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一種印制電路板內嵌流道液冷換熱裝置的制造方法

文檔序號:10171658閱讀:2131來源:國知局
一種印制電路板內嵌流道液冷換熱裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及基于印制電路板(Printed Circuit Board,簡稱PCB)的電子電路熱管理技術領域,尤其涉及一種內嵌于印制電路板的流道液冷換熱裝置。
【背景技術】
[0002]依靠成熟先進的集成電路工藝,大功率電子元器件集成度越來越高,尺寸越來越小。然而,器件集成度的提高使得內部產生的熱量無法及時散走,從而導致芯片局部溫度飆升,器件工作性能和使用壽命急劇下降。例如目前大多數GaAs、GaN單片集成功率放大器若在連續波工作狀態下發熱,其熱流密度將達數百瓦每平方厘米,采用直接熱傳導方式換熱的共晶焊燒結技術已經不能滿足要求,較高的器件工作溫度將使得器件的功率附加效率下降甚至出現失效。如何實現一種更高效的換熱技術將如此巨大的熱量從器件內部散走已成為大功率元器件急需突破的重大難題。
[0003]隨著微加工技術和傳統機加工技術的飛速發展,近年來具有高換熱系數的微流道液冷散熱技術得到國內外研究者的重視,該技術有望解決高熱流密度器件的散熱問題。目前,國內外已有較多涉及微流道散熱技術的專利,例如:中國科學院工程熱物理研究所姜玉燕等人采用形狀記憶合金材料代替目前銅或鋁材料公開了一種尺寸可隨溫度變化的微流道冷卻裝置,該裝置提高了冷卻液的換熱效率(公開號為“CN 1 0 3 8 2 6 4 2 2 A”、“CN103824825A”);中國電子科技集團公司第^^一研究所劉剛等人提出一種內部設有纖毛肋的微流道裝置,可進行強化傳熱(公開號為“CN103985681A”);中國電子科技集團公司第二十九研究所王延等人提出一種硅基微流道散熱器集成冷卻裝置,該裝置可根據發熱芯片位置和數量靈活布置以及擴展散熱器(公開號為“CN104201158A”);中國電子科技集團公司第十研究所閻德勁等人提出一種多層低溫共燒陶瓷(LTCC)基板集成液冷微流道的制備方法(公開號為“CN103456646A”),該技術優勢是制備出的微流道不易變形、分層與塌陷;公開號為“US2013/0105135A1”的專利文獻公開了一種互補金屬氧化物半導體(CMOS)集成的微流道熱沉裝置及其制備方法,該微流道以金屬、聚合物作為結構材料,采用微加工工藝制作而成,具有高深寬比,低熱阻、結構緊湊等特點。
[0004]從以上現有微流道散熱技術可以看出,技術研究重點逐漸從分立式的微流道液冷散熱器技術轉移到內嵌電路板或芯片的集成微流道技術,從而解決分立式微流道液冷散熱器具有的可靠性差、熱阻大、冷卻效率低、難以與發熱芯片或電路板安裝等缺點。現有的內嵌集成微流道技術主要集中在硅基集成電路與LTCC電路,然而在工藝成熟可靠、成本低廉且廣泛應用于軍民產品的印制電路板中實現內嵌集成微流道的技術報道幾乎為空白。印制電路板中的電子元器件仍然通過金屬接觸并配合散熱片、風扇等散熱裝置的方式實現換熱,存在著散熱效率低、裝置體積大等問題,這嚴重制約了大功率器件如CPU、GPU、功率放大器等在印制電路板技術的應用與發展。
【實用新型內容】
[0005]針對現有技術存在的上述不足,本實用新型的目的在于提供一種印制電路板內嵌流道液冷換熱裝置,本實用新型有效解決了印制電路板中大功率器件的散熱問題,且體積更小、集成度和可靠性更高。
[0006]為了實現上述目的,本實用新型采用的技術方案如下:
[0007]一種印制電路板內嵌流道液冷換熱裝置,包括上下疊放鍵合在一起的頂部PCB層、中部PCB層和底部PCB層,中部PCB層布設有流道,該流道貫通中部PCB層上下表面,該流道上下表面通過頂部PCB層和底部PCB層封閉后形成內嵌流道;還包括將內嵌流道兩端連通以引入和導出冷卻液的流道進口和流道出口,所述流道進口和流道出口同時設于頂部PCB層或底部PCB層,或者分別位于頂部PCB層和底部PCB層上;在安裝發熱器件的頂部PCB層或底部PCB層上設有若干金屬導通孔,該金屬導通孔位于發熱器件安裝位置正下方,金屬導通孔內填充有導電材料,通過該導電材料實現發熱器件和印制電路板電連接,該導電材料同時是熱的良導體,發熱器件利用金屬導通孔內填充的導電材料將熱量傳遞給內嵌流道內的冷卻液,以實現換熱。
[0008]所述頂部PCB層、中部PCB層或底部PCB層僅由一層PCB單元層構成,或者由多層PCB單元層構成。
[0009]所述PCB單元層包括金屬圖形層和PCB介質層。
[〇〇1〇] 所述內嵌流道整體呈直線型、“S”型或樹叉型。
[0011]由于安裝在PCB板上的發熱器件、元件、芯片往往體積很小,如何在有限的表面把其產生的熱量快速導出,這是現有技術的一個瓶頸。本結構在現有導通孔的基礎上,借助印制電路板本身增設內嵌流道,可以快速通過金屬導通孔和內嵌流道將熱量導出。
[0012]相比現有技術,本實用新型具有如下有益效果:
[0013]1、本實用新型采用散熱能力較強的內嵌流道液冷技術,與現有僅通過印制電路板金屬導通孔進行熱傳導的散熱技術相比具有更高的換熱系數,更有利于降低印制電路板上表貼式大功率器件工作溫度,從而進一步提高電路性能和可靠性。
[0014]2、與外接式或分立式微流道液冷換熱裝置相比,本實用新型所述裝置還具有散熱針對性更強、體積更小、集成度和可靠性更高等優勢。
【附圖說明】
[0015]圖1是本實用新型印制電路板內嵌流道液冷換熱裝置結構示意圖。
[0016]圖2是圖1印制電路板內嵌流道液冷換熱裝置的結構分解示意圖。
[0017]圖3是圖1的俯視圖。
[0〇18]圖4是PCB單元層的結構剖面示意圖。
[0019]圖5是本實用新型實施例應用的結構示意圖。
[0020]圖6是圖5中AA向的剖視圖。
【具體實施方式】
[0021 ]下面結合附圖對本實用新型作進一步詳細說明。
[0022]請參閱圖1-圖4所示,本實用新型的印制電路板內嵌流道液冷換熱裝置包括換熱裝置本體1、流道進出口 2、內嵌流道3和金屬導通孔4。
[0023]所述換熱裝置本體1分為頂部PCB層5、中部PCB層6和底部PCB層7三個層次;所述中部PCB層6是內嵌流道圖形結構8所在層,即內嵌流道3設于中部PCB層6上并上下貫通,頂部PCB層5和底部PCB層7蓋在中部PCB層6上下兩面,頂部PCB層5相當于內嵌流道3的
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