专利名称：以高导热率模压嵌入件封装电源的制作方法
技术领域：
本发明一般地针对电子电路封装，更具体地针对其内部具有发热部件的电子电路，这里，对该类部件用导热率相对地高的模压嵌入件进行封装，改进了来自发热部件的热量散发。
为了简化电子装置的组装，电子部件经常以预组装的模块形式提供给制造厂，模块中包含有用于实现一种给定功能的全部电路。于是，在组装生产线上模块可以作为具有较大整体电路的一些单独部分方便地进行处理，显著地加快和简化了整个组装过程。
供电电源十分适应于这种预组装模块概念。所以，电子系统(诸如计算机和电话交换机)制造厂通常可从第三方供应商处获得电源预组装模块，而不必由它们自己制造。为了防止预组装模块内的部件和连线遭受环境影响和处置不妥的损伤，并为了使模块在组过程中易于处理，当进一步装配之前经常先封装(或封灌)好模块。
这些年来电源已缩小了尺寸，增大了功率处理能力。可是，在每单位电路体积内功率处理容量(功率密度)上取得的进展使得此类电源愈益难于封装。
一般，要求有重大散热措施的电子部件的封装已证明是一个急需解决的问题。普通的封灌材料其导热系数不足以适应今天的某些高热能密度部件的需要。具有高导热系数的封灌材料往往太粘滞，导致封灌材料中会形成孔腔。要确保没有孔腔需花费显著的时间和非常细心，这造成制造时间明显加长(或许增长四倍)。即使给出了额外的时间，封装机器也往往在试图处理粘稠的材料时发生挤塞，迫使组装生产线中止工作，以便机器可以清洁并重新启动。
因此，本技术领域内需要有一种改进的方法来封装电源以及一般的发热电子部件。
为了解决现有技术的上述的低效率问题，本发明提供出一种封装结构，用以将一个具有发热部件的电子电路保持于一个壳罩内，壳罩至少部分地围绕该电子电路。一个有利的实施例中，封装结构提供出一个导热嵌入体，它位于壳罩内，贴近发热部件。嵌入体提高了从电子电路到壳罩的热传递效率。一个相关的实施例中，封装结构中还包括一种封灌材料，其导热系数比嵌入件低些，它将电子电路和嵌入件两者封装在一起。
所以，在宽范围内，本发明引入了安排一种嵌入件的概念，它在封装的电路内具有高的导热率，贴近封装电路中的发热部件。由于嵌入件的热传递特性优于封装电路用的封灌材料，使得电路中由发热部件产生的热量能以更高的效率传导至封装电路的壳罩上，然后再由壳罩传递至周围环境的空气中。
本发明的一个实施例中，导热的嵌入件对于电子电路具有一种总体形状顺应性(general topographical conformity)，它的顺应性形状可使嵌入件布置得紧密贴近发热部件。本发明的另一个实施例中，导热嵌入件是预先模压的。在再一个实施例中，导热嵌入件是柔性的和依顺性的(compliant)，这有利地可使嵌入件围绕封装的电子电路者模压，便于实施封装结构中的组装处理。本发明的另一个实施例中，有多个导热嵌入件处于壳罩内。
本发明的另一方面是提供出这样的封装结构，它具有从一种片状材料中预切出的导热嵌入件，该种嵌入件的导热系数大于封灌材料的导热系数。在一个特别地合适的实施例中，嵌入件能够由一台机器来放置入壳罩中，诸如采用一种抓取-放置式机器。再又一个实施例中，预切出的导热嵌入件是可以压缩的。另外，特别地有利的是嵌入件可以压入发热部件的周围，以确保嵌入件与电路的发热部件之间能紧密贴合。
本发明还提供出一种方法，用以制造具有发热部件的一个封装电子电路。在一个实施例中，本方法中包括壳罩的制备，使它至少部分地围绕电子电路。一个导热嵌入体处于壳罩内，贴近发热部件，以增大从电子电路到壳罩的热传递效率。一个相关的实施例中，本方法还包括使导热系数低于嵌入件的封灌材料在壳罩内定位，以将电子电路和嵌入件两者封装起来。
制造方法上一个特别有用的实施例中要求提供一个壳罩以至少部分地围绕住包含有发热部件的电子电路。一个初始的封灌材料层放置入壳罩中，并快速固化。一个导热嵌入件处于壳罩内，贴近发热部件。然后，将导热系数低于嵌入件的封灌材料定位于壳罩内，以封装住电子电路和嵌入件两者。本方法的另一个方面是在壳罩内给出初始的封灌材料层，厚度约为2至6毫米。本方法的又一个方面是快速地固化，其中，壳罩内的初始层封灌材料应用了一种处理方法，它选取自一种紫外线处理和一种微波处理的组合。
本发明还提供出一种电子装置，它包含有适应于接受电子部件和封装结构的一个基板，有一个电子电路安装在该基板上，它包含发热部件。一个实施例中，封装结构内包括一个壳罩，它至少部分地围绕该电子电路和一个位于壳罩内、贴近发热部件的导热嵌入件。一个相关的例子中，封装结构内还包括一种其导热系数低于嵌入件的封灌材料，用以封装电子电路和嵌入件两者，使得嵌入件可以增大从电子电路到壳罩的热传递效率。
上面已经大致地概述了本发明的优选特性和另外的特性，因而相关技术领域内的熟练人员能够较好地理解下面关于本发明的详细说明。后面将解说本发明的附加特性，它们组成了本发明权利要求书的主题。相关技术领域内的熟练人员知道，他们能容易地应用所公开的概念和特定实施例作为基础，用以设计和修改出其它结构来实现本发明的同样目的。相关技术领域内的熟练人员又理解到，此类等效的构造并不偏离开本发明在其最广泛形式上的精神实质和范畴。
为了更全面地明白本发明，现在结合附图作出下面的说明，附图中
图1示例出按照本发明之原理的一个电子装置实施例的立体分解图；图2示例出壳罩内有多个导热嵌入件的一个封装结构的主体分解图；图3示例出按照本发明之原理实现的一种制造方法的一个实施例；以及图4示例出一族曲线图，画明了每单位面积热阻相对于厚度的函数，用以将具有不同热阻系数的材料组合起来。
首先，参考图1，它示例出按照本发明之原理构成的一个电子装置100实施例的立体分解图。电子装置100(例如是一个电源)内包括一个电子电路110，它包含有发热部件(其中之一标记为115)。示例的实施例中，该电子电路110中关联到适应于接受电子部件(包括发热部件115)的第一和第二基板(诸如是印刷线路板)。当然，如一种应用中所表明的，电子电路110可以构成于单个印刷线路板上，或是一个或多个其它类型的基板上。
电子装置100中还包括一个壳罩120，它至少部分地围绕电子电路110。电子装置100中又包括一个封装结构，它将电子电路110保持于壳罩120内。示例的实施例中，封装结构中包括一个处于壳罩120内的导热嵌入件130。导热嵌入件130中可包含一种聚合物材料，诸如硅或硅胶，它们表现出优越的导热系数。封装结构中还包括一个其导热系数低于导热嵌入件130之导热系数的封灌材料(难以表示出属于它的非晶体性质，在图1中以破折线140来指明)。当然，在本发明中封灌材料并不是必要的。
通过提供电子装置100作为模块式的、自包含的子组装件，电子设备制造厂能够使电子装置100成为单一个独立部分，作为一种较大的电子系统的一个部分。此种电子装置100可以从第三方供应商那里以封装的模块形式购买到。另一种情况，制造厂也能自己制造电子电路110。如前面所述，诸如基板上安装的电源之类的各种电源，是往往以此种封装的模块形式予以供应的。
组装时，电子电路110处于壳罩120内，壳罩120基本上围绕着电子电路110。导热嵌入件130处于壳罩120内部，贴近电子电路110中的发热部件115。然后，用封灌材料填充壳罩120至一个所需的程度。示例之实施例中的封灌材料具有比较低的粘滞性(能较好地将封灌材料配送入壳罩120内)。
通常，此种封灌材料由一个装填机器灌注入壳罩120中，并可使其固化。封灌材料凝固后，电子装置100变成实质上的一个固体块，从它上面突出的是电接线端或者导电件。由于电子装置100现在是一个整体结构，在制造过程中可以作为独立部分来处理，尽管在封灌材料的下面有导热嵌入件130和壳罩120，电子装置100仍保持为由多个独立部件构成的一种电子电路110。
由于通常用来封装电子电路110以组成电子装置100的标准聚合物封灌材料只有有限的导热能力，所以本发明提供出一种较之周围的封灌材料有着较高导热系数的导热嵌入件130。通过将导热嵌入件130放置得贴近电子电路110上的发热部件115，可由导热嵌入件130将发热部件来的热量引导至壳罩120上。在导热嵌入件130与发热部件115和壳罩120两者都接触的情况下，给出了从发热部件115至壳罩120一条直接的热传导路径。
本发明的该示例性实施例中，导热嵌入件130对于电子电路110中各部件(包括发热部件)有着总体形状顺应性。导热嵌入件130具有的形状顺应性(其特性之一可形成如凹陷口131所示的样子)能使导热嵌入件130密贴于发热部件115的周围。有利点在于，它容许导热嵌入件130与发热部件115紧密接触，从而改善了从发热部件115至导热嵌入件130的热量传递。本发明的一个实施例中，这里的导热嵌入件130中包含有硅，该导热嵌入件130可以是预先模压成的。因此，凹陷口131可以作为模压工艺的一部分来加以形成。本发明的另一种实施例中，其中的导热嵌入件130包含了硅胶，导热嵌入件130能按片状形式提供应用，需要再对硅胶片进行切割。
在电子电路110中使用的诸如发热部件115之类的电子部件往往没有规则的形状。这类不规则形状与电子电路110中通常见到的多个较小部件相组合时，将使得对导热嵌入件130很难并或难以现实地按完全准确的形态特性(诸如凹陷口131)进行模压。本发明的一个特别有益的实施例通过使提供的导热嵌入件130具有柔性或依顺性来解决这个问题。这使得导热嵌入件130可在组装过程中围绕电子电路110及其不规则成形的部件进行模压。因此，导热嵌入件130将在此种状态下符合电子电路110的形态。
现在，转向图2，它示例出按照本发明之原理构成的另一个实施例电子装置200的立体分解图。电子装置200使用的一个封装结构中具有多个处于壳罩220内的导电嵌入件210。经常地，在电子装置200中使用的一个电子电路230在结构上需要应用到多个导热嵌入件210。例如，某些电子电路230在设计中可能需堆叠的导热嵌入件210，用以在电子电路230中使用的发热部件235与壳罩220之间提供出完整的热量传递路径。在另外的应用场合，电子电路230可能具有较宽地间隔开的发热部件235，或者它构成于多个印刷线路板上。此类情况下，有效方法是使用多个导热嵌入件210来传导从发热部件235至壳罩220的热量。
当使用柔性的和依顺性的导热嵌入件210(例如是硅胶体)时，某些装配机器可能遇到这样的问题，诸如难以抓取导热嵌入件210并将它们放置入壳罩220中以形成这里所叙述的电子装置200。为了解决这个问题，导热嵌入件210可以用诸如硅质之类较刚性的材料来制造。该种导热嵌入件210可以从材料片中预切出来。这类导热嵌入件210有利地呈现出比之周围的封灌材料为大的导热系数，而各个比较刚性的导热嵌入件210之组合体能使装配机器(诸如抓放零件用机器)容易处理它们。
本发明的一个实施例中提供了预切出的导热嵌入件210，它们从一种可压缩的材料片中切割出。当随后将导热嵌入件210放置入壳罩220内时，便可围绕电子电路230及其发热部件235压入此导热嵌入件210，在发热部件235与导热嵌入件210之间提供出可靠的接触。这种特性既给出了便于组装的优点，又给出了更为有效的热量控制的优点。
本发明又提供出一种制造上面说明的电子装置200的方法。相关技术领域内的熟练人员从下面的解说中可以知道，怎样地实践该制造方法的各种实施例。
现在，转向图3，它示例出按照本发明之原理实现的一种方法的实施例300。方法300提供出一种便利的方法来组装一个电子装置，它将导热嵌入件优越的热传递特性与聚合物封灌材料的热传递特性结合起来，而封灌材料的热传递特性通常劣于导热嵌入件。
方法300从“开始”步骤310出发。在“给出壳罩”步骤320中，给出了至少部分地围绕该电子电路的一个壳罩。在“安置初始层”步骤330中，将一个初始层封灌材料定位入该壳罩内。本发明的一个实施例中，初始层封灌材料的厚度约为2至6毫米。在“快速固化”步骤340中，初始层封灌材料快速地固化(典型地依靠常规技术，诸如紫外线或微波处理)。当然，使封灌材料快速固化的其它方法也完全在本发明的宽广范围之内。在“定位嵌入件”步骤350中，将一个导热嵌入件定位入壳罩内。导热嵌入件可以从一种材料片中预切出来，该种材料的导热系数大于封灌材料的导热系数。另一种方法，导热嵌入件可以是预先模压好的。在一个有利的实施例中，导热嵌入件可以由一台机器(诸如抓放零件的机器)来放置入壳罩内。在“定位电路”步骤36 0中，将电子电路(内中有发热部件)放置入壳罩中，使发热部件能贴近导热嵌入件。在“放置封灌材料”步骤370中，将导热系数比之导热嵌入件的导热系数低的聚合物封灌材料放置入壳罩内，以封装好电子电路和导热嵌入件两者。在“结束”步骤380中，方法300终结。
转向图4，它示例出一族曲线图，画明了每单位面积热阻相对于厚度的函数，用以将具有不同热阻系数的材料组合起来。常规聚合物封灌材料的热阻由线条430示明。常规聚合物封灌材料与具有较高导热系数之导热嵌入件相组合后的结果，示明如各别的线条410、420。
尽管已详细说明了本发明，但相关技术领域内的熟练人员知道，他们能就此在其最宽广的形式中作出各种变化、替代和更改而不偏离本发明的精神实质和范畴。
权利要求
1．一种封装结构，用于将一个有着发热部件的电子电路保持于一个壳罩内，该壳罩至少部分地围绕住所述电子电路，它包含有一个处于所述壳罩内、贴近所述发热部件的导热嵌入件，它增大了从所述电子电路到所述壳罩的热传递效率。
2．如权利要求1中所述的封装结构，还包含一种封灌材料，它具有的导热系数低于所述嵌入件的导热系数，它将所述电子电路和所述嵌入件两者都封装起来。
3．如权利要求1中所述的封装结构，其中，所述导热嵌入件对所述电子电路具有总体形状顺应性。
4．如权利要求1中所述的封装结构，其中，所述导热嵌入件是预先模压的。
5．如权利要求1中所述的封装结构，其中，所述导热嵌入件是柔性的和依顺性的。
6．如权利要求1中所述的封装结构，其中，有多个所述导热嵌入件处于所述壳罩内。
7．如权利要求2中所述的封装结构，其中，所述导热嵌入件是从片状材料中预切出的，它具有的导热系数大于所述封灌材料的导热系数。
8．如权利要求7中所述的封装结构，其中，所述导热嵌入件是可以压缩的。
9．如权利要求7中所述的封装结构，其中，所述导热嵌入件可以由一台机器进行抓取和放置。
10．一种制造被封装的具有发热部件的电子电路的方法，包括提供一个壳罩，它至少部分地围绕所述电子电路；使一个导热嵌入件定位于所述壳罩内，贴近所述发热部件，以增大从所述电子电路到所述壳罩的热传递效率；将所述电子电路定位入所述壳罩中。
11．如权利要求10中所述的制造方法，进一步包括将所述封灌材料定位入所述壳罩中，以封装住所述电子电路和所述嵌入件两者，所述封灌材料的导热系数小于所述嵌入件的导热系数。
12．如权利要求10中所述的制造方法，其中，所述导热嵌入件对所述电子电路具有总体形状顺应性。
13．如权利要求10中所述的制造方法，其中，所述导热嵌入件是预先模压的。
14．如权利要求10中所述的制造方法，其中，所述导热嵌入件是柔性的和依顺性的。
15．如权利要求10中所述的制造方法，其中，有多个所述导热嵌入件处于所述壳罩内。
16．如权利要求11中所述的制造方法，其中，所述导热嵌入件是从一个片状材料中预切出的，它具有的导热系数大于所述封灌材料的导热系数。
17．如权利要求16中所述的制造方法，其中，所述导热嵌入件是可以压缩的。
18．如权利要求16中所述的制造方法，其中，所述的使所述导热嵌入件定位的实现借助于一台抓放机器。
19．一种制造被封装的具有发热部件的电子电路的方法，包括提供一个壳罩，它至少部分地围绕所述电子电路；将初始层封灌材料放置入所述壳罩内，并使所述初始层快速固化；将一个导热嵌入件定位入所述壳罩内；将所述电子电路定位入所述壳罩中，使所述发热部件贴近所述导热嵌入件；以及将所述封灌材料放置入所述壳罩中，以封装住所述电子电路和所述嵌入件两者，所述封灌材料具有的导热系数小于所述嵌入件的导热系数。
20．如权利要求19中所述的制造方法，其中，所述导热嵌入件是从一个材料片中预切出的，所述材料具有的导热系数大于所述封灌材料的导热系数。
21．如权利要求19中所述的制造方法，其中，所述的使所述导热嵌入件定位的实现借助于一台抓放机器。
22．如权利要求19中所述的制造方法，其中，所述壳罩内的所述封灌材料的所述初始层具有大约2至16毫米的厚度。
23．如权利要求19中所述的制造方法，其中，所述壳罩内的所述封灌材料的所述初始层应用了下面组合中选择出一种处理进行快速固化紫外线处理；以及微波处理。
24．一种电子装置，包括一个基板，适应于接受电子部件；以及一个封装结构，用于使具有发热部件的一个电子电路安装于所述基板上，它包括一个壳罩，它至少部分地围绕所述电子电路；以及一个导热嵌入件，它处于所述壳罩内，贴近所述发热部件，以增大从所述电子电路到所述壳罩的热传递效率。
25．如权利要求24中所述的电子装置，还包括一种封灌材料，它具有的导热系数小于所述嵌入件的导热系数，它将所述电子电路和所述嵌入件两者封装起来。
26．如权利要求24中所述的电子装置，其中，所述导热嵌入件对所述电子电路具有总体形状顺应性。
27．如权利要求24中所述的电子装置，其中，所述导热嵌入件是预先模压的。
28．如权利要求24中所述的电子装置，其中，所述导热嵌入件是柔性的和依顺性的。
29．如权利要求24中所述的电子装置，其中，有多个所述导热嵌入件处于所述壳罩内。
30．如权利要求25中所述的电子装置，其中，所述导热嵌入件是从一些材料片上预切出的，它具有的导热系数大于所述封灌材料的导热系数。
31．如权利要求30中所述的电子装置，其中，所述导热嵌入件是可压缩的。
32．如权利要求30中所述的电子装置，其中，所述导热嵌入件可以由一台机器进行抓取和放置。
全文摘要
本发明提供出一种封装结构,用于将内中具有发热部件的一个电子电路保持于一个壳罩内,该壳罩至少部分地围绕该电子电路。在一个有利的实施例中,该封装结构给出一个处于该壳罩内的导热嵌入件,它贴近发热部件。该嵌入件增大了从电子电路到壳罩的热传递效率。
文档编号H05K7/20GK1319889SQ01101668
公开日2001年10月31日 申请日期2001年1月19日 优先权日2000年2月1日
发明者陈肖炯(音译), 罗杰·J·胡伊 申请人:朗迅科技公司