔內，以制備層壓印刷電路板224。如圖2所示，具有電路圖案的導電層222放置為相鄰于半固化片30，從而被設置在印刷電路板的內部。換句話說，在該步驟之前，印刷電路板的所有內部電路都是已經制備好的。另外，在本實用新型的部分實施例中，根據需要可以省略導電層222。也就是說，本實用新型的印刷電路板可以不包括內部電路。
[0057]雖然圖2中示出了相鄰樹脂板之間僅設置有一層半固化片，但在本實用新型的其他實施例中，相鄰樹脂板之間可以根據需要設置兩層或兩層以上的半固化片。另外，在本實用新型的其他實施例中，印刷電路板設計為包括三層或三層以上的內部電路層，此時，層疊三層或三層以上的樹脂板，并在相鄰樹脂板之間設置一層或多層半固化片。其中，內部電路層形成在位于印刷電路板內部的樹脂板表面上。
[0058]圖7E中示出了各個通孔和散熱器之間的位置關系。散熱器10具有相等或不相等的第一長度和寬度。第一通孔211大于散熱器，且二者之間具有第一偏移量55，以允許散熱器被放置在介電層21中。如圖所示，第二通孔31大于第一通孔，且二者之間具有第二偏移量53。第一偏移距離55優選為0.1mm至0.2mm，更優選為0.14mm至0.16mm。第二偏移距離53優選為0.05mm至0.15mm，更優選為0.09mm至0.11mnin
[0059]圖15的方法包括在步驟140中對層壓印刷電路板224進行熱壓。熱壓包括在層壓印刷電路板224的相對表面施加壓力，并同時加熱層壓印刷電路板224。在壓力作用下，層壓印刷電路板224的厚度減小，使得導電層111和221的表面基本上或大致平齊。加熱層壓印刷電路板224使得半固化片30中未固化的環氧樹脂填充散熱器10和樹脂板20之間的間隙226(如圖2所示)，并流動至導電層111和221的表面。半固化片的可流動性與其環氧樹脂的含量正相關。在一些實施例中，設置為相鄰于樹脂板的半固化片的環氧樹脂含量可以為大約60-75wt%，更優選為65-70wt%。相對較高的可流動性有助于半固化片基本上或完全填充間隙226。如圖3所示，散熱器10和樹脂板20之間以及相鄰樹脂板20之間由于熱壓而形成固定連接。
[0060]圖16示出了可以用于熱壓步驟的裝置的一個實施例。該裝置包括離型膜2和撓性的硬質層I(例如金屬、塑料、銅和招)，其中，硬質層I的厚度為大約0.05mm至0.3_。離型膜2和撓性硬質層I被設置在層壓印刷電路板224的兩側，且離型膜2相鄰于印刷電路板。由于散熱器10與樹脂板20和半固化片30之間的可壓縮性存在顯著差異，因而撓性硬質層I可以在熱壓過程中提高層壓印刷電路板224的平整度，使得在熱壓步驟后，導電層221和位于散熱器10表面的導電層111如圖3所示共面。
[0061]如圖3所示，在熱壓步驟中，多余樹脂38可能流動至印刷電路板的表面并可能同時流動至導電層111和221的表面。因此，上述制備方法包括如圖15的步驟142中所描述的去除溢流至印刷電路板表面的固化樹脂38。在一個實施例中，這可以通過研磨固化樹脂38來實現，在研磨固化樹脂38時，通常同時對導電層111和221進行研磨。如圖4所示，研磨步驟還可以有助于確保固化樹脂38、導電層111和221的表面基本上或大致平齊。在其他實施例中，固化樹脂可以通過其他方法(例如化學的)去除。
[0062]如圖15的步驟144中所描述，作為上述制備過程的一部分，鉆穿層壓印刷電路板224而得到多個通孔51。如下所述，圖5中所示的多個通孔51提供了在全部導電層之間建立電連接的路徑。在本實用新型的其他實施例中，可以在印刷電路板中形成多個盲孔，并通過該盲孔來提供實現導電層之間電連接的路徑。在本實用新型的另外實施例中，可以同時利用盲孔和通孔來提供實現導電層之間電連接的路徑。
[0063]圖15描述的方法包括在印刷電路板上鍍覆導電層的步驟146。如圖6中所示，導電層611(第三導電層)形成在固化樹脂38以及導電層111和221的表面，且在通孔51的內壁還形成有導電層612。其中，導電層612用于實現印刷電路板的表面電路(如下文所述)和內部電路222的電連接。在一個實施例中，導電層611和612可以通過首先化學沉積底銅層，然后采用電鍍法在底銅層上沉積加厚銅而形成。當然，如前所述，可以利用其它導電材料來替代銅。本實用新型并不限于采用上述的導電層制備方法，而是可以使用現有技術中任意的已知導電層制備方法。
[0064]在圖15的步驟148中制備表面電路。如圖7A-C所示，在層壓印刷電路板224上制備該表面電路。一般地，采用圖形蝕刻的方法(圖形化處理)制備表面電路，以在印刷電路板224的上、下表面形成相應的導電圖案。如圖7A-C所示，對印刷電路板上表面的導電層111、221和611進行圖形化處理，以得到包括正極焊盤71、負極焊盤72和導熱焊盤73的第一導電圖案，其中正極焊盤71、負極焊盤72和導熱焊盤73構成發熱元件安裝位。焊盤71、72和73全部延伸穿過導電層221和611而至散熱器10和樹脂板20的介電層21的表面。此外，對印刷電路板下表面的導電層進行圖形化處理，以得到包括第一端子81(正極端子)、第二端子82(負極端子)和熱擴散圖案83的第二導電圖案。其中，第二導電圖案可以同時作為散熱層而起到散熱作用。圖形蝕刻使得熱擴散圖案83與第一端子81和第二端子82分離，且熱擴散圖案83延伸至散熱器10和介電層21的表面。
[0065]如圖7B所示，焊盤71、72和73均由散熱器10的上表面連續地延伸至介電層21的上表面。在其他部分實施例中，焊盤71、72和73僅形成在散熱器10的上表面，而第一導電圖案的其他部分由介電層21的上表面連續地延伸至散熱器10的上表面。在另外的實施例中，焊盤71和72僅形成在介電層21的上表面，而焊盤73由介電層21的上表面連續地延伸至散熱器10的上表面，并覆蓋散熱器10的上表面或僅形成在散熱器10的部分上表面上。
[0066]如圖7C所示，作為熱擴散器的熱擴散圖案83覆蓋散熱器10的下表面并延伸至介電層21的下表面。在其他實施例中，熱擴散圖案83的至少一部分由散熱器10的下表面連續地延伸至介電層21的下表面，且熱擴散圖案83僅形成在散熱器10的部分下表面上。在其他實施例中，也可以將第一端子81和第二端子82形成在第一導電圖案中，而不蝕刻位于印刷電路板下表面的導電層111、211和611以將其整體上作為散熱層，從而擴大散熱面積。
[0067]上述方法包括在圖15的步驟149中將LED連接至印刷電路板而得到LED模組。如圖7D所示，LED裝置包括正電極91、負電極92和熱沉93。正電極91、負電極92和熱沉93分別連接(例如通過焊接、點膠)至正極焊盤71、負極焊盤72和導熱焊盤73，從而得到LED模組。LED裝置所產生的熱量可以通過導熱焊盤73、散熱器10和熱擴散圖案83進行擴散。
[0068]上述方法可以進一步包括在印刷電路板的上表面和/或下表面連接LED驅動電路和/或控制電路元件。這些電路可以包括驅動電路、調光電路、電壓控制電路、電流控制電路、色彩控制電路、溫度保護電路，等等。上述方法還可以包括在印刷電路板上形成這些電路的步驟。
[0069]圖8A示出了另一實施例的印刷電路板801和LED模組。印刷電路板801的某些方面及其制備方法與圖1A至7D的描述相類似，故僅對該實施例與前述實施例的區別進行說明。與印刷電路板224相比，圖8A-8B所示的印刷電路板801的上表面具有不同的導電圖案。可以進行如前所述的圖形化處理工藝，但略去導熱焊盤而制備包括多個正極焊盤71和多個負極焊盤72的第一導電圖案，其中多個正極焊盤71和多個負極焊盤72構成發熱元件安裝位。多個正極焊盤71和多個負極焊盤72中的至少一個連續地延伸至散熱器10和介電層21的上表面。在本實用新型的部分實施例中，多個正極焊盤71和多個負極焊盤72均形成在散熱器的上表面之內，而第一導電圖案的其他部分由介電層的上表面連續地延伸至散熱器的上表面。如圖SB所示，多個LED裝置的正電極和負電極可以分別連接至正極焊盤71和負極焊盤7 2，從而得到具有多個LED的LED模組。
[0070]換句話說，印刷電路板224(圖7D)適用于具有三個引腳/電極的LED裝置(例如LED燈珠)，印刷電路板801 (圖8B)適用于具有兩個引腳/電極的LED裝置(例如倒裝LED芯片)。
[0071]另外，本申請的某些或全部實施例中的印刷電路板特別適用于安裝或封裝有硅基板/芯片的LED裝置。這是因為，硅和陶瓷具有相對接近的熱膨脹系數，從而能夠避免或減少由于LED裝置和印刷電路板之間熱膨脹系數不匹配而導致的各種結構和熱擴散缺陷。因此，與以前的現有方法相比，根據本實用新型所描述的方法而制備的產品具有增強的穩定性。[0072 ]圖9A-9B示出了另一實施例的印刷電路板及LED模組。印刷電路板901下表面的導電圖案略去了前述的熱擴散圖案，而是代之以對印刷電路板下表面的導電層111、221和611進行圖形化處理，從而得到對稱設置的第一端子81和第二端子82;其中，第一端子81和第二端子82延伸至散熱器10和介電層21的表面，并起到散熱作用。在本實用新型的其他實施例中，僅第一端子81或第二端子82由介電層21的表面延伸至散熱器的表面。在優選實施例中，該第一端子81或第二端子82覆蓋散熱器的下表面。
[0073]根據本實用新型另一實施例的印刷電路板制備方法，包括:在電絕緣芯核的表面形成第一導電層;蝕刻第一導電層的局部區域以暴露電絕緣芯核。然后，可以沿被蝕刻的局部區域切割電絕緣芯核，以制備散熱器;其中，電絕緣芯核的一部分在切割之后可以保持暴露。如圖10所示，可以在切割陶瓷板112之前對散熱器10的導電層111進行蝕刻，該蝕刻在散熱器10的邊緣和導電層111之間形成間隙126。在散熱器的制備過程中進行該蝕刻步驟還消除了來自于導電層的任何因機械切割工藝而產生的毛刺，從而提高了生產效率。
[0074]圖11示出了具有散熱器10和樹脂板的印刷電路板1001，其中，散熱器10沒有形成如前述實施例中所描述的導電層111，且樹脂板沒有形成如前述實施例中所描述的導電層221和222。相反地，樹脂板的介電層21與半固化片30直接連接。可以根據如前所述的方法在介電層的外表面形成導電層611。
[0075]在本實用新型的一個實施例中，制備印刷電路板1001包括以下步驟:
[0076]提供陶瓷散熱器10、具有第一通孔的介電層21以及具有第二通孔的半固化片30;
[0077]在半固化片30的兩側層疊介電層21而得到基板，使得第一通孔和第二通孔相互對應，并將散熱器10放置在第一通孔和第二通孔內；
[0078]熱壓基板和散熱器10，使得半固化片中的樹脂填充基板和散熱器10之間的間隙，且基板和散熱器的表面基本平齊；
[0079]去除基板和散熱器表面的多余樹脂；
[0080]通過PVD工藝分別在基板和散熱器的兩相對表面依次沉積鈦層和底銅層；
[0081]通過電鍍工藝在底銅層上沉積加厚銅層，從而得到包括鈦層和銅層的導電層611;
[0082]對基板和散熱器上表面的導電層611進行蝕刻處理，得到包括正極焊盤71、負極焊盤72和導熱焊盤73的導電圖案。其中，正極焊盤71、負極焊盤72和導熱焊盤73相對于散熱器10可以具有如前所述的多種設置方式。位于基板和散熱器下表面的導電層611可以作為散熱層，不作蝕刻處理而覆蓋基板和散熱器的下表面。
[0083]本實用新型的另一方面提供了一種剛撓結合印刷電路板(又稱軟硬結合印刷電路板)，其可以進一步包括第二印刷電路板，該第二印刷電路板具有上表面和下表面、散熱器、基板、位于上表面的多個電極焊盤、位于下表面的多個端子、以及位于下表面并連接至散熱器和基板的熱擴散器;其中，多個端子中的每一個均與多個電極焊盤中的至少一個連接;上述多個印刷電路板可以由位于每一個印刷電路板的上、下表面之間的撓性構件連接。上述多個印刷電路板可以相隔一定距離但相互之間通過撓性構件保持連接。上述基板可以包括位于多個樹脂板之間的半固化片。
[0084]根據本實用新型另一方面的剛撓結合印刷電路板制備方法可以包括提供多個散熱器，其中多個散熱器中的每一個均具有導電層和電絕緣芯核。該方法還可以包括:提供基板，該基板包括撓性構件和多個通孔;將多個散熱器塞入多個通孔內；熱壓基板與散熱器，以使得基板與散熱器相互固定。熱壓后可以從撓性印刷電路板的表面去除多余的樹脂。上述方法可以進一步包括:去除印刷電路板表面的多余樹脂后，在印刷電路板表面沉積導電層;去除位于散熱器之間的基板的一部分，以創設撓性區域。
[0085]上述方法可以包括將樹脂板與半固化片和撓性構件連接在一起，樹脂板具有多個貫穿其中的通孔和多個部分伸入其中的凹陷部，半固化片具有余隙孔和多個通孔，該連接使得樹脂板中的多個通孔與半固化片中的多個通孔對齊，且多個凹陷部中的每一個均與余隙孔的邊緣對齊。
[0086]圖12-14示出了一實施例的剛撓結合印刷電路板，其將撓性部分和剛性部分相組合。如圖13-14所示，剛撓結合印刷電路板1020包括兩個剛性部分1022和1024以及同時電連接和機械連接剛性部分1022和1024的撓性電路板40，其中撓性電路板40位于第一和第二半固化片30之間。剛性部分1022和1024具有基本上相同的結構，并形成為基本上類似于前述的剛性印刷電路板。撓性電路板40具有分別與樹脂板220中的第一通孔和半固化片30中的第二通孔相對齊的第三通孔。撓性電路板40與印刷電路板1020的撓性部分43相對應的表面設置有保護膜(未示出)。以下結合圖12-14對剛撓結合印刷電路板1020的制備進行說明。
[0087]如圖12所示，提供樹脂板220，其可以是FR4雙面覆銅板，包括介電層21以及分別形成在介電層21兩相對表面的非圖案化導電層221 (第二導電層)和包括導電圖案的導電層222。樹脂板220中位于導電層222的一側形成有部分伸入其中的凹陷部212(例如，通過機械或激光切割)，凹陷部212形成印刷電路板1020的撓性部分43的邊界。樹脂板220還包括用于容納多個散熱器10的多個第一通孔211。在其他實施例中，可以省略導電層222。
[0088]為制備剛撓結合印刷電路板1020，可以按照如前所述的方法提供陶瓷散熱器10，其中陶瓷散熱器10的兩相對表面均形成有導電層111(第一導電層)。
[0089]另外，提供半固化片30。組裝印刷電路板的基板之前，在半固化片30中制備對應于多個第一通孔211的多個第二通孔、以及對應于所期望的印刷電路板1020的撓性部分43并貫穿半固化片30的余隙孔。
[0090]半固化片30中與所期望的撓性部分相對應的余隙孔大于最終的撓性部分43，以阻止或減少環氧樹脂流動至撓性部分43。相鄰于撓性電路板的半固化片可以具有比位于樹脂板之間的半固化片更低的可流動性。例如，相鄰于撓性電路板的半固化片中環氧樹脂的含量可以為大約40-55wt %，更優選為45-50wt %。相對較低的可流動性有助于在減少或避免半固化片流動至撓性區域43表面的條件下使得半固化片填充基板和散熱器之間的間隙226。[0091 ]剛撓結合印刷電路板1020的制備方法進一步包括:
[0092]提供撓性電路板40，其包括對應于多個第一通孔211的多個第三通孔；
[0093]分別在撓性電路板40的兩側依次層疊半固化片30的如圖12所示的樹脂板220，以提供帶有通孔的軟硬結合基板;其中，導電層221位于基板的表面；
[0094]將帶有導電層111的散熱器10塞入軟硬結合基板的通孔內；
[0095]熱壓散熱器和基板，使得半固化片中的樹脂填充散熱器和基板之間的間隙，且使得導電層111和導電層221基本平齊；
[0096]去除導電層111和導電層221表面的固化樹脂；
[0097]在印刷電路板的兩相對表面側形成導電層611，得到如圖13所示的印刷電路板；
[0098]蝕刻位于印刷電路板上表面的導電層111、211和611而得到包括正極焊盤71、負極焊盤72和導熱焊盤73的第一導電圖案，其中正極焊盤71、負極焊盤72和導熱焊盤73構成發熱元件安裝位，且發熱元件安裝位可以采用圖14之外的前述各種設計；
[0099]蝕刻位于印刷電路板下表面的導電層111、211和611而得到包括第一端子81(正極端子)、第二端子82(負極端子)和熱擴散圖案83的第二導電圖案，其中第二導電圖案可以同時作為散熱層而起到散熱作用，具體是熱擴散圖案83作為熱擴散器覆蓋散熱器10的下表面并連續地延伸至介電層21的下表面。在其他的實施例中，也可以將第一端子81和第二端子82形成在第一導電圖案中，而不蝕刻位于印刷電路板下表面的導電層111、211和611以將其整體上作為熱擴散器，從而擴大散熱面積；
[0100]通過機械或激光切割的方式，沿凹陷部212所在位置去除圖13的印刷電路板1020中對應于撓性部分43且不構成撓性電路板40的部分，由此得到如圖14所示的剛撓結合印刷電路板1020，其具有第一剛性部分1022、第二剛性部分1024以及將二者所分開的撓性部分43。第一剛性部分1022和第二剛性部分1024通過撓性電路板40相互連接。印刷電路板1020可以具有形成在其上的如前所述的表面電路，且可以具有附接至其上的LED(未示出)。
[0101]圖17示出了可以用于熱壓步驟的裝置的另一實施例。該實施例中，在硬質層I的外側進一步設置彈性材料層3。彈性層3可以是硅膠或其他類似材料。
[0102]在本實用新型的另一實施例中，剛撓結合印刷電路板可以包括單層或多層的撓性電路板以及單層或多層的剛性印刷電路板。在該實施例中，可以使用不同的半固化片。例如，相鄰于撓性電路板的半固化片可以具有比位于樹脂板之間的半固化片更低的可流動性。
[0103]圖18-20示出了本實用新型剛撓結合印刷電路板制備方法的另一實施例。其包括以下步驟:
[0104]如圖18所示，提供帶有通孔的基板和陶瓷散熱器10，并將陶瓷散熱器10塞入基板的通孔內；其中，基板包括撓性電路板40、在撓性電路板40的兩相對表面側依次設置的半固化片30和介電層21(絕緣板材)；由圖18可見，其與圖12-14的主要區別在于介電層21和陶瓷散熱器10的表面沒有首先形成導電層；
[0105]而后，熱壓散熱器10和基板，使得半固化片中的樹脂填充散熱器10和基板之間的間隙，以將散熱器和基板相互固定；
[0106]在去除溢流至散熱器和基板表面的多余樹脂后，于印刷電路板的兩相對表面側形成導電層61;其中，可以通過PVD工藝分別在印刷電路板的兩相對表面依次沉積鈦層和底銅層，并通過電鍍工藝在底銅層上沉積加厚銅層而得到包括鈦層和銅層的導電層61;
[0107]蝕刻位于印刷電路板上表面的導電層61而得到包括正極焊盤71、負極焊盤72和導熱焊盤73的第一導電圖案，其中正極焊盤71、負極焊盤72和導熱焊盤73構成發熱元件安裝位，且發熱元件安裝位可以采用圖14之外的前述各種設計；
[0108]蝕刻位于印刷電路板下表面的導電層61而得到第二導電圖案80，其中第二導電圖案80包括覆蓋散熱器10的下表面并連續地延伸至介電層21的下表面的熱擴散器;在其他實施例中，也可以不蝕刻位于印刷電路板下表面的導電層61，從而擴大散熱面積；
[0109]通過機械或激光切割的方式，沿凹陷部212所在位置去除圖19的印刷電路板1030中對應于撓性部分43且不構成撓性電路板40的部分，由此得到如圖20所示的剛撓結合印刷電路板1030，其具有第一剛性部分1032、第二剛性部分1034以及將二者所分開的撓性部分43。第一剛性部分1032和第二剛性部分1034通過撓性電路板40相互連接。可以進一步在發熱元件安裝位上附接LED (未示出)而得到LED模組。
[0110]圖21示出了另一實施例的剛撓結合印刷電路板1040，其包括剛性部分1042和1044、以及用于連接剛性部分1042和1044的撓性部分43。其中，撓性部分43為撓性電路板。與圖14所示的剛撓結合印刷電路板1020相比，本實施例的主要區別在于:剛性部分1044不是用于安裝發熱元件，而是用于構成驅動電路和/或控制電路。相應地，在制備剛撓結合印刷電路板1040的過程中包括在剛性部分1044中形成驅動電路和/或控制電路的步驟。
[0111]圖22示出了再一實施例的軟硬結合印刷電路板1050，其包括剛性部分1052、1054和1056，以及連接剛性部分1052和1054的撓性部分1053、連接剛性部分1054和1056的撓性部分1055。其中，通過對印刷電路板1050的預定部分進行厚度減薄處理而使得該預定部分具備撓性，例如對印刷電路板1050的預定部分進行控深銑，從而得到撓性部分1053和1055。其中，剛性部分1052中設置有散熱器10并用于安裝發熱元件，而剛性部分1054和/或1056可以用于形成驅動電路和/或控制電路。
[0112]本領域技術人員容易理解，雖然上述各個實施例中僅披露了將本實用新型的印刷電路板用作LED發光元件的載板來制備LED模組，但在本實用新型的其他實施例中，本實用新型的印刷電路板同樣可以用作諸如晶閘管、GT0、GTR、M0SFET、IGBT和電力二極管等各種其他功率半導體器件的載板，以得到具有較佳熱穩定性和長使用壽命的各種功率半導體組件。
[0113]另外，本實用新型的上述各個實施例中，印刷電路板可以進一步包括形成在陶瓷散熱器側面和/或內部的導電結構，該導電結構可以包括形成在陶瓷散熱器側面的導電線路和/或形成在陶瓷散熱器內部的一層或多層內部導電圖案層，其中，形成在陶瓷散熱器內部的導電圖案層可以通過形成在陶瓷散熱器中的導電過孔和/或形成在陶瓷散熱器側面的導電線路而與形成在基板和/或散熱器上表面和/或下表面的導電圖案電連接(例如與形成在基板和/或散熱器上表面的發熱元件安裝位電連接)。相應地，上述各個實施例可以進一步包括在陶瓷散熱器的側面和/或內部形成導電結構的步驟。由于在陶瓷散熱器的側面和/或內部形成導電結構的方法屬于本領域技術人員的習知技術，故在此省略對其的詳細描述。對于在同一個散熱器上設置有諸如LED芯片的多個功率半導體器件而言，這種設計是尤其有利的，因為其可以將用于實現該多個功率半導體器件之間電連接的部分導電路徑設置在陶瓷散熱器的內部和/或側面，從而進一步實現印刷電路板和功率半導體組件的小型化。
[0114]本領域技術人員容易理解，除非存在相互排斥的情形，上述的各個實施例可以相互組合和/或替換。例如，通過對圖11中的印刷電路板1001的預定部分進行厚度減薄處理以形成撓性部分，同樣可以得到剛撓結合的印刷電路板。
[0115]雖然在此參照特定的實施例描述了本實用新型，但應當理解的是，這些實施例僅用于闡述本實用新型的原理和應用。因此，應當理解的是，在不脫離所附權利要求定義的本實用新型的精神和范圍的條件下，可以對所描述的實施例進行各種各樣的改變并設計出其他多種布置。
【主權項】
1.一種印刷電路板，包括: 基板； 陶瓷散熱器，設置在所述基板中并貫穿所述基板； 位于所述印刷電路板第一表面側的發熱元件安裝位； 位于所述印刷電路板第二表面側的散熱層； 其特征在于:所述發熱元件安裝位的至少一部分由所述陶瓷散熱器的第一表面連續地延伸至所述基板的第一表面;所述散熱層的至少一部分由所述基板的第二表面連續地延伸至所述陶瓷散熱器的第二表面。2.如權利要求1所述的印刷電路板，其特征在于:所述散熱層包括端子，所述發熱元件安裝位與所述端子之間電連接。3.如權利要求2所述的印刷電路板，其特征在于:所述端子包括正極端子和負極端子，所述正極端子和所述負極端子中的至少一個由所述基板的第二表面連續地延伸至所述陶瓷散熱器的第二表面。4.如權利要求2所述的印刷電路板，其特征在于:所述散熱層還包括熱擴散器，所述熱擴散器的至少一部分由所述基板的第二表面連續地延伸至所述陶瓷散熱器的第二表面。5.如權利要求1所述的印刷電路板，其特征在于:所述基板包括至少兩層含有樹脂的絕緣板材，相鄰絕緣板材之間通過使得半固化片固化而連接。6.如權利要求1所述的印刷電路板，其特征在于:所述發熱元件安裝位包括成對設置的正極焊盤和負極焊盤。7.如權利要求1所述的印刷電路板，其特征在于:所述陶瓷散熱器的內部和/或側面形成有與所述發熱元件安裝位電連接的導電結構。8.如權利要求1所述的印刷電路板，其特征在于:所述陶瓷散熱器為選自氮化鋁陶瓷、氧化鋁陶瓷和碳化硅陶瓷中的任意一種。9.如權利要求1所述的印刷電路板，其特征在于:還包括形成在所述基板內部的一層或多層內部導電圖案層，所述內部導電圖案層與所述發熱元件安裝位電連接。10.一種功率半導體組件，包括功率半導體器件，其特征在于:進一步包括根據權利要求I至9任一項所述的印刷電路板;所述功率半導體器件設置在所述發熱元件安裝位上。
【文檔編號】H05K3/46GK205566793SQ201620231442
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年3月23日
【發明人】李保忠, 羅苑, 陳愛兵, 聶沛珈, 胡啟釗, 林偉健
【申請人】樂健集團有限公司