印制電路板內(nèi)嵌流道液冷換熱裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及基于印制電路板(Printed Circuit Board，簡(jiǎn)稱(chēng)PCB)的電子電路熱管理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種內(nèi)嵌于印制電路板的流道液冷換熱裝置。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]依靠成熟先進(jìn)的集成電路工藝，大功率電子元器件集成度越來(lái)越高，尺寸越來(lái)越小。然而，器件集成度的提高使得內(nèi)部產(chǎn)生的熱量無(wú)法及時(shí)散走，從而導(dǎo)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(shù)GaAs、GaN單片集成功率放大器若在連續(xù)波工作狀態(tài)下發(fā)熱，其熱流密度將達(dá)數(shù)百瓦每平方厘米，采用直接熱傳導(dǎo)方式換熱的共晶焊燒結(jié)技術(shù)已經(jīng)不能滿(mǎn)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(xiàn)失效。如何實(shí)現(xiàn)一種更高效的換熱技術(shù)將如此巨大的熱量從器件內(nèi)部散走已成為大功率元器件急需突破的重大難題。
[0004]隨著微加工技術(shù)和傳統(tǒng)機(jī)加工技術(shù)的飛速發(fā)展，近年來(lái)具有高換熱系數(shù)的微流道液冷散熱技術(shù)得到國(guó)內(nèi)外研究者的重視，該技術(shù)有望解決高熱流密度器件的散熱問(wèn)題。目前，國(guó)內(nèi)外已有較多涉及微流道散熱技術(shù)的專(zhuān)利，例如:中國(guó)科學(xué)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(kāi)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(kāi)號(hào)為“ CNl03826422A ”、“CN103824825A”)；中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第^^一研究所劉剛等人提出一種內(nèi)部設(shè)有纖毛肋的微流道裝置，可進(jìn)行強(qiáng)化傳熱(公開(kāi)號(hào)為“CN103985681A”)；中國(guó)電子科技集團(tuán)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(jù)發(fā)熱芯片位置和數(shù)量靈活布置以及擴(kuò)展散熱器(公開(kāi)號(hào)為“CN104201158A”)；中國(guó)電子科技集團(tuán)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(kāi)號(hào)為“CN103456646A”)，該技術(shù)優(yōu)勢(shì)是制備出的微流道不易變形、分層與塌陷；公開(kāi)號(hào)為“US2013/0105135A1”的專(zhuān)利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)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(jié)構(gòu)材料，采用微加工工藝制作而成，具有高深寬比，低熱阻、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)。
[0005]從以上現(xiàn)有微流道散熱技術(shù)可以看出，技術(shù)研究重點(diǎn)逐漸從分立式的微流道液冷散熱器技術(shù)轉(zhuǎn)移到內(nèi)嵌電路板或芯片的集成微流道技術(shù)，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(fā)熱芯片或電路板安裝等缺點(diǎn)?，F(xiàn)有的內(nèi)嵌集成微流道技術(shù)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(yīng)用于軍民產(chǎn)品的印制電路板中實(shí)現(xiàn)內(nèi)嵌集成微流道的技術(shù)報(bào)道幾乎為空白。印制電路板中的電子元器件仍然通過(guò)金屬接觸并配合散熱片、風(fēng)扇等散熱裝置的方式實(shí)現(xiàn)換熱，存在著散熱效率低、裝置體積大等問(wèn)題，這嚴(yán)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(shù)的應(yīng)用與發(fā)展。
[0006]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種印制電路板內(nèi)嵌流道液冷換熱裝置，本發(fā)明有效解決了印制電路板中大功率器件的散熱問(wèn)題，且體積更小、集成度和可靠性更高。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
印制電路板內(nèi)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(shè)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(guò)頂部PCB層和底部PCB層封閉后形成內(nèi)嵌流道；還包括將內(nèi)嵌流道兩端連通以引入和導(dǎo)出冷卻液的流道進(jìn)口和流道出口，所述流道進(jìn)口和流道出口同時(shí)設(shè)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(fā)熱器件的頂部PCB層或底部PCB層上設(shè)有若干金屬導(dǎo)通孔，該金屬導(dǎo)通孔位于發(fā)熱器件安裝位置正下方，金屬導(dǎo)通孔內(nèi)填充有導(dǎo)電材料，通過(guò)該導(dǎo)電材料實(shí)現(xiàn)發(fā)熱器件和印制電路板電連接，該導(dǎo)電材料同時(shí)是熱的良導(dǎo)體，發(fā)熱器件利用金屬導(dǎo)通孔內(nèi)填充的導(dǎo)電材料將熱量傳遞給內(nèi)嵌流道內(nèi)的冷卻液，以實(shí)現(xiàn)換熱。
[0009]所述頂部PCB層、中部PCB層或底部PCB層僅由一層PCB單元層構(gòu)成，或者由多層PCB單元層構(gòu)成。
[0010]所述PCB單元層包括金屬圖形層和PCB介質(zhì)層。
[0011 ] 所述內(nèi)嵌流道整體呈直線型、“S”型或樹(shù)叉型。
[0012]由于安裝在PCB板上的發(fā)熱器件、元件、芯片往往體積很小，如何在有限的表面把其產(chǎn)生的熱量快速導(dǎo)出，這是現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)瓶頸。本結(jié)構(gòu)在現(xiàn)有導(dǎo)通孔的基礎(chǔ)上，借助印制電路板本身增設(shè)內(nèi)嵌流道，可以快速通過(guò)金屬導(dǎo)通孔和內(nèi)嵌流道將熱量導(dǎo)出。
[0013]相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果:
1、本發(fā)明采用散熱能力較強(qiáng)的內(nèi)嵌流道液冷技術(shù)，與現(xiàn)有僅通過(guò)印制電路板金屬導(dǎo)通孔進(jìn)行熱傳導(dǎo)的散熱技術(shù)相比具有更高的換熱系數(shù)，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(jìn)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，本發(fā)明所述裝置還具有散熱針對(duì)性更強(qiáng)、體積更小、集成度和可靠性更高等優(yōu)勢(shì)。
[0015]
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本發(fā)明印制電路板內(nèi)嵌流道液冷換熱裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2是圖1印制電路板內(nèi)嵌流道液冷換熱裝置的結(jié)構(gòu)分解示意圖。
[0018]圖3是圖1的俯視圖。
[0019]圖4是PCB單元層的結(jié)構(gòu)剖面示意圖。
[0020]圖5是本發(fā)明實(shí)施例應(yīng)用的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖6是圖5中AA向的剖視圖。
[0022]
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0024]請(qǐng)參閱圖1-圖4所示，本發(fā)明的印制電路板內(nèi)嵌流道液冷換熱裝置包括換熱裝置本體1、流道進(jìn)出口 2、內(nèi)嵌流道3和金屬導(dǎo)通孔4。
[0025]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(gè)層次；所述中部PCB層6是內(nèi)嵌流道圖形結(jié)構(gòu)8所在層，即內(nèi)嵌流道3設(shè)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(dāng)于內(nèi)嵌流