专利名称：热导管的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及电子器件，更具体地说，本发明涉及用于印刷电路 板上电元件散热的方法和器件。
背景技术：
因为高的操作温度降低了可靠性，所以降低集成电路的操作温度是 有用的。在集成电路中产生的热量通过封装材料由温度较高的区域向温 度较低的区域扩散。集成电路的温度取决于集成电路和较低温度区域之 间的热阻。在两点之间的热量流动与温度差成正比并且与这两点之间的 热阻成反比。对于来自集成电路的特定功率耗散，较低的热阻对应于集 成电路较低的操作温度。散热片经常使用机械夹子或者粘结剂附着到集 成电路的封装体上以减小热阻。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种电子电路组件，包括电路板； 具有安装在电路板上的一个或多个导电端子的电元件；以及具有第一部 分和第二部分的热导管，其中第一部分通过形成于电路板中的开口而热 耦合到该电元件的一个或多个导电端子，而第二部分热耦合到电路板的 第一材料。
根据本发明的第二方面，提供了一种电子电路组件，包括电路板； 包括导电端子的电元件，所述导电端子穿过形成在电路板上的开口；以 及热导管，其包括热导管第一部分的第一表面和热导管第二部分的第二 表面，其中笫一部分的第一表面热耦合到电元件的导电端子，而第二部 分的第二表面热耦合到电路板的第 一材料。
根据本发明的第三方面，提供了一种方法，包括提供具有高的导 电率和导热率的热导管；将该热导管热耦合到设于电路板上的集成电路
的一个或多个导电端子；以及将该热导管热耦合到电路板中的第 一材料 上，以减小电路板的第 一材料和集成电路之间的热阻。
参考下列附图描述了本发明非限制性的和非穷尽的实施例，其中在 全部各种视图中除非特别说明相同的附图标记表示相同的部件。
图1通常是包括根据本发明教导的实例热导管的实例电路板组件的 简化透视图2通常是包括根据本发明教导的实例热导管的实例电路板组件的 简化^"截面图3通常是包括根据本发明教导的实例热导管的另一实例电路板组 件的简化横截面图4通常是根据本发明教导的实例热导管的简化透视图5通常是包括图4的实例热导管的实例电路板组件的简化横截面图。
具体实施例方式
公开了用于电路板上电元件散热的方法和器件。在一个实例中，低
成本热导管器件用于减小印刷电路的铜覆层和集成电路封装体的端子之 间的热阻。在一个实例中，热导管器件提供由集成电路封装体的端子至 铜覆层的低热阻和低电阻的通道，允许铜传导来自集成电路端子的热量 和电流。在电路板的组件中使用热导管可以与普通的电路板制造工艺相 兼容。
为了提供对于本发明的彻底理解，在以下的描述中阐述了众多特定 零部件。然而，对于本领域普通技术人员来说，应该理解在实施本发明 时不必采用这些特定的零部件。在其它实例中，为了避免与本发明混淆， 没有详细说明众所周知的材料或者方法。
对于本说明书的全文，"一个实施例"或者"实施例"表示与该实 施例有关描述的特定特征、结构或者特性包括在本发明的至少一个实施 例中。因此，在贯穿本说明书的各个地方出现的术语"在一个实施例中"
或者"在实施例中"不必均表示相同的实施例。而且，特定的特征、结 构或者特性可以在一个或多个实施例中以任何适当的组合和/或子组合结 合。此外，应该理解在此提供的附图是为了给本领域普通技术人员解释 的目的并且附图不必按比例绘制。
如将要讨论的，本发明的一个方面包括从电元件例如具有安装在电 路板上的一个或者多个导电端子的集成电路散热的方法和器件。在一个 实施例中，具有高导热率和高导电率的热导管的第 一部分贯通在电路板 中确定的开口与集成电路的一个或多个导电端子热耦合。热导管的第二 部分与在电路板中的第 一材料热耦合。
图1示出了具有集成电路120和热导管140的印刷电路板组件100 的简化视图。印刷电路板或者电路板105包括粘结到第一材料或者导电 材料层115上的一层电绝缘材料110。在实施例中，导电材料层115通 常是厚度适合于传导电流的铜，设置成这样的模式以使得在电路板105 上元件端子之间的进行需要的电连接。导电材料层115通常具有高导热 率(低热阻)和高导电率(低电阻)。导电材料层115可以占据电路板105 的暴露表面的实质面积。
通常对于电路板例如电路板105在电绝缘材料层110的顶面和底面 上具有导电材料，并且均匀分布在多层电绝缘材料110之间。为了避免 实施例与不必要的零件混淆，在图1的实例中电路板105在电绝缘材料 层110的仅仅一个表面上具有导电材料层115。在图1的实施例中，集 成电路120的导电端子或导电端子125以及一个或多个端子130贯通在 电路105中的开口，以与在相对表面上的导电材料层115进行电连接。
注意到在示出的实施例中，热导管140包括第一部分140A和第二 部分140B。第二部分140B基本上沿着电路板105的表面平面延伸，而 第一部分140A沿着与电路板105的表面平面不同的平面延伸。在示出 的实施例中，第一部分140A沿着与电路板105的表面平面基本上垂直 的平面延伸。第一部分140A具有第一表面142,该第一表面贯通在电 路板105中确定的相同开口 135与端子130热耦合，同时第二部分140B 的第二表面144的实质部分与导电材料层115热接触。
在实施例中，集成电路120设计成使用与相同电势连接的端子130
操作。端子130和热导管140贯通在电路板105中的开口 135。端子130 和导电材料层115连接于具有焊接薄层或者其它适合的粘结材料145的 热导管140。
图2更加详细地示出了根据本发明的教导的实例电路板组件200的 横截面。为了强调本发明的重要特征，已经放大了一些尺寸。电绝缘材 料层110和导电材料层115包括在提供机械支撑和与电元件例如集成电 路220电连接的电路板205中。
如图2可见，集成电路220具有端子225和230。在实施例中，端 子225通过焊接或者其它适合的粘结材料145电连接或者热耦合于导电 材料层115。端子225与导电材料层115的耦合提供充分低的电阻以操 作集成电路220,但是在端子225耦合热阻比需要的高得多。减小热阻 将允许更多的热量由集成电路220通过端子225传导到导电材料层115 而通过传导、对流或者辐射排出到电路板组件200外。
的热阻的有效方法是使用根据本发明教导的热导管。图2示出了导电材 料层115和端子230之间通过焊料145连接的热导管140。热导管140 允许焊料145将端子230连接到导电材料层115，从而覆盖比在端子225 连接面积更大的表面积。在各种实施例中，热导管140可以是具有高导 热率的材料例如铜、铝、黄铜或者钢中的至少一种，使用适当的表面处 理或者电镀以允许适合的焊接。在各种实施例中，粘结材料可以是导电 环氧树脂。
图3示出了才艮据本发明教导使用热导管340以进一步减小热阻的实 例电路板组件300的^f黄截面图。如在实施例中所解释的，热导管340在 电绝缘材料层110的表面之上或以上以在集成电路220的端子230之上 Hv的高度延伸。热导管340的延伸部360减少了来自集成电路220的 端子230的热阻，即使延伸部360不通过焊料145与导电材料层115连 接。由于热导管340的材料具有高的热导率，来自端子230通过焊料145 进入热导管340的一些热量被传导至延伸部360的材料，在此通过传导 或者辐射由延伸部360的表面排出。
在一个实施例中，为了与元件在电路板上的自动安装相兼容，热导
管实际上会包括在其机械结构中以在被焊接前保持在电路板适当的位
置。图4示出了热导管400的一个实施例，其由具有锁片450的单片导 热材料440形成。在一个实施例中，当元件附着到电路板上时，锁片450 贯通开口，从而在焊接操作之前和焊接过程中将热导管400保持在适当 的位置。
为了进一步解释，图5是实例电路板组件500的详细视图，其示出 了形成片结构或者锁片450的导热材料440的一部分，其贯通电路板中 的开口 460，该电路板包括电绝缘材料层110和导电材料层115。如实 施例所示， 一个或者多个锁片450可以将热导管400安装或者保持到电 路板的合适位置，在焊接之前和焊接过程中具有其他元件的合适位置。
因此，如所述的， 一种方法包括提供具有高的导电率和导热率的热 导管，并且将该热导管热耦合到集成电if各的一个或者多个导电端子。该 方法还包括将热导管连接到第一材料如导电材料层以降低在集成电路和 铜覆层或者电路板导电材料之间的热阻。
在前面的详细描述中，已经参考其特定典型实施例描述了本发明的 方法和器件。然而，显而易见的是在不脱离本发明的宽泛精神和范围的 前提下，可以对其进行各种修改和改变。本发明的说明书和附图因此被 认为是解释性的而不是限制性的。
和权利要求中公开的特定实施例中。而且，保护范围完全由以下的权利 要求确定，其由根据权利要求阐明的确定原则来解释。
权利要求
1.一种电子电路组件，包括电路板；具有安装在电路板上的一个或多个导电端子的电元件；和具有第一部分和第二部分的热导管，其中第一部分通过形成于电路板中的开口而热耦合到该电元件的一个或多个导电端子，而第二部分热耦合到电路板的第一材料。
2. 根据权利要求1的组件，其特征在于，电路板的第一材料具有 高的导热率和导电率，并且占据了电路板的第一暴露表面的大部分面 积。
3. 根据权利要求1的组件，其特征在于，热导管具有高的导电率 和导热率。
4. 根据权利要求1的组件，其特征在于，热导管的第一部分和第 二部分分别包括第一表面和第二表面，第一部分的第一表面热耦合到电 元件的一个或多个导电端子，并且第二部分的第二表面的大部分与电路 板的第一材料热接触。
5. 根据权利要求1的组件，其特征在于，热导管的第二部分基本 上大致沿着电路板表面的平面延伸，而热导管的第一部分沿着与电路板 表面的平面不同的平面延伸。
6. 根据权利要求1的组件，其特征在于，热导管的第一部分沿着 与电路板的表面垂直的方向延伸。
7. 根据权利要求1的组件，其特征在于，热导管包括片结构，以 将热导管安装到电路板上。
8. 根据权利要求1的组件，其特征在于，所述组件还包括将电元 件的一个或多个导电端子热耦合到热导管上的焊料。
9. 一种电子电路组件，包括 电路板；包括导电端子的电元件，所述导电端子穿过形成在电路板上的开 口 ；和 热导管，其包括热导管第一部分的第一表面和热导管第二部分的第 二表面，其中第一部分的第一表面热耦合到电元件的导电端子，而第二 部分的第二表面热耦合到电路板的第 一材料。
10. 根据权利要求9的电子电路组件，其特征在于，所述电子电路 组件还包括将热导管的第二部分的第二表面热耦合到电路板的第 一材料 的焊料。
11. 根据权利要求9的电子电路组件，其特征在于，该电路板的第 一材料和热导管包括具有高的导电率和导热率的材料。
12. 根据权利要求9的电子电路组件，其特征在于，该电元件包括 集成电路。
13. 根据权利要求9的电子电路组件，其特征在于，该热导管包括 穿过形成在电路板中的开口以将热导管安装到电路板上的结构。
14. 根据权利要求9的电子电路组件，其特征在于，该热导管包括 铜、铝、黄铜或钢中的至少一种。
15. 根据权利要求9的电子电路组件，其特征在于，第一材料包括铜。
16. —种方法，包括提供具有高的导电率和导热率的热导管；将该热导管热耦合到设于电路板上的集成电路的一个或多个导电端 子；和将该热导管热耦合到电路板中的第一材料上，以减小电路板的第一 材料和集成电路之间的热阻。
17. 根据权利要求16的方法，其特征在于，所迷方法还包括提供 焊料层以将集成电路热耦合到该热导管。
18. 根据权利要求16的方法，其特征在于，将热导管热耦合到所 述一个或多个导电端子包括将热导管的第 一表面热耦合到穿过形成于电 路板中的相同开口的所述一个或多个导电端子。
19. 根据权利要求16的方法，其特征在于，将热导管热耦合到设 于电路板中的第 一材料包括将热导管的表面热耦合到设于电路板中的第 一材料。
全文摘要
公开了一种用于电路板上电元件散热的热导管。根据本发明的方面，电子组件包括安装在电路板上的集成电路和具有第一部分和第二部分的热导管。该热导管的第一部分热耦合于贯通在电路板上确定的开口的集成电路的一个或者多个导电端子，同时该热导管的第二部分热耦合到电路板的第一材料。
文档编号H05K7/20GK101111144SQ200710146478
公开日2008年1月23日 申请日期2007年7月20日 优先权日2006年7月20日
发明者M·C·埃斯皮诺 申请人:电力集成公司