專利名稱：一種印制電路板布局布線結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信和電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種印制電路板布局布線結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
隨著無線通信和芯片封裝技術(shù)的發(fā)展，越來越多的功能被集成到手機(jī)里。手機(jī)的功耗也相應(yīng)地出現(xiàn)明顯增加，尤其是在第三代手機(jī)中表現(xiàn)更為突出。第三代手機(jī)采用CDMA2000(Code-Division Multiple Access，碼分多址)或WCDMA(Wideband CDMA，寬帶碼分多址)技術(shù)，該技術(shù)中使用的PA(Power Amplifier，功放)芯片效率遠(yuǎn)低于采用GSM(GlobalSystem for Mobile Communications，全球移動通信系統(tǒng))技術(shù)的第二代手機(jī)PA芯片。在最大功率發(fā)射時，第三代手機(jī)熱耗比第二代手機(jī)增加50％以上，此時第三代手機(jī)PA芯片發(fā)熱量大約為1W左右，占手機(jī)總發(fā)熱量的50-60％。而常見的第三代手機(jī)PA芯片幾何尺寸大約在3mm×3mm×1mm到6mm×6mm×1mm之間，因此具有很高的單位體積熱流密度和溫升，會影響到周圍的器件和表面，尤其會引起手機(jī)表面局部溫升過高。同時，因為手機(jī)的內(nèi)部空間有限，無法采用風(fēng)扇、散熱器、熱管等散熱技術(shù)，所以手機(jī)PA芯片的散熱管理是現(xiàn)在要急于解決的問題。
目前，常見的第三代手機(jī)PA芯片采用QFN(Quad Flat No-lead，方形扁平無引腳)封裝。QFN封裝的仰視圖如圖1所示，該封裝的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。參照圖1和圖2，QFN封裝是一種無引腳封裝，呈正方形或矩形，封裝底部中央位置有一個大面積的熱焊盤12用來導(dǎo)熱，圍繞大焊盤的封裝四周有實現(xiàn)電氣連接的導(dǎo)電焊盤11。該封裝主要包括導(dǎo)電焊盤21、熱焊盤22、mold(模)23和die(裸片)24四部分，其中導(dǎo)電焊盤和熱焊盤為金屬材料，mold為FR4(環(huán)氧樹脂和玻璃纖維合成板材)材料，die是芯片的核心部分，工作時會產(chǎn)生熱量。而從材料特性看，銅的導(dǎo)熱系數(shù)為333W/m-K，F(xiàn)R4的導(dǎo)熱系數(shù)為0.285W/m-K。由于金屬和FR4導(dǎo)熱系數(shù)相差通常在100倍以上，所以金屬材料是導(dǎo)熱的主要途徑。PA芯片的封裝結(jié)構(gòu)和材料特性決定Die產(chǎn)生的熱量主要通過封裝底部的熱焊盤傳導(dǎo)出去。
現(xiàn)在，在手機(jī)生產(chǎn)時主要采用三種散熱結(jié)構(gòu)對PA芯片進(jìn)行散熱。一種散熱結(jié)構(gòu)如圖3，圖4所示，圖3為PCB的器件表層布局布線，圖4為內(nèi)層某一層的布線，其中圖中陰影區(qū)為PCB層的鋪銅區(qū)。參照圖3和圖4，在PA芯片的熱焊盤下的PCB(Printed Circuit Board，印制電路板)上設(shè)有焊盤31，該焊盤上開設(shè)有一定數(shù)量的熱孔41，該熱孔為熱過孔或熱埋孔或熱盲孔，該熱孔的數(shù)量為PA芯片的廠家推薦值，PA芯片的四周布有電容或電阻33，32為金屬屏蔽盒焊盤，42為金屬屏蔽盒在此層上投影的位置。使用時將PA芯片的熱焊盤直接焊接在PCB的焊盤31上，并且熱孔41可以將主要熱量擴(kuò)散到銅接地板中。如果手機(jī)的PCB雙面布器件，無法開設(shè)直通的熱過孔，則通過PCB的底層和頂層的熱盲孔和中間層的熱埋孔來實現(xiàn)，盡可能地把PA芯片的熱量以最小熱阻從熱焊盤傳至PCB。
采用該散熱結(jié)構(gòu)對控制局部功放溫升起到很大的作用，但從系統(tǒng)熱設(shè)計角度，該散熱結(jié)構(gòu)存在明顯的缺點(diǎn)。下面對折疊式手機(jī)和直板式手機(jī)分別進(jìn)行說明，折疊式手機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖5所示，該手機(jī)包括手機(jī)上蓋51、手機(jī)下蓋52、按鍵53、PCB54、金屬屏蔽盒55、PA芯片56和電池57。如果采用該散熱結(jié)構(gòu)的手機(jī)是折疊式手機(jī)，由于手機(jī)空間的限制，PA芯片56和PCB54離按鍵53表面距離很短，PA芯片56的主要熱量經(jīng)過PCB54直接傳到按鍵53面，造成手機(jī)表面溫度過高。直板式手機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖6所示，該手機(jī)包括LCD(Liquid Crystal Display，液晶顯示屏)61、按鍵62、金屬屏蔽盒63、PA芯片64、電池65和PCB66。如果采用該散熱結(jié)構(gòu)的手機(jī)是直板式手機(jī)，PA芯片64和PCB66離按鍵62表面距離較折疊式手機(jī)長，表面溫升較易控制，但此區(qū)是人體對溫度敏感的耳朵接觸區(qū)，要求有很嚴(yán)格的溫升控制。同時，PA芯片64和PCB66離LCD61的表面距離很短，PA芯片64的主要熱量經(jīng)過PCB66直接傳到LCD61，而LCD61是熱敏感器件，PA芯片64的熱量也會影響到LCD61的正常工作和長期使用的可靠性。
另一種散熱結(jié)構(gòu)如圖7所示，該散熱結(jié)構(gòu)在PA芯片的頂部敷設(shè)導(dǎo)熱墊71。采用該散熱結(jié)構(gòu)可以把PA芯片的熱量通過導(dǎo)熱墊61導(dǎo)向手機(jī)背面，再從手機(jī)背面將熱量散發(fā)出去。
對于PA芯片的QFN封裝結(jié)構(gòu)，熱量主要由Die下方的熱焊盤傳出去。芯片的頂部為mold部分，導(dǎo)熱系數(shù)僅為0.7W/m-K，導(dǎo)熱性能較差。同時，因為導(dǎo)熱墊71需要容納模具制造和裝配的偏差，所以該導(dǎo)熱墊應(yīng)具有1-2mm左右的厚度，厚度較大，不易導(dǎo)熱。而導(dǎo)熱墊的導(dǎo)熱系數(shù)也僅為1W/m-K左右，因此采用該散熱結(jié)構(gòu)對降低PA芯片的溫度效率較低，而且普通金屬屏蔽盒的厚度僅為0.2mm-0.3mm左右，并不能實現(xiàn)很好的降溫效果。
再一種散熱結(jié)構(gòu)如圖8所示，該散熱結(jié)構(gòu)采用一體化鑄鋁屏蔽盒81。該屏蔽盒厚度常達(dá)到1mm左右，相當(dāng)于在PA芯片上加一散熱器，即使PA芯片與屏蔽盒間導(dǎo)熱效率低也能保證很好的降溫效果。但采用該散熱結(jié)構(gòu)成本遠(yuǎn)高于普通屏蔽盒，在中低端手機(jī)上很難采用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題是提供一種印制電路板布局布線結(jié)構(gòu)，以克服發(fā)熱芯片熱量主要向PCB方向傳遞，不能有效控制熱流方向的缺陷。
本發(fā)明的實現(xiàn)原理是根據(jù)發(fā)熱芯片底部具有熱焊盤的封裝結(jié)構(gòu)，通過發(fā)熱芯片焊盤、導(dǎo)熱系數(shù)大的銅皮和金屬屏蔽盒焊盤，將發(fā)熱芯片的熱量導(dǎo)向金屬屏蔽盒，從而控制熱流傳遞方向，減小向PCB的導(dǎo)熱。而金屬屏蔽盒厚度為0.2mm-2mm，擴(kuò)展面積通常達(dá)到發(fā)熱芯片的10倍以上，能夠有效保證發(fā)熱芯片的溫升在設(shè)計許可范圍之內(nèi)，可以對發(fā)熱芯片進(jìn)行良好散熱。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種印制電路板布局布線結(jié)構(gòu)，包括發(fā)熱芯片焊盤和金屬屏蔽盒焊盤，其中發(fā)熱芯片焊盤和金屬屏蔽盒焊盤之間用銅皮直接相連。
按照本發(fā)明的一個方面，所述發(fā)熱芯片采用QFN封裝，也可以采用其它底部具有熱焊盤的封裝。
按照本發(fā)明的另一個方面，所述銅皮的長度在2mm以內(nèi)。
按照本發(fā)明的再一個方面，所述發(fā)熱芯片緊靠所述金屬屏蔽盒布置，為實現(xiàn)熱阻最小化，該發(fā)熱芯片和金屬屏蔽盒之間的間距在2mm以內(nèi)。
按照本發(fā)明的再一個方面，所述發(fā)熱芯片和所述金屬屏蔽盒之間無電容或電阻。
按照本發(fā)明的再一個方面，所述發(fā)熱芯片焊盤下布置有熱孔，用于射頻接地和隔離。
按照本發(fā)明的再一個方面，所述熱孔為熱過孔、熱埋孔或熱盲孔。
按照本發(fā)明的再一個方面，僅對靠近發(fā)熱芯片的PCB頂層鋪銅。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)采用本發(fā)明，發(fā)熱芯片的熱量主要通過銅皮和金屬屏蔽盒發(fā)散，能夠控制熱流傳遞方向，減小向PCB的導(dǎo)熱，從而對折疊式手機(jī)可以避免手機(jī)表面溫度過高，對直板式手機(jī)可以避免發(fā)熱芯片的熱量影響熱敏感器件的正常工作及長期使用的可靠性。
進(jìn)一步，采用本發(fā)明能夠有效保證發(fā)熱芯片的溫升在設(shè)計許可范圍之內(nèi)，可以對發(fā)熱芯片進(jìn)行良好散熱。
另外，本發(fā)明安裝和焊接工藝實施方便可靠，成本低。


圖1是QFN封裝的仰視圖；圖2是QFN封裝的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；圖3是現(xiàn)有技術(shù)一種散熱結(jié)構(gòu)的器件PCB表層布線圖；圖4圖3散熱結(jié)構(gòu)的PCB內(nèi)層某一層的布線圖；圖5是折疊式手機(jī)的結(jié)構(gòu)圖；圖6是直板式手機(jī)的結(jié)構(gòu)圖；
圖7是現(xiàn)有技術(shù)的一種散熱結(jié)構(gòu)圖；圖8是現(xiàn)有技術(shù)的一種散熱結(jié)構(gòu)圖；圖9是本發(fā)明的一種器件PCB表層布線圖；圖10是圖9布線結(jié)構(gòu)的PCB內(nèi)層某一層的布線圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明的一種器件PCB表層布線圖如圖9所示，PCB內(nèi)層某一層的布線圖如圖10所示。參照圖9和圖10，本發(fā)明的發(fā)熱芯片為PA芯片，在PA芯片的熱焊盤下的PCB上設(shè)有焊盤91，該焊盤上開設(shè)有一定數(shù)量的熱過孔101，92為金屬屏蔽盒焊盤，102為金屬屏蔽盒在此層上投影的位置，93為連接焊盤91和金屬屏蔽盒焊盤92的銅皮。
與圖3和圖4所示的現(xiàn)有散熱結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明中PA芯片下的焊盤91和金屬屏蔽盒焊盤92之間用銅皮93直接相連，并使該銅皮93的長度在2mm以內(nèi)，而且將PA芯片緊靠金屬屏蔽盒布置，為實現(xiàn)熱阻最小化，該P(yáng)A芯片和金屬屏蔽盒之間的間距在2mm以內(nèi)；本發(fā)明去掉PA芯片和金屬屏蔽盒之間的電容或電阻，保證該P(yáng)A芯片和金屬屏蔽盒之間無器件；同時，本發(fā)明減小PA芯片焊盤下的熱孔的數(shù)量和密度，該熱孔為熱過孔或熱埋孔或熱盲孔，從散熱角度可以將該熱孔去掉，但考慮射頻接地和隔離的需要，仍保留少量熱孔101；另外，本發(fā)明減少或去掉PA芯片焊盤下的PCB層內(nèi)的鋪銅，除靠近PA芯片的PCB頂層以外，其余PCB層對應(yīng)處均不進(jìn)行鋪銅。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種印制電路板布局布線結(jié)構(gòu)，包括發(fā)熱芯片焊盤和金屬屏蔽盒焊盤，其特征在于，所述發(fā)熱芯片焊盤和金屬屏蔽盒焊盤之間用銅皮直接相連。
2.如權(quán)利要求1所述印制電路板布線結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述發(fā)熱芯片采用底部具有熱焊盤的封裝。
3.如權(quán)利要求1所述印制電路板布線結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述銅皮的長度在2mm以內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1所述印制電路板布線結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述發(fā)熱芯片和所述金屬屏蔽盒之間的間距在2mm以內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1所述印制電路板布線結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述發(fā)熱芯片和所述金屬屏蔽盒之間無電容或電阻。
6.如權(quán)利要求1所述印制電路板布線結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述發(fā)熱芯片焊盤下布置有熱孔，用于射頻接地和隔離。
7.如權(quán)利要求6所述印制電路板布線結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述熱孔為熱過孔、熱埋孔或熱盲孔。
8.如權(quán)利要求1所述印制電路板布線結(jié)構(gòu)，其特征在于，僅對靠近發(fā)熱芯片的印制電路板頂層鋪銅。
全文摘要
一種印制電路板的布局布線結(jié)構(gòu)，涉及通信和電子技術(shù)領(lǐng)域，以克服發(fā)熱芯片熱量主要向PCB方向傳遞，不能有效控制熱流方向的缺陷。本發(fā)明包括發(fā)熱芯片焊盤和金屬屏蔽盒焊盤，該發(fā)熱芯片焊盤和金屬屏蔽盒焊盤之間用銅皮直接相連，且發(fā)熱芯片焊盤下的熱過孔或熱埋孔或熱盲孔等熱孔的數(shù)量和密度小，并使發(fā)熱芯片焊盤下的對靠近發(fā)熱芯片的PCB頂層以外的PCB層的鋪銅少。采用本發(fā)明，發(fā)熱芯片的熱量主要通過銅皮由金屬屏蔽盒發(fā)散，能夠控制熱流傳遞方向，減小向PCB的導(dǎo)熱，又可以對發(fā)熱芯片進(jìn)行良好散熱；而且，本發(fā)明安裝和焊接工藝實施方便可靠，成本低。
文檔編號H05K7/20GK1984531SQ20061007902
公開日2007年6月20日 申請日期2006年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月30日
發(fā)明者靳林芳, 范勇 申請人:華為技術(shù)有限公司