專利名稱：印刷電路板和散熱器的粘接的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種印刷電路板和散熱器裝置的組件，其中二者被粘接在一起，和一種把印刷電路板粘接到散熱器上的方法。
背景技術：
長期希望小型化電子元件導致了安裝在給定尺寸印刷電路板上的電子元件數量的增加。由于這種長期趨勢，自始自終散熱都很重要。現在很多在使用的印刷電路板安裝了許許多多的電子元件，它們通過經常被稱作銅軌跡(copper traces)的導體的印刷層互連。在這些元件中，很多產生相當多的熱量，這些熱量必需被散掉以避免縮短印刷電路板和安裝在其上的元件的壽命。
因此，現有技術已經致力于把印刷電路板安裝在散熱器上，典型地為鋁或其它高導熱的金屬，其吸收印刷電路板上熱產生元件產生的不希望的熱量并且把它散到周圍環境中或者散到與散熱器有熱交換關系的熱交換液體中。經常地，把所謂的熱墊放置在印刷電路板上的熱產生元件和散熱器之間的接觸面上，以提高從熱排斥元件到散熱器的熱傳導率。
現有技術已經典型地使用壓敏粘結劑，通常為丙稀酸基壓敏粘結劑，來確保把印刷電路板粘結到各個散熱器上。這種材料提供了好的粘結力，相對好的熱傳導，并且當印刷電路板被使用在有震動的環境中時，有一定的隔震性能。然而，這種材料不是特別易流動，并且由于銅軌跡和熱墊典型地從印刷電路板的表面伸出大約0.002-0.003英寸的距離，不包括壓敏粘結劑的小穴出現在相鄰的銅軌跡和/或熱墊之間。
這些小穴或空隙充當了隔離空隙，從而降低了在熱產生元件和散熱器之間的熱傳導率。這也降低了在散熱器和印刷電路板之間的粘結力，否則將消除了空隙而存在。
遺憾地，在裝配期間對涉及印刷電路板和散熱器的界面的壓敏粘結劑應用真空一點不能減少空隙。這些空隙典型地占在印刷電路板和散熱器之間的面積的40％或者更多。這些空隙沒有被填充，這是因為這種壓敏粘結劑如上所述不是特別易流動，和銅軌跡與熱墊更象充當曲徑密封，以防止位于在銅軌跡和/或熱墊之間的小穴內的空氣或其它氣體由于真空而排出。
因此，甚至在裝配印刷電路板和散熱器時，安裝在給定印刷電路板上的電子元件的密度被限制，因為對于必需保證拒絕熱產生電子元件的地方不能以必需的速度增加熱傳導。
本發明注意解決上述問題。
發明內容
本發明的主要目的是提供一種把印刷電路板粘結在散熱器上的新的和改進的方法。本發明的另一個主要目的是提供一種新的和改進的粘結的，印刷電路板/散熱器組件。
根據本發明的一個方面，提供一種把印刷電路板粘結到散熱器上的方法，包括步驟a)將至少一層壓敏粘結劑和至少一層熱固性粘結劑夾在散熱器和印刷電路板之間，以一層壓敏粘結劑與散熱器接觸而和一層熱固性粘結劑與印刷電路板接觸；b)在真空條件下壓縮由步驟a)形成的組件從而排出在粘結劑和散熱器和電路板層之間的空氣；和c)在執行步驟b)之后或者執行步驟b)期間，對由步驟a)形成的組件加熱從而固化熱固性粘結劑。
在較佳實施例中，步驟a)通過在印刷電路板和散熱器之間的包括多層的粘結劑的組合粘結劑位置而被執行。
較佳地，在真空條件下壓縮該組件的步驟和對該組件加熱的步驟被同時執行。
在較佳實施例中，在印刷電路板的裝配之前，粘結劑的組合被卷起或者其它方式按壓到散熱器上，從而消除在元件夾層中的空氣。
根據本發明的另一方面，提供一種印刷電路板和散熱器組件，其包括印刷電路板，具有以印刷電路板為基礎的印刷電路板接收面的散熱器，和至少一層粘結到散熱器上的壓敏粘結劑。該組件還包括至少一層熱固性粘結劑，其被粘結到印刷電路板上。這些粘結劑層被彼此粘結并且填充了在具有填充空隙的散熱器和印刷電路板之間的空隙，特征是確實沒有氣穴和孔隙。
通過下面結合附圖的說明，本發明的其它目的和優點將變得明顯。
圖1是根據現有技術的印刷電路板/散熱器組件的不完全的截面圖；圖2是與圖1相似的圖，但說明了根據本發明的組件；和圖3是說明在本發明的方法的最佳實施例中使用的連續步驟的流程圖。
具體實施例方式
參考圖1，說明了現有技術構成的印刷電路板/散熱器組件。同樣地看來包括一個傳統結構的印刷電路板10，在它的一側14上安裝至少一個熱產生電子元件12。印刷電路板10包括銅軌跡16(僅僅顯示了一個)，眾所周知，銅軌跡充當了在印刷電路板10上安裝的各個電子元件之間的電導體。如圖1所示，明顯地看出，銅軌跡16從與該一側14相對的印刷電路板10的一側18稍微伸出。如上所述，伸出量典型地在0.002-0.003英寸的范圍內。
在印刷電路板10上也有傳統結構的和典型地由一薄層銅等形成的熱墊20。
一層丙烯酸基壓敏粘結劑22位于印刷電路板10的側18的附近，并且與銅軌跡16和熱墊20相接觸，并且粘結到傳統的散熱器24。在通常的情況下，如上所述，空隙26將存在于銅軌跡16和/或熱墊20之間。這是由于這種事實，即壓敏粘結劑22不是特別易流動，并且在傳統工藝中不能促使來填充空隙26。
現在轉到圖2，顯示了根據本發明制成的印刷電路板/散熱器組件。在這里被使用的相同的部件被給出了與圖1現有技術構成相同的附圖標記，并且不再重復敘述。主要的不同是空隙26已經基本上被填充了粘結劑體28。在通常的情況下，空隙將占在電路板10和散熱器24之間的空隙的小于5％。粘結劑體28典型地由易流動的熱固型環氧粘結劑形成，然后在適當位置固化。
現在轉到圖3，將描述形成圖2中顯示的組件的方法的較佳實施例。然而，應該理解為，描述的實施例表示發明人考慮的最佳方式，該方法的變化被考慮并且不限于被描述的較佳實施例，只除了在附加權利要求中所限定的范圍。
在該方法中的初始步驟由框30表示，其提供了兩個粘結劑的組合。在較佳實施例中，該組合由兩層粘結劑形成，一個壓敏粘結劑和另一個熱固型粘結劑。然而，假如希望，可以使用多于一層的每種類型的粘結劑。即是，然而，重要的是，這種組合有一個事實是，它是由壓敏粘結劑22和另外的熱固型粘結劑28形成。合適的壓敏粘結劑包括丙稀酸基壓敏粘結劑，其可以從明尼蘇達采礦與制造公司(3M公司)得到，如3M 9460和3M 9469。熱固型粘結劑28可以是基于環氧樹脂的粘結劑，其將被粘結到壓敏粘結劑22上并且也可以從3M公司得到，如AF 163。可選擇的熱固型粘結劑28也是合適的。
在通常情況下，釋放襯里(release liner)(未示出)將被應用到壓敏粘結劑層。相似的釋放襯里也可以被應用到熱固型粘結劑層，但通常在這些地方不是必需的，即在熱固型粘結劑的非固化狀態，是實際的固態并且不是特別粘的地方。這種典型的是如上面指出的熱固型粘結劑的情況。指出的壓敏粘結劑是典型的丙烯酸基，它們提供了隔振(減振)措施，正象在現有技術結構中一樣。
然后釋放襯里被移走并且壓敏粘結劑層22被應用到散熱器24的印刷電路板接收面32上。當帶有層22的組合層被應用到表面32上時，粘結組合被壓縮卷到表面32上從而到達粘結地方并且消除了在應用過程中可能形成的任何氣穴或者氣泡。這個步驟在框標記34被說明。
如框36所說明的，在步驟中的這一點，印刷電路板被應用到熱固型粘結劑層。然后產生的組件被放置在傳統的真空袋中使之處于真空狀態。這步操作執行了兩個功能。第一是把空氣或氣體從小穴26中排出，否則空氣或氣體將存在于小穴26中。第二個是促使真空袋在該組件上折疊并壓縮它，使得銅軌跡16和熱墊20向著熱固型粘結劑層移動從而形成如圖2所示的形狀，如框38所示。
如框40所示，之后該組件被加熱。最初加熱的熱固型粘結劑的粘度降低，同樣地促使之溶解被流動到小穴26中，該小穴通過框38所執行的步驟被預先地排空。同時開始樹脂的固化。當固化結束的時候，熱固型粘結劑將形成剛性體28。較佳地，熱固型樹脂在大約200華氏溫度進行液化和固化。這個溫度充分地實現固化，而在相同的時間，不充分地固化將熱損壞印刷電路板和安裝在其上的電子元件。
該組件然后從真空袋中取出并且存庫或者運輸到使用的地方。
在通常情況下，熱固型粘結劑層和壓敏粘結劑層二者的厚度在0.002-0.010英寸的范圍。較佳實施例考慮每一層的厚度是大約0.005英寸。
通常，希望這些層盡可能的薄來實現充分的粘結。與例如銅或鋁的金屬情況相比，粘結劑層不是特別好的熱導體，增加它們的厚度將減少通過它們的熱散發率。同時壓敏粘結劑層22應該足夠厚，從而在需要特定應用情況下來提供希望的隔振或減振功能。
已發現例如圖1所示的現有技術的結構可能有如空隙26的空隙，該空隙占在印刷電路板10和散熱器24之間的空隙的40％或者更多，假如該組件根據本發明形成，該空隙空隙能被減少到至少5％，和低到0％，從而充分有效地除掉了作為從印刷電路板10到散熱器24傳熱的障礙的空隙26。
結果，由于缺少空隙，不僅在散熱器24和印刷電路板10之間的粘附力被提高，而且由于減少了充當絕緣體來阻止熱傳遞的空隙26所占據的體積，熱傳導率被極大地提高。
特別注意的是，在步驟30提供的組合物是本發明的實踐中的一個較佳步驟，而不是完全必需的步驟。使用該組合物允許一片組合物被容易地切割，如通過激光切成希望的尺寸。另外，它減少了操作的問題。可是，如果希望粘結劑層能被單獨地應用到各個部件和要求的彼此。
應該意識到在較佳實施例中，由框38表示的把組件放入真空和壓縮它的步驟和由框40表示的加熱該組件的步驟在圖3說明的序列中不是必須執行的。事實上，為了加速進程和簡化操作，較佳的是真空/壓縮步驟和加熱步驟二者被同時執行。
最后，應該意識到，假如通過這種方法應用這些層不在粘結劑層之間或者在粘結劑層和散熱器24和電路板10之間導致形成氣泡，由框34表示的卷起步驟可以被省略。
根據前述，應該意識到，根據本發明的方法制造的粘結的印刷電路板/散熱器部件具有巨大的改善，根據其產生的產品通過提供更快速的把熱量散發到散熱器上的能力，允許增加安裝在主板10上的電子元件的密度。另外，印刷電路板粘結到散熱器上的粘結力被提高。因此，本發明不僅提供了制造這種組合體的高便利的方法，而且提供了改善的組件。
權利要求
1.一種把印刷電路板粘結到散熱器上的方法，包括步驟a)提供一個粘結劑組件，其具有至少一個暴露的壓敏粘結劑層和至少一個暴露的熱固型粘結劑層；b)把該粘結劑組件夾在印刷電路板和在散熱器上的印刷電路板接收面之間；以壓敏粘結劑的暴露層面對所述印刷電路板接收面和熱固型粘結劑的暴露層面對印刷電路板，c)把從步驟b)產生的部件進行真空處理和加熱，從而除掉在散熱器和印刷電路板之間的氣體和固化熱固型粘結劑。
2.根據權利要求1的方法，其中步驟a)和步驟b)后執行，在此之前有壓縮粘結劑組件從而排除氣泡的步驟；
3.根據權利要求2的方法，其中壓縮的步驟包括把粘結劑組件相對于散熱器壓縮。
4.根據權利要求3的方法，其中步驟c)也包括壓縮由步驟b)產生的組件的步驟；
5.根據權利要求1的方法，其中步驟c)也包括壓縮由步驟b)產生的組件的步驟；
6.一種根據權利要求1的方法制成的印刷電路板和散熱器組件。
7.一種把具有至少一個安裝在其上的熱產生元件的印刷電路板粘結到散熱器上的方法，包括步驟a)至少一層壓敏粘結劑和至少一層熱固性粘結劑夾在散熱器與印刷電路板之間，以一層壓敏粘結劑接觸散熱器和一層熱固性粘結劑接觸印刷電路板；b)在真空條件下壓縮由步驟a)形成的組件從而排出在粘結劑層或者在它們之間的空氣；c)在執行步驟b)之后或者執行步驟b)期間，對由步驟a)形成的組件加熱從而固化熱固性粘結劑。
8.根據權利要求7的方法，步驟a)通過在所述印刷電路板和所述散熱器之間的包括多層的組合粘結劑位置而被執行。
9.根據權利要求1的方法，其中步驟c)被有效地附加液化熱固型粘結劑以通過真空來促使它流動到設置在印刷電路板上的空隙內。
10.一種根據權利要求7的方法制成的印刷電路板和散熱器組件。
11.一種印刷電路板和散熱器組件，包括a)印刷電路板；b)散熱器，具有印刷電路板接收面，其與所述印刷電路板隔開一定距離；c)至少一層粘結到所述散熱器上的壓敏粘結劑；d)至少一層熱固型粘結劑，其被粘結到所述印刷電路板上；e)所述這些粘結劑層被彼此粘結并且填充了在所述散熱器和所述印刷電路板之間的空隙；f)所述填充的空隙的特征是基本沒有氣穴和孔隙。
全文摘要
在粘結到散熱器(24)的印刷電路板(10)的接觸面上的空隙(26)，該散熱器阻止了熱量從安裝在印刷電路板(10)上的熱產生電子元件(12)傳輸到散熱器(24)，從而限制了可以被安裝在給定印刷電路板(10)上的電子元件(12)的密度，空隙(26)通過這種方法被避免，在這種方法中，可靠地把印刷電路板(10)粘結到散熱器(24)上的粘結劑由壓敏粘結劑層(22)和熱固型粘結劑層(28)形成。后者填充了空隙，因此提供了從熱產生元件(12)到散熱器(24)的更高的熱傳導率，結果增加了散熱(30)。
文檔編號C09J5/06GK1452853SQ01813613
公開日2003年10月29日 申請日期2001年7月26日 優先權日2000年8月3日
發明者J·K·瓦恩 申請人:哈米爾頓森德斯特蘭德公司