印制板组件及其加工方法

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印制板组件及其加工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电路板,尤其涉及一种应用于高频、大功率电路中的印制板组件及其加工方法。
【背景技术】
[0002]在本领域中,通常采用印制电路板(PCB)的方式来实现电子元件的电气连接和固定。对于一般功率和信号频率的电子元件而言,采用诸如FR4(阻燃等级4)板材的常规印制电路板板材作为印制电路板的板材即可满足要求。但是对于通信基站产品而言,由于其要求实现高频、大功率的功能,因此必须使用一些高频、大功率器件。这些器件如果采用如上所述的常规印制电路板板材,则无法承受大功率的负荷,同时存在高频效应。在此情况下,业界通常的解决方案是采用高频板材,如PTFE(聚四氟乙烯)板材,以解决高频、大功率电路匹配、损耗以及散热的问题。同时,还要考虑印制板组件整体的小型化、低成本、轻重量、可加工性、可靠性。
[0003]图1a示意性示出了现有技术一的应用于高频、大功率电路中的印制板组件的第一种例子(一板集成式方案)。如图1a所示,印制板组件100主要包括常规印制板101、高频印制板102、功率器件105、金属块构成的衬底107。常规印制板101和高频印制板102例如通过整板混压或者局部混压等特殊加工工艺压合在一起,从而集成为一板,其中如本领域技术人员所熟知的,上述整板混压或者局部混压的压合工艺使得集成为一板的常规印制板101和高频印制板102之间实现连接。高频印制板102中设置有专门为高频、大功率电路设计的电路连接,诸如功率管的功率器件105通过其功率器件弓I脚106经由焊料104焊接到高频印制板102,以提供功率器件105的电气连接和固定。其他常规器件则连接于常规印制板101。此外,散热器103连接于衬底107用以散热。
[0004]在如图1a所示的现有技术一的第一种例子中,由于常规印制板和高频印制板集成为一板,高频、大功率器件与其他常规器件分别连接到集成的常规印制板和高频印制板,因此这种一板集成式方案加工工艺简单,无需板间连接器,装配简单。一板集成情况下器件与器件之间连接信号处理容易。理论上对单板面积消耗也最小。但是,在上述一板集成式方案中,由于高频、大功率器件与常规器件集成在一个印制板上,例如存在以下缺点:(I)高频、大功率器件与常规器件一板集成,需要多层板实现,为了满足高频、大功率器件要求,必须使用高性能板材,一般会采用整板混压或者局部混压等特殊加工工艺间高性能板材与常规板材压合在一起,加工复杂、成本较高;(2)需要采用背铜、嵌铜或者局部衬底等方案解决功率器件散热问题,解决散热问题的成本较高;(3)集成度提高必然采用多层印制板方案,格外增加改善多层印制板高频、大功率器件信号回流路径成本;(4)高频、大功率电路开发周期相比于常规电路长很多,一板集成将高频、大功率器件与常规器件集成在一起,影响整体开发周期。
[0005]图1b示意性示出了现有技术一的应用于高频、大功率电路中的印制板组件的第二种例子(另一种一板集成式方案)。如图1b所示,所有印制板板材全部采用高频板材,高频、大功率器件与其他常规器件一板集成到高频板材。详细而言,印制板组件10(Τ主要包括高频印制板102,、功率器件105,、金属块构成的衬底107,。高频印制板102,中设置有专门为高频、大功率电路设计的电路连接,诸如功率管的功率器件105,穿过高频印制板102,,功率器件引脚106,经由焊料1f焊接到高频印制板102,,以提供功率器件105,的电气连接和固定。其他常规器件也类似地连接于高频印制板102'。此外,散热器103'连接于衬底107'用以散热。
[0006]在如图1b所示的现有技术一的第二种例子中,由于所有印制板板材全部采用高频板材,高频、大功率器件与其他常规器件一板集成到高频板材,因此这种一板集成式方案加工工艺简单,装配简单。一板集成情况下器件与器件之间连接信号处理容易。理论上对单板面积消耗也最小。但是,在上述一板集成式方案中,由于高频、大功率器件与常规器件集成到一个高频板材上,例如存在以下缺点:(I)高频、大功率器件与常规器件一板集成,为了满足高频、大功率器件要求,必须全部使用高性能板材,因而成本较高;(2)需要采用背铜、嵌铜或者局部衬底等方案解决功率器件散热问题,解决散热问题的成本较高;(3)高频、大功率电路开发周期相比于常规电路长很多,一板集成将高频、大功率器件与常规器件集成在一起,影响整体开发周期。
[0007]图2示意性示出了现有技术二的应用于高频、大功率电路中的印制板组件(嵌入式方案)。如图2所示,印制板组件200主要包括常规印制板201、高频印制板202、功率器件205、金属块构成的衬底207 ο高频印制板202中设置有专门为高频、大功率电路设计的电路连接,诸如功率管的功率器件205穿过高频印制板202,功率器件引脚206经由焊料204焊接到高频印制板202,以提供功率器件205的电气连接和固定。其他常规器件则连接于常规印制板201。此外,散热器203连接于衬底207用以散热。功率器件205、高频印制板202以及衬底207形成一个整体,称之为高频印制板模块。该高频印制板模块在一次设计成型以后就模块化,以后将避免重复设计,对于类似的应用场合,就可以将该模块视为一个元件来进行使用。在常规印制板201上开窗,将该高频印制板模块整个嵌入到常规印制板201的窗口中。嵌入窗口中的高频印制板202通过跳线连接器208与常规印制板201连接,实现高频印制板202与常规印制板201的电气连接。
[0008]在如图2所示的作为现有技术二的这种嵌入式方案中,高频、大功率器件独立连接于高频印制板,常规器件连接于常规印制板,然后通过跳线连接器实现高频印制板和常规印制板的电连接。在这种嵌入式方案中,将高频、大功率器件与常规器件分开,减低了高性能板材成本,同时,高频、大功率器件散热、回流、损耗等问题都得到了解决。但是,在上述嵌入式方案中还例如存在如下缺点:(I)高频印制板与常规印制板之间通过跳线连接器相连,跳线连接器占用印制板面积,不利于小型化,同时跳线连接器增加了整体物料成本;(2)由于跳线的焊接不能采取自动焊接工序,因此增加手工焊接跳线环节,使得焊接工序复杂,装配效率降低,焊接质量难以保证;(3)高频印制板与常规印制板之间的固有缝隙影响多通道功率放大电路之间的隔离度;(4)由于跳线连接器的存在,导致回流路径长,带来跳线连接器高频性能以及模块电磁辐射问题。
[0009]图3示意性示出了现有技术三的应用于高频、大功率电路中的印制板组件(城堡式方案)。如图3所示,印制板组件300主要包括常规印制板301、高频印制板302、功率器件305、金属块构成的衬底307 ο高频印制板302中设置有专门为高频、大功率电路设计的电路连接,诸如功率管的功率器件305通过其功率器件引脚306经焊料304焊接到高频印制板302,以提供功率器件305的电气连接和固定。其他常规器件则连接于常规印制板301。高频印制板302与常规印制板301经由焊料304焊接在一起。此外,散热器303连接于衬底307用以散热。如图3所示,功率器件305插入到形成在高频印制板302与常规印制板301上的开窗内,通过其法兰盘连接于衬底307的凸台。
[0010]在如图3所示的作为现有技术三的这种城堡式方案中,将高频印制板焊接在常规印制板上,功率器件通过高频印制板与常规印制板的开窗与连接在常规印制板板背面的衬底相连散热,既提升了高频、大功率器件损耗、回流、散热性能,又解决了嵌入式方案跳线带来的成本、装配、回流、电磁辐射、多通道功率放大电路隔离度等问题。但是随着功率等级不断提升,器件规模不断增加,这种现有城堡式方案其缺点不断暴露出来,例如,(I)常规器件焊接于常规印制板,高频、大功率器件焊接于高频印制板,高频印制板与常规印制板焊接在一起,常规印制板与衬底焊接在一起,焊接过程固定工装夹具,整体物料重量是全部物料总和。随着单板规模增加,整体物料重量超出贴片机负荷;(2)散热能力不足,在此方案中,高频、大功率器件的法兰盘只与衬底的凸台相连,不能适用较大功率等级场合的散热;(3)高频、大功率器件的回流路径为:高频印制板与常规印制板连接面一常规印制板板开窗电镀膜一衬底一高频、大功率器件法兰盘,因此回流路径较长。

【发明内容】

[0011]本发明实施例提供一种印制板组件及其加工方法,以降低焊接时整体物料的重量,提高衬底散热能力从而适用不同功率等级应用场合。
[0012]根据本发明的一个方面,一种印制板组件包括常规印制板、高频印制板、衬底、以及功率器件,其中:所述衬底嵌入在所述常规印制板的开窗内;所述高频印制板的一部分通过表贴式焊端固定在所述常规印制板上,所述高频印制板的另一部分固定在所述衬底上;所述功率器件通过所述高频印制板的开窗与所述衬底接触;所述功率器件的功率器件引脚焊接于所述高频印制板。
[0013]根据本发明的另一方面,一种印制板组件加工方法包括:在高频印制板与常规印制板上分别开窗,其中,所述高频印制板在对应于放置功率器件的位置处开窗,所述常规印制板在对应于衬底嵌入位置之处开窗;将衬底嵌入到所述常规印制板的开窗内,
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