[发明专利]嵌入有铜托盘的能量器件

说明书

使用类似于多层PCB的工艺将金属托盘集成在电路板内，从而在制造支撑层的同时将金属托盘集成到电路板中。B阶段材料的使用提供了将金属托盘嵌入电路板内的结合机构，从而形成紧密结合的集成部件。在制造过程中嵌入托盘，预先层压，产生了更牢固的结构和连接，而不受装配的后制造过程的影响。装配完成后，具有嵌入式金属托盘的电路板可以直接安装在散热器、冷却带或其他需要帮助散热的部件上。与传统技术中使用的后制造组件相比，平坦的背侧表面提供了金属托盘的更坚固的安装。

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2016年11月4日提交的题为“RF ENERGY DEVICE EMBEDDEDCOPPER PALLET”的共同未决的美国临时专利申请No.62/417,636的优先权，通过参考将其整体并入于此。

技术领域

本发明总体上涉及嵌入的导热托盘。更具体而言，本发明涉及嵌入在电路板内并连接至发热电子器件的导热托盘。

背景技术

常规的功率放大器板传统上被构建为称作砖状物或托盘板的、背设有重或厚金属的印刷电路板(PCB)。该金属由各种合金组成，最普遍使用的是铜和铝。该金属被形成为金属块，附接至PCB的背侧。典型地，PCB利用螺钉、焊料或粘附结合而被机械地安装至金属块，但也可以使用备选的方法，诸如软焊接。这是劳动密集型工艺。

金属块的宽度和长度与PCB的宽度和长度匹配。金属被用于散热和提高电气接地。PCB典型地包括一个或多个发热部件，诸如驱动器部件、放大器晶体管、功率电路、循环器等。特定电子部件产生大量热。由这样的部件产生的热被拉离部件并在整个金属块上散掉。金属块又被附接至次级热沉，以进一步散热。铜由于其高导热性而成为针对金属块最普遍使用的材料。可以使用铝来减少重量以及允许更好的操控，然而，导热性不如铜好。

对于从发热部件至金属块的有效热传递而言关键的是PCB与金属块之间的适当接触。然而，PCB背侧平面至金属块的接触会受到危害。例如，热可能造成PCB或金属板的翘曲，接触表面可能随时间而氧化，PCB仅通过安装螺钉而机械地结合至金属块，不存在局部化连接来帮助隔离表面热，并且仅PCB的发热器件物理地接触金属块。

附加地，上述组件要求在部件已经安装到PCB上之后将PCB人工放置到金属块上，并且大多数要求特殊的工具加工。此外，上述组件包括可能损害最终产品的附加的组装工艺和处理。这种额外的组装工艺和处理的示例包括通过预装配工艺而遭到破坏的安装，可以影响铜背衬(backing)的效率的氧化或表面污染，可以影响与缓和热性能的器件接触的针对铜背衬的容限控制，增加最终组件的成本的背衬的研磨，以及通过安装螺钉制作的隔离接触。

这种类型的金属块通常尺寸过大，并且不适用于大规模生产。其它技术被用于在PCB衬底内更具选择性地定位较小尺寸的金属块，这样的金属块通常被称为金属币或托盘。嵌入这种金属币是后层压(post-lamination)工艺。首先形成PCB，然后在层压的PCB的背侧中形成币腔体。在币腔体内施加导热粘附片、结合膜或焊料，并且将金属币定位于币腔体内。焊接工艺要求具有严格控制的工艺，引发在工具加工方面的额外成本，并且要求特殊的工具加工。焊料的使用可能导致与滞留的焊剂或焊料排空(voiding)有关的长期可靠性问题。焊接工艺不得不在提高的温度下执行，并且在这些较高温度下会发生PCB或金属币的变形。粘附剂不存在焊料这样的问题，但粘附剂昂贵，会对组装中可见的附加的提高的热循环起不良作用，并且如果结合受到危害，会导致长期可靠性问题。

该组件典型地被安装到用于从嵌入的币传递热的热沉。对于有效热传递而言关键的是PCB的背侧上的平坦表面。币腔体的深度和粘附剂或焊料的厚度必须被精细规定，使得金属币的底表面与PCB的背侧表面共面。这难以一致地实现。通常的结果是币底表面与PCB的背侧表面的不平整布置。