專利名稱：包括具有熱隔離部分的印刷電路板的電路底板的制作方法
技術領域：
本發明大致涉及包含印刷電路板的電路底板，在它上面安裝有產生大量熱量且需要冷卻的電子器件(下面稱作熱產生電子器件)，更具體地說，本發明涉及一種電路底板，它通過局限熱量傳導到電子器件的安裝區域或特定方向，限制熱產生器件產生的熱量對整個印刷電路板和周邊電子器件的影響，從而限制沿印刷電路板表面的熱傳導。
安裝在象工作站和個人計算機之類的電子裝置中的器件(如CPU)產生許多熱量。所以，這種熱產生電子器件上的熱輻射過程是必不可少的，以提供滿意的操作規范。
在傳統的器件中，為了輻射安裝在印刷電路板上表面層上的熱產生電子器件產生的熱量，需要在印刷電路板上提供多個通孔，并且這些通孔是電鍍的。然后，將熱產生電子器件和通孔連接在一起。并且將印刷電路板后表面層上的通孔與一熱輻射板連接，熱產生電子器件產生的熱量允許通過印刷電路板上的這些通孔擴散到熱輻射板上。
然而，在傳統的結構中，仍然有相當一部分熱量從熱產生電子器件傳遞到印刷電路板上，熱量按垂直方向，換句話說，沿底板的厚度方向，從上表面層傳遞到電路底板的下表面層，但有一部分熱量沿印刷電路板的截面方向擴散，換句話說，也就是沿表面方向擴散，印刷電路板的安裝部分產生的熱量反過來會影響其它周邊電子器件。另外，由于熱傳導的作用，在印刷電路板的焊接部分，一般用作連接電子器件的焊劑溫度升高，它反過來會影響整個印刷電路板，并可能導致操作錯誤或縮短電路底板的使用壽命。
圖1A和1B分別是日本專利公開No．5-52079介紹的一第一傳統實例的電路底板的平面和截面圖。圖1A和1B所示的電路底板插在個人計算機或類似的器件中，在印刷電路板21上提供有產生大量熱量的電子器件22(熱產生電子器件)。
印刷電路板21包括一上表面層21a；一下表面層21b；兩薄層21c，它們位于上、下表面層21a和21b之間，起著信號層的作用，它上面有用于具體電路的信號線；和一接地平面層21a，它位于兩個薄層21c之間。在印刷電路板的上表面層21a或下表面層21b上提供有一模連接墊(die attachingpad)23，它起著與電路板21電或物理隔離的安裝部分的作用。
注意a表示模區域。
熱產生電子器件22是帶載封裝(TCP，Tape Carry Package)式，熱產生中間部分(模)24是通過導熱膠粘劑(一種模連接膠粘劑25)固定到印刷電路板的上表面層21a的模連接墊23的模區域上。包括熱產生電子器件22的印刷電路板21安裝在該區域上，其后表面側通過焊料或熱復合物(thermalcompound)26與熱輻射板連接。
所以，在第一傳統實例中，在印刷電路板21上提供有一種或多個電鍍通孔，熱產生電子器件所產生的熱量通過這些通孔傳遞到印刷電路板21的后表面層上，熱量進一步傳遞到熱輻射板27上。
圖2A和2B分別是日本專利No．5-52079中介紹的一第二傳統實例的電路底板的平面和截面圖。在第二傳統實施中，在印刷電路板21上提供有一個或多個相對大的非電鍍通孔29。
通孔29大于模區域a，從熱輻射板27是伸出的嵌合部分27a配裝在此處。熱產生電子器件22直接連接到用模連接膠粘劑25從通孔29暴露的輻射板嵌合部分27a上。結果，熱產生電子器件22產生的熱量直接傳遞到輻射板27上，而不通過印刷電路板21。
圖3示出了一第三傳統實施例，其中，在專用印刷電路板21上單獨提供了熱產生電子器件22，所以，熱產生電子器件22產生的熱量不會傳遞到其它周邊電子器件30，31和32上。這些其它周邊電子器件30，31和32安裝在一單獨準備的印刷電路板上，疊置連接器33或類似器件用來連接這些印刷電路板21和21a。
第一至第三傳統實例遇到下列問題。在第三傳統實例中，除掉專用于熱產生電子器件的印刷電路板21以外，還要單獨提供用于其它周邊電子器件的印刷電路板21a，它在材料成本以及安裝效率和電特性方面，與將熱產生電子器件22和其它器件都安裝在一個印刷電路板21上相比，都不占優勢。
相對而言，第一實例的效率稍高一些，因為電子器件22產生的熱量從印刷電路板21的上表面層21a傳遞到下表面層21b，然后傳遞到熱輻射板27上。然而，由于熱傳導是通過印刷電路板21上提供的帶有電鍍層的通孔來實現的，所以，印刷電路板21上帶有通孔25的部分受到熱產生電子器件22產生的高熱作用。
結果，熱量擴散到整個印刷電路板21上，印刷電路板21的溫度升高，不能避免影響其它周邊電子器件或焊接部分的熱應力。
在第二傳統實例中，熱輻射板嵌合部分27配裝到印刷電路板21上一個或多個相對大的非電鍍通孔29中，所以，嵌合部分27a與熱產生電子器件22是直接連接的。所以，允許熱傳導而不會有熱產生電子器件22傳遞熱量到印刷電路板21上。然而，模連接膠粘劑25(一種通用熱傳導膠粘劑)是用來作為連接熱產生電子器件22的表面和熱輻射板27的方式，所以在修理過程中進行拆開和替代工作時，需要將膠粘劑25除去或重新粘接。
因為，使用模連接膠粘劑的膠粘過程需要一熱固化過程，所以在用模連接膠粘劑25將熱產生電子器件22再次固定上以后，需要再次執行熱固化過程。
當熱量通過印刷電路板輻射時，在包括上述傳統實例的一般熱輻射結構中，熱產生電子器件22產生的熱量擴散到印刷電路板21的周邊，或者印刷電路板21與熱隔離。所以，印刷電路板21上的熱傳導和擴散的方向不能確定。
如上所述，第一和第二實例都有這些問題，為了優化印刷電路板21的熱輻射，不可避免地要通過多個電鍍通孔將熱量從熱產生電子器件22傳遞到下表面層21b的一側，使印刷電路板21不受熱傳導和輻射的影響，從而避免將熱量傳遞到安裝到印刷電路板21和焊接部分上的其它電子器件30，31和32上。
本發明的一個目的是提供一種電路底板，它可以減少產生大量熱量的電子器件對其它電子器件的影響。
根據本發明的一個方面，提供一種電路底板，包括多個電子器件，該多個電子器件包括一熱產生電子器件；一印刷電路板，該多個電子器件安裝在其上；和一隔離部分，它熱隔離用于安裝熱產生電子器件的部分和用于安裝其它電子器件的部分。
印刷電路板中熱隔離部分熱隔離用于安裝熱產生電子器件的部分和其它電子器件，所以，可以防止通過印刷電路板的熱擴散，從而，可以減小熱量對其它電子器件的影響。
通過以下聯系附圖對本發明的詳細說明，本發明的上述和其它目的、特征、方案和優點就會更加明顯。附圖中圖1A和1B分別是一第一傳統實例中電路底板的平面和截面圖；圖2A和2B分別是一第二傳統實例中電路底板的平面和截面圖；圖3是一第三傳統實例中電路底板的截面圖；圖4A和4B分別是本發明一第一實施例中電路底板的平面和截面圖；圖5A和5B分別是本發明一第二實施例中電路底板的平面和截面圖；圖6A和6B分別是本發明一第三實施例中電路底板的平面和截面圖；圖7A和7B分別是本發明是一第四實施例中電路底板的平面和截面圖；圖8A至8C是平面圖，示出了隔離熱產生電子器件固定部分和印刷電路板周邊部分的切孔的各種變化；圖8D是圖8A至8C的一共同截面圖；圖9A和9B是一平面圖和截面圖，分別用于示出本發明第三和第四實施例的熱產生電子器件中切孔的優化尺寸；圖9C和9D示出了與圖8B和8C相應的切孔的尺寸；圖10A和10B分別是本發明一第五實施例中電路底板的平面圖和截面圖；圖11A和11B分別是本發明一第六實施例中電路底板的平面和截面圖；圖12是一分解透視圖，示出了圖11A和11B所示印刷電路板和輻射板；圖13A和13B分別是本發明一第七實施例中電路底板的平面和截面圖；圖14A和14B分別是本發明一第八實施例中電路底板的平面和截面圖；圖15A至15I是截面圖，示出了用于將輻射板固定到印刷電路板中切孔中的各種形式延伸片的主要部分。
下面將參考附圖介紹本發明的各實施例。圖4A和4B所示的電路底板插在一個人計算機或類似的器件之中，一熱產生電子器件2產生大量熱，電子器件3和4產生正常熱量，不會影響其它器件，它們都是安裝在印刷電路板1的一上表面層1a上。產生正常熱量的電子器件5安裝在后表面層1b上。在下面的描述中，這些產生正常熱量的電子器件3，4，5稱為周邊電子器件。在這些實施例中，電子器件2至5與印刷電路板1之間的連接是通過常用的焊接來完成的。
在該實施例中，從熱產生電子器件2的外圍，換句話說，也就是從電子器件2的四邊，非電鍍細長切孔6透穿印刷電路板1的厚度方向，并間隔一定的距離。
這些切孔6的存在使印刷電路板1呈部分被隔離的狀態，所以傳遞到周邊電子器件3，4和5和連接用焊料上的熱量被隔離，所以，從熱產生電子器件2產生的熱量得到嚴格控制，以盡可能防止熱量通過印刷電路板2擴散到外圍。結果，提高了電路底板的可靠性。必須注意的是切孔6的形狀可以是圓形或角形而不是細長形。
第二實施例在該實施例中，和圖4A和4B所示的第一實施例中結構和功能相同的那些部分用相同的標號來表示。參考圖5A和5B，和第一實施例相同，電路底板上有一由切孔6形成的熱隔離部分。然而，這些切孔6只是在特定方向上的一部分上有，而不是形成于熱產生電子器件安裝部分的周邊的四個方向上。
更具體地說，在該實施例中，多個熱產生電子元件2和周邊電子器件3，4和5有選擇地提供于印刷電路板1上的一獨立區域，切孔6形成于三個位置上，以隔離這些區域。用于熱產生電子器件2的沿包含有安裝部分的印刷電路板1的區域的一下表面層16通過5A中陰影部分所示的熱板連接到一熱輻射板8上。
所以，可以防止多個熱產生電子器件2所產生的熱量通過切孔6傳遞或擴散到印刷電路板l上的低溫部分。接著，熱量通過熱板7從由于熱產生電子器件2產生的熱量而引起溫度升高的部分傳導或輻射到熱輻射板8上。所以，熱傳導和熱隔離變成了上述有方向性的。熱量可以傳遞到的部分和熱量不應當傳遞到的部分是分開的，這樣可以得到更有效的熱輻射。
如果熱產生的中間部分(die)和需要冷卻的熱產生電子器件的外引線接合部分OLB(Outer Lead Bonding)象帶載封裝(TCP)和球柵陣列封裝(BGA-P，Ball Grid Array Package)一樣，是彼此分開的，本發明非常有效。下面將具體介紹這種實施例。第三實施例在該實施例中，和上述第一和第二實施例中的結構和功能相同的那些部分用相同的標號來表示。參考圖6A和6B，和第一實施例相同，電路底板上有一由切孔6形成的熱隔離部分。印刷電路板1包括一上表面層1a；一下表面層1b；兩個薄層1c，它們位于上、下表面層1a和1b之間，起著信號層的作用，上面有用于具體電路的信號線；和一接地平面層1d，它位于兩個薄層1c之間。
在該實施例中，熱產生電子器件是帶載封裝(TCP)2A的形式，TCP 2A上熱產生的中間部分，換句話說，也就是模10，使用模連接膠粘劑11(一種熱傳導膠粘劑)連接到一模連接墊9上，作為印刷電路板1的上表面層1a上的電和物理隔離固定部分。其它模連接墊提供在印刷電路板1的下表面層1a上，上模連接墊9上的熱通過多個電鍍通孔12傳遞到下模連接墊9上。一熱輻射板8通過焊料，熱復合層13和類似物連接到后表面層1b上。
在上述TCP 2A的熱輻射結構中，TCP 2A的模10產生的熱通過上表面層側的模連接墊9上的模連接膠粘劑傳遞到印刷電路板1上，它還通過這些通孔12傳遞到后表面層側的模固定墊板9上，然后，從后表面層1b輻射到輻射板8上。
在輻射通道中，TCP 2A的熱還通過模連接墊9和這些電鍍通孔12沿印刷電路板1的表面方向傳導和擴散。然而，由于非電鍍細長切孔6是形成于TCP 2A的模的周邊，TCP 2A在印刷電路板上的連接區域和其它區域隔離開，TCP 2A與印刷電路板周邊熱隔離，沿表面方向的熱傳導和擴散得到明顯控制。
第四實施例在該實施例中，和上述第一至第三實施例中結構和功能相同的部分用相同的標號來表示。參考圖7A和7B，和第一實施例相同，電路底板上有一由細長切孔6形成的熱隔離部分。印刷電路板1包括一上表面層1a；一下表面層1b和兩個薄層1c。
在該實施例中，熱產生電子器件是球柵陣列封裝(BGA-P)2B的形式，其模10通過其上提供的焊接球10a連接到印刷電路板1的上表面層1a的模連接墊9上。其它的這種模連接墊9提供于印刷電路板1的下表面1b上，熱量通過多個位于上和后模連接墊9上的電鍍通孔12來傳導。一熱輻射板8通過電鍍或熱復合層13連接到后表面層1b上。
在BGA-P 2B的熱產生結構中，BGA-P 2B的模10產生的熱量通過上表面層側的模連接墊9上的焊接球10a傳遞到印刷電路板1上，它還通過這些通孔12傳遞到后表面層側的模連接墊9上，并從后表面層1b輻射到輻射板8上。
在輻射通道中，BGA-P 2B產生的熱通過模連接墊9和這些電鍍通孔12沿印刷電路板1的表面傳導和輻射。然而，由于非電鍍細長切孔6是形成于BGA-P 2B的模10的周邊，印刷電路板1上BGA-P 2B的安裝區域和其它區域隔離開，BGA-P 2B與印刷電路板1的周邊熱隔離，所以，沿表面的熱傳導和擴散受到明顯控制。
在第三和第四實施例中，非電鍍切孔6形成于安裝在印刷電路板1上的熱產生電子器件12的熱產生中間部分和包含有熱產生電子器件2的外連接部分的周邊部分之間，熱產生電子器件2的熱產生中間部分的熱受到控制，不能傳導和擴散到周邊，所以，熱傳導量得到盡可能地控制。
一般地，為了隔離熱產生電子器件2和印刷電路板1的周邊區域，切孔6形成細長形，并盡可能大。然而，印刷電路板1必須有最小強度要求，以至少支持模10，也就是說，熱產生電子器件12的熱產生中間部分。
結果，通過布置圖8B所示一系列小直徑孔6a而形成的切孔可用作切孔6的形狀，而不是圖8A所示的細長切孔。如圖8c所示，印刷電路板的強度和熱隔離特性可以同時通過布置多個細長形方孔來保證。根據印刷電路板1的強度和所需隔離的熱量，在隔離熱量的方向的表面上切孔6可以是一個或多個。必須指出的是圖8D是一截面圖，示出了第一實施例中印刷電路板1上提供的圖8A至8C所示任意的細長切孔6。
通過在印刷電路板1的周邊或熱產生電子器件2的一側上形成至少一個非電鍍切孔，可以減小熱傳導通道，所以熱傳導量也得到控制。
圖9A至9D示出了當熱產生電子器件的模10和OLB互連區14象第三實施例中所介紹的TCP或第四實例中介紹的BGA-P一樣，是彼此隔離的時候，細長切孔的優化尺寸，如圖9A和9B所示，TCP或BGA-P的模10的周邊或一特定方向形成的切孔6的長度X0小于熱產生電子器件2的OLB互連區14的長度X1。長度X0大于用于熱產生電子器件2的模10的模連接墊9的長度X2。
必須指出的是如果僅只有一個這種切孔提供在熱產生電子器件2上，切孔6的長度X0表示長度方向的最大尺寸。如果在熱產生電子器件2的一側提供多個孔，長度X0表示孔6兩端之間的最大距離。圖9D示出了由圖8C所示的一組方孔形成的切孔的長度X0。
不管提供哪種切孔，切孔6的寬度方向尺寸Y0小于熱產生電子器件2的OLB互連區14和用于熱產生電子器件2的模10的模連接墊9之間的距離Y1。
所以，通過適當設定切孔6的尺寸和數量可以有效地完成熱隔離，同時可以保證印刷電路板的互連空間。
第五實施例圖10A是本發明第五實施例的電路底板的平面圖，圖10B是其截面圖。在該實施例中，和上述第一至第四實施例中結構和功能相同的部分用相同的標號來表示，有關介紹不再重復。在該實施例涉及熱產生電子器件的封裝部分，它在兩個方向上(而不是在四個方向上)有連接終端部分，如小外形J引線SOJ(Small Outline J lead)，小外形封裝(SOP，Small Outline Package)或LOC，CSP或TCP。在任一種情況中，如圖10A所示，切孔6長度方向上的尺寸X0大于OLB互連區14的尺寸X1。
第六實施例圖11A是本發明第六實施例的電路底板的平面圖，圖11B是其截面圖。圖12示出了印刷電路板1和輻射板8的相對位置。必須指出的是，在該實施例中，和第一至第五實施例中結構和功能相同的部分用相同的標號來表示，有關描述不再重復。在該實施例中，在圍繞熱產生電子器件2的四個方向上形成有非電鍍切孔6，可以插到每個切孔6中的延伸片8a與輻射板8整體形成。在將輻射板8連接到印刷電路板1上之前，每個延伸片8a插在切孔6中，所以，在X方向和Y方向上的固定位置可以自動確定。必須指出的是，輻射板8上提供有熱吸收部分8b，它可以接受來自印刷電路板的熱量。
第七實施例圖13A是本發明第七實施例的電路底板的平面圖，圖13B是其截面圖。必須指出的是，在該實施例中，和第一至第六實施例中結構和功能相同的部分用相同的標號來表示，有關介紹不再重復。在該實施例中，在熱產生電子器件2的兩個方向上形成有非電鍍切孔6，并呈L形(相互垂直)。可以插到每個切孔6中的延伸片8a與輻射板8整體形成。在將輻射板8連接到印刷電路板1上時，每個延伸片8a插在切孔6中，所以，在X方向和Y方向上的連接位置可以自動確定。結果，不需要固定輻射板的夾具和機構，提高了裝配效率。
第八實施例圖14A是本發明的第八實施例的電路底板的平面圖，圖14B是其截面圖。必須指出的是，在該實施例中，和第一至第七實施例中結構和功能相同的部分用相同的標號來表示，有關介紹不再重復。在該實施例中，在熱產生電子器件2的兩個相互平行的相對側上形成有非電鍍切孔6。
在該實施例中，輻射板8上提供有一延伸片，它具有與切孔6形狀相對應的形狀，可以插到切孔6中，所以，可以確定X方向上的連接位置，但輻射板8在Y方向上可以移動。結果，通過使輻射板8的延伸片8a的長度與切孔6的長度相同，可以防止在Y方向上的移動。所以，可以確定固定輻射板8的位置。
在第六至第六實施例的電路底板中，輻射板8的延伸片8a的延伸端得以延伸，以在定位時，可以折成勾形，或者延伸片8a形成可以壓入切孔6中的形狀，所以，輻射板8可以緊固在印刷電路板1上。
圖15A至15I示出了將輻射板8緊固到印刷電路板1的切孔6中的延伸片8a的各種形式。請注意，輻射板8是用陰影表示的。在圖15A至15E中，是通過將輻射板8的延伸片8a的頂端部分15形成一勾子形來緊固輻射板8的，所以，它可以從切孔6中拆下來。
圖15A所示的頂端部分15A是一無尖角勾形；圖15B所示出的頂端部分是一勾形，可以壓印刷電路板1的上表面；圖15C所示出的頂端部分是一正常的勾形；圖15D所示出的頂端部分是一帶有傾斜滑動表面15a的勾形，當配裝到切孔中時，它可以幫助延伸片8a變形；圖15E所示出的頂端部分是一位于切孔6的開口部分上面的對角接合部分。
在圖15F和15G中，輻射板8的延伸片8a要防止由于彈簧的壓力而脫離。在圖15F中，延伸片8a形成傾斜形，在圖15G中，延伸片呈傾斜形，且其頂端部分形成一勾形。另外，輻射板8的延伸片8a或頂端部分15可以壓入以防止脫離，從而緊固輻射板8。在圖15H中，頂端部分15形成圓柱形，其直徑稍微大于切孔6的寬度，在圖15I中，整個延伸片8a以收縮配裝方式壓在切孔6中。
通過圖15A到15I所示的結構，很容易將輻射板緊固到印刷電路板1上，換句話說，不需要用于緊固的機械結構或機械部分，從而降低了成本。
盡管已詳細示出并介紹了本發明，但必須清楚的是它們僅作為說明和示例，而不是對本發明的限制，本發明的精神和范疇由所附權利要求書來確定。
權利要求
1．一種電路底板，包括多個電子器件，它包括一熱產生電子器件，和一印刷電路板，所述多個電子器件安裝在它上面，它還包括一熱隔離部分，用以熱隔離安裝所述熱產生電子器件的部分和安裝其它電子器件的部分。
2．如權利要求1所述的電路底板，其中，所述熱隔離部分是通過一穿透所述印刷電路板的切孔形成的。
3．如權利要求1所述的電路底板，其中，所述熱隔離部分是通過布置多個穿透所述印刷電路板的切孔形成的。
4．如權利要求1所述的電路底板，其中，所述印刷電路板在安裝所述熱產生電子器件的部分上有多個通孔，所述電路底板還包括一熱輻射板；一第一模連接墊，它位于所述印刷電路板的上表面層上，和所述多個通孔接觸，并與所述熱產生電子器件連接；和一第二模連接墊，它位于所述印刷電路板的下表面層上，和所述多個通孔接觸，并與所述熱輻射板連接。
5．如權利要求1所述的電路底板，還包括一熱輻射板；和一延伸片，它位于所述熱隔離部分，與所述熱產生電子器件和所述熱輻射板接觸。
6．如權利要求5所述的電路底板，其中，所述延伸片與所述熱輻射板整體形成。
7．如權利要求2所述的電路底板，還包括一模連接墊，它與所述熱產生電子器件和所述印刷電路板接觸，所述熱產生電子器件形成為使其熱產生中間部分與外引線焊接區至少隔開一預定距離，所述切孔的長度小于所述印刷電路板的所述外引線焊接區域的長度，大于所述模連接墊的長度；所述切孔的寬度最大是所述外引線焊接區域和所述模連接墊之間的距離。
8．如權利要求1所述的電路底板，其中，所述熱隔離部分是通過多個穿透所述印刷電路板上的切孔形成的，所述多個切孔僅形成于一預定方向。
9．如權利要求1的電路底板，其中，所述熱隔離部分形成在所述熱產生電子器件的周圍，由多個穿透所述印刷電路板的切孔形成。
全文摘要
一種電路底板,包括:多個電子器件,它包括一熱產生電子器件,和一印刷電路板,所述多個電子器件安裝在它上面,它還包括一熱隔離部分,用以熱隔離安裝所述熱產生電子器件的部分和安裝其它電子器件的部分。印刷電路板中熱隔離部分熱隔離用于安裝熱產生電子器件的部分和其它電子器件,所以,可以防止通過印刷電路板的熱擴散,從而,可以減小熱量對其它電子器件的影響。
文檔編號H05K3/46GK1206326SQ9811616
公開日1999年1月27日 申請日期1998年7月23日 優先權日1998年7月23日
發明者松村浩至 申請人:夏普公司