CN1725930A

CN1725930A - 印制电路板

Info

Publication number: CN1725930A
Application number: CNA2005100644480A
Authority: CN
Inventors: 洪建明; 董树国; 吕晗; 柳义利
Original assignee: Hangzhou Huawei 3Com Technology Co Ltd
Current assignee: Hangzhou H3C Technologies Co Ltd
Priority date: 2005-04-15
Filing date: 2005-04-15
Publication date: 2006-01-25

Abstract

本发明提供了一种印制电路板。该印制电路板以绝缘板为基材，其上至少有一个具有导电图形的导电层，其上至少有一个具有导电图形的导电层，用以安装至少一个元件，印制电路板导电层具有铜箔片，其中，用于安装元件的铜箔片面积大于印制电路板PCB上元件所对应的PCB元件库的面积；在所述的铜箔片上连接电气属性相同的元件引脚；通过阻焊开窗的方法使元件引脚与所述的铜箔片直接连接，即在与元件引脚相对应的位置，不覆盖阻焊层以显露铜箔片，以使元件引脚可与铜箔片直接连接，印制电路板表面的其余位置覆盖阻焊层。该发明具有低成本，散热效果好的特点。

Description

说明书印制电路板

技术领域

本发明涉及一种印制电路板。

背景技术

印制电路板也称为印制电路板或印制线路板，通过印制电路板上的印制导线、焊盘及金属化过孔实现元件引脚之间的电气连接。现有的印制电路板上在对应元件的位置设有印制电路板(PCB，Printed Circuit Board)的元件库，所述元件库为固定设计好的用于连接PCB与元件的一组铜箔，元件的每个引脚与元件库中的铜箔相连进而与PCB形成电连接。

图1为现有PCB结构下，某电路系统中晶体管与PCB连接示意图，如图所示，某晶体管元件11通过PCB元件库12与PCB连接。元件库12比实际元件略大，元件库12与元件11的每一个引脚一一对应，元件11通过所述元件库12与PCB上的导电图形相连；参照图1，在PCB上，以铜箔走线的形式实现元件引脚的相互连接。

随着电子技术的发展，印制电路板技术得到了较快发展，印制电路板上可以集成的元件越来越多；然而，现有的印制电路板中，所述铜箔、铜箔走线以及金属化过孔等仅用于实现PCB上的电连接；虽然铜箔为热的良导体，然而现有的PCB结构(如：使用铜箔走线实现元件连接；金属化过孔设置方式等)并未发挥铜箔的这一特性，进而导致现有PCB散热效果差。

现有技术中，降低系统温度的一种途径是在元件上加装散热器。散热器由散热片构成，它可以通过热传导的方式获取元件产生的热量，并通过散热片散发到空中；与元件本身相比，散热器具有较大的表面积，能以更快的速度释放热量，因而散热效率高于元件本身，进而能够快速降低系统温度。该方法的缺陷在于：增加散热器，即增加了成本，同时增加了系统的制造工序，降低了生产效率。

现有技术中，另一种达到降低系统温度的方法是使用高性能的元件。高性能元件可以具有较小的发热量。如：高性能的MOSFET管由于具有高速的开关特性，缩短了截止或导通过程的时间，因而减少了发热时长，降低了发热量。然而，高性能元件的价格较高，增加了系统成本。

由上述分析可知，如果电路系统自身能够具有较佳的散热功能，将能够较大程度的降低系统散热成本。

中国专利申请号第89216575.8中公开了一种印制板结构，该技术以铝或铝合金为基板，在其表面生长一层氧化铝膜层，再与一定形状的电解铜箔热压成一体的金属印制板。该技术中由于以铝作为基板，因而使印制电路板具有较好的散热功能，然而，该技术并充分利用印制板现有结构特点实现PCB的散热处理。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种印制电路板，该印制电路板能够有效的散发其上电子元件工作时产生的热量，具有较好的散热效果。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种印制电路板，该印制板以绝缘板为基材，其上至少有一个具有导电图形的导电层，其上至少有一个具有导电图形的导电层，用以安装至少一个元件，印制电路板导电层具有铜箔片，其中，用于安装元件的铜箔片面积大于印制电路板PCB上元件所对应的PCB元件库的面积。

在上述印制电路板结构基础上，在所述的铜箔片上连接电气属性相同的元件引脚，以使得铜箔片面积可以进一步增大。若在印制电路板表面具有用于保护导电图形的阻焊层，则通过阻焊开窗的方法使元件引脚与所述的铜箔片直接连接，即在与元件引脚相对应的位置，不覆盖阻焊层以显露铜箔片，以使元件引脚可与铜箔片直接连接，印制电路板表面的其余位置覆盖阻焊层。

在上述印制电路板结构基础上，当印制电路板为多层板时，具有金属孔用于实现不同导电层相同电气属性铜箔片的电连接，并且，不同导电层具有相同电气属性的铜箔片通过至少两个金属孔相连；或者，不同导电层中具有相同属性的铜箔片间的金属孔数多于铜箔片上连接的元件引脚数。所述金属孔可以为过孔或元件孔或盲孔。

多层的印制电路板结构中，上述方案中所述的铜箔片包括印制电路板中内部接地层或内部电源层的铜箔片。

以上技术方案可以看出，在本发明中，在PCB表面，与元件引脚相应位置的铜箔不覆盖阻焊层，即以阻焊开窗的方式使印制电路板的铜箔与元件引脚直接连接，由于PCB与元件引脚的连接不再受元件库的限制，因而在导热方面，元件上产生的热量能够很快的传到PCB的铜箔上；另一方面，与现有技术相比，元件引脚间不再通过铜箔走线相连，而是利用铜箔片连接具有相同电气属性的元件引脚(所述电气属性相同的元件引脚，通常表现为电路中可通过导线直接相连的元件引脚)，同时由于铜箔片具有尽可能大的表面积，因而具有较好的散热功能。综上所述，由于元件引脚的导热洗过那能由于元件的塑料封装，因而通过PCB铜箔散热将加装散热器的到更好的散热效果。

进一步，当所述印制电路板为非单面印制电路板时，PCB上的电路图形中具有金属化过孔，用于实现不同导电层中具有相同电气属性铜箔的连接。在上述印制电路板结构基础上，增加铜箔间过孔的数量将有助于热传导的效果，进而可将元件产生的热量快速分配到不同导电层中具有相同电气属性的铜箔上，扩大了散热面积，加快系统散热；进一步，铜箔间金属化过孔能够有序排列时，将能更有效的实现热量的均匀分配和释放，增加了散热的效果。

本发明尤其适合多层结构的印制电路板，多层的PCB中，具有内部接地层或内部电源层，该层中铜箔能够具有较大的表面积(尤其这两层铜箔通常与印制电路板大小相近)，因而能够更快释放系统产生的热量。

综上所述，本发明具有低成本，散热效果好的特点。

附图说明

图1为现有技术中元件与PCB连接示意图；

图2为典型四层印制电路板结构示意图；

图3为金属化过孔连接接地层与信号层中铜箔的示意图；

图4为一般PWM开关电源电路原理图；

图5为本发明印制电路板装置在PWM开关电源中MOSFET处结构原理图。

具体实施方式

印制电路板也称为印制线路板或印制电路板，通过印制电路板上的印制导线，焊盘及金属化过孔实现元件引脚之间的电气连接。由于印制电路板上的导电图形(如元件引脚焊盘、印制连线、过孔等)以及说明性文字(如元件轮廓、序号、型号)等均通过印制方法实现，因此称为印制电路板。

通过一定的工艺，在绝缘性能很高的基材上覆盖一层导电性能良好的铜薄膜，就构成了生产印制电路板所必需的材料——覆铜板，按电路要求，在覆铜板上刻蚀出导电图形，并钻出元件引脚安装孔，实现电气互连的过孔以及固定整个电路板所需的螺丝孔，就获得了电子产品所需的印制电路板。

印制电路板(PCB)种类很多，根据导电层数目的不同，PCB分为单面电路板(简称单面板)、双面电路板(简称双面板)和多层电路板；根据覆铜板基底材料的不同，PCB分为纸质覆铜箔层压板和玻璃布覆铜箔层压板两类。

单面的PCB所用的覆铜板只有一面覆铜箔，另一面空白，因而只能在敷铜箔面上制作导电图形，单面板上的导电图形主要包括固定，连接元件引脚的焊盘和实现元件引脚互连的印制导线，该面称为″焊锡面″。

双面PCB基板的上下两面均覆盖铜箔，并且都含有导电图形，导电图形中除了焊盘、印制导线外，还有用于使上下两面印制导线相连的金属化过孔。在双面板中，元件只安装在其中的一个面上，该面称为元件面，另一面称为焊锡面；在双面板中，需要制作连接上，下面印制导线的金属化过孔。

随着元电路图中元件连接关系越发复杂，元件工作频率增高，出现了多层板。在多层板中导电层的数目一般为4、6、8、10等，以四层板为例，上下层是信号层(信号线布线层)，在上下两层之间还有电源层和地线层。

在多层电路板中，层与层之间的电气连接通过元件引脚焊盘和金属化过孔实现，除了元件引脚焊盘孔外，用于实现不同层电气互连的金属化过孔通常贯穿整个电路板，以方便钻孔加工，经过特定工艺处理后，避免造成短路。

在双面PCB基础上，多层PCB中的金属化过孔进一步分类为：导通孔(via)：一种用于内层连接的金属孔，但其中并不用于插入元件引线或其它增强材料；盲孔(Blind via)：从印制电路板内仅延展到一个表层的导通孔；埋孔(Buried via)：未延伸到印制电路板表面的一种导通孔；过孔(Through via)：从印制电路板的一个表层延展到另一个表层的导通孔；元件孔(Componenthole)：用于元件端子固定于印制电路板及导电图形电气联接的孔。

本发明所提供的印制电路板(PCB)，基于现有PCB结构，在PCB表面，与元件引脚相对应的位置显露铜箔，使得元件能够与PCB信号层的铜箔直接相连；即在现有技术基础上，本发明省掉了PCB元件库；并且通过阻焊开窗的方式直接在PCB表面制作出元件的引脚形状，显露该处铜箔。

所述PCB元件库实质上是固定设计好的一组铜箔，元件的每个引脚与其中一片铜箔相连，PCB元件库比实际元件略大，当调入PCB元件库后，通过PCB走线将相互关联的元件引脚连通。所述阻焊层(Solder Mask)是现有印制电路板上的焊盘和过孔周围的保护区域，其主要目的是避免焊接时焊膏顺铜箔流走造成虚焊；所述阻焊开窗是在PCB铜箔上留出与元件引脚相应位置的铜箔不覆盖阻焊层。

上述PCB的结构，使元件引脚与PCB的连接不再局限于与元件库的连接，而将元件引脚四周直接与PCB铜箔相连；在此基础上，加大PCB上与元件引脚相连的铜箔面积，使具有相同电气属性的元件引脚之间通过铜箔片相连(所述电气属性相同的元件引脚，通常表现为电路中可通过导线直接相连的元件引脚)，取代原有的铜箔走线，即在一块铜箔片上，所连接的元件引脚具有相同的电气属性。使用铜箔片，有利于热量的散发，并且铜箔片面积的增大能够得到更明显的散热效果；由于元件引脚导热性能较好，因而，铜箔片与元件引脚直接相连，有利于元件产生的热量迅速以传导传热的方式传给铜箔片，进而通过铜箔片散发热量，降低元件温度。上述的印制电路板结构主要以印制电路板表面铜箔散热的方式进行散热，适用于单面PCB、双面PCB以及多层PCB，尤其在单面PCB和双面PCB时，通过表面铜箔片散热的效果更加显著。

当印制电路板(PCB)为双面板或多层板时，有用于使不同导电层导线相连的金属化过孔，并且如本领域技术人员所知，在多层印制电路板中，当金属化过孔需要经过多个导电层而将具有相同电气属性的铜箔相连接时，为了避免金属化过孔与中间的导电层相连，在该过孔所经过的导电层铜箔上预置一个比所述过孔大的孔。进一步，在上述印制电路板结构基础上，不同导电层具有相同电气属性的铜箔片间通过多个金属化过孔相连，以使元件产生的热量能够更快的传递给多个铜箔。本发明中，印制电路板上的铜箔为散热主体，因此，将元件产生的热量更快的传递给多个铜箔，即提高传导传热的效率和增加散热体的表面积，将能够提高本发明的散热效果。实现金属化过孔连接的具体方式包括：不同导电层具有相同电气属性的铜箔片间通过至少两个金属孔相连；或用于连接相同电气属性的铜箔间的金属化过孔数应多于PCB表面信号层的元件引脚数；并且，适当增大金属化过孔大小也能达到将元件所产生热量迅速传递到多个铜箔。即在本发明中，所述金属化过孔同时具有导电与导热的功能。另一方面，当铜箔面积足够大时，应在铜箔间尽量设置多个金属化过孔；并且当铜箔间通过多个金属化过孔相连接时，所述金属化过孔应均匀分布在铜箔上，以使元件上产生的热量能够均匀的传递到铜箔上，以提高铜箔的散热效率。

当印制电路板为多层板时，接地端与电源端通常各占一个平面层，并且该内部接地层与内部电源层中的铜箔面积较大，通常与所在印制电路板大小相近。由此可知，在多层板中(以四层板为例)，所述内部接地层与内部电源层的铜箔将成为PCB中主要散热体，因此，与这两层电气属性相同的信号层铜箔应通过尽可能多的金属化过孔分别与接地层铜箔或电源层铜箔连接，使所述金属化过孔作为信号层与内部接地层或内部电源层的导热通路，以充分发挥这两层铜箔的散热能力。图2为典型的四层印制电路板结构示意图，如图所示，印制电路板最上层与最底层为信号层，中间层包括内部接地层和内部电源层，各导电层之间通过绝缘介质间隔。图3为多层板中金属化过孔连接接地层与信号层中相同电气属性铜箔的示意图，图中41为金属化过孔。

如本领与技术人员所知，上述金属化过孔可进一步包括：导通孔、盲孔、过孔、元件孔等。

参照图4与图5，说明本发明的印制电路板在PWM开关电源中的具体应用实现。在开关电源中，MOSFET管在导通或截止过程中可看作变阻器，并产生较大的热量；同时MOSFET的性能与工作状态下的温度有关，即工作温度越高MOSFET性能将降低，因而，在开关电源电路中需要对MOSFET管进行散热处理。

图4所示为一般PWM开关电源电路原理图，图中51、52分别为MOSFET管，以MOSFET 51为例，其包括栅极、漏极和源极；如图所示，栅极接收PWM芯片的信号，漏极与输入电源(Vin)连接，源极经LC滤波器滤波后作为开关电源的输出。

如图5中的MOSFET元件结构，MOSFET有4个引脚为源极作为输出，1个引脚为栅极用于接收PWM的信号，3个引脚作为漏极连接输入电源(Vin)。结合图5可知，印制电路板上以阻焊开窗的方式，在与MOSFET元件引脚对应的位置留有铜箔，印制电路板表面的其他地方覆盖阻焊层；并且，对应MOSFET源极4个引脚的位置的阻焊开窗处在一个铜箔片上，即与现有结构不同，MOSFET的引脚将不通过铜箔走线相连，而是整体连接到一块铜箔片上，以增加作为散热主体的铜箔片的面积，同样，MOSFET漏极的3个引脚连接到另一块铜箔片上，而MOSFET栅极的1个引脚将独自连接到第三块铜箔片上，以上三块铜箔互不相连。

进一步，若本实施例中使用了四层的印制电路板，则MOSFET源极的4个引脚所在的铜箔片上还应连接LC振荡器的输入端引脚，MOSFET栅极1个引脚所在的铜箔片上还应连接PWM芯片的输出端引脚，并且，在MOSFET漏极的3个引脚所在的铜箔片上，通过金属化过孔与印制电路板的内部电源层相连，并且根据该铜箔片的大小设置一个以上的金属化过孔连接，所述金属化过孔在引脚所在的铜箔片上程均匀分布。金属化过孔在印制电路板中的结构可参照图3，且印制电路板中的金属化过孔为本领域技术人员所公知技术。

以上对本发明所提供的印制电路板进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1、一种印制电路板，以绝缘板为基材，其上至少有一个具有导电图形的导电层，用以安装至少一个元件，其特征在于：

印制电路板导电层具有铜箔片，其中，用于安装元件的铜箔片面积大于印制电路板PCB上元件所对应的PCB元件库的面积。

2、如权利要求1所述的印制电路板，其特征在于：

所述铜箔片上连接电气属性相同的元件引脚。

3、如权利要求1或2所述的印制电路板，其特征在于：

在印制电路板表面，与元件引脚相对应的位置，显露铜箔片，用于与元件引脚直接连接，印制电路板表面的其余位置覆盖阻焊层。

4、如权利要求3所述的印制电路板，所述导电图形中包括金属孔，其特征在于：

不同导电层具有相同电气属性的铜箔片通过至少两个金属孔相连。

5、如权利要求3所述的印制电路板，所述导电图形中包括金属孔，其特征在于：

不同导电层具有相同电气属性的铜箔片通过金属孔连接，且金属孔数多于铜箔片上连接的元件引脚数。

6、如权利要求4或5所述的印制电路板，其特征在于：

所述金属孔为过孔或元件孔或盲孔。

7、如权利要求1或2所述的印制电路板，其特征在于：

所述铜箔片包括印制电路板中内部接地层或内部电源层的铜箔片。