專利名稱：一種印制電路板布局布線結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及通信和電子技術領域，尤其是涉及一種印制電路板布局布線結構。
背景技術：
隨著無線通信和芯片封裝技術的發展，越來越多的功能被集成到手機里。手機的功耗也相應地出現明顯增加，尤其是在第三代手機中表現更為突出。第三代手機采用CDMA2000(Code-Division Multiple Access，碼分多址)或WCDMA(Wideband CDMA，寬帶碼分多址)技術，該技術中使用的PA(Power Amplifier，功放)芯片效率遠低于采用GSM(GlobalSystem for Mobile Communications，全球移動通信系統)技術的第二代手機PA芯片。在最大功率發射時，第三代手機熱耗比第二代手機增加50％以上，此時第三代手機PA芯片發熱量大約為1W左右，占手機總發熱量的50-60％。而常見的第三代手機PA芯片幾何尺寸大約在3mm×3mm×1mm到6mm×6mm×1mm之間，因此具有很高的單位體積熱流密度和溫升，會影響到周圍的器件和表面，尤其會引起手機表面局部溫升過高。同時，因為手機的內部空間有限，無法采用風扇、散熱器、熱管等散熱技術，所以手機PA芯片的散熱管理是現在要急于解決的問題。
目前，常見的第三代手機PA芯片采用QFN(Quad Flat No-lead，方形扁平無引腳)封裝。QFN封裝的仰視圖如圖1所示，該封裝的內部結構如圖2所示。參照圖1和圖2，QFN封裝是一種無引腳封裝，呈正方形或矩形，封裝底部中央位置有一個大面積的熱焊盤12用來導熱，圍繞大焊盤的封裝四周有實現電氣連接的導電焊盤11。該封裝主要包括導電焊盤21、熱焊盤22、mold(模)23和die(裸片)24四部分，其中導電焊盤和熱焊盤為金屬材料，mold為FR4(環氧樹脂和玻璃纖維合成板材)材料，die是芯片的核心部分，工作時會產生熱量。而從材料特性看，銅的導熱系數為333W/m-K，FR4的導熱系數為0.285W/m-K。由于金屬和FR4導熱系數相差通常在100倍以上，所以金屬材料是導熱的主要途徑。PA芯片的封裝結構和材料特性決定Die產生的熱量主要通過封裝底部的熱焊盤傳導出去。
現在，在手機生產時主要采用三種散熱結構對PA芯片進行散熱。一種散熱結構如圖3，圖4所示，圖3為PCB的器件表層布局布線，圖4為內層某一層的布線，其中圖中陰影區為PCB層的鋪銅區。參照圖3和圖4，在PA芯片的熱焊盤下的PCB(Printed Circuit Board，印制電路板)上設有焊盤31，該焊盤上開設有一定數量的熱孔41，該熱孔為熱過孔或熱埋孔或熱盲孔，該熱孔的數量為PA芯片的廠家推薦值，PA芯片的四周布有電容或電阻33，32為金屬屏蔽盒焊盤，42為金屬屏蔽盒在此層上投影的位置。使用時將PA芯片的熱焊盤直接焊接在PCB的焊盤31上，并且熱孔41可以將主要熱量擴散到銅接地板中。如果手機的PCB雙面布器件，無法開設直通的熱過孔，則通過PCB的底層和頂層的熱盲孔和中間層的熱埋孔來實現，盡可能地把PA芯片的熱量以最小熱阻從熱焊盤傳至PCB。
采用該散熱結構對控制局部功放溫升起到很大的作用，但從系統熱設計角度，該散熱結構存在明顯的缺點。下面對折疊式手機和直板式手機分別進行說明，折疊式手機的結構如圖5所示，該手機包括手機上蓋51、手機下蓋52、按鍵53、PCB54、金屬屏蔽盒55、PA芯片56和電池57。如果采用該散熱結構的手機是折疊式手機，由于手機空間的限制，PA芯片56和PCB54離按鍵53表面距離很短，PA芯片56的主要熱量經過PCB54直接傳到按鍵53面，造成手機表面溫度過高。直板式手機的結構如圖6所示，該手機包括LCD(Liquid Crystal Display，液晶顯示屏)61、按鍵62、金屬屏蔽盒63、PA芯片64、電池65和PCB66。如果采用該散熱結構的手機是直板式手機，PA芯片64和PCB66離按鍵62表面距離較折疊式手機長，表面溫升較易控制，但此區是人體對溫度敏感的耳朵接觸區，要求有很嚴格的溫升控制。同時，PA芯片64和PCB66離LCD61的表面距離很短，PA芯片64的主要熱量經過PCB66直接傳到LCD61，而LCD61是熱敏感器件，PA芯片64的熱量也會影響到LCD61的正常工作和長期使用的可靠性。
另一種散熱結構如圖7所示，該散熱結構在PA芯片的頂部敷設導熱墊71。采用該散熱結構可以把PA芯片的熱量通過導熱墊61導向手機背面，再從手機背面將熱量散發出去。
對于PA芯片的QFN封裝結構，熱量主要由Die下方的熱焊盤傳出去。芯片的頂部為mold部分，導熱系數僅為0.7W/m-K，導熱性能較差。同時，因為導熱墊71需要容納模具制造和裝配的偏差，所以該導熱墊應具有1-2mm左右的厚度，厚度較大，不易導熱。而導熱墊的導熱系數也僅為1W/m-K左右，因此采用該散熱結構對降低PA芯片的溫度效率較低，而且普通金屬屏蔽盒的厚度僅為0.2mm-0.3mm左右，并不能實現很好的降溫效果。
再一種散熱結構如圖8所示，該散熱結構采用一體化鑄鋁屏蔽盒81。該屏蔽盒厚度常達到1mm左右，相當于在PA芯片上加一散熱器，即使PA芯片與屏蔽盒間導熱效率低也能保證很好的降溫效果。但采用該散熱結構成本遠高于普通屏蔽盒，在中低端手機上很難采用。
發明內容
本發明要解決的問題是提供一種印制電路板布局布線結構，以克服發熱芯片熱量主要向PCB方向傳遞，不能有效控制熱流方向的缺陷。
本發明的實現原理是根據發熱芯片底部具有熱焊盤的封裝結構，通過發熱芯片焊盤、導熱系數大的銅皮和金屬屏蔽盒焊盤，將發熱芯片的熱量導向金屬屏蔽盒，從而控制熱流傳遞方向，減小向PCB的導熱。而金屬屏蔽盒厚度為0.2mm-2mm，擴展面積通常達到發熱芯片的10倍以上，能夠有效保證發熱芯片的溫升在設計許可范圍之內，可以對發熱芯片進行良好散熱。
為達到上述目的，本發明提供一種印制電路板布局布線結構，包括發熱芯片焊盤和金屬屏蔽盒焊盤，其中發熱芯片焊盤和金屬屏蔽盒焊盤之間用銅皮直接相連。
按照本發明的一個方面，所述發熱芯片采用QFN封裝，也可以采用其它底部具有熱焊盤的封裝。
按照本發明的另一個方面，所述銅皮的長度在2mm以內。
按照本發明的再一個方面，所述發熱芯片緊靠所述金屬屏蔽盒布置，為實現熱阻最小化，該發熱芯片和金屬屏蔽盒之間的間距在2mm以內。
按照本發明的再一個方面，所述發熱芯片和所述金屬屏蔽盒之間無電容或電阻。
按照本發明的再一個方面，所述發熱芯片焊盤下布置有熱孔，用于射頻接地和隔離。
按照本發明的再一個方面，所述熱孔為熱過孔、熱埋孔或熱盲孔。
按照本發明的再一個方面，僅對靠近發熱芯片的PCB頂層鋪銅。
與現有技術相比，本發明具有以下優點采用本發明，發熱芯片的熱量主要通過銅皮和金屬屏蔽盒發散，能夠控制熱流傳遞方向，減小向PCB的導熱，從而對折疊式手機可以避免手機表面溫度過高，對直板式手機可以避免發熱芯片的熱量影響熱敏感器件的正常工作及長期使用的可靠性。
進一步，采用本發明能夠有效保證發熱芯片的溫升在設計許可范圍之內，可以對發熱芯片進行良好散熱。
另外，本發明安裝和焊接工藝實施方便可靠，成本低。
圖1是QFN封裝的仰視圖；圖2是QFN封裝的內部結構圖；圖3是現有技術一種散熱結構的器件PCB表層布線圖；圖4圖3散熱結構的PCB內層某一層的布線圖；圖5是折疊式手機的結構圖；圖6是直板式手機的結構圖；
圖7是現有技術的一種散熱結構圖；圖8是現有技術的一種散熱結構圖；圖9是本發明的一種器件PCB表層布線圖；圖10是圖9布線結構的PCB內層某一層的布線圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式
作進一步詳細描述本發明的一種器件PCB表層布線圖如圖9所示，PCB內層某一層的布線圖如圖10所示。參照圖9和圖10，本發明的發熱芯片為PA芯片，在PA芯片的熱焊盤下的PCB上設有焊盤91，該焊盤上開設有一定數量的熱過孔101，92為金屬屏蔽盒焊盤，102為金屬屏蔽盒在此層上投影的位置，93為連接焊盤91和金屬屏蔽盒焊盤92的銅皮。
與圖3和圖4所示的現有散熱結構相比，本發明中PA芯片下的焊盤91和金屬屏蔽盒焊盤92之間用銅皮93直接相連，并使該銅皮93的長度在2mm以內，而且將PA芯片緊靠金屬屏蔽盒布置，為實現熱阻最小化，該PA芯片和金屬屏蔽盒之間的間距在2mm以內；本發明去掉PA芯片和金屬屏蔽盒之間的電容或電阻，保證該PA芯片和金屬屏蔽盒之間無器件；同時，本發明減小PA芯片焊盤下的熱孔的數量和密度，該熱孔為熱過孔或熱埋孔或熱盲孔，從散熱角度可以將該熱孔去掉，但考慮射頻接地和隔離的需要，仍保留少量熱孔101；另外，本發明減少或去掉PA芯片焊盤下的PCB層內的鋪銅，除靠近PA芯片的PCB頂層以外，其余PCB層對應處均不進行鋪銅。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種印制電路板布局布線結構，包括發熱芯片焊盤和金屬屏蔽盒焊盤，其特征在于，所述發熱芯片焊盤和金屬屏蔽盒焊盤之間用銅皮直接相連。
2.如權利要求1所述印制電路板布線結構，其特征在于，所述發熱芯片采用底部具有熱焊盤的封裝。
3.如權利要求1所述印制電路板布線結構，其特征在于，所述銅皮的長度在2mm以內。
4.如權利要求1所述印制電路板布線結構，其特征在于，所述發熱芯片和所述金屬屏蔽盒之間的間距在2mm以內。
5.如權利要求1所述印制電路板布線結構，其特征在于，所述發熱芯片和所述金屬屏蔽盒之間無電容或電阻。
6.如權利要求1所述印制電路板布線結構，其特征在于，所述發熱芯片焊盤下布置有熱孔，用于射頻接地和隔離。
7.如權利要求6所述印制電路板布線結構，其特征在于，所述熱孔為熱過孔、熱埋孔或熱盲孔。
8.如權利要求1所述印制電路板布線結構，其特征在于，僅對靠近發熱芯片的印制電路板頂層鋪銅。
全文摘要
一種印制電路板的布局布線結構，涉及通信和電子技術領域，以克服發熱芯片熱量主要向PCB方向傳遞，不能有效控制熱流方向的缺陷。本發明包括發熱芯片焊盤和金屬屏蔽盒焊盤，該發熱芯片焊盤和金屬屏蔽盒焊盤之間用銅皮直接相連，且發熱芯片焊盤下的熱過孔或熱埋孔或熱盲孔等熱孔的數量和密度小，并使發熱芯片焊盤下的對靠近發熱芯片的PCB頂層以外的PCB層的鋪銅少。采用本發明，發熱芯片的熱量主要通過銅皮由金屬屏蔽盒發散，能夠控制熱流傳遞方向，減小向PCB的導熱，又可以對發熱芯片進行良好散熱；而且，本發明安裝和焊接工藝實施方便可靠，成本低。
文檔編號H05K7/20GK1984531SQ20061007902
公開日2007年6月20日 申請日期2006年4月30日 優先權日2006年4月30日
發明者靳林芳, 范勇 申請人:華為技術有限公司