[发明专利]一种电路封装结构PCB基板

说明书

技术领域

本发明涉及一种电路封装结构PCB基板，该电路封装结构PCB基板由线路层、绝缘层、导热层和液态金属组成，其中，液态金属填充于电子器件正下方贯穿绝缘层与导热层的孔中，可显著提高PCB板的综合热导率。本发明可广泛用于电脑、通讯、消费电子以及光电照明领域。

背景技术

近年来，大功率电子元器件向着更大功率、更小体积的方向发展，由此引发的热量问题越来越严重，热量不仅影响电子元器件的运行速度，严重时还会形成热保护，影响其使用寿命，因此，电子元器件的热管理正变得越来越重要。保持电子元器件使用寿命的关键是采用最先进的热量管理材料，采用高导热性能的PCB板就是其中的要素之一。

PCB板是电子元器件散热的重要环节，其将电子器件产生的热量传导至翅片散热器，进而散至周围环境中。传统的PCB板由线路层、绝缘层及导热层组成。其中，绝缘层是基板最核心的技术，主要起到粘接，绝缘和导热的功能。绝缘层是功率模块结构中最大的导热屏障，现有的绝缘层材料多为FR-4 半固化片(1080)，其热导率很低（导热系数仅为0.3W/m·K），并且由于其电气绝缘性较差，需要达到一定的厚度才能达到产品所要求的击穿强度，更降低了基板的综合导热系数，影响基板的散热性能。为了提高绝缘层的导热性能，国外厂家向基板绝缘层中添加合适的导热填料（陶瓷），使绝缘层的热导率提高至1-2 W/m·K，如此有限的热导率提升效果，不仅大大增加了绝缘层制作工艺的难度，并使成本大幅度提高，阻碍其在电子元器件散热领域中的广泛使用。因此，寻找一种加工简单、成本低廉、可显著提高基板热导率的材料和方法成为PCB板在电子元器件散热领域中应用的重要研究课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电路封装结构PCB基板，其由线路层、绝缘层、导热层及液态金属组成。本发明涉及的电路封装结构PCB基板具有高导热性能、低成本、且工艺简单的优点，可广泛用于电脑、通讯、消费电子以及光电照明领域。

本发明的技术方案如下：

本发明提供的一种电路封装结构PCB基板，如图1所示，其结构如下：

一线路层2，所述线路层2位于基板的最顶层，将基板上的电子器件1连接起来，形成电路；

一绝缘层3，所述绝缘层3位于所述线路层2和导热层4间，起粘接、绝缘及导热作用；

一导热层4，所述导热层4位于所述绝缘层3下方，能有效传导电子器件产生的热量；

一液态金属5，所述液态金属5填充于电子器件1正下方贯穿绝缘层3与导热层4的孔中，以提高PCB板的综合热导率。

本发明中所述的电路封装结构PCB基板，其特征在于，所述线路层2材料为铜箔，厚度为1oz~10oz。

所述绝缘层3材料为FR-4 半固化片或陶瓷粉末填充而成的聚合物（主要是环氧树脂），绝缘层厚度为50~200μm。

所述导热层4材料为铜、铝或陶瓷，厚度在0.5mm~4mm之间。

所述液态金属5填充于电子器件1正下方贯穿绝缘层3与导热层4的孔中，孔直径在2mm~20mm之间。

所述液态金属5以及导热层4的一侧可根据需要连接铝翅片散热器或热管。

所述液态金属5选自熔点在200℃以下的钠、钾、锂、铷、铯、镓、铟、汞、铅铋合金、镓基二元合金、镓基多元合金、铟基合金、铋基合金、汞基合金或钠钾合金中的一种或任意两种以上的组合。

所述镓基二元合金为镓铟合金、镓锡合金、镓锌合金、镓铅合金或镓汞合金。

所述镓基多元合金为镓铟锡合金或镓铟锡锌合金。

一种电路封装结构PCB基板的使用方法如下：

将液态金属5填充于电子器件1底部贯穿绝缘层3与导热层4的孔中（孔直径在2mm~20mm之间），导热层4的另一侧可根据需要连接铝翅片散热器或热管。当电子器件1工作时，产生的热量，小部分通过PCB板绝缘层3扩散并传导至导热层4，进而由导热层4将热量传到与之连接的铝翅片散热器上；大部分热量通过液态金属5直接将热量传到与之连接的铝翅片散热器上。由于液态金属的传热系数远大于绝缘层的导热系数，且传热路径更短。因此，这种电路封装结构PCB基板可显著降低电子器件的工作温度，使其能在较低温度下长期安全稳定地工作。

本发明所述的一种电路封装结构PCB基板具有如下优点：

（1）加工工艺简单，在现有基板加工工艺基础上，只需对基板相应位置打孔并填充液态金属即可，工艺简单，操作方便；