刚挠结合印刷电路板及功率半导体组件的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种刚挠结合印刷电路板及功率半导体组件，该印刷电路板具有至少两个刚性区域以及连接相邻刚性区域的挠性区域，并包括：导热且电绝缘的散热器，设置在至少一个刚性区域中并贯穿该印刷电路板的基板；形成在该至少一个刚性区域的第一表面侧、并包括发热元件安装位的导电图案层；形成在该至少一个刚性区域的第二表面侧的散热层。其中，导电图案层的至少一部分由基板的第一表面连续地延伸至散热器的第一表面，发热元件安装位的至少一部分设置在散热器的第一表面上；散热层的至少一部分由基板的第二表面连续地延伸至散热器的第二表面。本实用新型的印刷电路板及功率半导体组件不仅散热性能极佳，而且具有良好热稳定性和长使用寿命。
【专利说明】刚挠结合印刷电路板及功率半导体组件
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2015年9月22日提交的14/861,495号美国专利申请的优先权，14/861，495号专利申请是2012年9月14日提交的13/514，999号美国专利申请的部分继续申请，13/514,999号申请是2011年I月6日提交的PCT/CN11/70051号国际申请根据35U.S.C.§371进入国家阶段的申请，该国际申请要求2010年12月24日提交的201010604353.4号中国专利申请的优先权，上述所有在先申请均在此引入作为参考。
技术领域
[0003]本实用新型涉及印刷电路板及功率半导体组件领域;更具体地讲，本实用新型涉及一种带有散热器的印刷电路板及包括该印刷电路板的功率半导体组件。
【背景技术】
[0004]印刷电路板(PCBs)是电子工业的重要部件之一，其被用作电子元件的机械支撑部件，并实现电子元件之间的电连接。另外，可以在印刷电路板上印刷元件的编号和图形，这为元件的插装、检查或维修提供了方便。几乎每种电子设备，例如电子手表、计算器、计算机、通讯电子设备、军用武器系统等，都要用到印刷电路板。
[0005]诸如LED装置(或称LED发光元件)、晶闸管、GT0(门极可关断晶闸管)、GTR(电力晶体管)、M0SFET(电力场效应晶体管)、IGBT(绝缘栅双极晶体管)和电力二极管等的各种功率半导体器件通常被附接到印刷电路板上，且在工作过程中一般会释放大量热量，这就要求与各种功率半导体器件连接的印刷电路板具有良好的散热性能。
[0006]201180037321.3号中国专利申请、2002/0180062号美国专利申请公布等公开了具有陶瓷散热器的印刷电路板，其中所描述的陶瓷散热器能够输出发热元件所产生的热量，但该散热器的热膨胀系数和作为印刷电路板的绝缘载体的树脂层的热膨胀系数之间存在显著差别，导致陶瓷散热器在经过一定次数的冷热循环后容易与树脂材质的绝缘载体相分离，从而使得印刷电路板的热稳定性较差、使用寿命短。并且，这些现有技术没有披露带有散热器的刚挠结合印刷电路板。
【发明内容】
[0007]针对现有技术的不足，本实用新型的第一方面提供了一种刚挠结合印刷电路板，具有至少两个刚性区域、以及连接相邻刚性区域的挠性区域，包括:导热且电绝缘的散热器，设置在至少一个刚性区域中并贯穿该印刷电路板的基板;形成在该至少一个刚性区域的第一表面侧、并包括有发热元件安装位的导电图案层;形成在该至少一个刚性区域的第二表面侧的散热层。其中，导电图案层的至少一部分由基板的第一表面连续地延伸至散热器的第一表面，且发热元件安装位的至少一部分设置在散热器的第一表面上;散热层的至少一部分由基板的第二表面连续地延伸至散热器的第二表面。
[0008]本实用新型的优点在于:首先，导电图案层的至少一部分由基板的第一表面连续地延伸至散热器的第一表面，散热层的至少一部分由基板的第二表面连续地延伸至散热器的第二表面，由于导电图案层和散热层一方面可以降低散热器的热应力，另一方面还可以对散热器起到夹持作用，因而散热器不易与基板相分离，使得印刷电路板具有良好热稳定性和长使用寿命;其次，发热元件所产生的热量依次经由发热元件安装位和散热器传导至散热层，并充分利用了散热层的散热面积，从而改善印刷电路板的散热性能。此外，由于印刷电路板具有挠性区域，因而可以具有更为灵活和简便的应用。
[0009]上述技术方案中，同一刚性区域可以设置一个或多个散热器，每个散热器上所设置的发热元件安装位的数量同样可以是一个或多个。另外，发热元件安装位可以根据印刷电路板的使用需求而灵活设计。例如，发热元件安装位包括成对设置的正极焊盘和负极焊盘，和/或包括成组设置的正极焊盘、负极焊盘和导热焊盘，且导热焊盘位于正极焊盘和负极焊盘之间。
[0010]根据本实用新型的一种【具体实施方式】，上述挠性区域通过对印刷电路板的预定区域进行厚度减薄处理而得到。
[0011]根据本实用新型的另一【具体实施方式】，至少一个刚性区域形成有驱动电路和/或控制电路。
[0012]优选地，散热器与该驱动电路和/或控制电路位于不同的刚性区域中。这样的好处在于，可以尽量减少或者消除发热元件所产生热量对驱动电路和/或控制电路的影响。
[0013]根据本实用新型的另一【具体实施方式】，上述的刚性区域包括至少两层含有树脂的绝缘板材，相邻绝缘板材之间通过使得半固化片固化而连接。
[0014]根据本实用新型的再一【具体实施方式】，上述的散热器为陶瓷散热器，例如氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷和/或碳化硅陶瓷。
[0015]本实用新型中，发热元件安装位可以具有多种灵活的设计，以适应不同的应用需求。作为一种实施方式，发热元件安装位包括成对设置的正极焊盘和负极焊盘;作为另一实施方式，发热元件安装位包括成组设置的正极焊盘、负极焊盘和导热焊盘，且导热焊盘位于正极焊盘和负极焊盘之间。
[0016]根据本实用新型的一种优选实施方式，散热器的内部和/或侧面形成有与发热元件安装位电连接的导电结构。这样的好处在于，当将多个功率半导体器件设置到同一个散热器上时，实现该多个功率半导体器件之间电连接的部分导电路径可以设置在散热器的内部和/或侧面，从而进一步促进印刷电路板的小型化。
[0017]本实用新型中，散热层可以覆盖散热器的第二表面并连续地延伸至基板的第二表面，以提供更大的散热面积，进一步提高印刷电路板的散热性能。
[0018]本实用新型的另一方面提供了一种功率半导体组件，其包括功率半导体器件以及上述的任意一种刚挠结合印刷电路板。其中，该功率半导体器件设置在刚挠结合印刷电路板的发热元件安装位上。
[0019]由于上述的刚挠印刷电路板具有良好的热稳定性和长使用寿命，因而本实用新型的功率半导体组件可以控制功率半导体器件始终处于适当的工作温度，从而提高功率半导体组件的工作效率(如提高LED模组的发光效率)，并消除或减少因功率半导体器件工作温度过高而导致的各种故障。
【附图说明】
[0020]以下参照附图和【具体实施方式】对本实用新型的主题及其各种优点作进一步的详细说明，其中:
[0021 ]图1A是根据本实用新型一实施例的散热器的横截面视图；
[0022]图1B是根据本实用新型一实施例的树脂板的横截面视图；
[0023]图1C是根据本实用新型一实施例的半固化片的横截面视图；
[0024]图2是根据本实用新型一实施例的印刷电路板的横截面视图，其包括图1A的散热器、图1B的树脂板和图1C的半固化片；
[0025]图3是图2的具有多余树脂的印刷电路板的横截面视图；
[0026]图4是图3的去除多余树脂的印刷电路板的横截面视图；
[0027]图5是图4的其中形成有多个通孔的印刷电路板的横截面视图；
[0028]图6是图5的其上形成有导电层的印刷电路板的横截面视图；
[0029]图7A是图6的根据本实用新型一实施例的导电层上形成有表面电路的印刷电路板的横截面视图；
[0030]图7B是图7A的印刷电路板的顶视图；
[0031]图7C是图7A的印刷电路板的底视图；
[0032]图7D是图7A的其上附接有LED的印刷电路板的横截面视图；
[0033]图7E是图2的印刷电路板中通孔的顶视图；
[0034]图8A是图6的根据本实用新型另一实施例的导电层上形成有表面电路的印刷电路板的横截面视图；
[0035]图8B是图8A的其上附接有多个LED的印刷电路板的横截面视图；
[0036]图9A是图6的根据本实用新型再一实施例的导电层上形成有表面电路的印刷电路板的横截面视图；
[0037]图9B是图9A的其上附接有LED的印刷电路板的横截面视图；
[0038]图10是根据本实用新型另一实施例的散热器的横截面视图；
[0039]图11是根据本实用新型另一实施例的印刷电路板的横截面视图；
[0040]图12是根据本实用新型再一实施例的树脂板的横截面视图；
[0041]图13是根据本实用新型另一实施例的印刷电路板的横截面视图；
[0042]图14是图13的树脂板的部分被去除后的印刷电路板的横截面视图；
[0043]图15是表示根据本实用新型的一种印刷电路板制备方法的流程图；
[0044]图16是图2的位于根据本实用新型一实施例的热压板之间的印刷电路板的横截面视图；
[0045]图17是图2的位于根据本实用新型另一实施例的热压板之间的印刷电路板的横截面视图；
[0046]图18是根据本实用新型另一实施例的印刷电路板在热压前的横截面视图；
[0047]图19是图18的印刷电路板在热压并进行整板电镀后的横截面视图；
[0048]图20是图19的印刷电路板经导电层图形化处理且树脂板的部分被去除后的横截面视图；
[0049]图21是根据本实用新型再一实施例的印刷电路板的横截面视图；
[0050]图22是根据本实用新型又一实施例的印刷电路板的横截面视图。
【具体实施方式】
[0051]根据本实用新型公开一方面的印刷电路板包括:散热器、基板、形成在印刷电路板上表面的多个电极焊盘、位于印刷电路板下表面并与该多个电极焊盘电连接的多个端子、以及位于印刷电路板下表面并连接至散热器和基板的热扩散器。
[0052]根据本实用新型一实施例的印刷电路板制备方法，包括:如图15的步骤132所示，制备导热且电绝缘的散热器。如图1A所示，制备散热器包括在散热器10的上表面和下表面中的一个或两个上覆盖导电层111(第一导电层)。在整个说明书中所使用的导电层可以是铜、金或任何其他导电材料。导热且电绝缘的散热器10可以包括由陶瓷，例如氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷、碳化硅陶瓷等等，所制成的芯核118。在图1A所示的实施例中，通过机械或者激光切割的方式切割上、下两个表面均覆盖有铜的氧化铝陶瓷板112，以获得上、下表面均覆盖有导电层111的导热且电绝缘的散热器10。导电层111完全延伸越过散热器的上、下表面至其边缘，这有助于降低散热器中的热应力，并阻止散热器和介电层之间发生分离。
[0053]图15中所示的制备方法包括提供具有第一通孔211的绝缘板材的步骤134，该绝缘板材可以是含有树脂的绝缘板材，例如有机树脂板。如图1B所示，有机树脂板20覆盖有导电层221(第二导电层)和222，且具有构造为用于接纳散热器10的第一通孔211。树脂板20可以是环氧树脂、纤维增强环氧树脂、FR4等材质。虽然图1B所示的有机树脂板在其两面均覆盖有导电层，但其也可以是根据需要在单面覆盖导电层。在图1B中，提供了双面FR4覆铜板20，其包括带有导电层221(第二导电层)和导电层222的介电层21(绝缘板材)。第一通孔211通过机械或者激光钻孔的方式制备。导电层221是不具有电路图案的导电层。在一个实施例中，导电层221和导电层111具有相等的厚度，且该厚度大约为10Z。导电层222是具有电路图案(未示出)的导电层，该电路图案根据现有技术中的已知方法(例如蚀刻)而形成。
[0054]图15的方法包括在步骤136中提供具有第二通孔的半固化片。根据本实用新型一个实施例的印刷电路板包括最佳如图1C所示的半固化片30(例如prepreg)，其具有第二通孔31。在一个实施例中，第二通孔31可以通过对半固化片30进行机械或者激光钻孔而制得。在其他实施例中，半固化片可以被制备为其中已经形成有第二通孔(例如通过在模具中成型等方式)。半固化片30可以包括没有完全固化的环氧树脂。
[0055]图15所示制备方法的步骤138包括:层叠树脂板和半固化片，并使其相互固定;将散热器放置在相应的通孔内。如图2所示，树脂板20位于半固化片30的每一侧;第一通孔211和第二通孔31对齐，且树脂板20和半固化片30临时性或永久性地结合在一起(例如通过绑定、胶粘、焊接、夹持、使用连接器连接等方式)。上述制备方法进一步包括将散热器10放置在通孔内，以制备层压印刷电路板224。如图2所示，具有电路图案的导电层222放置为相邻于半固化片30，从而被设置在印刷电路板的内部。换句话说，在该步骤之前，印刷电路板的所有内部电路都是已经制备好的。另外，在本实用新型的部分实施例中，根据需要可以省略导电层222。也就是说，本实用新型的印刷电路板可以不包括内部电路。
[0056]虽然图2中示出了相邻树脂板之间仅设置有一层半固化片，但在本实用新型的其他实施例中，相邻树脂板之间可以根据需要设置两层或两层以上的半固化片。另外，在本实用新型的其他实施例中，印刷电路板设计为包括三层或三层以上的内部电路层，此时，层叠三层或三层以上的树脂板，并在相邻树脂板之间设置一层或多层半固化片。其中，内部电路层形成在位于印刷电路板内部的树脂板表面上。
[0057]图7E中示出了各个通孔和散热器之间的位置关系。散热器10具有相等或不相等的第一长度和宽度。第一通孔211大于散热器，且二者之间具有第一偏移量55，以允许散热器被放置在介电层21中。如图所示，第二通孔31大于第一通孔，且二者之间具有第二偏移量53。第一偏移距离55优选为0.1mm至0.2mm，更优选为0.14mm至0.16mm。第二偏移距离53优选为0.05mm至0.15mm，更优选为0.09mm至0.11mnin
[0058]图15的方法包括在步骤140中对层压印刷电路板224进行热压。热压包括在层压印刷电路板224的相对表面施加压力，并同时加热层压印刷电路板224。在压力作用下，层压印刷电路板224的厚度减小，使得导电层111和221的表面基本上或大致平齐。加热层压印刷电路板224使得半固化片30中未固化的环氧树脂填充散热器10和树脂板20之间的间隙226(如图2所示)，并流动至导电层111和221的表面。半固化片的可流动性与其环氧树脂的含量正相关。在一些实施例中，设置为相邻于树脂板的半固化片的环氧树脂含量可以为大约60-75wt%，更优选为65-70wt%。相对较高的可流动性有助于半固化片基本上或完全填充间隙226。如图3所示，散热器10和树脂板20之间以及相邻树脂板20之间由于热压而形成固定连接。
[0059]图16示出了可以用于热压步骤的装置的一个实施例。该装置包括离型膜2和挠性的硬质层I(例如金属、塑料、铜和招)，其中，硬质层I的厚度为大约0.05mm至0.3_。离型膜2和挠性硬质层I被设置在层压印刷电路板224的两侧，且离型膜2相邻于印刷电路板。由于散热器10与树脂板20和半固化片30之间的可压缩性存在显著差异，因而挠性硬质层I可以在热压过程中提高层压印刷电路板224的平整度，使得在热压步骤后，导电层221和位于散热器10表面的导电层111如图3所示共面。
[0060]如图3所示，在热压步骤中，多余树脂38可能流动至印刷电路板的表面并可能同时流动至导电层111和221的表面。因此，上述制备方法包括如图15的步骤142中所描述的去除溢流至印刷电路板表面的固化树脂38。在一个实施例中，这可以通过研磨固化树脂38来实现，在研磨固化树脂38时，通常同时对导电层111和221进行研磨。如图4所示，研磨步骤还可以有助于确保固化树脂38、导电层111和221的表面基本上或大致平齐。在其他实施例中，固化树脂可以通过其他方法(例如化学的)去除。
[0061]如图15的步骤144中所描述，作为上述制备过程的一部分，钻穿层压印刷电路板224而得到多个通孔51。如下所述，图5中所示的多个通孔51提供了在全部导电层之间建立电连接的路径。在本实用新型的其他实施例中，可以在印刷电路板中形成多个盲孔，并通过该盲孔来提供实现导电层之间电连接的路径。在本实用新型的另外实施例中，可以同时利用盲孔和通孔来提供实现导电层之间电连接的路径。
[0062]图15描述的方法包括在印刷电路板上镀覆导电层的步骤146。如图6中所示，导电层611(第三导电层)形成在固化树脂38以及导电层111和221的表面，且在通孔51的内壁还形成有导电层612。其中，导电层612用于实现印刷电路板的表面电路(如下文所述)和内部电路222的电连接。在一个实施例中，导电层611和612可以通过首先化学沉积底铜层，然后采用电镀法在底铜层上沉积加厚铜而形成。当然，如前所述，可以利用其它导电材料来替代铜。本实用新型并不限于采用上述的导电层制备方法，而是可以使用现有技术中任意的已知导电层制备方法。
[0063 ] 在图15的步骤148中制备表面电路。如图7A-C所示，在层压印刷电路板224上制备该表面电路。一般地，采用图形蚀刻的方法(图形化处理)制备表面电路，以在印刷电路板224的上、下表面形成相应的导电图案。如图7A-C所示，对印刷电路板上表面的导电层111、221和611进行图形化处理，以得到包括正极焊盘71、负极焊盘72和导热焊盘73的第一导电图案，其中正极焊盘71、负极焊盘72和导热焊盘73构成发热元件安装位。焊盘71、72和73全部延伸穿过导电层221和611而至散热器10和树脂板20的介电层21的表面。此外，对印刷电路板下表面的导电层进行图形化处理，以得到包括第一端子81(正极端子)、第二端子82(负极端子)和热扩散图案83的第二导电图案。其中，第二导电图案可以同时作为散热层而起到散热作用。图形蚀刻使得热扩散图案83与第一端子81和第二端子82分离，且热扩散图案83延伸至散热器10和介电层21的表面。
[0064]如图7B所示，焊盘71、72和73均由散热器10的上表面连续地延伸至介电层21的上表面。在其他部分实施例中，焊盘71、72和73仅形成在散热器10的上表面，而第一导电图案的其他部分由介电层21的上表面连续地延伸至散热器10的上表面。在另外的实施例中，焊盘71和72仅形成在介电层21的上表面，而焊盘73由介电层21的上表面连续地延伸至散热器10的上表面，并覆盖散热器10的上表面或仅形成在散热器10的部分上表面上。
[0065]如图7C所示，作为热扩散器的热扩散图案83覆盖散热器10的下表面并延伸至介电层21的下表面。在其他实施例中，热扩散图案83的至少一部分由散热器10的下表面连续地延伸至介电层21的下表面，且热扩散图案83仅形成在散热器10的部分下表面上。
[0066]上述方法包括在图15的步骤149中将LED连接至印刷电路板而得到LED模组。如图7D所示，LED装置包括正电极91、负电极92和热沉93。正电极91、负电极92和热沉93分别连接(例如通过焊接、点胶)至正极焊盘71、负极焊盘72和导热焊盘73，从而得到LED模组。LED装置所产生的热量可以通过导热焊盘73、散热器10和热扩散图案83进行扩散。
[0067]上述方法可以进一步包括在印刷电路板的上表面和/或下表面连接LED驱动电路和/或控制电路元件。这些电路可以包括驱动电路、调光电路、电压控制电路、电流控制电路、色彩控制电路、温度保护电路，等等。上述方法还可以包括在印刷电路板上形成这些电路的步骤。
[0068]图8A示出了另一实施例的印刷电路板801和LED模组。印刷电路板801的某些方面及其制备方法与图1A至7D的描述相类似，故仅对该实施例与前述实施例的区别进行说明。与印刷电路板224相比，图8A-8B所示的印刷电路板801的上表面具有不同的导电图案。可以进行如前所述的图形化处理工艺，但略去导热焊盘而制备包括多个正极焊盘71和多个负极焊盘72的第一导电图案，其中多个正极焊盘71和多个负极焊盘72构成发热元件安装位。多个正极焊盘71和多个负极焊盘72中的至少一个连续地延伸至散热器10和介电层21的上表面。在本实用新型的部分实施例中，多个正极焊盘71和多个负极焊盘72均形成在散热器的上表面之内，而第一导电图案的其他部分由介电层的上表面连续地延伸至散热器的上表面。如图SB所示，多个LED装置的正电极和负电极可以分别连接至正极焊盘71和负极焊盘7 2，从而得到具有多个LED的LED模组。
[0069]换句话说，印刷电路板224(图7D)适用于具有三个引脚/电极的LED装置(例如LED灯珠)，印刷电路板801 (图8B)适用于具有两个引脚/电极的LED装置(例如倒装LED芯片)。
[0070]另外，本申请的某些或全部实施例中的印刷电路板特别适用于安装或封装有硅基板/芯片的LED装置。这是因为，硅和陶瓷具有相对接近的热膨胀系数，从而能够避免或减少由于LED装置和印刷电路板之间热膨胀系数不匹配而导致的各种结构和热扩散缺陷。因此，与以前的现有方法相比，根据本实用新型所描述的方法而制备的产品具有增强的稳定性。[0071 ]图9A-9B示出了另一实施例的印刷电路板及LED模组。印刷电路板901下表面的导电图案略去了前述的热扩散图案，而是代之以对印刷电路板下表面的导电层111、221和611进行图形化处理，从而得到对称设置的第一端子81和第二端子82;其中，第一端子81和第二端子82延伸至散热器10和介电层21的表面，并起到散热作用。在本实用新型的其他实施例中，仅第一端子81或第二端子82由介电层21的表面延伸至散热器的表面。在优选实施例中，该第一端子81或第二端子82覆盖散热器的下表面。
[0072]根据本实用新型另一实施例的印刷电路板制备方法，包括:在电绝缘芯核的表面形成第一导电层;蚀刻第一导电层的局部区域以暴露电绝缘芯核。然后，可以沿被蚀刻的局部区域切割电绝缘芯核，以制备散热器;其中，电绝缘芯核的一部分在切割之后可以保持暴露。如图10所示，可以在切割陶瓷板112之前对散热器10的导电层111进行蚀刻，该蚀刻在散热器10的边缘和导电层111之间形成间隙126。在散热器的制备过程中进行该蚀刻步骤还消除了来自于导电层的任何因机械切割工艺而产生的毛刺，从而提高了生产效率。
[0073]图11示出了具有散热器10和树脂板的印刷电路板1001，其中，散热器10没有形成如前述实施例中所描述的导电层111，且树脂板没有形成如前述实施例中所描述的导电层221和222。相反地，树脂板的介电层21与半固化片30直接连接。可以根据如前所述的方法在介电层的外表面形成导电层611。
[0074]在本实用新型的一个实施例中，制备印刷电路板1001包括以下步骤:
[0075]提供陶瓷散热器10、具有第一通孔的介电层21以及具有第二通孔的半固化片30;
[0076]在半固化片30的两侧层叠介电层21而得到基板，使得第一通孔和第二通孔相互对应，并将散热器10放置在第一通孔和第二通孔内；
[0077]热压基板和散热器10，使得半固化片中的树脂填充基板和散热器10之间的间隙，且基板和散热器的表面基本平齐；
[0078]去除基板和散热器表面的多余树脂；
[0079]通过PVD工艺分别在基板和散热器的两相对表面依次沉积钛层和底铜层；
[0080]通过电镀工艺在底铜层上沉积加厚铜层，从而得到包括钛层和铜层的导电层611;
[0081]对基板和散热器上表面的导电层611进行蚀刻处理，得到包括正极焊盘71、负极焊盘72和导热焊盘73的导电图案。其中，正极焊盘71、负极焊盘72和导热焊盘73相对于散热器10可以具有如前所述的多种设置方式。位于基板和散热器下表面的导电层611可以作为散热层，不作蚀刻处理而覆盖基板和散热器的下表面。
[0082]本实用新型的另一方面提供了一种刚挠结合印刷电路板(又称软硬结合印刷电路板)，其可以进一步包括第二印刷电路板，该第二印刷电路板具有上表面和下表面、散热器、基板、位于上表面的多个电极焊盘、位于下表面的多个端子、以及位于下表面并连接至散热器和基板的热扩散器;其中，多个端子中的每一个均与多个电极焊盘中的至少一个连接;上述多个印刷电路板可以由位于每一个印刷电路板的上、下表面之间的挠性构件连接。上述多个印刷电路板可以相隔一定距离但相互之间通过挠性构件保持连接。上述基板可以包括位于多个树脂板之间的半固化片。
[0083]根据本实用新型另一方面的刚挠结合印刷电路板制备方法可以包括提供多个散热器，其中多个散热器中的每一个均具有导电层和电绝缘芯核。该方法还可以包括:提供基板，该基板包括挠性构件和多个通孔;将多个散热器塞入多个通孔内；热压基板与散热器，以使得基板与散热器相互固定。热压后可以从挠性印刷电路板的表面去除多余的树脂。上述方法可以进一步包括:去除印刷电路板表面的多余树脂后，在印刷电路板表面沉积导电层;去除位于散热器之间的基板的一部分，以创设挠性区域。
[0084]上述方法可以包括将树脂板与半固化片和挠性构件连接在一起，树脂板具有多个贯穿其中的通孔和多个部分伸入其中的凹陷部，半固化片具有余隙孔和多个通孔，该连接使得树脂板中的多个通孔与半固化片中的多个通孔对齐，且多个凹陷部中的每一个均与余隙孔的边缘对齐。
[0085]图12-14示出了一实施例的刚挠结合印刷电路板，其将挠性部分和刚性部分相组合。如图13-14所示，刚挠结合印刷电路板1020包括两个刚性部分1022和1024以及同时电连接和机械连接刚性部分1022和1024的挠性电路板40，其中挠性电路板40位于第一和第二半固化片30之间。刚性部分1022和1024具有基本上相同的结构，并形成为基本上类似于前述的刚性印刷电路板。挠性电路板40具有分别与树脂板220中的第一通孔和半固化片30中的第二通孔相对齐的第三通孔。挠性电路板40与印刷电路板1 20的挠性部分43相对应的表面设置有保护膜(未示出)。以下结合图12-14对刚挠结合印刷电路板1020的制备进行说明。
[0086]如图12所示，提供树脂板220，其可以是FR4双面覆铜板，包括介电层21以及分别形成在介电层21两相对表面的非图案化导电层221 (第二导电层)和包括导电图案的导电层222。树脂板220中位于导电层222的一侧形成有部分伸入其中的凹陷部212(例如，通过机械或激光切割)，凹陷部212形成印刷电路板1020的挠性部分43的边界。树脂板220还包括用于容纳多个散热器10的多个第一通孔211。在其他实施例中，可以省略导电层222。
[0087]为制备刚挠结合印刷电路板1020，可以按照如前所述的方法提供陶瓷散热器10，其中陶瓷散热器10的两相对表面均形成有导电层111(第一导电层)。
[0088]另外，提供半固化片30。组装印刷电路板的基板之前，在半固化片30中制备对应于多个第一通孔211的多个第二通孔、以及对应于所期望的印刷电路板1020的挠性部分43并贯穿半固化片30的余隙孔。
[0089]半固化片30中与所期望的挠性部分相对应的余隙孔大于最终的挠性部分43，以阻止或减少环氧树脂流动至挠性部分43。相邻于挠性电路板的半固化片可以具有比位于树脂板之间的半固化片更低的可流动性。例如，相邻于挠性电路板的半固化片中环氧树脂的含量可以为大约40-55wt %，更优选为45-50wt %。相对较低的可流动性有助于在减少或避免半固化片流动至挠性区域43表面的条件下使得半固化片填充基板和散热器之间的间隙226。
[0090 ]刚挠结合印刷电路板1020的制备方法进一步包括:
[0091 ]提供挠性电路板40，其包括对应于多个第一通孔211的多个第三通孔；
[0092]分别在挠性电路板40的两侧依次层叠半固化片30的如图12所示的树脂板220，以提供带有通孔的软硬结合基板;其中，导电层221位于基板的表面；
[0093]将带有导电层111的散热器10塞入软硬结合基板的通孔内；
[0094]热压散热器和基板，使得半固化片中的树脂填充散热器和基板之间的间隙，且使得导电层111和导电层221基本平齐；
[0095]去除导电层111和导电层221表面的固化树脂；
[0096]在印刷电路板的两相对表面侧形成导电层611，得到如图13所示的印刷电路板；
[0097]蚀刻位于印刷电路板上表面的导电层111、211和611而得到包括正极焊盘71、负极焊盘72和导热焊盘73的第一导电图案，其中正极焊盘71、负极焊盘72和导热焊盘73构成发热元件安装位，且发热元件安装位可以采用图14之外的前述各种设计；
[0098]蚀刻位于印刷电路板下表面的导电层111、211和611而得到包括第一端子81(正极端子)、第二端子82(负极端子)和热扩散图案83的第二导电图案，其中第二导电图案可以同时作为散热层而起到散热作用，具体是热扩散图案83作为热扩散器覆盖散热器10的下表面并连续地延伸至介电层21的下表面;在其他的实施例中，也可以将第一端子81和第二端子82形成在第一导电图案中，而不蚀刻位于印刷电路板下表面的导电层111、211和611以将其整体上作为散热层，从而扩大散热面积；
[0099]通过机械或激光切割的方式，沿凹陷部212所在位置去除图13的印刷电路板1020中对应于挠性部分43且不构成挠性电路板40的部分，由此得到如图14所示的刚挠结合印刷电路板1020，其具有第一刚性部分1022、第二刚性部分1024以及将二者所分开的挠性部分43。第一刚性部分1022和第二刚性部分1024通过挠性电路板40相互连接。印刷电路板1020可以具有形成在其上的如前所述的表面电路，且可以具有附接至其上的LED(未示出)。
[0100]图17示出了可以用于热压步骤的装置的另一实施例。该实施例中，在硬质层I的外侧进一步设置弹性材料层3。弹性层3可以是硅胶或其他类似材料。
[0101]在本实用新型的另一实施例中，刚挠结合印刷电路板可以包括单层或多层的挠性电路板以及单层或多层的刚性印刷电路板。在该实施例中，可以使用不同的半固化片。例如，相邻于挠性电路板的半固化片可以具有比位于树脂板之间的半固化片更低的可流动性。
[0102]图18-20示出了本实用新型刚挠结合印刷电路板制备方法的另一实施例。其包括以下步骤:
[0103]如图18所示，提供带有通孔的基板和陶瓷散热器10，并将陶瓷散热器10塞入基板的通孔内；其中，基板包括挠性电路板40、在挠性电路板40的两相对表面侧依次设置的半固化片30和介电层21(绝缘板材)；由图18可见，其与图12-14的主要区别在于介电层21和陶瓷散热器10的表面没有首先形成导电层；
[0104]而后，热压散热器10和基板，使得半固化片中的树脂填充散热器10和基板之间的间隙，以将散热器和基板相互固定；
[0105]在去除溢流至散热器和基板表面的多余树脂后，于印刷电路板的两相对表面侧形成导电层61;其中，可以通过PVD工艺分别在印刷电路板的两相对表面依次沉积钛层和底铜层，并通过电镀工艺在底铜层上沉积加厚铜层而得到包括钛层和铜层的导电层61;
[0106]蚀刻位于印刷电路板上表面的导电层61而得到包括正极焊盘71、负极焊盘72和导热焊盘73的第一导电图案，其中正极焊盘71、负极焊盘72和导热焊盘73构成发热元件安装位，且发热元件安装位可以采用图14之外的前述各种设计；
[0107]蚀刻位于印刷电路板下表面的导电层61而得到第二导电图案80，其中第二导电图案80包括覆盖散热器10的下表面并连续地延伸至介电层21的下表面的热扩散器;在其他实施例中，也可以不蚀刻位于印刷电路板下表面的导电层61，从而扩大散热面积；
[0108]通过机械或激光切割的方式，沿凹陷部212所在位置去除图19的印刷电路板1030中对应于挠性部分43且不构成挠性电路板40的部分，由此得到如图20所示的刚挠结合印刷电路板1030，其具有第一刚性部分1032、第二刚性部分1034以及将二者所分开的挠性部分43。第一刚性部分1032和第二刚性部分1034通过挠性电路板40相互连接。可以进一步在发热元件安装位上附接LED (未示出)而得到LED模组。
[0109]图21示出了另一实施例的刚挠结合印刷电路板1040，其包括刚性部分1042和1044、以及用于连接刚性部分1042和1044的挠性部分43。其中，挠性部分43为挠性电路板。与图14所示的刚挠结合印刷电路板1020相比，本实施例的主要区别在于:刚性部分1044不是用于安装发热元件，而是用于构成驱动电路和/或控制电路。相应地，在制备刚挠结合印刷电路板1040的过程中包括在刚性部分1044中形成驱动电路和/或控制电路的步骤。
[0110]图22示出了再一实施例的软硬结合印刷电路板1050，其包括刚性部分1052、1054和1056，以及连接刚性部分1052和1054的挠性部分1053、连接刚性部分1054和1056的挠性部分1055。其中，通过对印刷电路板1050的预定部分进行厚度减薄处理而使得该预定部分具备挠性，例如对印刷电路板1050的预定部分进行控深铣，从而得到挠性部分1053和1055。其中，刚性部分1052中设置有散热器10并用于安装发热元件，而刚性部分1054和/或1056可以用于形成驱动电路和/或控制电路。
[0111]本领域技术人员容易理解，虽然上述各个实施例中仅披露了将本实用新型的印刷电路板用作LED发光元件的载板来制备LED模组，但在本实用新型的其他实施例中，本实用新型的印刷电路板同样可以用作诸如晶闸管、GT0、GTR、M0SFET、IGBT和电力二极管等各种其他功率半导体器件的载板，以得到具有较佳热稳定性和长使用寿命的各种功率半导体组件。
[0112]另外，本实用新型的上述各个实施例中，印刷电路板可以进一步包括形成在陶瓷散热器侧面和/或内部的导电结构，该导电结构可以包括形成在陶瓷散热器侧面的导电线路和/或形成在陶瓷散热器内部的一层或多层内部导电图案层，其中，形成在陶瓷散热器内部的导电图案层可以通过形成在陶瓷散热器中的导电过孔和/或形成在陶瓷散热器侧面的导电线路而与形成在基板和/或散热器上表面和/或下表面的导电图案电连接(例如与形成在基板和/或散热器上表面的发热元件安装位电连接)。相应地，上述各个实施例可以进一步包括在陶瓷散热器的侧面和/或内部形成导电结构的步骤。由于在陶瓷散热器的侧面和/或内部形成导电结构的方法属于本领域技术人员的习知技术，故在此省略对其的详细描述。对于在同一个散热器上设置有诸如LED芯片的多个功率半导体器件而言，这种设计是尤其有利的，因为其可以将用于实现该多个功率半导体器件之间电连接的部分导电路径设置在陶瓷散热器的内部和/或侧面，从而进一步实现印刷电路板和功率半导体组件的小型化。
[0113]本领域技术人员容易理解，除非存在相互排斥的情形，上述的各个实施例可以相互组合和/或替换。例如，通过对图11中的印刷电路板1001的预定部分进行厚度减薄处理以形成挠性部分，同样可以得到刚挠结合的印刷电路板。
[0114]虽然在此参照特定的实施例描述了本实用新型，但应当理解的是，这些实施例仅用于阐述本实用新型的原理和应用。因此，应当理解的是，在不脱离所附权利要求定义的本实用新型的精神和范围的条件下，可以对所描述的实施例进行各种各样的改变并设计出其他多种布置。
【主权项】
1.一种刚挠结合印刷电路板，具有至少两个刚性区域、以及连接相邻刚性区域的挠性区域，包括: 导热且电绝缘的散热器，设置在至少一个刚性区域中并贯穿所述印刷电路板的基板； 形成在所述至少一个刚性区域的第一表面侧、并包括发热元件安装位的导电图案层； 形成在所述至少一个刚性区域的第二表面侧的散热层； 其特征在于:所述导电图案层的至少一部分由所述基板的第一表面连续地延伸至所述散热器的第一表面，且所述发热元件安装位的至少一部分设置在所述散热器的第一表面上；所述散热层的至少一部分由所述基板的第二表面连续地延伸至所述散热器的第二表面。2.如权利要求1所述的刚挠结合印刷电路板，其特征在于:所述挠性区域通过对所述印刷电路板的预定区域进行厚度减薄处理而得到。3.如权利要求1所述的刚挠结合印刷电路板，其特征在于:至少一个刚性区域形成有驱动电路和/或控制电路。4.如权利要求3所述的刚挠结合印刷电路板，其特征在于:所述散热器与所述驱动电路和/或控制电路位于不同的刚性区域中。5.如权利要求1所述的刚挠结合印刷电路板，其特征在于:所述刚性区域包括至少两层含有树脂的绝缘板材，相邻绝缘板材之间通过使得半固化片固化而连接。6.如权利要求1所述的刚挠结合印刷电路板，其特征在于:所述散热器为陶瓷散热器。7.如权利要求1所述的刚挠结合印刷电路板，其特征在于:所述发热元件安装位包括成对设置的正极焊盘和负极焊盘。8.如权利要求1所述的刚挠结合印刷电路板，其特征在于:所述散热器的内部和/或侧面形成有与所述发热元件安装位电连接的导电结构。9.如权利要求1所述的刚挠结合印刷电路板，其特征在于:所述散热层覆盖所述散热器的第二表面并连续地延伸至所述基板的第二表面。10.一种功率半导体组件，包括功率半导体器件，其特征在于:进一步包括根据权利要求I至9任一项所述的刚挠结合印刷电路板;所述功率半导体器件设置在所述发热元件安装位上。
【文档编号】H05K1/02GK205566792SQ201620231338
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年3月23日
【发明人】李保忠, 罗苑, 陈爱兵, 聂沛珈, 胡启钊, 林伟健
【申请人】乐健集团有限公司