熱管和將熱管嵌入產品中的方法與流程

本發明涉及一種熱管用于冷卻電子設備，特別是載體，包括帶填充有傳熱液的空腔的中心部。本發明還涉及一種包括至少一個用于冷卻其的熱管的部件載體，以及一種用于生產所述部件載體的方法。根據本發明的熱管可以應用于而不只局限于如部件載體的電子設備，例如，印刷電路板、中間印刷電路板產品或者IC襯底，其中嵌入至少一個熱管，從而適合冷卻熱耗散電子部件。

背景技術：

熱管是傳熱設備，該傳熱設備結合熱導和相變兩種原理，以有效管理兩個固體界面之間的熱傳遞。一般地，熱管被成形為密封管或者密封管路，并且通常由與工作液相容的材料，諸如充水熱管的銅制成。因此，熱管尤其在熱管的縱向上在互相隔開的兩個界面之間在沿著其長度的一維上增強熱傳遞。在熱管的熱界面，如與熱導固體表面接觸的液體的傳熱液通過從該表面吸收熱量轉變為蒸氣。傳熱液容納于熱管的腔內，該熱管的腔通常是封裝的封閉空腔，以避免傳熱液有任何損失。然后，蒸氣沿著熱管行進到冷界面，并且在那兒通過釋放潛熱凝結回到液體。然后，該液體通過毛細作用、離心力或者重力返回熱界面，并且重復該循環。

如今，扁平式或者平板式熱管常常在本行業中使用以改善電子設備的熱管理性能。例如，文獻WO 2007/096313 A1和WO 2010/121230 A1都涉及用于冷卻的平板式熱管。通常，將這些熱管設想為在熱管的制造過程中被壓平的柱形結構。

文獻JP 2000-138485 A公開了一種帶用于冷卻電子部件的熱管的印刷電路板。在制造PCB時，在一個內部金屬層的接地平面中整體地形成熱管，其中兩片銅板以這兩個壓緊的銅板形成帶之后填充有冷卻劑的腔的接地平面層的方式被壓在一起。缺點是，這樣整體形成的熱管的位置是由接地平面金屬層在PCB層內的布置預限定的。因此，電子部件與熱管隔開某個距離側向安裝。此外，這些熱管的制造成本高，并且還增強了PCB裝置的熱應力，因為在制造PCB時，必須在原地將銅板壓在一起。之后，在制造時，必須在接合的銅板的兩側上形成樹脂層，并且最后，在現場將其密封之前必須將冷卻劑填充到空腔中，以提供集成于接地平面層內的熱管。因此，在制造PCB時，只有當執行了上述所有制造步驟時，該集成熱管才起作用。

當代的熱管小到足以嵌入印刷電路板(縮寫為：PCB)結構中。然而，為了不破壞熱管的扁平形狀，這些熱管的組裝和操作的最高溫度范圍必須保持低于140℃，因為內部壓力的升高將使熱管變為圓柱形。缺點是，在極端溫度條件下，這可能導致PCB完全故障。因此，不能在裸PCB上組裝本技術領域內公知的扁平式熱管，因為表面安裝技術(縮寫為：SMT)組裝要求的高達280℃的高溫和后續軟熔階段要求的高達250℃的溫度會破壞熱管或者至少使熱管變形。因為該原因，對于PCB內的嵌入過程，對極端溫度變化，剛性強的圓柱形熱管為優選的。

關于嵌入部件的上述要求：因為JP 2000-138485 A公開的熱管不是單個獨立零件，而是在制造PCB時，以層向形成該熱管，所以其不能嵌入PCB結構中，至少不能作為填充有用于熱傳遞的冷卻劑或者液體的已經運行的熱管。

文獻US 2008/0087456 A1涉及含有平板式散熱器的電路板組件，該平板式散熱器用作組件的電接地平面。缺點是，散熱器在其整個幾何結構上散熱，因此至少在二維上散熱。因此，散熱器或者蒸氣室主要是與熱管不同，熱管具有在一個特定維度上增強熱傳遞的優點。此外，上述缺點對于因此不能被嵌入PCB結構中的散熱器是相同的，至少不能作為填充有用于熱傳遞的冷卻劑或者液體的已經運行的散熱器。

本申請人已經發現，圓柱形熱管能夠承受這種熱應力，而沒有任何可靠性風險。現代的圓柱形熱管的直徑能夠細至1mm甚或更細。這種情況下產生的挑戰是使熱管正確接觸如填充了銅的通路的熱通路，填充了銅的通路在PCB技術中是常見的。分別是非平面的圓柱形表面和外凸形狀的熱管可能在將熱通路通過其整個截面區域安全地連接到熱管的表面從而保證滿意的熱耗散能力方面產生問題。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種改進型熱管產品，該改進型熱管成品堅固耐用并且能夠耐受高熱應力，同時，其足夠細，使得能夠被嵌入并且熱連接到而且作為一個選項還能夠電連接到PCB的導電網，并且當將熱通路連接到各自的熱管的表面時，該熱管產品提供增強的散熱能力。此外，該改進型熱管產品應該是當被嵌入時已經是單個獨立可運行的零件。

在本說明書中，本發明的另一個目的是在軟熔狀況在高達250℃的溫度下增強所述熱管產品的可靠性。因此，目的是避免使用在后續的軟熔工序狀況下使用材料如焊劑以致遭受相變或者氣體釋放的問題。

本發明的另一個更具體目的是提供一種如PCB、中間印刷電路板成品或者IC襯底的改進型部件載體，該部件載體包括用于冷卻其的至少一個熱管，其中與包含一個或者幾個熱管的公知PCB相比，散熱能力被增強，并且以在熱通路與熱管之間確保適當熱連接的方式，布置接觸區域，以將熱通路安全連接到熱管。

在本說明書中，可以將術語“襯底”理解為電連接或者電網的載體以及與印刷電路板(PCB)相當的部件載體，然而，具有顯著更高的橫向布置連接和/或者垂直布置連接。橫向連接是例如導電通路，而垂直連接可以是例如鉆孔。這些橫向連接和/或者垂直連接布置于襯底內，并且通常用于對部件或者包圍部件，特別是IC芯片的、具有印刷電路板的或者中間印刷電路板的，提供電連接和/或者機械連接。因此，術語“襯底”還包含所謂“IC襯底”。

本發明的又一個目的是提供一種用于生產帶至少一個嵌入式熱管的部件載體的方法，其中使熱通路與嵌入式熱管安全連接的靈活性得到改善，并且由于熱通路與嵌入的熱管之間的不充分熱傳導而導致PCB不合格的數量顯著降低。

在本說明書中，可以將術語“部件”分別理解為電子部件或者電子芯片。如芯片、特別是半導體芯片的每個有源電子部件或者如冷卻器、電阻器、電感器或者如鐵氧體磁芯元件的磁體元件的每個無源電子部件皆可為部件。能夠嵌入部件載體內或者能夠安置于部件載體上的電子部件的其他例子是如動態隨機存取存儲器(DRAM)的數據儲存設備、能夠被配置為例如高通濾波器、低通濾波器或者帶通濾波器或者能夠用作頻率濾波器的濾波器。此外，單獨的如所謂邏輯IC的集成電路(IC)、如微處理器的任何信號處理部件、任何性能管理部件、任何光電子設備、如DC/DC轉換器或者AC/DC轉換器的任何電壓轉換器、如鋯鈦酸鉛(PZT，lead-zirconium titanate)傳感器和/或者操作器的任何機電轉換器、以及如RFID芯片或者轉發器的電磁波的任何發送單元或者接收單元、任何密碼部件、電容、電感或者如基于晶體管開關的開關，或者與上述結合的，或者連同其他功能電子部件的分別被包括稱為部件和電子部件的上述術語。此外，電子部件還能夠包括微機電系統(縮寫為MEMS)、電池、蓄電池、攝像機或者天線。

此外，本發明的另一個任務是改進包括熱管的部件載體的熱管理并且提高熱管的吸熱能力。

通過對權利要求1的前序部分的熱管提供權利要求1的特征部分所述的特征，本發明滿足了上述目的。

根據本發明，用于冷卻電子設備，特別是部件載體的，包括帶填充有傳熱液的空腔的中心部的熱管包括第一端部，在熱管的縱向中，該第一端部直接與中心部的第一端部連接；該熱管還包括在中心部的對置第二端上直接連接的第二端部，其中第一端部和第二端部分別包括具有表面長度和表面寬度的搭接結構(landing structure)，并且其中每個搭接結構與熱管的中心部導熱性地耦合。

第一端部上的以及第二端部上的搭接結構分別增強在搭接結構的未填充有傳熱液的空腔的區域中使熱通路在其整個截面區域上安全地連接到熱管的表面的可能性。因此，借助于搭接結構，當與熱通路導熱性地耦合和接觸時，并且通過還分別與電子部件連接的熱通路，確保滿意的熱管散熱能力。

有利的是，由于布置于端部上的搭接結構，在印刷電路板(PCB)的芯中能夠直接引入本發明的熱管，接觸PCB內要求有效熱輸運的有關區域。當然，還能夠將一個或者多個本發明的熱管嵌入無芯PCB中。

能夠以1mm甚或低于1mm的直徑、以微米數量級的直徑制造的小尺寸熱管將允許為具有嚴格空間限制的移動設備或者相當的電子設備設計熱管。因此，對于本發明的熱管，底盤安裝是不需要的，正如本技術領域內公知的熱管要集成到智能電話或者平板計算機中當今所要求的。

根據本發明的熱管的端部與中心部的連接能夠以各種方式制造：例如，能夠將包括空腔的標準熱管作為中心部，從而或者通過如插塞連接的互鎖連接，或者通過如焊接、膠接或者釬焊連接的固定式接合連接，將分別包括搭接結構的第一端部和第二端部裝接到中心部。

制造根據本發明的熱管的另一種可能變型是能夠如同由一件制成，其中例如，在縱向上放大了中心部的端部分別由相同材料制成。例如，該材料能夠是如固體銅的固體金屬材料，與用于中心部以包圍并封閉已填充的腔的壁材料的情況相同。

優選地，搭接結構能夠用于將熱管直接電鍍連接到PCB或者部件載體的各層。特別是，對于嵌入用途，必須避免對在軟熔工序中施加的溫度和條件不適合的材料。因此，例如，必須避免為了接觸熱管而釬焊搭接結構，因為在后續軟熔工序狀況下，焊劑材料遭受相變和氣體釋放的問題。

甚至設計根據本發明的熱管的另一種可能是將兩個端部以及中心部制造在一件上。在這種單件熱管的情況下還顯而易見，端部和中心部直接互相連接。

在上述這些情況下，布置于由固體銅制成的端部上的搭接結構能夠或者具有中心部的輪廓和外形，或者通過相應地壓制或者壓扁這些端部，能夠擴大搭接結構本身的表面積。作為特別有利的例子，通過對單件熱管提供由固體銅制成的伸長的端部，通過壓制或者壓扁這些端部進一步擴大該伸長端部，以在端部上提供各自的扁平搭接結構，能夠制造根據本發明的熱管。

有利的是，根據本發明的熱管還能夠包括至少一個搭接結構，該至少一個搭接結構與中心部直接連接并且導熱性地耦合。因此，熱管還能夠例如沿著其中心部、通過搭接結構由熱源連接，并且通過兩個端部上的搭接結構能夠消散熱量。在這種構造中，熱管包括例如三個搭接區：一個位于中心部中，兩個位于熱管的端部上。

在本發明的進一步適當實施例中，熱管的至少一個搭接結構能夠沿著中心部和/或者第一端部和/或者第二端部的至少一個縱向分段鄰接并且/或者橫向凸起。因此，沿著中心部的至少一個或者幾個縱向分段布置的一個或者幾個搭接結構也有利地擴大熱管的表面積。

在本發明的優選實施例中，熱管的至少一個搭接結構能夠與熱管的中心部電耦合。有利的是，熱管能夠與PCB的銅網熱連接和電連接并且/或者電鍍地耦合。

有利的是，能夠以第一端部和/或者第二端部分別與熱管的中心部固定地接合的方式，設計根據本發明的熱管。使熱管的端部與中心部固定地接合還增強熱管的機械穩定性，并且確保熱管的端部與中心部的壓入配合連接。

在本發明的進一步實用的實施例中，能夠實現中心部和/或者第一端部和/或者第二端部分別具有熱管的外徑為圓柱形輪廓的熱管。

有利的是，根據本發明的熱管能夠包括分別由固體金屬制成的，優選地由固體銅或者固體銅合金制成的第一端部和/或者第二端部。

圓柱形熱管能夠經受住施加表面安裝技術(SMT)步驟要求的高溫時PCB承受的熱應力。為了克服熱管的圓柱形輪廓和隨之而有的圓形外表面能夠最小化其與熱點的熱連接并且還能夠最小化所連接的熱通路的機械穩定性這些弱點，熱管的搭接結構由固體金屬制成，優選地由固體銅或者固體銅合金制成。

通常，在本發明的替換實施例中，熱管包括分別是扁平的第一端部和/或者第二端部，其中扁平搭接結構的高度小于熱管的中心部的總高度或者直徑，并且其中扁平搭接結構的表面寬度大于所述熱管的中心部的總高度或者直徑。

根據本發明，例如，能夠嵌入并且至少熱連接到PCB的銅網的圓柱形熱管、未填充氣體或者液體的熱管上的扁平搭接結構增強使熱管與熱通路牢固接觸的舒適性和安全性。這些扁平搭接結構僅僅用來擴大不低于已填液體的空腔的熱管的表面積，并且能夠與熱管有效實現熱通路連接。

因此，壓制傳統熱管的端部不提供所述扁平搭接結構。一方面，通過壓制使端向扁平的這些熱管在軟熔處理時的可靠性將顯著降低。在傳熱液升高的內部蒸氣壓力下，壓在一起的端部將會打開，并且允許液體或者蒸氣分別在內部重新進入熱管的先前被壓制的端部。當壓制端部的機械鉆孔會刺穿熱管并且將其破壞，這將會導致接觸問題。另一方面，可以用在傳統熱管內的并且可以包含例如燒結金屬粉末的芯結構不允許該熱管的壓制端部有完美平整表面。與對已填充液體的空腔不完全密封的壓平端部的偏差可能會導致熱管故障，并且此外，導致集成了所述熱管的各自的部件載體故障。

通過提供具有權利要求9所述特征的部件載體，本發明也完成了上述任務。

包括至少一個上述熱管的根據本發明的部件載體通過以至少一個熱管嵌入部件載體的至少一個內層內的方式予以實現，該至少一個內層布置于形成部件載體的外表面的外表面層之間，并且其中嵌入式熱管的每個搭接結構通過至少一個熱通路導熱性地耦合到部件載體的外表面層的至少一個外表面。部件載體的層能夠是導電層和隔離層。作為例子，能夠交替地布置導電層和隔離層，以形成多層式部件載體。

熱管的上述優點同樣還適用于如例如PCB、中間印刷電路板成品或者IC襯底的部件載體。由于搭接結構與熱管的中心部直接連接并且在下面不具有填充有傳熱液的腔，所以能夠在搭接結構上實現熱通路結構，并且能夠容易并可靠地使部件載體的幾層和/或者幾個部件與至少一個嵌入式熱管接觸。另一個優點是，熱管的熱截面增大。因此，分別會在要冷卻的如散熱電子部件的設備與熱管之間并且還在熱沉與熱管之間有較小的熱阻抗。

在本發明的進一步變型方案中，部件載體包括至少一個熱通路，該至少一個熱通路或者在其表面上接觸熱管的搭接結構或者終止在搭接結構內或者穿過搭接結構。因此，安置于外表面上的部件和嵌入在部件載體內的部件能夠有利地通過熱通路與熱管的一個或者多個搭接結構連接。

有利的是，以每個搭接結構通過至少一個熱通路與外表面層的至少一個外表面電耦合并且/或者電鍍地耦合的方式，設計根據本發明的部件載體。

在本發明的進一步優選實現中，該部件載體還包括至少一個散熱部件和至少一個釋熱部件，其中至少一個散熱部件安裝于外表面層上，或者嵌入至少一個內層中，并且直接地或者通過至少一個熱通路接觸嵌入式熱管的第一端部的和/或者中心部的和/或者第二端部的搭接結構，并且其中該熱管的第二端部的和/或者中心部的搭接結構直接地或者通過至少一個熱通路接觸安裝于外表面層上或者嵌入至少一個內層中的至少一個釋熱部件。

根據如例如中間印刷電路板成品的部件載體的特定應用，所謂熱源的散熱電子部件和所謂熱沉的釋熱部件能夠分別安裝于部件載體的外表面上并且/或者能夠分別嵌入各自的部件載體、PCB產品和IC襯底的內層中。

為了冷卻至少散熱電子部件，從電子部件流入部件載體的熱輸入能夠通過如填充了銅的通路或者電鍍通孔的熱通路傳導到第一端部，并且進一步傳導到熱管的中心部，其中熱還通過空腔內的傳熱液傳導到第二端部。在第二端部處，熱通過熱通路傳導到部件載體的外表面層，并且然后通過至少一個釋熱部件釋放到如中間印刷電路板的部件載體的周圍。

在本發明的另一個便利變型方案中，能夠以至少一個散熱部件直接地或者通過至少一個熱通路接觸嵌入式熱管的中心部的搭接結構的方式，設計部件載體，并且其中釋熱部件通過熱通路接觸熱管的第一端部和/或者第二端部的搭接結構。

因此，嵌入式熱管還能夠例如沿著其中心部通過搭接結構被熱源連接，并且熱量能夠通過兩個端部上的搭接結構被消散。在這種構造中，熱管包括例如三個搭接區：一個位于中心部，以及兩個各位于熱管的每個端部上的搭接結構。

通過提供用于具有權利要求14所述特征的部件載體的生產方法，實現了本發明的目的。

根據本發明，一種用于生產帶至少一個嵌入式熱管的部件載體的方法包括如下步驟：

-a-提供根據本發明的至少一個熱管，該至少一個熱管包括帶有填充有傳熱液的空腔的中心部，其中熱管的中心部在縱向上與位于中心部的第一端上的第一端部和位于中心部的對置第二端上的第二端部直接連接，其中第一端部和第二端部分別包括具有表面長度和表面寬度的搭接結構，并且其中每個搭接結構與熱管的中心部導熱性地耦合；

并且作為一種選擇

-b-提供至少一個內層，以在至少一個內層上安置所述至少一個熱管；

-c-通過安置與至少一個熱管的側面相接的至少一個進一步的內層并且以所述至少一個熱管的外輪廓的形狀形成凹槽，嵌入所述至少一個熱管；

或者

-b’-提供具有所述至少一個熱管的外輪廓形狀的凹槽的至少一個內層；

-c’-將所述至少一個熱管嵌入凹槽中；

并且此外

-d-任選地裝接至少一個進一步的內層，以利用至少一個嵌入式熱管覆蓋凹槽；

-e-將外表面層裝接到凹槽上或者裝接到已利用至少一個嵌入式熱管覆蓋空腔的已經裝接的進一步的內層的外側上；

-f-利用至少一個嵌入式熱管和已裝接的外表面層對至少一個內層分層，以容納第一半成品；

-g-從至少一個外表面層的外表面布置至少一個開口孔，以接觸至少一個嵌入式熱管的每個搭接結構；

-h-通過布置于至少一個開口孔中的熱通路，使外表面層與搭接結構連接。

在指出的制造方法中，包含幾種如何容納根據本發明的部件載體的替代方案和選項。

關于上述發明的生產方法的步驟-a-，由此顯而易見，熱管的中心部與第一端部和第二端部的直接連接能夠以不同的方式實現。例如，包括空腔的標準熱管能夠作為中心部，從而或者通過如插塞連接的互鎖連接，或者通過如焊接、膠接或者釬焊連接的固定式接合連接，將分別包括搭接結構的第一端部和第二端部例如裝接到中心部。作為一種選擇，根據本發明的熱管能夠如同由一件制成，其中例如，在縱向上擴大了中心部的端部分別由與用于中心部的相同的材料制成。例如，該材料能夠是如固體銅的固體金屬，與用于中心部以包圍并且封閉已填充空腔的壁材料的情況相同。設計根據本發明的熱管的另一種可能變型是將兩個端部和中心部制造在一件中。在上述這些情況下，布置于端部上的搭接結構能夠由固體銅制成并且還能夠或者具有中心部的輪廓和外形，或者能夠通過相應地壓制或者壓扁這些端部擴大搭接結構本身的表面積。

作為一種選擇，執行了上述步驟-b-和-c-或者步驟-b’-和-c’-后接收部件載體。根據上述步驟-b-和-c-和第一替代方案，提供至少一個內層，以在該至少一個內層上安置所述至少一個熱管。為了避免發生位移，能夠將熱管例如粘接到用作載體層的內層上。此后，以進一步的內層或者進一步的各內層分別與熱管的側面相接的并且以熱管的外輪廓的形狀形成凹槽的方式，緊鄰熱管布置至少一個進一步的內層。因此，熱管嵌入部件載體的內層內的凹槽中。

根據上述制造步驟-b’-和-c’-和第二替代方案，提供至少一個內層，該內層具有所述至少一個熱管的外輪廓的形狀的凹槽，并且之后，將熱管嵌入該凹槽中。

關于步驟-g-，例如通過機械鉆孔、銑削和/或者激光切削，從至少一個外表面層的外表面能夠布置至少一個開口孔，以接觸至少一個嵌入式熱管的每個搭接結構。盡管通常利用機械鉆孔將鉆孔形成為開口孔，但是通過激光切削還能夠切出具有更復雜截面的開口孔。

作為一種選擇，例如通過深度靠模銑(deep-routing)也能夠制造開口孔。

作為一種選擇，例如通過本申請人開發的2.5D技術，能夠分別切出或者開出開口孔。在這種情況下，布置于嵌入式熱管與必須被切口的至少一個外表面層之間的釋放層防止各自的層不希望地粘接到安置于下面的熱管上并且容易打開覆蓋熱管的一個或者多個切口層。因此，能夠像插塞一樣打開一個或者多個層的切口部。如果釋放層已經被直接安置于熱管的至少一表面部分上，則在打開切口層部后，可以剝去熱管的釋放層。因此，能夠以超高精度制造結構凹槽和開口孔。這樣，還能夠將電子部件分別直接插入結構凹槽和開口孔內，并且能夠直接安裝于嵌入式熱管上，而無需通路。

所指出的方法并不局限于上述步驟。為了容納例如作為成品印刷電路板的部件載體，在外表面層的外表面上布置結構化焊接層也許是必要的。任選地，還能夠利用本技術領域內眾所周知的附加拋光步驟對已制成的印刷電路板的外表面進行拋光。

根據用于生產如中間印刷電路板的部件載體的本發明方法的特別便利的實施例，通過接觸深度銑，能夠從至少一個外表面層制造開口孔，以接觸所述至少一個嵌入式熱管的每個搭接結構，其中至少一個嵌入式熱管連接到電路，當鉆孔設備開始與嵌入式熱管接觸時，該電路關閉，以使鉆孔設備停機。

因此，通過所謂接觸深度銑過程，搭接結構或者搭接區還能夠分別用于牢固地電連接熱管。在該所述過程中，能夠通過可控鉆孔系統直接連接熱管。在該過程中，嵌入式熱管必須連接到電路，當如鉆床的鉆孔設備與嵌入式熱管的外表面開始接觸時，關閉該電路。在對PCB鉆孔時，在鉆孔設備觸及熱管的外側時，鉆孔機停止穿入PCB結構中。該鉆孔過程能夠以約20μm(微米)深度的精度控制，并且該鉆孔過程不破壞熱管壁。該深度銑工序開啟幾種有利途徑和可能性，從而使嵌入式熱管通過鍍銅工序與PCB的電網電連接。利用該傳統制造方式，通過鍍銅通路，熱管能夠直接連接到PCB的外表面層。

在本發明的進一步變型方案中，還能夠在熱管的制造工序之后，使搭接結構接合到熱管的結構，或者能夠在制造過程中，將搭接結構插入PCB中并且使這些搭接結構接合到熱管的結構。例如，搭接結構還能夠通過將如銅嵌體或者銅箔的熱導嵌體裝接到熱管的端部制造。

熱管的上述優點同樣也適用于如中間印刷電路板成品、PCB或者IC電路的部件載體以及根據本發明生產這種部件載體的方法。

附圖說明

根據下面結合所附的原理圖所做的詳細描述，本發明的其他目的、優點和新穎特征會變得更顯而易見：

圖1涉及公知技術并且以截面圖示出包括部分地連接到熱通路的熱管的印刷電路板的詳圖；

圖2以俯視圖示出為了容易接觸熱通路而帶搭接結構的根據本發明的熱管的第一實施例的詳圖；

圖3以側視截面圖示出根據圖2的熱管的第一實施例；

圖4以側視局部剖面圖示出帶嵌入的如圖3所述熱管和帶已就位的熱通路的根據本發明的例如中間印刷電路板的部件載體的第一實施例；

圖5以側視截面圖示出根據本發明的熱管的第二實施例；

圖6以側視局部剖面圖示出帶嵌入的如圖5所示熱管并且帶已就位的熱通路的根據本發明的例如中間印刷電路板的部件載體的第二實施例；

圖7以側視截面圖示出根據本發明的熱管的第三實施例；

圖8以側視局部剖面圖示出帶嵌入的如圖7所示熱管并且帶已就位的熱通路的根據本發明的例如中間印刷電路板的部件載體的第三實施例；

圖9以側視截面圖示出帶切向鄰接搭接結構的熱管的中心部；

圖10以側視截面圖示出帶徑向凸起搭接結構的熱管的中心部；

圖11以俯視圖示出帶徑向凸起搭接結構的熱管；

圖12以俯視圖示出在其端部和其中心部帶徑向凸起搭接結構的熱管；

圖13示出為了接觸一個嵌入式熱管的搭接結構而從中間印刷電路板的外表面層鉆孔的接觸深度銑削過程；

圖14以側視剖面圖示出帶復雜結構的根據本發明的部件載體的另一個第四實施例；以及

圖15以側視剖面圖示出根據本發明的部件載體的另一個第五復雜實施例。

具體實施方式

在涉及公知技術的圖1中，示出了集成于印刷電路板100中的熱管10的截面。印刷電路板100嵌入有部件載體100。熱管10包括空腔12，該空腔12中填充了傳熱液20，如丙酮或者水。熱管10具有直徑為D并且壁厚為W的圓柱形。熱管10例如由銅制造，并且部分地連接到熱通路30，該熱通路30在此例如是用填充了銅的通路32。熱通路30具有直徑T。如圖1所示，對于與熱通路30的連接，分別是圓形的和圓柱形的熱管10產生幾個問題。

例如利用激光鉆擊鉆該熱管10的結構是困難的，因為從印刷電路板100的外側表面層110面積看到的熱管10的投影表面積小，未示出該激光鉆。因此，在制造過程中，將不可避免的接觸不到幾個熱通路30，并簡單錯過熱管10的表面。

在圖1中，該圖的左上側上的熱通路30接觸位于熱管10的中心的熱管。位于左側上的該熱通路30正確接觸熱管10的外表面。然而，如位于該圖的右上側的熱通路30的情況所示，當熱通路30從熱管10的中心向外移動時，由于熱管10的圓柱表面的幾何效應，熱管10與熱通路30的接觸面減少到最小。這樣必然導致填充了銅的通路32與熱管10之間的接觸是不良熱接觸和電接觸并且機械穩定性差。

圖2以俯視圖示出根據本發明的熱管10的詳圖。具有直徑為D的圓柱形輪廓16的熱管10的中心部13與具有搭接結構17的熱管10的第一端部14連接，以容易地接觸熱通路30。所示的搭接結構17由固體銅的扁平的壓制端部構成，該搭接結構17具有其表面長度為SL，依序為SL₁，以及表面寬度為SW，依序為SW₁。由于搭接結構17布置于第一端部14上，該第一端搭接結構17的表面長度SL還利用參考編號SL₁指示。反之亦然，在此也利用相應參考編號SW₁指示表面寬度SW，從而用此明確地指示第一端搭接結構17的表面寬度SW₁。在圖2中，未示出的是在相對于第一端部14的對置端上的熱管10的各自的第二端部15。

圖3以側視截面圖示出根據圖2沿著其縱軸11的熱管10的第一實施例，圖3還指出熱管10的該第二端部15。此外，第二端部15包括由固體銅的扁平的壓制端部構成的搭接結構17，該各自的搭接結構17具有表面長度SL₂和表面寬度SW₂。在圖2中能夠容易地看到，與圖1的公知技術相比，通過擴大搭接結構17，安全連接熱通路30的可行性顯著提高。其結果是，這類熱管30的熱耗散能力得到改善并且熱通路30與熱管10之間的熱導被增強。在圖3中，能夠看到，分別包括搭接結構17的第一端部14和第二端部15被壓扁，并且具有降低的高度h的搭接結構17。包括填充有傳熱液20的空腔12的熱管14的中心部13具有總高度H。由于中心部13具有圓柱形輪廓16，總高度H與中心部13的直徑D相對應。熱管10沿著其縱軸11的總長度L與熱管10的部13、14和15的長度之和相對應。

為了更容易理解，圖2示出已就位的，即，已經均勻地安置于搭接結構17上的熱通路30。該擴大的搭接結構17還使得激光鉆的對準過程更容易，這樣繼而意味著熱通路30與熱管10更有效的熱連接和電連接。

圖4以側視局部剖面圖示出帶嵌入的如圖3所述的熱管10和帶已就位的熱通路30的根據本發明的如中間印刷電路板100的部件載體100的第一實施例。正如能夠原理性地看到，中間印刷電路板100包括形成其外表面的外表面層110和幾個內層111、112和113。因此，中間印刷電路板100是多層式電路板100，其中如圖3所示的預制熱管10在制造中間印刷電路板100時已經嵌入了。為了容納成品印刷電路板，優選地布置于外表面層110的外表面上的例如結構化焊接層尚未被應用。任選地，現成印刷電路板的外表面還被拋光，所示出的中間印刷電路板100卻不是這種情況。

在圖4中，分別用虛線示意性地示出第一電子部件120和第二電子部件125。第一電子部件120布置于在嵌入式熱管10的第一端部14的上方的頂外表面層110上。作為發熱部件120的電子部件120通過幾個熱通路30－此處采用了填充銅的通路32－接觸熱管10的第一端部14的扁平搭接結構17。在幾個熱通路30之間布置于外表面層110上的接觸區域36增強了各自的電子部件120、125與熱通路30電接觸和熱接觸的便利性。搭接結構17越大則激光鉆的對準過程越容易，這繼而意味著熱通路30與熱管10的更高效熱連接和/或者電連接。熱管10的圓柱形16的中心部13分別直接連接到形成搭接結構17的金屬或者銅的扁平件。搭接結構17直接接觸各自的熱通路30，例如，填充了銅的通路32和/或者電鍍通孔34。

在熱管10的制造過程中，在密封了例如水的傳熱液20后，簡單地，通過壓制銅圓柱并且焊接所述零件，能夠生產搭接結構17的壓扁件。作為一種選擇，搭接結構17還能夠在制造過程之后與熱管10的結構接合或者甚至在制作過程中被插入PCB。例如，通過將如銅嵌體的熱導嵌體裝接到熱管10的端部，也能夠制造搭接結構17。

在熱管10的對置端上的縱軸11的方向上，第二電子部件125布置于中間印刷電路板100的底外表面層110上。相對于頂外表面層110，底外表面層110布置于中間印刷電路板100的對置的外表面上。在此作為釋熱部件125的第二電子部件125利用熱通路30與熱管10的第二端部15的搭接結構17接觸。將這些熱通路30實現為電鍍通孔34。為了冷卻散熱電子部件120，如箭頭A₁示意性地指示的熱輸入A₁通過填充了銅的通路32傳導到熱管10的第一端部14并且進一步傳導到熱管10的中心部13，其中熱還通過空腔12內的傳熱液20以熱傳導方向A₂傳導到第二端部15。在第二端部15處，熱通過電鍍通孔34傳導到印刷電路板100的底外表面層110，并且然后通過電子部件125釋放到由代表熱輸出A₃的箭頭A₃所指示的中間印刷電路板100的周圍。

圖5以側視截面圖示出根據本發明的熱管10的第二實施例。在該實施例中，尤如具有圓柱形中心部16的情況一樣，熱管10的第一端部14和第二端部15均具有直徑為D的相同圓柱形輪廓16。有利的是，第一端部14和第二端部15的搭接結構17分別是在長度方向上11延伸的，并且分別具有表面長度SL₁和SL₂。第一端部14和第二端部15均由固體銅制成。因此，接觸熱管10的搭接結構17內的熱通路是容易的和可靠的。為了說明該熱管10的尺寸，如圖5所示，熱管10的總長度L是例如890mm，各自的搭接結構17的表面長度SL₁和SL₂大約是10mm，并且熱管10的直徑D在此為1.5mm。

圖6以側視局部剖面圖示出帶嵌入的如圖5所示熱管10并且帶已就位的熱通路30的根據本發明的部件載體100，即，中間印刷電路板100的第二實施例。由于長度方向上延伸的搭接結構17，確保熱通路30與熱管10之間的適當熱連接。

圖7以側視截面圖示出根據本發明的熱管10的第三實施例。在該熱管實施例中，第一端部14和第二端部15的搭接結構17分別呈現圓錐形變細的頭部件。第一端部14和第二端部15均由固體銅制成。

圖8以側視局部剖面圖示出帶嵌入的如圖7所示熱管10并且帶已就位的熱通路30的根據本發明的部件載體100，在此為中間印刷電路板100的第三實施例。由于在長度方向上延伸的搭接結構17，在該實施例中也確保熱通路30與熱管10之間的適當熱連接。為了說明如圖8所示的該熱管10的尺寸，熱管10的總長度L是例如900mm，各自的搭接結構17的表面長度SL₁和SL₂大約是20mm，并且熱管10的直徑D在此為1.0mm。

圖9以側視截面圖示出帶切向鄰接搭接結構17的熱管10的中心部13，該帶切向鄰接搭接結構17擴大了熱管10的表面寬度SW并且因此擴大了熱管10的表面積。

圖10以側視截面圖示出帶徑向凸起搭接結構17的熱管10的中心部13。

圖11以俯視圖示出帶徑向凸起搭接結構17的熱管10，該徑向凸起搭接結構17裝接在第一端部14上和第二端部15上。

圖12以俯視圖示出根據本發明的另一熱管10，在其端部14、15和其中心部13上帶有徑向凸起搭接結構17。

圖13示出為了接觸一個嵌入式熱管10的搭接結構17而利用鉆孔設備150從中間印刷電路板100的外表面層110鉆開口孔155的接觸深度銑削過程，開口孔155在此為鉆孔155。在該所述過程中，熱管10能夠通過可控鉆孔系統直接連接。在該過程中，嵌入式熱管10必須連接到電路140，當如鉆孔機的鉆孔設備150與嵌入式熱管10的外表面開始接觸時，關閉該電路140。在對中間印刷電路板100鉆孔時，當鉆孔設備150觸及熱管10的外側時，關閉應用的電路140，這例如由安培表160指示。因此，鉆孔設備150立即停止穿入PCB結構100。該過程能夠由深度約為20μm(微米)的參數控制，并且該過程不破壞熱管10的壁W。此后，嵌入式熱管10能夠通過鍍銅過程與中間印刷電路板100的電網接觸。利用這種傳統制造方式，分別通過鍍銅通路30和接觸區域36，熱管10能夠直接連接到中間印刷電路板100的外表面層110。

圖14以側視剖面圖示出根據本發明的部件載體100的另一個第四實施例。部件載體100在此是例如帶復雜結構的中間印刷電路板100。與如圖11所示熱管相當的熱管10也已被嵌入并且帶已就位的熱通路30。電子部件120布置于部件載體100的底外表面層110上，并且通過熱通路30直接與嵌入式熱管10的第一端部14的搭接結構17連接。作為發熱部件120的電子部件120通過幾個熱通路30接觸熱管10的第一端部14的扁平搭接結構17。還作為散熱部件的另一個電子部件130嵌入在部件載體100內，并且直接裝接到第一端部14的搭接結構17上。在熱管10的第二端部15上，其搭接結構17通過熱通路30連接到接觸區域36，該接觸區域36布置于部件載體100的頂外表面和底外表面上。

為了冷卻散熱電子部件120，箭頭A₁示意性地指示的熱輸入A₁通過填充了銅的通路32傳導到第一端部14，并且進一步傳導到熱管10的中心部13，其中熱力進一步通過空腔12內的傳熱液20以熱傳導方向A₂傳導到第二端部15。此外，發熱的嵌入式電子部件130的熱力以熱導方向A₂從熱管10的散熱第一端部14輸運到釋放熱的較冷端部15。在第二端部15處，熱力通過電鍍通孔34傳導到印刷電路板100的底外表面層110，并且然后通過接觸區域36釋放到由代表熱輸出A₃的箭頭A₃所指示的中間印刷電路板100的周圍。

圖15以側視剖面圖示出根據本發明的部件載體100的另一個第五復雜實施例。部件載體100在此是例如中間印刷電路板100。與如圖12所示熱管相當的熱管10也已被嵌入并且帶有已就位的熱通路30。電子部件120布置于部件載體100的底外表面層110上，并且通過熱通路30直接與嵌入式熱管10的中心部13的搭接結構17連接。作為發熱部件120的電子部件120通過幾個熱通路30接觸中心部13。還作為散熱部件的另一個電子部件130嵌入在部件載體100內，并且直接裝接到中心部13的搭接結構17上。在熱管10的第一端部14和第二端部15上，各自的搭接結構17通過熱通路30分別連接到接觸區域36，該接觸區域36布置于部件載體100的外表面上。

為了冷卻散熱電子部件120，箭頭A₁示意性地指示的熱輸入A₁通過例如填充了銅的通路32傳導到中心部13，并且進一步從中心部13傳導到熱管10的兩個端部14、15。因此，被發射的熱力通過空腔12內的傳熱液20以如雙箭頭A₂標示的熱傳導方向A₂進一步傳導到第一端部14并且還傳導到第二端部15。此外，發熱的嵌入式電子部件130的熱量以熱傳導方向A₂從散熱中心部13輸運到熱管10的釋放熱的較冷端部14、15。在第一端部14和第二端部15處，熱力通過電鍍通孔34傳導到印刷電路板100的底外表面層110，并且然后通過接觸區域36釋放到由代表熱輸出A₃的箭頭A₃所指示的中間印刷電路板100的周圍。在該實施例中，熱敏部件121安置于中間印刷電路板100的上外表面上。盡管該熱敏部件121未直接連接到熱管10，熱管10防止該熱敏部件121受到由發熱的嵌入式電子部件130產生的廢熱的影響。因此，熱管10作為熱匯流條(heat bus)，并且將部件130的廢熱傳導掉，以防止熱敏部件121的積累熱量。

在圖15中，該圖的左側上的第一端部14的熱通路30接觸其表面上的搭接結構17。該圖的右側上的第二端部15的熱通路30穿過搭接結構17。

參考編號清單

10：熱管

11：縱軸

12：空腔

13：熱管的中心部

14：熱管的第一端部

15：熱管的第二端部

16：中心部的圓柱形輪廓

17：搭接結構

20：傳熱液

30：熱通路

32：填充了金屬(銅)的通路

34：電鍍通孔

36：接觸區域

100：部件載體；(中間)印刷電路板；IC基板

110：印刷電路板的外表面層

111：印刷電路板的內層(分別是112、113)

120：電子部件；散熱部件

121：熱敏部件

125：電子部件；釋熱部件

130：嵌入式部件

140：閉合電路

150：鉆孔設備，鉆床

155：開口孔，鉆孔

160：安培表

A₁：熱輸入(箭頭)

A₂：熱導(箭頭)

A₃：熱輸出(箭頭)

D：熱管的直徑

H：熱管的總高度

h：搭接結構的高度

L：熱管的總長度

SL：搭接結構的表面長度(分別是SL₁，SL₂)

SW：搭接結構的表面寬度(分別是SW₁，SW₂)

T：熱通路的直徑

W：熱管的中心部的壁厚