陶瓷基埋入式印制电路板结构、集成电路模块及电子设备

摘要

本实用新型公开了一种陶瓷基埋入式印制电路板结构、集成电路模块及电子设备，涉及电路板制作技术领域，该印制电路板结构包括：绝缘基板和陶瓷基，所述陶瓷基设置于所述绝缘基板的预设槽内，且所述陶瓷基与所述预设槽的内表面之间设置有绝缘介质；所述陶瓷基的上表面金属层用于贴装集成芯片，所述陶瓷基的下表面金属层连接设置在所述绝缘基板的下表面外部的导热金属层，以通过所述导热金属层进行导热；本实用新型的陶瓷基埋入式印制电路板结构，陶瓷基的上表面金属层表面的集成芯片产生的热量通过陶瓷基及导热金属层传导出去，利用陶瓷基的高导热性和高绝缘性，在满足集成芯片高效散热的同时还可以保证电路板的绝缘性能。

说明书

技术领域

本实用新型涉及电路板制作技术领域，特别涉及一种陶瓷基埋入式印制电路板结构、集成电路模块及电子设备。

背景技术

随着全球能源结构转型的持续推进，电能成为了最重要的能源形势；各种类型的功率器件的功率也越来越大，其对印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)的散热需求也越来也高；目前最广泛使用的加强PCB散热的方式是埋入铜基(铜块，热导率约400W/mK)；但是，随着PCB的精细线路要求越来越高，铜基的尺寸也越来越小，铜基的尺寸精度制作难度越来越难，这也限制了铜基埋入式PCB的更广泛使用；此外，由于铜基自身的导体特性，在处理高电压、大电流芯片(如IGBT、SiC器件)时存在绝缘性挑战，为了增加铜基的绝缘性能，通常是增加铜基表面的绝缘树脂层，而绝缘树脂的热导率较小，这样会严重降低铜基的散热性能。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种陶瓷基埋入式印制电路板结构、集成电路模块及电子设备，以解决现有技术中，为了增加铜基的绝缘性能，通常是增加铜基表面的绝缘树脂层，而绝缘树脂的热导率较小，会严重降低铜基的散热性能的问题。

第一方面，本实用新型实施例提供一种陶瓷基埋入式印制电路板结构，包括：

绝缘基板和陶瓷基，所述陶瓷基设置于所述绝缘基板的预设槽内，且所述陶瓷基与所述预设槽的内表面之间设置有绝缘介质；

所述陶瓷基的上表面金属层用于贴装集成芯片，所述陶瓷基的下表面金属层连接设置在所述绝缘基板的下表面外部的导热金属层，以通过所述导热金属层进行导热。

可选的，所述陶瓷基埋入式印制电路板结构还包括若干金属连接柱，每个所述金属连接柱的一端连接所述下表面金属层，每个所述金属连接柱的另一端连接所述导热金属层。

可选的，各所述金属连接柱之间设置所述绝缘介质。

可选的，所述绝缘基板的内部设置有内层导电线路，所述绝缘基板的上下表面设置有外层导电线路。

可选的，所述绝缘基板的预设位置设置有连接孔，所述连接孔的内壁设置有连接孔金属层，所述连接孔金属层分别与所述外层导电线路及所述内层导电线路连接。

可选的，所述陶瓷基的上表面金属层的厚度大于所述陶瓷基的下表面金属层的厚度。

可选的，所述预设槽的形状为矩形或长方形。

可选的，所述预设槽的形状为圆形。

第二方面，本实用新型实施例提供一种集成电路模块，包括如第一方面所述的陶瓷基埋入式印制电路板结构及集成芯片，所述集成芯片设置于所述陶瓷基的上表面金属层的表面。

第三方面，本实用新型实施例提供一种电子设备，包括壳体，如第二方面所述的集成电路模块设置于所述壳体内。

上述方案具有以下有益效果：

本实用新型的陶瓷基埋入式印制电路板结构，在绝缘基板的预设位置设置预设槽，在预设槽内设置具有上表面金属层和下表面金属层的陶瓷基，上表面金属层用于装贴集成芯片，下表面金属层则与导热金属层连接，使得上表面金属层表面的集成芯片产生的热量通过陶瓷基及导热金属层传导出去；利用陶瓷基的高导热性和高绝缘性，在满足集成芯片高效散热的同时还可以保证电路板的绝缘性能。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型一实施例中提供的第一种陶瓷基埋入式印制电路板结构示意图；

图2是本实用新型一实施例中提供的第二种陶瓷基埋入式印制电路板结构示意图；

图3是本实用新型一实施例中提供的一种集成电路模块的结构示意图；

符号说明如下：

100、绝缘基板；110、外层导电线路；120、内层导电线路；130、连接孔；131、连接孔金属层；140、预设槽；200、陶瓷基；210、下表面金属层；220、上表面金属层；230、导热金属层；240、金属连接柱；300；绝缘介质；400、集成芯片；410、引脚。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步的详细说明。

应当理解，下面阐述的实施例代表了使本领域技术人员能够实施实施例并说明实施实施例的最佳模式的必要信息。在根据附图阅读以下描述后，本领域技术人员将理解本公开的概念并且将认识到这些概念在本文中未特别提及的应用。应当理解，这些概念和应用落入本公开和所附权利要求的范围内。

还应当理解，尽管本文中可以使用术语第一、第二等来描述各种元素，但是这些元素不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元素与另一个元素。例如，可以将第一元件称为第二元件，并且类似地，可以将第二元件称为第一元件，而不脱离本公开的范围。如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

还应当理解，当一个元件被称为“连接”或“耦合”到另一个元件时，它可以直接连接或耦合到另一个元件，或者可以存在中间元件。相反，当一个元素被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一个元素时，不存在中间元素。

还应当理解，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“底部”、“中间”、“中间”、“顶部”等可以在本文中用于描述各种元素，指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此这些元素不应受这些条款的限制。

这些术语仅用于区分一个元素与另一个元素。例如，第一元件可以被称为“上”元件，并且类似地，第二元件可以根据这些元件的相对取向被称为“上”元件，而不脱离本公开的范围。

进一步理解，术语“包括”、“包含”、“包括”和/或“包含”在本文中使用时指定了所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、组件和/或它们的组。

除非另有定义，本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。将进一步理解，本文使用的术语应被解释为具有与其在本说明书和相关技术的上下文中的含义一致的含义，并且除非本文明确如此定义，否则不会以理想化或过于正式的意义进行解释。

如图1所示，为本申请实施例一提供的一种的陶瓷基埋入式印制电路板结构，该印制电路板结构包括：绝缘基板100和陶瓷基200，其中，在绝缘基板100的预设位置设置有预设槽140，陶瓷基200设置于绝缘基板100的预设槽140内，且陶瓷基200与预设槽140的内表面之间设置有绝缘介质300，以使陶瓷基200与绝缘基板100之间保持良好的绝缘性。

本实施例中，在陶瓷基的上表面设置有上表面金属层220，下表面设置有下表面金属层210，上表面金属层220用于贴装集成芯片，下表面金属层210连接设置在绝缘基板100的下表面外部的导热金属层230，以通过导热金属层230进行导热。

本实用新型的陶瓷基埋入式印制电路板结构，在绝缘基板的预设位置设置预设槽，在预设槽内设置具有上表面金属层和下表面金属层的陶瓷基，上表面金属层用于装贴集成芯片，下表面金属层则与导热金属层连接，使得上表面金属层表面的集成芯片产生的热量通过陶瓷基及导热金属层传导出去；利用陶瓷基的高导热性和高绝缘性，在满足集成芯片高效散热的同时还可以保证电路板的绝缘性能。

如图2所示，为本申请实施例二提供的一种陶瓷基埋入式印制电路板结构，该印制电路板结构包括：绝缘基板100、陶瓷基200以及若干金属连接柱240，其中，在绝缘基板100的预设位置设置有预设槽140，陶瓷基200设置于绝缘基板100的预设槽140内，且陶瓷基200与预设槽140的内表面之间设置有绝缘介质300，以使陶瓷基200与绝缘基板100之间保持良好的绝缘性。

对上述预设槽的制作，可以通过现有制作PCB的方法，制作好一张包含内层导电线路的框架PCB，作为后续的陶瓷基埋入的框架；其中，框架PCB的上下表面的金属层未进行图形化，即没有形成外层导电线路。

在框架PCB的预设位置开设预设槽，该预设槽可以是矩形、长方形或者圆形的一种，也可以是其它任意形状，深度大于埋设的陶瓷基的厚度，开设的方式可以为机械钻孔。

本实施例中，在陶瓷基200的上表面设置有上表面金属层220，下表面设置有下表面金属层210，其中，上表面金属层220的厚度大于下表面金属层210的厚度，上表面金属层220的上表面与绝缘基板100的上表面处于同一平面，上表面金属层220用于贴装集成芯片；每个金属连接柱240的一端连接下表面金属层210，每个金属连接柱240的另一端连接导热金属层230；在每个金属连接柱240之间设置绝缘介质300，绝缘介质300的材料可以是半固化态的玻璃纤维增强树脂、味之素积层胶膜、环氧塑封料等，以使各金属连接柱之间保持良好的绝缘性。

对于陶瓷基集成于预设槽内，可以通过如下方法实现：

在框架PCB的上表面预设槽的位置贴附高温胶带，以在陶瓷基放入预设槽内时，能够贴附到该高温胶带上，起到临时固定的作用。

将陶瓷基放入预设槽内，其中，陶瓷基的上表面贴装在框架PCB预设槽中的高温胶带的表面。

采用绝缘介质材料填塞陶瓷基与框架PCB预设槽的内表面之间的缝隙；优选真空树脂填塞的方式来填塞预设槽，也可以采用压合片式绝缘介质材料的方式来实现树脂填塞凹槽；如果采用压合的方式，绝缘介质材料可以是半固化态的玻璃纤维增强树脂、味之素积层胶膜、环氧塑封料等。

撕除高温胶带，对陶瓷基的上表面金属层进行研磨，将框架PCB上下表面残留的绝缘介质材料清理干净；在框架PCB的预设位置开设预设槽，在预设槽内设置陶瓷基，在陶瓷基与预设槽的内表面之间填塞绝缘介质材料，利用陶瓷的高导热性能性和高绝缘性，既可以满足芯片散热问题，也可以解决铜基的导电问题，为大功率(高电压、大电流)芯片封装提供方案。

本实施例中，在绝缘基板100的内部设置有内层导电线路120，在绝缘基板100的上表面及下表面设置有外层导电线路110，内层导电线路120的层数不做限定，可根据实际需要进行设置；在绝缘基100的预设位置设置有若干连接孔130，该金属连接孔130可以为通孔，也可以为盲孔，可以根据实际需要进行设置；在连接孔130的内壁上设置有连接孔金属层131，连接孔金属层131分别连接内层导电线路120和外层导电线路110，从而形成多层电路板结构。

对于连接孔和金属连接柱的制作，可以通过如下方法实现：

在陶瓷基的下表面的预设位置采用激光加工的方式制作盲孔；并在框架PCB的预设位置制作通孔，可采用机械钻的方式进行加工。

在互连孔内壁和陶瓷基的下表面通过溅射、化学镀、导电有机物吸附、碳颗粒吸附等方式制作导电种子层，并进行电镀铜加厚，实现盲孔填充和通孔内铜层加厚，在盲孔内形成金属连接柱，在陶瓷基的下方绝缘介质的表面形成导热金属层，使得陶瓷基下表面金属层与导热金属层通过金属连接柱连接。

采用盲孔内的金属连接柱来连接陶瓷基下表面金属层与导热金属层，可以降低陶瓷基厚度精度的需求，降低制作难度。

在连接孔和金属连接柱的制作方法中，可以实现陶瓷基的上表面金属层与框架PCB表面的铜层互连，因此，该方案可以采用电镀铜的方式实现陶瓷基与PCB的电互连，后续可以贴装更复杂的芯片。

然后在框架PCB的上下表面进行贴膜、曝光、显影、蚀刻等处理，在框架PCB的上下表面形成外层导电线路。

本实施例中，预设槽140的形状可以是矩形或者长方形，以适应形状为矩形或者长方形的集成芯片的装贴；预设槽140的深度大于陶瓷基板200的厚度，以使陶瓷基200能够完全设置于预设槽140内。

可选的，预设槽140的形状可以是圆形，以适应形状外圆形的集成芯片的装贴；设槽140的形状还可以是其他任意形状，以满足不同形状的集成芯片的装贴需求。

本实施例的陶瓷基埋入式印制电路板结构散热原理如下：

装贴于陶瓷基的上表面金属层的集成芯片产生的热量，经过上表面金属层、陶瓷基、下表面金属层以及金属连接柱，传导至导热金属层，通过导热金属层散发出去。

本实施例的陶瓷基埋入式印制电路板结构具有以下特点：

(1)上表面金属层表面的集成芯片产生的热量通过陶瓷基及导热金属层传导出去，使陶瓷基埋入式印制电路板结构整体保持较好的散热性能；

(2)在陶瓷基与绝缘基板之间设置绝缘介质，使陶瓷基与绝缘基板之间保持良好的绝缘性，从而提高电路板的整体绝缘性能；

(3)陶瓷基的上表面金属层采用较厚的设计，能够提高电路板的整体散热性能。

如图3所示，为本申请实施例三提供的一种集成电路板模块，该集成电路模块包括实施例一或实施例二中的陶瓷基埋入式印制电路板结构及集成芯片400，其中，集成芯片400装贴于陶瓷基200的上表面金属层220的表面，集成芯片400的各引脚410与绝缘基板100上表面的外层导电线路110连接。

本申请中，在实施例四中提供一种电子设备，该电子设备包括壳体，上述实施例三中的集成电路模块设置于壳体内。

以上所述实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本实用新型的保护范围之内。