带有壳体部分的印刷电路板的制作方法

1.本发明涉及一种带有壳体部分的印刷电路板。此外，本发明还涉及一种用于制造带有壳体部分的印刷电路板的方法。


背景技术：

2.印刷电路板可用于各种行业，如工业电子、汽车技术、航空航天等，其可用于各种技术应用，如电力电子、信号处理等。例如，在电力电子领域，有一些应用要求印刷电路板的部件(例如，功率半导体)具有高电流承载能力和/或快速散热性能。由于功率耗散、印刷电路板上部件的高堆叠密度、高时钟频率等原因，这些部件都会发热，所以应经常进行散热。
3.对于需要高电流承载能力的技术应用，可以使用所谓的大电流的印刷电路板，其具有带有相对较大的导体截面的导体轨，该导体轨例如借助厚铜技术来生产。热量可以通过大尺寸的印制导线散去。此外，还存在可布置在印刷电路板上的导热垫，使其与要散热的元件和/或与金属散热器接触。然而，大电流的印刷电路板和导热垫的成本很高，所以可能希望有一种在热管理方面得到改进的印刷电路板。


技术实现要素：

4.因此，本发明所要解决的技术问题是使用在结构上尽可能简单的手段，提供一种具有改进的热管理的印刷电路板。
5.该技术问题由独立权利要求的主题解决。本发明的有利的进一步实施方式在从属权利要求、说明书和附图中指出。
6.本发明的第一个方面涉及一种印刷电路板。该印刷电路板包括：
7.基板，其具有平坦的第一侧和与之相对的平坦的第二侧，
8.至少一个金属片，其以窄侧附接于基板的第二侧，并从焊接面突伸出，使金属片的平坦侧相对于焊接面暴露出来，以及
9.壳体部分，其至少部分围绕着金属片，并以可传热的方式与金属片相连。
10.第一侧例如也可以理解为平坦侧、上侧或者必要时是装配侧。术语第二侧例如也可以理解为底侧或焊接侧。在这种情况下，这些名称可以被广义地理解，原则上可以用来区分印刷电路板的第一平坦侧和第二平坦侧。印刷电路板也可以在两侧进行装配。如果有必要，印刷电路板也可以由多个基板多层地形成。
11.金属片可由导热和/或导电材料制成，如铜材料、铜合金、铝材料、铝合金或其他合适的金属材料。例如，其厚度或规格可从约0.2毫米到约2.5毫米，优选从约0.5毫米到约2毫米，更优选从约1毫米。此外，金属片可以以散热片的方式从印刷电路板、特别是从其焊接面突伸出，并且以平坦侧作为一种接触面暴露在环境中。此外，根据预期的用途或技术应用，金属片从印刷电路板突伸出来的尺寸可以变化，例如从约10毫米到约120毫米，优选从约20毫米到约100毫米，特别优选从约40毫米到约50毫米。
12.壳体部分可以由不同于金属片的基础材料制成，即由不同于金属材料的材料制
成。此外，壳体部分可以是印刷电路板的壳体的唯一部分，特别是环绕壳体(umgehaeuse)。然而，壳体部分也可以是共同构成印刷电路板壳体、特别是环绕壳体的多个壳体部分中的一个壳体部分。
13.传热耦合可以使用一种或多种传热模式，如热传导、对流和辐射。优选的是，至少大部分的热量可以通过热传导来传递，即通过机械地耦合金属片和壳体部分的方式。
14.本发明的印刷电路板允许改进热管理。可以改变金属片的尺寸，以便为热传导提供更大的表面积。此外，金属片还可以同时作为一种印制导线或电导体，因此与采用厚铜技术的大电流印刷电路板不同之处在于，可以既为热传导也为电流传导提供一个特别大的横截面。此外，由于其简单的设计和简单的制造，印刷电路板可以以特别低的成本提供。
15.根据一个改进方式，壳体部分可以由塑料制成。优选地，该塑料是可导热的。该塑料可适合于通过注塑成型来制造，如果有必要，还可以自由成型。在一些实施方式中，该塑料可以是一种复合材料或化合物，其具有例如pa、pbt、pp、pps、peek等作为基础聚合物，并通过适当的填料而具有导热性。因此，印刷电路板可以不费力地配备同时具有导热效果的塑料壳体。
16.在一个改进方式中，壳体部分可以有至少一个用于向环境传热的外接触面，并且该外接触面可以与金属片的平坦侧基本平行。在此，可以从金属片的平坦侧通过导热耦合和壳体部分向环境进行热传递。
17.根据一个改进方式，壳体部分可以具有用于接收金属片的肋状突起。该突起的内部可以具有空腔，从印刷电路板上突伸出的金属片的至少一部分被容纳在所述空腔中并与壳体部分相耦合。因此，可以提供大的表面积用于散热。例如，空腔可以在其内壁和金属片之间具有配合，以便将两者耦合在一起，或者空腔至少在部分区域被导热材料填充或将要被导热材料填充。
18.在一个改进方式中，壳体部分在其外表面可以具有多个散热片。散热片可以被设计成与壳体部分的材料成一体，或彼此单独地由相同或类似或兼容的材料制成，或彼此单独地由金属材料、陶瓷或类似材料制成。由此可以进一步增加散热的表面积。
19.根据一个改进方式，散热片可以取向为横向于和/或垂直于金属片的平坦侧。
20.在一个改进方式中，壳体部分可以具有紧固凸缘，该凸缘可用或已用树脂填充。树脂优选是导热性的。其也可以是流动的。这使得由壳体部分和印刷电路板组成的设备能够被密封，以防止外部影响，如液体或气体介质。在一些实施方式中，树脂还可以提供附着力。在其他实施方式中，可以提供额外的紧固手段，如螺钉连接、铆钉连接或类似手段。
21.根据一个改进方式，金属片和壳体部分可以通过导热树脂连接在一起。例如，围绕金属片的壳体部分的内部空间可以至少部分地被树脂填充，所述树脂至少部分地填充在内壁和金属片之间的空气间隙。由此制造工作特别简单。
22.在一个改进方式中，树脂可以至少部分地填充在金属片的表面和壳体部分的内侧之间的内部空间。
23.根据一个改进方式，树脂可以是可固化的或已固化的浇注材料。树脂在固化前可以是可流动的、粘稠的等等。这使得制造变得特别简单。
24.在一个改进方式中，金属片可以在印刷电路板所装配的第一组件和第二组件之间形成电连接。换言之，金属片可以被构造成用于传导电流或者被构造成可传导电流的。这种
功能可以与印制导线的功能类似或相同。通过这种方式，还可以传导大电流，此外，在这个过程中产生的热量也可以直接消散掉。
25.根据一个改进方式，金属片可以与印刷电路板的至少一个第一电触点、至少一个功率晶体管和至少一个第二电触点电连接。第一触点例如可以被设计为用于馈入电流。例如，第二触点可以被设计为用于引出电流。功率晶体管可被设计为用于切换电流。通过这种方式，可以传导大电流，此外，产生的热量也可以被直接传导出。
26.本发明的第二个方面涉及一种用于制造印刷电路板的方法。该方法包括以下步骤：
27.在具有第一侧(例如，上侧或装配侧)和第二侧(例如，底侧或焊接侧)的基板上布置至少一个金属片，使得金属片优选地从第二侧突伸出并且金属片的至少一个平坦侧相对于第二侧暴露，以及
28.金属片与至少部分地包围金属片的壳体部分以可传热的方式耦合。
29.由此特别地可以制造上述的印刷电路板。
30.根据一个改进方式，当金属片被耦合到壳体部分时，金属片可以与可固化树脂接触，然后树脂可以被固化。这使得印刷电路板的制造特别简单。
31.本发明的进一步特点、优点和可能的应用将从以下对有利实施方式的描述和附图中得到。
附图说明
32.下面将参照附图对本发明的一个有利的实施方式进行解释。在附图中：
33.图1是根据一个实施方式的印刷电路板的示意性仰视图，
34.图2是根据一个实施方式的印刷电路板的示意性俯视图，
35.图3是根据一个实施方式的印刷电路板的示意性侧视图，
36.图4是根据一个实施方式的印刷电路板的示意性侧视图，
37.图5是根据一个实施方式的印刷电路板的壳体部分的示意性剖视图，
38.图6是根据一个实施方式的带有壳体部分的印刷电路板的示意性侧视图，
39.图7是根据一个实施方式的印刷电路板的壳体部分的示意性剖视图，
40.图8是根据一个实施方式的印刷电路板的壳体部分的示意性剖面图，并且
41.图9是根据一个实施方式的带有两个壳体部分的印刷电路板的示意性剖视图。
42.这些图只是示意性的表示，仅用于解释本发明。相同或类似作用的元素在整个过程中都有相同的附图标记。
具体实施方式
43.图1是根据一个实施方式的印刷电路板100的示意性仰视图。该印刷电路板可以用于各种方面，例如用于切换电流、测量电流等。一个示例性的应用可以是在机动车的车载电网中，例如在配电器或类似装置中。
44.印刷电路板100包括基板110，其可以是单层的，或者必要时也可以是多层的。基板110(必要时，在每一层)具有第一侧top，其通常是印刷电路板的上侧，并且是印刷电路板100的平坦侧。然而，例如在单层印刷电路板100的情况下，第一侧top也可以被称为装配侧，
其中并非强制性地排除两侧装配，而是可以指定印刷电路板100的装配位置。此外，基板110具有第二侧bot，其与第一侧top相对，是印刷电路板100的平坦侧。例如，在单层印刷电路板100的情况下，第二侧bot也可以被称为焊接侧，其中这并非强制性地排除两面装配，而是第二侧bot也可以被装配。图1显示了第二侧bot。
45.至少一个金属片120被附接到第二侧bot，即图1中所示的印刷电路板100或基板110的那侧。在图1中，三个金属片120示例性地附接于第二侧bot，其中所述布置可以根据印刷电路板100的装配和/或功能而变化。每个金属片120都以窄侧连接到基板110的第二侧bot，并且例如材料结合地与之连接。金属片120与第二侧bot或与基板110的结合可以通过例如熔焊、钎焊等方式进行。通过将金属片120通过其窄侧进行附接，金属片120从第二侧bot突伸出，并且一个或两个平坦侧裸露或暴露在印刷电路板100的环境中。在根据图1的示例性实施例中，一个或多个金属片120的一个或多个平坦侧被布置成大致垂直于第二侧bot。例如，相应的金属片是由导热和/或导电材料制成的，如铜材料、铜合金、铝材料、铝合金或其他合适的金属材料。例如，其厚度或规格从约0.2毫米到约2.5毫米，优选从约0.5毫米到约2毫米，更优选从约1毫米。此外，根据应用目的或技术应用，金属片从印刷电路板突伸出来的尺寸可以变化，例如从约10毫米到约120毫米，优选从约20毫米到约100毫米，特别是优选从约40毫米到约50毫米。
46.此外，印刷电路板100在此示例性地具有多个电气组件130、140、150，其仅仅是示例性地具有用于馈入电流的第一电触点130、用于切换电流的多个功率晶体管140以及用于引出电流的第二触点150。这些组件130、140、150通过金属片120相互电连接，其相应地引导所切换的电流。例如，可以通过印制导线、垫子或类似物进行电连接。应该注意的是，组件130、140、150的类型、排列和数量可以根据印刷电路板100的预期用途而变化。在图1中，组件130、140、150被显示为虚线，以表明其至少基本上被布置在第一侧top上。
47.图2现在显示了印刷电路板100或基板110的第一侧top的示意性俯视图。在图2中，金属片120用虚线画出，表示其被布置在第二侧bot。
48.图3是印刷电路板100的示意性侧视图。其中可以看出，金属片120从印刷电路板100或基板110的第二侧bot突伸出，并以其平坦的一面(即，大部分的可用表面)暴露出来。这使得热量得以散失。
49.图4是相对于图3所示的侧视图旋转的、印刷电路板100的示意性侧视图。可以看出，金属片120从印刷电路板100的第二侧bot或基板110中突伸出，并以其平坦侧(即，大部分可用的表面)暴露。这使得热量得以散失。
50.图5显示了第一壳体部分160的示意性剖视图。壳体部分160在此是下壳体部分并且被构造为从第二侧bot至少部分包围印刷电路板100。换言之，壳体部分160在其安装位置上是面对印刷电路板100或基板110的第二侧bot的。壳体部分160是由塑料材料制成的，优选地，该塑料材料是导热的。此外，壳体部分160有多个肋状突起161，各个金属片120可以被所述突起接收或包围并且因而可以以可传热的方式耦合。此外，壳体部分160包括多个用于向环境传热的外接触面162，其中，一个或多个外接触面162例如是突起161的一部分并且基本上平行于相应的金属片120的平坦侧。此外，壳体部分160包括凸缘或紧固凸缘163，其被构造为将第一壳体部分160与基板110或另一壳体部分耦合。例如，紧固凸缘163可以由一个或多个凹槽或类似物形成。
51.在图6中示出了另一实施方式中的第一壳体部分160，其中，其以示意性的剖视图示出。在这里，第一壳体部分160在外侧具有多个散热片164。例如，这些散热片可以以梳状方式排列，特别是有多个单独的散热片164。根据图6，本实施方式中的散热片164从第一壳体部分160的外接触面162延伸出去。
52.图7显示了第一壳体部分160的示意性剖视图，原则上其可以是根据图5或图6的实施例之一。这里，被设计成凹槽的紧固凸缘163具有密封剂170，此处，该密封剂是一种树脂。为此，紧固凸缘163至少部分地以树脂170填充。第一壳体部分160的突起161也被部分地填充以密封剂170，其中，该密封剂也可以是树脂。树脂170是液体或粘性的，并适合在达到一定时间后或通过紫外线、加热等处理而固化。例如，树脂170可以作为可固化的浇注材料提供。
53.图8是印刷电路板100的示意性(部分)剖视图。这里，印刷电路板100具有第二壳体部分180。第二壳体部分180在这里是上壳体部分，其被设计成从第一侧top至少部分包围印刷电路板100。换言之，壳体部分180在其安装位置上是面对印刷电路板100或基板110的第一侧top的。第二壳体部分180由塑料制成，该塑料不一定是导热的，也不一定与第一壳体部分160的塑料相同，因为至少有很大一部分要散去的热量可以通过金属片120和/或第一壳体部分160散去。因此，第二壳体部分180也可以由更简单、更便宜的塑料制成。第二壳体部分180被连接或固定在基板110上，例如，其中可以提供夹子(verklipsung)用于此目的。然而，第二壳体部分180也可以替代地或附加地与第一壳体部分160连接。此外，根据图8，多个组件150作为电触点(例如，插入式触点等)通过第二壳体部分180引向外部。应该注意的是，部件150不一定要从基板110的第一侧top被引导到外面，而是部件150也可以通过第一壳体部分160从第二侧bot被引导到外面。
54.图9显示了电路板100的示意性(部分)剖视图，其中，壳体部分160和180通过密封材料或树脂170相互耦合。金属片1200也通过密封材料或树脂170与壳体部分160的相应的内侧耦合。
55.以上描述的印刷电路板100的实施方式例如可以如下文所述制造。
56.首先，将至少一个金属片120连接到具有第一侧top和第二侧bot的基板110上，并且使金属片120从第二侧bot突伸出，并且金属片120的至少一个平坦侧相对于第二侧bot暴露。然后，金属片120与至少部分地包围着金属片120的壳体部分160形成传热耦合。
57.附图标记列表
58.100 印刷电路板
59.110 基板
60.120 金属片
61.130 组件
62.140 组件
63.150 组件
64.160 第一壳体部分
65.161 突起
66.162 接触面
67.163 紧固凸缘
68.164 散热片
69.170 密封化合物(例如，树脂)
70.180 第二壳体部分