CN1864258A - 电气电路装置及其组装方法 - Google Patents

Abstract

一种电气电路装置(300)，包括：具有接地层(336)、至少一个热孔(332)、和至少一个焊孔(334)的基板(330)；散热器(310)；和粘合层(320)，用于将散热器以机械方式联接到基板的接地层，由此至少一个基板热孔的至少一部分同散热器重叠，粘合层具有至少一个热孔(332)和至少一个焊孔(324)，其中使至少一个基板焊孔同至少一个粘合层焊孔对准、并且使至少一个基板热孔同至少一个粘合层热孔对准，实现了散热器和基板的接地层之间的预定区域中的焊料润湿。

Description

电气电路装置及其组装方法

相关申请的参考

本申请涉及下列美国申请，其同本申请一起共同属于摩托罗拉公司(Motorola，Inc.)：

由Waldvogel等人于2003年10月2日提交的题为“ElectricalCircuit Apparatus and Method for Assembling Same”(attorney docket no.CM06195G)的Serial No.10/677,458。

发明领域

本发明通常涉及方法和电气电路装置，其中部件安装到电路板。

发明背景

在构造功率放大器时，必须将多种部件安装到电路板或基板。使用已知的回流焊接工艺将许多该部件安装到电路板的顶侧。例如，具有至少一个输入端子并且具有接地部分或接地凸缘的负载电阻器可以安装到电路板的顶侧。在将负载电阻器安装到电路板时，必须使三个因素均衡。首先，负载电阻器必须具有同电路板的正确的和充分的电气连接，其中输入端子被焊接到电路板的顶侧，并且接地凸缘充分联接到散热器，该散热器典型地在主要围绕负载电阻器的区域中，局部焊接到电路板的底侧。此外，必须在负载电阻器和散热器之间建立充分的热传导路径。而且，负载电阻器典型地由陶瓷材料制成，由于散热器典型地具有比陶瓷负载电阻器更高的热膨胀系数(CTE)，因此呈现出负载电阻器和散热器之间的热膨胀失配。该CTE失配可能导致电路板在组装之后局部变形或弯曲。在热循环应用中，还可能显著降低焊接接点的可靠性。

安装到电路板的顶侧的其他部件，诸如例如感应器线圈，可能需要同位于该部件下面的散热器的电气隔离。这些类型的部件可能具有联接到电路板的顶侧的输入和输出端子，具有热耗散需要，并且需要针对下面的散热器的热传导路径，但是需要同散热器的电气隔离。

存在许多用于将诸如负载电阻器和感应器线圈的器件安装到电路板的方法，包括使用夹具的混和制造工艺(即，一次通过回流焊接工艺)和两次通过回流焊接工艺。混和制造工艺典型地同陶瓷电路板相关联，并且可能同用作散热器的载体板相关联。由于基板的脆弱性，因此通常需要大的夹具用于处理过程中的它的对准和保护。夹具的使用通常强加了手工处理。

混和制造工艺的一个缺陷在于，其成本比其他的制造方法高，主要原因在于工艺中使用的夹具的添加成本，并且还在于需要许多手工步骤，其造成了较低的生产产量。另一缺陷在于，由于夹具的公差，或者由于重复使用导致的夹具的劣化，利用夹具的制造产生了零件布局和焊料附连的显著变化。

现在转到两次通过回流焊接工艺。在回流焊接工艺的第一次通过过程中，在主要围绕将安装功率部件的区域中，多个散热器局部联接到电路板的接地层。随后，将焊料安置在板上的关键区域，并且在回流焊接工艺的第二次通过中，将多个部件，包括RF晶体管、负载电阻器和感应器线圈，安装并焊接到板。

两次通过回流工艺的主要缺陷在于，其需要利用高的熔融温度的焊料合金的一次高温回流通过，以及利用较低的熔融温度的焊料允许的第二次后继的回流通过。第一次通过使电路板暴露于高温，其可以导致损坏，诸如变形。对具有不同焊接温度设置的两次独立的通过的需要，限制了制造产量。而且，两次通过的方法无助于无铅焊料，这是因为所需用于附连散热器的第一温度须超过升高的无铅焊料回流温度。这是显著的缺点，这是因为，由于某些市场，特别是欧洲市场，转向需要无铅焊料附连，因此在不久的将来，无铅焊料附连可能变为关键的产品区分特征。

此外，混和制造工艺和两次通过回流焊接工艺均未针对在将诸如陶瓷负载电阻器的器件安装到电路板时出现的热膨胀失配问题。

因此，存在对成本有效的方法和电气电路装置的需要，其中：部件在不需要夹具的情况下安装到电路板；用于组装电气电路装置的工艺同单次通过回流焊接工艺兼容，但是不限于无铅焊料；并且针对电气电路装置中的任何热膨胀失配问题，并且在可能时，使其最小。

附图简述

现将通过参考附图，描述仅作为示例的本发明的优选实施例，在附图中：

图1说明了根据本发明的实施例的一部分基板的示意图的顶侧视图；

图2说明了根据本发明的实施例的粘合层的示意图的顶侧视图；

图3说明了根据本发明的实施例的电气电路装置的分解图，其包括散热器、粘合层、基板和陶瓷器件；

图4说明了根据本发明的实施例的电气电路装置的组装顶侧视图；

图5说明了焊料润湿之前的图4说明的电路装置的截面A-A处的截面图；

图6说明了焊料润湿之后的图4说明的电气电路装置的截面A-A处的截面图；

图7说明了在器件组装和回流焊接之后，根据本发明的实施例的所装配的电气电路装置的X射线图像；

图8说明了根据本发明的实施例的一部分基板的示意图的顶侧视图；

图9说明了根据本发明的实施例的粘合层的示意图的顶侧视图；

图10说明了根据本发明的实施例的电气电路装置的分解图，其包括散热器、粘合层、基板和器件；

图11说明了根据本发明的实施例的电气电路装置的装配的顶侧视图；

图12说明了焊料润湿之前的图11说明的电气电路装置的截面A-A处的截面图；

图13说明了焊料润湿之后的图11说明的电气电路装置的截面A-A处的截面图。

优选实施例详述

尽管本发明容许许多不同形式的实施例，但是在附图中示出了特定的实施例，并且此处将对其进行详细描述，同时应理解，本公开内容应被视为本发明的原理的示例，并且目的并非是使本发明限于所示出和描述的特定的实施例。而且，此处使用的术语和用词不应被视为限制性的，而应仅被视为描述性的。还应当认识到，为了使说明简化和清楚，图中示出的部件没有必要依比例绘制。例如，某些部件的尺寸相对夸大。而且，在被视为适当的情况中，参考数字在图中重复，以表示对应的部件。

本发明包括一种方法和电气电路装置，其中部件可以安装到电路板。在本发明的第一方面，器件被安装到电路板的顶侧，并且具有可以接地的主除热区域。

图1说明了根据本发明的实施例的一部分电路板或基板100的示意图的顶侧视图。在一个实施例中，基板100是有机电路板，诸如印刷电路板(PCB)。然而，本领域的普通技术人员应认识到，可以并入其他的基板(例如，陶瓷)。基板100包括：接地层(未示出)，其可以包括基板的底侧，或者可替换地，可以存在于基板的顶侧和底侧的内部。接地层典型地由铜组成，其可以涂覆或镀覆有多种保护层(例如，有机表面涂层、锡、镍或金)。

基板100可以包括：焊盘10和20，用于使得部件能够安装到基板100的顶侧。例如，在将具有至少一个输入端子和接地凸缘的负载电阻器安装到基板100的情况中，输入端子可以在一个焊盘10处联接到基板，并且接地凸缘可以在另一焊盘20处联接到基板。

基板100进一步包括：至少一个但典型地是多个的热孔(通常被称为热通孔)40，其使延伸通过基板的切口电传导和热传导例如通过焊盘20，，并且由此可以使部件电联接和热联接到下面的散热器，用于部件的接地和用于部件的热耗散。在一个实施例中，可以使器件，诸如负载电阻器，经由热孔40联接到散热器。然而，应当认识到，该器件可以是安装在基板的一个区域(即基板的顶侧)中，而且还可以联接到基板下面的散热器的任何器件，诸如例如，表面安装晶体管或芯片电容器。

基板100进一步包括：焊孔30，其是延伸通过基板的切口，用于在焊料润湿之前容纳添加的焊料。焊料润湿被定义为，由于沿远离焊料添加的初始区域的表面或多个表面的表面张力而引起的熔融的焊料的流动。焊料可以具有膏状、粒状等的形式，并且可以是含铅或无铅焊料。焊孔30的布局、大小和尺寸是预定的，并且有助于引起预定区域中的，例如，散热器和基板100的接地层之间的焊料润湿。图1说明了两个椭圆形的焊孔30。焊孔30的布局、大小和尺寸是示例性的，用于负载电阻器下面的最佳的焊料润湿。然而，本领域的普通技术人员应当认识到，取决于安装的特定部件以及所需用于焊料润湿的面积，在基板上的其他位置可以存在更多或更少的焊孔，并且其具有其他的大小和尺寸。

图2说明了根据本发明的实施例的粘合层200的示意图的顶侧视图。粘合层200对应于图1的基板部分100，并且用于使一个散热器的至少一部分以机械方式联接到基板100的接地层，由此热孔40的至少一部分与散热器重叠。

粘合层200典型地由具有粘合和粘结属性的挠性材料组成，其在回流焊接工艺的高温下是稳定的。该材料典型地不是电传导的，但是也可以是传导的材料。在一个实施例中，该材料是挠性的压敏丙烯酸粘合剂。在另一实施例中，可以使用需要固化工艺(例如，升高的温度)的挠性液体或膜粘合剂。可以制造具有预定厚度的粘合层200，其目的将在下文中讨论。粘合层200包括至少一个热孔240，其中热孔240的至少一部分安置在基板100的焊盘20下面，并且还安置在安装在基板100顶侧上的器件的至少一部分的下面。热孔240同样是延伸通过粘合层的切口，并且其具有实现器件和散热器之间的充分联接的大小和尺寸，但是在需要器件和散热器之间的电气隔离的情况中提供电气隔离。粘合层200进一步包括焊孔230，其对应于基板100中的焊孔30。焊孔230是同样延伸通过粘合层200的切口，用于在焊料润湿之前容纳焊料。可以结合焊孔230，添加至少一个通气机构或孔250，其是粘合层中的额外的切口。通气机构250典型地安置在粘合层200的预定区域上，用于使焊料挥发物能够逸出，用于最佳的焊料润湿。

焊孔230的布局、大小和尺寸是预定的，并且可以具有基本上与基板中的焊孔30的大小和尺寸相同的部分，由此焊孔30同焊孔230的对准以及热孔40同热孔240的对准提供了用于引导和控制从焊孔(30、230)到预定区域(例如散热器和基板100的接地层之间)的焊料润湿的精确的腔。

通气机构250在基板中不具有对应的孔，并且用于在焊料润湿过程中，允许收集在焊料中的挥发物逸出。同样，在附连之后，通气机构典型地延伸到散热器的边缘。在图2中说明的实施例中，仅有一个说明的通气机构250，并且其被安置为同粘合层的热孔240相邻。然而，应当认识到，可以使用额外的通气机构。而且，例如，通气机构的大小、尺寸、数目和布局可以确定为基板接地层和散热器之间的所需焊料润湿的函数和相对于焊孔230和热孔240的散热器边缘的函数。该实施例中的通气机构是通过粘合层的孔，但是应当理解，所述通气机构可以是基板中的一个或多个孔，如参考图8和10描述的。因此，在生产所需厚度和形状的粘合层时，可以从粘合剂膜或者涂覆有粘合剂的膜上冲切粘合层，以利于可重复性。

图3说明了根据本发明的实施例的电气电路装置300的分解图。电路装置300包括：散热器310、粘合层320、基板部分330和器件340。散热器310可以包括适当的高热传导材料，诸如例如，铜或铝，其允许焊料润湿和所选用于电路装置装配工艺的粘合材料的附连。然而，在本发明的另一实施例中，散热器310可以包括这样的材料，其具有基本上同器件340相匹配的热膨胀系数(“CTE”)，以使器件340和散热器310之间的热膨胀差异最小。散热器310具有两个主要侧312和314。在侧312上：使用粘合层320附连基板部分330；使用焊料联接器件340；并且将热量输入到散热器310用于耗散。相对侧314是电路装置300的主要除热区域，并且是关于电路装置300的主要安装表面。在一个实施例中，散热器的大小大于热量耗散器件(例如器件340)的大小，由此可以实现所需的热量扩散。

粘合层320是根据参考图2描述的粘合层。因此，粘合层320包括：热孔322、焊孔324和通气机构350。基板部分330是根据参考图1描述的基板部分。因此，基板部分330包括热孔332、焊孔334和接地层336。基板330典型地还包括基板顶侧上的多个焊盘338，器件340可以联接到其上面，并且基板的热孔可以延伸通过其。在图3说明的实施例中，接地层336包括基板330的底侧。然而，应当认识到，接地层336可以在基板330内部，其中基板330将进一步包括凹陷，用于暴露接地层，该凹陷典型地具有稍微大于散热器310的尺寸。

最后，器件340可以包括：至少一个输入端子342和接地部分或接地凸缘346。在一个实施例中，器件340是负载电阻器。然而，应当认识到，器件340还可以是安装在基板部分330的顶侧上而且还可以联接到散热器310的任何器件。还应当认识到，负载电阻器典型地是陶瓷器件，其由诸如氧化铝、氧化铍或氮化铝的具有低的CTE(典型地在4至9ppm/℃的范围内)的材料组成。因此，在本发明的另一方面，可以选择具有基本上同陶瓷负载电阻器相匹配的CTE的材料的散热器310，以使部件和散热器之间的热膨胀失配最小。

根据本发明，可以如下装配上文描述的电路装置300的部件。使粘合层320同基板330对准，由此粘合层的热孔322同基板的热孔332对准，并且粘合层的焊孔324同基板的焊孔334对准。使用粘合层320将散热器310以机械方式联接到基板330的接地层336，由此散热器310同基板330对准，并且热孔322和332的至少一部分同散热器310重叠。在图3说明的实施例中，散热器310在完全围绕器件340的区域中局部联接到基板330，用于提供最佳的热传导路径。

将焊料安置在基板的焊盘上(并且由此安置在基板热孔的至少一部分上)，并且安置到粘合层的焊孔324的至少一部分中，用于后继的焊料润湿，用以将器件的输入端子342联接到基板焊盘，并且用以将器件凸缘346联接到散热器310，由此将器件340接地。典型地，将焊膏丝网印刷在基板焊盘上，并且丝网印刷到焊孔324中。然而，在其他的实施例中，可以实现其他形式的焊料，例如焊粒或预制件。而且，应当认识到，在添加焊料的过程中，还可以将焊料添加到基板焊孔334的至少一部分中。事实上，典型地，在添加焊料的过程中，填充了基板和粘合层的焊孔(324、334)。

器件340安装到基板330的顶侧，由此至少一个端子342变为同基板330顶侧上的对应焊盘上的焊料接触，并且器件凸缘346的至少一部分覆盖基板热孔332的至少一部分。基板330同器件340的组装可以手工完成，但是典型地在制造过程中使用自动化工艺完成，以利于效率和成本有效性。所组装的基板330可以安置在回流炉中，并且随后进行冷却，其中，器件输入端子342和对应的基板焊盘的焊料连接完成；焊料润湿通过基板热孔332的至少一部分；并且焊料从焊孔(324、334)润湿到接地层336和散热器310之间的腔，以完成器件340的接地和热联接。

在一个实施例中，上文描述的根据本发明的方法的至少一部分步骤可作为自动化工艺的一部分而被执行，并且理想地，如此执行全部的步骤。然而，应当认识到，可以手工执行或者作为自动化工艺的一部分执行多种组合的任何上文所述的步骤。

回流之前的散热器对基板的机械附连，消除了对用于在表面安装技术(SMT)处理的过程中使散热器保持在位的夹具的需要，并且添加了用于处理电路装置组件的装配工艺过程中的坚固性。可以在用于热联接和器件接地以及顶侧SMT附连的单次通过回流工艺过程中执行电气电路装置的装配，由此使其有助于无铅焊料或含铅焊料的使用。

粘合层的焊孔、基板的接地层和可润湿的散热器表面，在回流的过程中，促进了从焊孔到关键热传输和RF接地区域的焊料润湿。上面(基板的接地层)和下面(散热器)的高表面能量的表面促进了针对两个可润湿表面之间的开放空间的焊料润湿。这些表面还提供了理想的粘合接合表面，其产生了散热器和基板之间的高的粘合强度。在添加焊料的过程中，焊料填充了许多基板热孔，用于随后的焊料润湿，以产生从器件到散热器的良好的热传导路径，以及充分的接地连接。

使用具有受控厚度的膜粘合剂产生了高度可重复的分隔区，导致了关于制造工艺的该关键尺寸的较低的变化。通过使粘合剂的切口延伸到电路板的边缘，或者延伸通过在电路板上形成的至少一个通气孔眼，可以产生通气机构。该通气机构通过允许焊膏挥发物逸出，进一步促进了分隔区中的最佳的焊料填充。关于焊膏的焊孔大小和形状还定义了用于填充分隔区的熔融焊料的体积，并且其易于控制，用于优化热联接和RF接地。该焊料体积的控制和由粘合剂中的切口产生的两个高表面能量的表面的区域的终止的组合，限制了熔融焊料向所关注区域的流动。导致的接地层-散热器的焊料连接产生了从负载电阻器到散热器的可重复的热路径和RF接地路径，其中接地路径直接位于器件主体下面，以利于最佳的电气性能。在电气电路装置中使用高热传导率的低CTE的散热器，以管理陶瓷负载电阻器的功率耗散需要，同时还使得同低CTE的陶瓷负载电阻器的热膨胀差异最小。

由于使用低刚度的粘合剂完成散热器到基板的批量附连，因此散热器和基板顶部的匹配部件(例如，具有远低于散热器的热膨胀系数的陶瓷部件，诸如RF匹配电容器)之间的热膨胀差异减弱，由此改善了部件和对应的焊接接点的可靠性。而且，热孔实现了器件的接地凸缘和散热器之间的良好的热传导路径。

为了简化，图3说明了一部分基板，其具有使用根据本发明的上文所述的方法安装于其上面的一个部件。然而，本领域的普通技术人员应认识到，基板典型地具有多个部件。本领域的普通技术人员应进一步认识到，尽管图3说明了，散热器310局部联接到唯一的器件340下面的基板330，但是典型地，在制造中，散热器310局部联接在多个器件下面，以利于效率，并且使制造成本最小。此外，图3仅示出了一个散热器联接到基板330。然而，应当认识到，可以将多个散热器联接到基板。

图4说明了在焊膏丝网印刷和器件组装之后，但是在焊料润湿之前的，根据图3说明的电气电路装置，电气电路装置400的装配顶侧视图。在图4中说明的是器件410的顶侧，其被安装到基板414上，其中至少一个器件的输入端子420同基板414顶侧上的焊盘(未示出)上的焊料接触，并且接地凸缘(未示出)同基板414顶侧上的另一基板焊盘430接触。还说明了两个焊孔440，使用已知的方法使其填充有焊料，并且标为A-A的截面线说明了将参考图5和6详细讨论的电气电路装置400的截面区域。

图5说明了焊料润湿之前的图4说明的电气电路装置400的截面A-A处的截面图。该截面图说明了器件510，其具有至少一个输入端子514和接地凸缘532，其经由焊料层520联接到基板524上的焊盘522。接地凸缘532的至少一部分安装在延伸通过基板524的多个热孔564上。基板524的接地层528经由粘合层540以机械方式联接到散热器550，其中粘合层540产生了接地层528和散热器550之间的精确的腔544。而且说明了焊料560，使用已知的方法将其添加到焊孔570。

图6说明了焊料润湿之后的图4说明的电气电路装置400的截面A-A处的截面图。在图6中，对与图5中说明的元件相同的这些元件进行对应的相同的标注，并且为了简化，这里不再描述。然而，图6进一步说明了焊料520焊料润湿610到热孔的至少一部分中，并且焊料从焊孔570焊料润湿到基板524的接地层528和散热器550之间的区域，用于器件凸缘532和直接位于器件主体510下面的散热器550之间的热联接和接地。

图7说明了在器件组装和回流焊接之后，根据本发明的实施例的所装配电气电路装置的X射线图像。该X射线图像清楚地示出了焊料如何从焊孔710润湿并且润湿到热孔720中，用于产生基板的接地层和散热器之间的、以及器件接地凸缘和直接位于器件主体下面的区域中的散热器之间的理想的焊料连接。

使用本发明的方法和电气电路装置可以实现许多优于现有技术的示例性优点，其中功率器件可以安装到电路板。这些优点包括，但不限于：(1)通过使例如负载电阻器和散热器的CTE匹配，使热失配问题最小；(2)从器件底部，通过多个热孔，到达直接位于下面的散热器的良好的热路径；(3)的电路板接地层与直接位于器件下面的散热器的可重复的焊料附连；(4)散热器与电路板的机械附连，从而向用于处理的组件和后继的模块组件添加坚固性；(5)消除了对单步或单次通过回流焊接工艺中的夹具的需要，其有助于无铅焊料或含铅焊料；和(6)在其他部件与电路板的SMT附连过程中可以完成用于热管理和用于RF接地的焊料附连，而不需要额外的工艺步骤。

在本发明的另一方面，器件被安装到电路板的顶侧，并且需要经由安装在电路板下面的散热器的热耗散，而且还需要同散热器的电气隔离。图8说明了根据本发明的实施例的一部分电路板或基板800的示意图的顶侧视图。在一个实施例中，基板800是有机电路板，诸如印刷电路板(PCB)。然而，本领域的普通技术人员应认识到，可以并入其他的基板(例如，陶瓷)。基板800包括：接地层(未示出)，其可以包括基板的底侧，或者可替换地，可以存在于基板的顶侧和底侧的内部。接地层典型地由铜组成，其可以涂覆或镀覆有多种保护层(例如，有机表面涂层、锡、镍或金)。

基板800还可以包括：焊盘820，用于使得部件能够安装到基板800的顶侧。例如，在将具有至少一个输入端子和至少一个输出端子的感应器线圈安装到基板800的情况中，输入端子可以在一个焊盘820处联接到基板，并且输出端子可以在另一焊盘820处联接到基板。

基板800进一步包括：焊孔830，其是延伸通过基板的切口，用于在焊料润湿之前容纳添加的焊料。焊孔830的布局、大小和尺寸是预定的，并且有助于引起预定区域中的(例如，散热器和基板800的接地层之间的)焊料润湿。图8说明了两个椭圆形的焊孔830。焊孔830的布局、大小和尺寸是示例性的，用于感应器线圈下面的最佳的焊料润湿。然而，本领域的普通技术人员应当认识到，取决于安装的特定部件以及所需用于焊料润湿的面积，在基板上的其他位置可以存在更多或更少的焊孔，并且其具有其他的大小和尺寸。基板800还可以包括一个或多个通气孔眼840，其延伸通过基板，并且位于基板上的预定区域中。通气孔眼840通过在回流焊接的过程中允许焊料挥发物逸出，促进了基板的接地层和散热器之间的最佳的焊料润湿。图8说明了两个圆形的通气孔眼。然而，应当认识到，取决于所需用于焊料润湿的面积，可以存在更多或更少的通气孔眼，其具有不同的大小、形状、尺寸和基板上的位置。而且，应当认识到，使用如上文参考图2和3描述的粘合层中的一个或多个通气孔，同样可以实现焊料挥发物的通气。

图9说明了根据本发明的实施例的粘合层900的示意图的顶侧视图。粘合层900对应于图8的基板部分800，并且用于使一个散热器的至少一部分以机械方式联接到基板800的接地层。

粘合层900典型地由具有粘合和粘结属性的挠性材料组成，其在回流焊接工艺的高温下是稳定的。该材料典型地不是电传导的，但是也可以是传导材料。在一个实施例中，该材料是挠性的压敏丙烯酸粘合剂。在另一实施例中，可以使用需要固化工艺(例如，升高的温度)的挠性液体或膜粘合剂。可以制造具有预定厚度的粘合层900。粘合层900包括：焊孔930，其对应于基板800中的焊孔830和通气孔眼840。焊孔930是同样延伸通过粘合层900的切口，用于在焊料润湿之前容纳焊料。

焊孔930的布局、大小和尺寸是预定的，由此焊孔830和通气孔眼840同焊孔930的对准，提供了用于引导和控制从焊孔(830、930)到预定区域(例如散热器和基板800的接地层之间)的焊料润湿的精确腔。因此，在生产所需厚度和形状的粘合层时，可以从粘合剂膜或者涂覆有粘合剂的膜上冲切粘合层，以利于可重复性。

图10说明了根据本发明的实施例的电气电路装置1000的分解图。电气电路装置1000包括：散热器1010、粘合层1020、基板部分1030和器件1040。散热器1010可以由适当的高热传导材料组成，诸如例如，铜或铝，其允许焊料润湿和所选用于电路装置装配工艺的粘合材料的附连。散热器1010具有两个主要的侧1012和1014。在侧1012上：使用粘合层1020附连基板部分1030；使用焊料联接器件1040；并且将热量输入到散热器1010用于耗散。相对的侧1014是电路装置1000的主要除热区域，并且是关于电路装置1000的主要安装表面。在一个实施例中，散热器的大小大于热量耗散器件(例如器件1040)的大小，由此可以实现所需的热量扩散。

粘合层1020是根据参考图9描述的粘合层。因此，粘合层1020包括焊孔1024。基板部分1030是根据参考图8描述的基板部分。因此，基板部分1030包括：通气孔眼1032、焊孔1034和接地层1036。基板1030典型地还包括基板顶侧上的多个焊盘1036，器件1040可以联接到其上面。在图10说明的实施例中，接地层1036包括基板1030的底侧。然而，应当认识到，接地层1036可以在基板1030内部，其中基板1030将进一步包括凹陷，用于暴露接地层，该凹陷典型地具有稍微大于散热器1010尺寸的尺寸。最后，器件1040可以包括至少一个输入端子1042和至少一个输出端子1044。器件1040可以是，例如，感应线圈或者安装到基板部分1030的顶侧的任何器件，并且需要同散热器1010的热联接，而且进一步需要同散热器1010的电气隔离。

根据本发明，可以如下装配上文描述的电路装置1000的元件。使粘合层1020同基板1030对准，由此焊孔1024同焊孔1034和通气孔眼1032对准。使用粘合层1020将散热器1010以机械方式联接到基板1030的接地层1036，由此其同基板1030对准。在图10说明的实施例中，散热器1010在完全围绕器件1040的区域中局部联接到基板1030，用于提供最佳的热传导路径。

将焊料安置在基板的焊盘上，并且安置到粘合层的焊孔1024的至少一部分中，用于后继的焊料润湿，以将器件的输入和输出端子(1042、1044)联接到焊盘，将接地层1036联接到散热器，并且产生器件1040的热联接。典型地，将焊膏丝网印刷在基板焊盘上，并且丝网印刷到粘合层的焊孔1024中。然而，在其他的实施例中，可以实现其他形式的焊料，例如焊粒或预制件。而且，应当进一步认识到，在添加焊料的过程中，还可以将焊料添加到基板焊孔1034的至少一部分。事实上，典型地，在添加焊料的过程中，填充了基板和粘合层的焊孔(1024、1034)。

器件1040安装到基板1030的顶侧，由此至少一个输入端子1042变为同基板1030顶侧上的对应焊盘上的焊料接触，并且至少一个输出端子1044变为同基板1030顶侧上的对应焊盘上的焊料接触。基板1030同器件1040的组装可以手工完成，但是典型地在制造过程中使用自动化工艺完成，以利于效率和成本有效性。

所组装的基板1030可以安置在回流炉中，并且随后进行冷却，其中，完成器件的端子(1042、1044)和焊盘的焊料连接，并且焊料从焊孔(1024、1034)润湿到接地层1036和散热器1010之间的腔，以产生器件1040和散热器1010之间的热路径。

在一个实施例中，上文描述的根据本发明的方法的至少一部分步骤可作为自动化工艺的一部分而被执行，并且理想地，如此执行全部的步骤。然而，应当认识到，可以手工执行或者作为自动化工艺的一部分执行多种组合的任何上文所述的步骤。

回流之前的散热器与基板的机械附连消除了对用于在SMT处理过程中使散热器保持在位的夹具的需要，并且添加了用于处理电路装置组件的装配工艺过程中的坚固性。可以在用于热联接和顶侧SMT附连的单次通过回流工艺过程中执行电气电路装置的装配，由此使其有助于无铅焊料或含铅焊料的使用。

粘合层的焊孔、基板的接地层和可润湿的散热器表面，在回流的过程中，促进了从焊孔到关键热联接区域的焊料润湿。上面(基板的接地层)和下面(散热器)的高表面能量的表面促进了针对两个可润湿表面之间的开放空间的焊料润湿。这些表面还提供了理想的粘合接合表面，其产生了散热器和基板之间的高的粘合强度。

使用具有受控的厚度的膜粘合剂产生了高度可重复的分隔区，导致了关于制造工艺的该关键尺寸的较低的变化。通过使粘合剂切口区域延伸到电路板的边缘，或者延伸通过在电路板上形成的至少一个通气孔眼，可以产生通气机构。该机构通过允许焊膏挥发物在回流过程中逸出，进一步促进了分隔区中的最佳的焊料填充。关于焊膏的焊孔的大小和形状还定义了用于填充分隔区的熔融焊料的体积，并且其易于控制，用于优化热传输。该焊料体积的控制和由粘合剂中的切口产生的两个高表面能量的表面的区域的终止的组合，限制了熔融焊料向所关注区域的流动。导致的接地层-散热器的焊料连接产生了从热耗散部件到散热器的可重复的热路径。

由于使用低刚度的粘合剂完成散热器到基板的批量附连，因此散热器和基板上面的匹配部件(例如，具有远低于散热器的热膨胀系数的陶瓷部件，诸如RF匹配电容器)之间的热膨胀差异减弱，由此改善了部件和对应的焊接接点的可靠性。而且，热孔实现了器件底部和散热器之间的良好的热传导路径。

为了简化，图10说明了一部分基板，其具有一个使用根据本发明的上文所述的方法安装于其上面的部件。然而，本领域的普通技术人员应认识到，基板典型地具有多个安装于其上面的部件，并且包括例如，功率部件、陶瓷负载电阻器、感应线圈和其他部件。因此，在本发明的另一方面，电气电路装置可以具有并入于其中的散热器，其具有不同的CTE值。例如，可以使具有低的CTE的至少一个散热器联接到低CTE部件(诸如例如，陶瓷负载电阻器)下面的基板，并且可以使具有较高的CTE的至少一个散热器联接到另一高CTE部件(诸如例如射频(“RF”)或者功率晶体管)下面的基板。本领域的普通技术人员应进一步认识到，尽管图10说明了，散热器1010局部联接到唯一的器件1040下面的基板1030，但是典型地，在制造中，散热器1010局部联接在多个器件下面，以利于效率，并且使制造成本最小。此外，图10仅示出了一个散热器联接到基板1030。然而，应当认识到，可以将多个散热器联接到基板。

图11说明了在焊膏丝网印刷和器件组装之后，但是在焊料润湿之前的，根据图10说明的电气电路装置，电气电路装置1100的装配顶侧视图。在图11中说明的是器件1110的顶侧，其被安装到基板1114上，其中至少一个器件的输入端子1120和至少一个器件的输出端子1130的顶侧同基板1114顶侧上的输入和输出焊盘(未示出)上的焊料接触。还说明了两个通气孔眼1150、两个焊孔1140，使用已知的方法使其填充有焊料，并且标为A-A的截面线说明了将参考图12和13详细讨论的电气电路装置1100的截面区域。

图12说明了焊料润湿之前的图11说明的电气电路装置1100的截面A-A处的截面图。该截面图说明了器件的至少一个输出端子1216，其经由焊料层1220联接到基板1224上的焊盘1222。基板1224的接地层1228经由粘合层1240以机械方式联接到散热器1250，其中粘合层1240产生了接地层1228和散热器1250之间的精确的腔1244。而且说明了通气孔眼1280和使用已知方法被添加到焊孔1270的焊料1260。

图13说明了焊料润湿之后的图11说明的电气电路装置1100的截面A-A处的截面图。在图13中，对与图12中说明的元件相同的这些元件进行对应的相同的标注，并且为了简化，这里不再描述。然而，图13进一步说明了从焊孔1270向基板1224的接地层1228和散热器1250之间的区域中的通气孔眼1280的焊料润湿1310，用于器件与散热器1250的热联接。

使用本发明的方法和电气电路装置可以实现许多优于现有技术的示例性优点，其中功率器件可以安装到电路板。这些优点包括，但不限于：(1)通过使用挠性低刚度粘合剂，使例如，陶瓷电容器和散热器之间的CTE失配问题最小；(2)电路板接地层与直接位于器件下面的散热器的可重复焊料附连；(3)器件端子同地，即散热器的电气隔离；(4)散热器与电路板的机械附连，向用于处理的组件和后继的模块组件添加坚固性；(5)消除了对单步或单次通过回流焊接工艺中的夹具的需要，其有助于无铅焊料或含铅焊料；和(6)在其他部件与电路板的SMT附连过程中可以完成用于热管理的焊料附连，而不需要额外的工艺步骤。

尽管结合具体的实施例描述了本发明，但是本领域的技术人员将易于想到另外的优点和修改方案。因此，本发明，在其较广泛的方面，不限于所示出和描述的具体细节、代表性装置和说明性示例。根据前面的描述，多种替换方案、修改方案和变化方案对于本领域的技术人员将是显而易见的。因此，应当理解，本发明不限于前面的描述，而是涵盖根据附属权利要求的精神和范围的所有该替换方案、修改方案和变化方案。

Claims (17)

1.一种电气电路装置，包括：

基板，其包括顶侧、接地层、至少一个热孔、和至少一个热孔；

散热器；和

粘合层，用于将所述散热器以机械方式联接到所述基板的接地层，由此所述至少一个基板热孔的至少一部分同所述散热器重叠，所述粘合层包括：至少一个热孔和至少一个焊孔，其中使至少一个基板焊孔同至少一个粘合层焊孔对准、以及使至少一个基板热孔同至少一个粘合层热孔对准，实现了所述散热器和所述基板的接地层之间的预定区域中的焊料润湿。

2.权利要求1的装置，进一步包括：器件，其联接到所述基板的顶侧，由此所述器件的至少一部分覆盖所述至少一个基板热孔的至少一部分，并且其中所述器件经由所述至少一个基板热孔的至少一部分联接到所述散热器，并且所述散热器具有基本上同所述器件的热膨胀系数相匹配的热膨胀系数。

3.一种电气电路装置，包括：

基板，其包括顶侧、接地层、至少一个热孔、和至少一个焊孔；

散热器；

粘合层，用于将所述散热器以机械方式联接到所述基板的接地层，由此所述至少一个基板热孔的至少一部分同所述散热器重叠，所述粘合层包括至少一个热孔和至少一个焊孔；和

器件，其联接到所述基板的顶侧，由此所述器件的至少一部分覆盖所述至少一个基板热孔的至少一部分，并且其中所述器件经由所述至少一个热孔的至少一部分联接到所述散热器，并且其中使至少一个基板焊孔同至少一个粘合层焊孔对准、以及使至少一个基板热孔同至少一个粘合层焊孔对准，实现了所述散热器和所述基板的接地层之间的预定区域中的焊料润湿，并且其中所述预定区域的至少一部分位于所述器件下面。

4.一种电气电路装置，包括：

有机电路板，其包括顶侧、接地层、至少一个热孔、和至少一个焊孔；

散热器；

粘合层，用于将所述散热器以机械方式联接到所述基板的接地层，由此所述至少一个基板热孔的至少一部分同所述散热器重叠，所述粘合层包括预定厚度的非电传导材料，并且进一步包括：至少一个热孔、至少一个焊孔和至少一个通气孔，其同至少一个粘合层热孔相邻；和

器件，其包括至少一个输入端子和接地凸缘，并且联接到所述基板的顶侧，由此所述器件的至少一部分覆盖所述至少一个基板热孔的至少一部分，并且其中所述器件经由所述至少一个基板热孔的至少一部分联接到所述散热器，并且其中使至少一个基板焊孔同至少一个粘合层焊孔对准、以及使至少一个基板热孔同至少一个粘合层热孔对准，实现了所述散热器和所述基板的接地层之间的预定区域中的焊料润湿，并且其中所述预定区域的至少一部分位于所述器件的接地凸缘下面。

5.一种方法，用于装配电气电路装置，所述电气电路装置包括：具有顶侧、接地层、至少一个热孔、和至少一个焊孔的基板；散热器；和粘合层，其具有至少一个热孔和至少一个焊孔，所述方法包括以下步骤：

a)使至少一个基板焊孔同至少一个粘合层焊孔对准，并且使至少一个基板热孔同至少一个粘合层焊孔对准；

b)使用所述粘合层使所述散热器以机械方式联接到所述基板的接地层，由此所述至少一个基板热孔的至少一部分同所述散热器重叠；

c)使用焊料填充所述至少一个粘合层焊孔的至少一部分和所述至少一个基板热孔的至少一部分；和

d)执行用于焊料润湿的工艺，其中使至少一个基板焊孔同至少一个粘合层焊孔对准，并且使至少一个基板热孔同至少一个粘合层焊孔对准，使得所述焊料从至少一个粘合层焊孔流到所述散热器和所述基板的接地层之间的预定区域。

6.权利要求5的方法，其中所述电气电路装置进一步包括：器件，并且其中所述方法在步骤c)之后进一步包括以下步骤：将所述器件安装到所述基板的顶侧，由此所述器件的至少一部分覆盖所述至少一个基板热孔的至少一部分，并且由此所述器件经由所述至少一个基板热孔的至少一部分联接到所述散热器。

7.权利要求6的方法，其中所述器件联接到所述基板和所述散热器，并且在单次通过回流焊接工艺的过程中发生所述焊料润湿，其中所述回流焊接工艺使用无铅焊料和含铅焊料中的一个。

8.一种电气电路装置，包括：

基板，其包括顶侧、接地层、和至少一个焊孔；

散热器；和

粘合层，用于将所述散热器以机械方式联接到所述基板的接地层，所述粘合层包括至少一个焊孔，其中使至少一个基板焊孔同至少一个粘合层焊孔对准，实现了所述散热器和所述基板的接地层之间的预定区域中的焊料润湿。

9.一种电气电路装置，包括：

基板，其包括顶侧、接地层、和至少一个焊孔；

散热器；

粘合层，用于将所述散热器以机械方式联接到所述基板的接地层，所述粘合层包括至少一个焊孔；和

器件，其联接到所述散热器的顶侧，其中使至少一个基板焊孔同至少一个粘合层焊孔对准，实现了所述散热器和所述基板的接地层之间的预定区域中的焊料润湿，并且其中所述预定区域的至少一部分位于所述器件下面。

10.一种电气电路装置，包括：

有机电路板，其包括顶侧、接地层、至少一个焊孔、和至少一个通气孔眼；

散热器；

粘合层，用于将所述散热器以机械方式联接到所述基板的接地层，所述粘合层包括预定厚度的非电传导材料，并且包括至少一个焊孔；和

器件，其联接到所述散热器的顶侧，其中使至少一个基板焊孔和至少一个通气孔眼同至少一个粘合层焊孔对准，实现了所述散热器和所述基板的接地层之间的预定区域中的焊料润湿，并且其中所述预定区域的至少一部分位于所述器件下面。

11.一种方法，用于装配电气电路装置，所述电气电路装置包括：具有顶侧、接地层、和至少一个焊孔的基板；散热器；和粘合层，其具有至少一个焊孔，所述方法包括以下步骤：

a)使至少一个基板焊孔同至少一个粘合层焊孔对准；

b)使用所述粘合剂使所述散热器以机械方式联接到所述基板的接地层；

c)使用焊料填充所述至少一个粘合层焊孔的至少一部分；和

d)执行用于焊料润湿的工艺，其中使至少一个基板焊孔同至少一个粘合层焊孔对准，使得所述焊料从至少一个粘合层焊孔流到所述散热器和所述基板的接地层之间的预定区域。

12.权利要求11的方法，其中所述电气电路装置进一步包括：器件，并且其中所述方法在步骤c)之后进一步包括以下步骤：将所述器件安装到所述基板的顶侧。

13.权利要求12的方法，其中所述器件联接到所述基板，并且在单次通过回流焊接工艺的过程中发生所述焊料润湿，其中所述回流焊接工艺使用无铅焊料和含铅焊料中的一个。

14.权利要求11的方法，其中所述基板进一步包括至少一个通气孔眼，并且步骤a)进一步包括：使所述至少一个通气孔眼同所述至少一个粘合层焊孔对准。

15.一种电气电路装置，包括：

基板，其包括顶侧、接地层、和至少一个焊孔；

第一散热器，其具有第一热膨胀系数(“CTE”)；

第二散热器，其具有低于所述第一CTE的第二CTE；和

至少一个粘合层，用于将所述散热器以机械方式联接到所述基板的接地层，所述粘合层包括至少一个焊孔，其中使至少一个基板焊孔同所述至少一个粘合层焊孔对准，实现了所述第一散热器和所述基板的接地层之间的第一预定区域和所述第二散热器和所述基板的接地层之间的第二预定区域中的焊料润湿。

16.权利要求15的装置，进一步包括：第一器件，其联接到所述基板的顶侧，由此所述第一器件的至少一部分同所述第一散热器重叠；和第二器件，其联接到所述散热器的顶侧，由此所述第二器件的至少一部分同所述第二散热器重叠，并且其中所述第二散热器的CTE基本上同所述第二器件的CTE匹配。

17.权利要求16的装置，其中所述第一器件是功率器件，并且所述第二器件是陶瓷器件。

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