[发明专利]提高表面贴装器件印制板导热能力的方法

说明书

技术领域

本发明关于提高表面贴装器件印制板导热能力的方法，涉及表面贴装器件印制板、导热铜销的设计、组装工艺流程，尤其是低气压、真空条件下工作的高热流密度表面贴装器件电子设备。

背景技术

在星载有效载荷产品中，高热流密度表面贴装器件的封装形式，大多为非气密性结构，且处于（10^-6～10^-7Pa）真空环境上运行，面临长寿命高可靠要求，热设计是研制中十分重要内容之一。由于散热不畅将导致高热流密度表面贴装器件封装壳体温度较高、热可靠性差，同时地面电子设备中经常利用的空气，对流散热的各种措施都不适用上述环境下工作的高热流密度表面贴装器件电子产品，因此如何增大高热流密度表面贴装器件接触热传导和空间热辐射能力，特别是接触热传导能力，缩短传导路径、降低传导热阻，提高接触导热成为星载电子产品的关键核心问题。

目前现有技术星载高热流密度电子产品器件典型的安装方式主要有图4所示的三种情况：

第一种图4a所示元器件2的引出线直接焊接在印制板1上，外壳表面不与印制板1接触。

第二种图4b所示元器件2壳体带有安装支耳10，用紧固件4将元器件2固定在机箱壳体3上。

第三种图4c所示元器件2的引出线5直接焊接在印制板1上，外壳表面与印制板1或机箱壳体3表面直接或间接接触。

在上述三种安装方式元器件中，靠元器件引脚安装传热和器件直接同金属壳体或导热板接触传热的散热方法和措施已经成熟，只需要在接触面添加合适的导热辅助填料即可满足使用要求。

在实际使用过程中，由于印制板材料与金属材料相比，其导热能力比较差（铜T2：385.1W/m·℃、铝合金2A12：121.4 W/m·℃、环氧玻璃布板FR4: （0.3～0.4） W/m·℃），并且印制板材料多为各向异性的特性，印制板导热性能低，导热路径长、导热热阻大导致高热流密度表面贴装器件热可靠性低的缺陷。虽然可以通过改变印制板表面覆铜率、增加接地层面积等方法，可以改善印制板横向导热性能，但垂直于印制板面电子器件的导热性能提高十分有限。通过串通印制板上下两面的金属化孔可以提高垂直于板面的导热性能，但由于金属化横截面积较小，印制板导热热阻较大导致的表面贴装器件壳体温度较高，该措施对导热性能提升有限。

    如何有效提高表面贴装器件印制板导热能力，保证器件的热耗通过尽量短的散热路径导热传递，技术上迫切需要从结构设计及工艺实现两个方面进行研究，确定一种简单可行的方法途径，是解决表面贴装器件热可靠性的技术难题。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术导热印制板导热性能低，导热路径长、导热热阻大，导致器件壳体温度较高、热可靠性差等不足之处，提出一种具有理论指导性、可操作性强的设计和工艺实现方法，以解决低气压或真空条件下高热流密度表面贴装器件导热路径散热可靠性低的缺陷。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供的一种提高表面贴装器件印制板导热能力的方法，其特征在于包括下列步骤：

（1）首先根据高热流密度表面贴装器件的封装形状与印制板的接触面形状尺寸及功耗参数范围，确定金属化孔、导热铜销的布局；

（2）根据确定的底面带有金属焊接面的表面贴装器件、印制板及金属盒体的装配关系，建立具有可复制性和可扩展性的导热路径，然后在印制板表面贴装器件导热通孔的反面位置，将所有的导热通孔用胶带封住；

（3）然后将准备好的导热铜销分别压入对应的导热通孔内与印制板安装面齐平，再将上述表面贴装器件底部与导热铜销焊接在一起，最后将印制板背面的耐高温胶带去掉，检查印制板安装面的平整度。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果。

首先本发明根据高热流密度表面贴装器件的封装形状与印制板的接触面形状尺寸及面积、印制板厚度及功耗参数范围，确定金属化孔、导热铜销的布局，按确定金属化孔布局及尺寸、导热铜销设计要求，可以简化不同表面贴装器件用印制板的设计，通过提高印制板导热能力可有效改善表面贴装器件的散热特性，实现印制板导热能力提升。其次建立的相关设计要求具有可复制性和可扩展性，便于设计经验和知识积累；再其次是定义的组装流程、工艺方法及相关工艺参数要求为保证相关设计要求奠定良好的工程实现基础，其中导热散热是主要的散热途径，通过优化和改进第一条散热路径长度、减小导热热阻对该类器件散热状况改善效果更加明显。满足了实际工程应用中相关表面贴装器件在真空环境中导热散热需求。