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技术资料

一种嵌入式散热汽车线路板的

汽车线路板在大功率运行下产生大量的热量,如何高效、便捷地为电子器件散热降温已成为关乎产品系统设计关键问题。本文介绍了一种采用铝基散热的嵌入式PCB的开发过程并分享了一套最优的产品实现方案。

前言

随着电子系统集成化程度的不断提升,大容量数据的传输和处理也向着高频化、高速化发展,使得电子产品不断向着高密度、多功能化方向发展。这些导致单位面积或体积功率的不断攀升而产生大量的热量,使得单位体积的热流密度急剧增加,高密度集成等使得散热空间缩小,散热通道拥挤或者堵塞,长时间的高热或者频繁地高低温循环,不仅导致产品老化、结构变形和器件过热损坏等物理性能方面的问题,更是对产品的热可靠性和信号传输保真度等产生过热失效。如何将产品温度保持在满足产品可靠性的规定范围,是电子产品热设计需要考虑的重点问题。目前的电子设备热设计一般划分为系统级热设计、板级热设计和封装级热设计三个层次,分别对应设备框架、PCB产品和元器件三个层级。作为PCB产品结构设计上对电子设备散热的改善,常见的PCB产品设计散热优化主要有埋铜块、金属基板等,本文主要讲述的是一种采用嵌入式金属基散热的PCB产品的制造实现方案。

产品结构分析

公司某客户设计的某款嵌入式PCB产品,结构如图1所示。产品整体由铝板和PCB板组成,PCB嵌入到铝板凹台面中采用导电胶进行贴合,铝板在传输、分散产品运行时产生的高热的效果的同时也是集成器件贴装的平台。

 一种嵌入式散热汽车线路板的

产品实现主要难点分析

 一种嵌入式散热汽车线路板的

 

2.1 导电胶溢胶

导电胶较高的升温速率要求和较大的压合压力,使得导电胶有着较大的流动度,极易溢胶上PCB邦定焊盘、通过通孔上PCB板面以及通过槽边溢上铝板器件贴装平台。因导电胶具有导电性,任何部位的溢胶均有可能导致产品电测短路,造成产品性能失效。如何设定导电胶的压合程序,使得其符合产品溢胶管控标准,且压合不产生分层、爆板等性能缺陷?(表1)

 一种嵌入式散热汽车线路板的

 一种嵌入式散热汽车线路板的

 2.2 压合分层

由于PCB板内嵌到铝板凹台面上,同时铝板板角存在两个销钉,使得压合时PCB板压合存在失压风险。如何设计压合叠层结构,避免PCB板与导电胶压合时失压。

策划及执行效果

 一种嵌入式散热汽车线路板的

 3.1 首次产品实现策划及执行

3.1.1 策划方案

针对产品特点,主要考虑改善导电胶外形设计和层压压合程式的受力、压合时间等(表2)。

 一种嵌入式散热汽车线路板的

 一种嵌入式散热汽车线路板的

3.1.2 策划执行结果

根据产品策划方案,综合产品质量影响因子,进行组合生产实践验证。首批生产试验结果发现,不论如何降低压力和内缩导电胶外形变均无法完全保证无溢胶缺陷,电测无法合格。但在图2压合程序下生产,可确保产品回流测试无分层缺陷。

 一种嵌入式散热汽车线路板的

3.1.3 生产总结分析

根据前期生产试验效果,分析过程设计和结果逆推,发现有以下几点需要改善。

(1)寻求更小胶厚的导电胶。前期采用0.1 mm胶厚的导电胶含胶量过大,在PCB板厚仅为0.2 mm时,溢胶上焊盘和外形边无法避免,需寻找更小厚度的导电胶进行试验。

(2)更改产品设计方案,改通孔为盲孔设计,取消产品销钉。前期PCB内的通孔无阻胶作用,导电胶在压合时,在流胶无阻滞时会溢上孔口,较大的含胶量使得其流胶更多,从而蔓延至PCB线路上,致使电测短路,故更改产品设计方案。

(3)继续改善压合程式。前期压合程式虽无法完全解决溢胶,但在改善压力和压合时间等的设计后,可保证压合成品无分层缺陷,后续在保证无分层条件下,继续减小压合压力。

(4)改善辅料配套设计。前期辅料设计主要是为了确保PCB板压合受力,避免仅有销钉受压的情况。现设计盖板对覆型硅胶进行限制和配压,减小PCB压合受力,避免溢胶。