CN106879225A - 热管和将热管嵌入产品中的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种热管(10)用于冷却电子设备，特别是部件载体(100)，包括带填充有传热液(20)的空腔(12)的中心部(13)。在热管(10)的纵向(11)上，与中心部(13)直接连接的是位于中心部(13)的第一端上的第一端部(14)和位于中心部(13)的对置第二端上的第二端部(15)，其中第一端部(14)和第二端部(15)分别包括具有表面长度(SL，SL1，SL2)和表面宽度(SW，SW1，SW2)的搭接结构(17)，并且其中每个搭接结构(17)与热管(10)的中心部(13)导热性地耦合。本发明还涉及一种包括至少一个用于冷却其的热管(10)的部件载体(100)以及一种用于生产所述部件载体(100)的方法。

Description

热管和将热管嵌入产品中的方法
技术领域
本发明涉及一种热管用于冷却电子设备，特别是载体，包括带填充有传热液的空腔的中心部。本发明还涉及一种包括至少一个用于冷却其的热管的部件载体，以及一种用于生产所述部件载体的方法。根据本发明的热管可以应用于而不只局限于如部件载体的电子设备，例如，印刷电路板、中间印刷电路板产品或者IC衬底，其中嵌入至少一个热管，从而适合冷却热耗散电子部件。
背景技术
热管是传热设备，该传热设备结合热导和相变两种原理，以有效管理两个固体界面之间的热传递。一般地，热管被成形为密封管或者密封管路，并且通常由与工作液相容的材料，诸如充水热管的铜制成。因此，热管尤其在热管的纵向上在互相隔开的两个界面之间在沿着其长度的一维上增强热传递。在热管的热界面，如与热导固体表面接触的液体的传热液通过从该表面吸收热量转变为蒸气。传热液容纳于热管的腔内，该热管的腔通常是封装的封闭空腔，以避免传热液有任何损失。然后，蒸气沿着热管行进到冷界面，并且在那儿通过释放潜热凝结回到液体。然后，该液体通过毛细作用、离心力或者重力返回热界面，并且重复该循环。
如今，扁平式或者平板式热管常常在本行业中使用以改善电子设备的热管理性能。例如，文献WO 2007/096313 A1和WO 2010/121230 A1都涉及用于冷却的平板式热管。通常，将这些热管设想为在热管的制造过程中被压平的柱形结构。
文献JP 2000-138485 A公开了一种带用于冷却电子部件的热管的印刷电路板。在制造PCB时，在一个内部金属层的接地平面中整体地形成热管，其中两片铜板以这两个压紧的铜板形成带之后填充有冷却剂的腔的接地平面层的方式被压在一起。缺点是，这样整体形成的热管的位置是由接地平面金属层在PCB层内的布置预限定的。因此，电子部件与热管隔开某个距离侧向安装。此外，这些热管的制造成本高，并且还增强了PCB装置的热应力，因为在制造PCB时，必须在原地将铜板压在一起。之后，在制造时，必须在接合的铜板的两侧上形成树脂层，并且最后，在现场将其密封之前必须将冷却剂填充到空腔中，以提供集成于接地平面层内的热管。因此，在制造PCB时，只有当执行了上述所有制造步骤时，该集成热管才起作用。
当代的热管小到足以嵌入印刷电路板(缩写为：PCB)结构中。然而，为了不破坏热管的扁平形状，这些热管的组装和操作的最高温度范围必须保持低于140℃，因为内部压力的升高将使热管变为圆柱形。缺点是，在极端温度条件下，这可能导致PCB完全故障。因此，不能在裸PCB上组装本技术领域内公知的扁平式热管，因为表面安装技术(缩写为：SMT)组装要求的高达280℃的高温和后续软熔阶段要求的高达250℃的温度会破坏热管或者至少使热管变形。因为该原因，对于PCB内的嵌入过程，对极端温度变化，刚性强的圆柱形热管为优选的。
关于嵌入部件的上述要求：因为JP 2000-138485 A公开的热管不是单个独立零件，而是在制造PCB时，以层向形成该热管，所以其不能嵌入PCB结构中，至少不能作为填充有用于热传递的冷却剂或者液体的已经运行的热管。
文献US 2008/0087456 A1涉及含有平板式散热器的电路板组件，该平板式散热器用作组件的电接地平面。缺点是，散热器在其整个几何结构上散热，因此至少在二维上散热。因此，散热器或者蒸气室主要是与热管不同，热管具有在一个特定维度上增强热传递的优点。此外，上述缺点对于因此不能被嵌入PCB结构中的散热器是相同的，至少不能作为填充有用于热传递的冷却剂或者液体的已经运行的散热器。
本申请人已经发现，圆柱形热管能够承受这种热应力，而没有任何可靠性风险。现代的圆柱形热管的直径能够细至1mm甚或更细。这种情况下产生的挑战是使热管正确接触如填充了铜的通路的热通路，填充了铜的通路在PCB技术中是常见的。分别是非平面的圆柱形表面和外凸形状的热管可能在将热通路通过其整个截面区域安全地连接到热管的表面从而保证满意的热耗散能力方面产生问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进型热管产品，该改进型热管成品坚固耐用并且能够耐受高热应力，同时，其足够细，使得能够被嵌入并且热连接到而且作为一个选项还能够电连接到PCB的导电网，并且当将热通路连接到各自的热管的表面时，该热管产品提供增强的散热能力。此外，该改进型热管产品应该是当被嵌入时已经是单个独立可运行的零件。
在本说明书中，本发明的另一个目的是在软熔状况在高达250℃的温度下增强所述热管产品的可靠性。因此，目的是避免使用在后续的软熔工序状况下使用材料如焊剂以致遭受相变或者气体释放的问题。
本发明的另一个更具体目的是提供一种如PCB、中间印刷电路板成品或者IC衬底的改进型部件载体，该部件载体包括用于冷却其的至少一个热管，其中与包含一个或者几个热管的公知PCB相比，散热能力被增强，并且以在热通路与热管之间确保适当热连接的方式，布置接触区域，以将热通路安全连接到热管。
在本说明书中，可以将术语“衬底”理解为电连接或者电网的载体以及与印刷电路板(PCB)相当的部件载体，然而，具有显著更高的横向布置连接和/或者垂直布置连接。横向连接是例如导电通路，而垂直连接可以是例如钻孔。这些横向连接和/或者垂直连接布置于衬底内，并且通常用于对部件或者包围部件，特别是IC芯片的、具有印刷电路板的或者中间印刷电路板的，提供电连接和/或者机械连接。因此，术语“衬底”还包含所谓“IC衬底”。
本发明的又一个目的是提供一种用于生产带至少一个嵌入式热管的部件载体的方法，其中使热通路与嵌入式热管安全连接的灵活性得到改善，并且由于热通路与嵌入的热管之间的不充分热传导而导致PCB不合格的数量显著降低。
在本说明书中，可以将术语“部件”分别理解为电子部件或者电子芯片。如芯片、特别是半导体芯片的每个有源电子部件或者如冷却器、电阻器、电感器或者如铁氧体磁芯元件的磁体元件的每个无源电子部件皆可为部件。能够嵌入部件载体内或者能够安置于部件载体上的电子部件的其他例子是如动态随机存取存储器(DRAM)的数据储存设备、能够被配置为例如高通滤波器、低通滤波器或者带通滤波器或者能够用作频率滤波器的滤波器。此外，单独的如所谓逻辑IC的集成电路(IC)、如微处理器的任何信号处理部件、任何性能管理部件、任何光电子设备、如DC/DC转换器或者AC/DC转换器的任何电压转换器、如锆钛酸铅(PZT，lead-zirconium titanate)传感器和/或者操作器的任何机电转换器、以及如RFID芯片或者转发器的电磁波的任何发送单元或者接收单元、任何密码部件、电容、电感或者如基于晶体管开关的开关，或者与上述结合的，或者连同其他功能电子部件的分别被包括称为部件和电子部件的上述术语。此外，电子部件还能够包括微机电系统(缩写为MEMS)、电池、蓄电池、摄像机或者天线。
此外，本发明的另一个任务是改进包括热管的部件载体的热管理并且提高热管的吸热能力。
通过对权利要求1的前序部分的热管提供权利要求1的特征部分所述的特征，本发明满足了上述目的。
根据本发明，用于冷却电子设备，特别是部件载体的，包括带填充有传热液的空腔的中心部的热管包括第一端部，在热管的纵向中，该第一端部直接与中心部的第一端部连接；该热管还包括在中心部的对置第二端上直接连接的第二端部，其中第一端部和第二端部分别包括具有表面长度和表面宽度的搭接结构(landing structure)，并且其中每个搭接结构与热管的中心部导热性地耦合。
第一端部上的以及第二端部上的搭接结构分别增强在搭接结构的未填充有传热液的空腔的区域中使热通路在其整个截面区域上安全地连接到热管的表面的可能性。因此，借助于搭接结构，当与热通路导热性地耦合和接触时，并且通过还分别与电子部件连接的热通路，确保满意的热管散热能力。
有利的是，由于布置于端部上的搭接结构，在印刷电路板(PCB)的芯中能够直接引入本发明的热管，接触PCB内要求有效热输运的有关区域。当然，还能够将一个或者多个本发明的热管嵌入无芯PCB中。
能够以1mm甚或低于1mm的直径、以微米数量级的直径制造的小尺寸热管将允许为具有严格空间限制的移动设备或者相当的电子设备设计热管。因此，对于本发明的热管，底盘安装是不需要的，正如本技术领域内公知的热管要集成到智能电话或者平板计算机中当今所要求的。
根据本发明的热管的端部与中心部的连接能够以各种方式制造：例如，能够将包括空腔的标准热管作为中心部，从而或者通过如插塞连接的互锁连接，或者通过如焊接、胶接或者钎焊连接的固定式接合连接，将分别包括搭接结构的第一端部和第二端部装接到中心部。
制造根据本发明的热管的另一种可能变型是能够如同由一件制成，其中例如，在纵向上放大了中心部的端部分别由相同材料制成。例如，该材料能够是如固体铜的固体金属材料，与用于中心部以包围并封闭已填充的腔的壁材料的情况相同。
优选地，搭接结构能够用于将热管直接电镀连接到PCB或者部件载体的各层。特别是，对于嵌入用途，必须避免对在软熔工序中施加的温度和条件不适合的材料。因此，例如，必须避免为了接触热管而钎焊搭接结构，因为在后续软熔工序状况下，焊剂材料遭受相变和气体释放的问题。
甚至设计根据本发明的热管的另一种可能是将两个端部以及中心部制造在一件上。在这种单件热管的情况下还显而易见，端部和中心部直接互相连接。
在上述这些情况下，布置于由固体铜制成的端部上的搭接结构能够或者具有中心部的轮廓和外形，或者通过相应地压制或者压扁这些端部，能够扩大搭接结构本身的表面积。作为特别有利的例子，通过对单件热管提供由固体铜制成的伸长的端部，通过压制或者压扁这些端部进一步扩大该伸长端部，以在端部上提供各自的扁平搭接结构，能够制造根据本发明的热管。
有利的是，根据本发明的热管还能够包括至少一个搭接结构，该至少一个搭接结构与中心部直接连接并且导热性地耦合。因此，热管还能够例如沿着其中心部、通过搭接结构由热源连接，并且通过两个端部上的搭接结构能够消散热量。在这种构造中，热管包括例如三个搭接区：一个位于中心部中，两个位于热管的端部上。
在本发明的进一步适当实施例中，热管的至少一个搭接结构能够沿着中心部和/或者第一端部和/或者第二端部的至少一个纵向分段邻接并且/或者横向凸起。因此，沿着中心部的至少一个或者几个纵向分段布置的一个或者几个搭接结构也有利地扩大热管的表面积。
在本发明的优选实施例中，热管的至少一个搭接结构能够与热管的中心部电耦合。有利的是，热管能够与PCB的铜网热连接和电连接并且/或者电镀地耦合。
有利的是，能够以第一端部和/或者第二端部分别与热管的中心部固定地接合的方式，设计根据本发明的热管。使热管的端部与中心部固定地接合还增强热管的机械稳定性，并且确保热管的端部与中心部的压入配合连接。
在本发明的进一步实用的实施例中，能够实现中心部和/或者第一端部和/或者第二端部分别具有热管的外径为圆柱形轮廓的热管。
有利的是，根据本发明的热管能够包括分别由固体金属制成的，优选地由固体铜或者固体铜合金制成的第一端部和/或者第二端部。
圆柱形热管能够经受住施加表面安装技术(SMT)步骤要求的高温时PCB承受的热应力。为了克服热管的圆柱形轮廓和随之而有的圆形外表面能够最小化其与热点的热连接并且还能够最小化所连接的热通路的机械稳定性这些弱点，热管的搭接结构由固体金属制成，优选地由固体铜或者固体铜合金制成。
通常，在本发明的替换实施例中，热管包括分别是扁平的第一端部和/或者第二端部，其中扁平搭接结构的高度小于热管的中心部的总高度或者直径，并且其中扁平搭接结构的表面宽度大于所述热管的中心部的总高度或者直径。
根据本发明，例如，能够嵌入并且至少热连接到PCB的铜网的圆柱形热管、未填充气体或者液体的热管上的扁平搭接结构增强使热管与热通路牢固接触的舒适性和安全性。这些扁平搭接结构仅仅用来扩大不低于已填液体的空腔的热管的表面积，并且能够与热管有效实现热通路连接。
因此，压制传统热管的端部不提供所述扁平搭接结构。一方面，通过压制使端向扁平的这些热管在软熔处理时的可靠性将显著降低。在传热液升高的内部蒸气压力下，压在一起的端部将会打开，并且允许液体或者蒸气分别在内部重新进入热管的先前被压制的端部。当压制端部的机械钻孔会刺穿热管并且将其破坏，这将会导致接触问题。另一方面，可以用在传统热管内的并且可以包含例如烧结金属粉末的芯结构不允许该热管的压制端部有完美平整表面。与对已填充液体的空腔不完全密封的压平端部的偏差可能会导致热管故障，并且此外，导致集成了所述热管的各自的部件载体故障。
通过提供具有权利要求9所述特征的部件载体，本发明也完成了上述任务。
包括至少一个上述热管的根据本发明的部件载体通过以至少一个热管嵌入部件载体的至少一个内层内的方式予以实现，该至少一个内层布置于形成部件载体的外表面的外表面层之间，并且其中嵌入式热管的每个搭接结构通过至少一个热通路导热性地耦合到部件载体的外表面层的至少一个外表面。部件载体的层能够是导电层和隔离层。作为例子，能够交替地布置导电层和隔离层，以形成多层式部件载体。
热管的上述优点同样还适用于如例如PCB、中间印刷电路板成品或者IC衬底的部件载体。由于搭接结构与热管的中心部直接连接并且在下面不具有填充有传热液的腔，所以能够在搭接结构上实现热通路结构，并且能够容易并可靠地使部件载体的几层和/或者几个部件与至少一个嵌入式热管接触。另一个优点是，热管的热截面增大。因此，分别会在要冷却的如散热电子部件的设备与热管之间并且还在热沉与热管之间有较小的热阻抗。
在本发明的进一步变型方案中，部件载体包括至少一个热通路，该至少一个热通路或者在其表面上接触热管的搭接结构或者终止在搭接结构内或者穿过搭接结构。因此，安置于外表面上的部件和嵌入在部件载体内的部件能够有利地通过热通路与热管的一个或者多个搭接结构连接。
有利的是，以每个搭接结构通过至少一个热通路与外表面层的至少一个外表面电耦合并且/或者电镀地耦合的方式，设计根据本发明的部件载体。
在本发明的进一步优选实现中，该部件载体还包括至少一个散热部件和至少一个释热部件，其中至少一个散热部件安装于外表面层上，或者嵌入至少一个内层中，并且直接地或者通过至少一个热通路接触嵌入式热管的第一端部的和/或者中心部的和/或者第二端部的搭接结构，并且其中该热管的第二端部的和/或者中心部的搭接结构直接地或者通过至少一个热通路接触安装于外表面层上或者嵌入至少一个内层中的至少一个释热部件。
根据如例如中间印刷电路板成品的部件载体的特定应用，所谓热源的散热电子部件和所谓热沉的释热部件能够分别安装于部件载体的外表面上并且/或者能够分别嵌入各自的部件载体、PCB产品和IC衬底的内层中。
为了冷却至少散热电子部件，从电子部件流入部件载体的热输入能够通过如填充了铜的通路或者电镀通孔的热通路传导到第一端部，并且进一步传导到热管的中心部，其中热还通过空腔内的传热液传导到第二端部。在第二端部处，热通过热通路传导到部件载体的外表面层，并且然后通过至少一个释热部件释放到如中间印刷电路板的部件载体的周围。
在本发明的另一个便利变型方案中，能够以至少一个散热部件直接地或者通过至少一个热通路接触嵌入式热管的中心部的搭接结构的方式，设计部件载体，并且其中释热部件通过热通路接触热管的第一端部和/或者第二端部的搭接结构。
因此，嵌入式热管还能够例如沿着其中心部通过搭接结构被热源连接，并且热量能够通过两个端部上的搭接结构被消散。在这种构造中，热管包括例如三个搭接区：一个位于中心部，以及两个各位于热管的每个端部上的搭接结构。
通过提供用于具有权利要求14所述特征的部件载体的生产方法，实现了本发明的目的。
根据本发明，一种用于生产带至少一个嵌入式热管的部件载体的方法包括如下步骤：
-a-提供根据本发明的至少一个热管，该至少一个热管包括带有填充有传热液的空腔的中心部，其中热管的中心部在纵向上与位于中心部的第一端上的第一端部和位于中心部的对置第二端上的第二端部直接连接，其中第一端部和第二端部分别包括具有表面长度和表面宽度的搭接结构，并且其中每个搭接结构与热管的中心部导热性地耦合；
并且作为一种选择
-b-提供至少一个内层，以在至少一个内层上安置所述至少一个热管；
-c-通过安置与至少一个热管的侧面相接的至少一个进一步的内层并且以所述至少一个热管的外轮廓的形状形成凹槽，嵌入所述至少一个热管；
或者
-b’-提供具有所述至少一个热管的外轮廓形状的凹槽的至少一个内层；
-c’-将所述至少一个热管嵌入凹槽中；
并且此外
-d-任选地装接至少一个进一步的内层，以利用至少一个嵌入式热管覆盖凹槽；
-e-将外表面层装接到凹槽上或者装接到已利用至少一个嵌入式热管覆盖空腔的已经装接的进一步的内层的外侧上；
-f-利用至少一个嵌入式热管和已装接的外表面层对至少一个内层分层，以容纳第一半成品；
-g-从至少一个外表面层的外表面布置至少一个开口孔，以接触至少一个嵌入式热管的每个搭接结构；
-h-通过布置于至少一个开口孔中的热通路，使外表面层与搭接结构连接。
在指出的制造方法中，包含几种如何容纳根据本发明的部件载体的替代方案和选项。
关于上述发明的生产方法的步骤-a-，由此显而易见，热管的中心部与第一端部和第二端部的直接连接能够以不同的方式实现。例如，包括空腔的标准热管能够作为中心部，从而或者通过如插塞连接的互锁连接，或者通过如焊接、胶接或者钎焊连接的固定式接合连接，将分别包括搭接结构的第一端部和第二端部例如装接到中心部。作为一种选择，根据本发明的热管能够如同由一件制成，其中例如，在纵向上扩大了中心部的端部分别由与用于中心部的相同的材料制成。例如，该材料能够是如固体铜的固体金属，与用于中心部以包围并且封闭已填充空腔的壁材料的情况相同。设计根据本发明的热管的另一种可能变型是将两个端部和中心部制造在一件中。在上述这些情况下，布置于端部上的搭接结构能够由固体铜制成并且还能够或者具有中心部的轮廓和外形，或者能够通过相应地压制或者压扁这些端部扩大搭接结构本身的表面积。
作为一种选择，执行了上述步骤-b-和-c-或者步骤-b’-和-c’-后接收部件载体。根据上述步骤-b-和-c-和第一替代方案，提供至少一个内层，以在该至少一个内层上安置所述至少一个热管。为了避免发生位移，能够将热管例如粘接到用作载体层的内层上。此后，以进一步的内层或者进一步的各内层分别与热管的侧面相接的并且以热管的外轮廓的形状形成凹槽的方式，紧邻热管布置至少一个进一步的内层。因此，热管嵌入部件载体的内层内的凹槽中。
根据上述制造步骤-b’-和-c’-和第二替代方案，提供至少一个内层，该内层具有所述至少一个热管的外轮廓的形状的凹槽，并且之后，将热管嵌入该凹槽中。
关于步骤-g-，例如通过机械钻孔、铣削和/或者激光切削，从至少一个外表面层的外表面能够布置至少一个开口孔，以接触至少一个嵌入式热管的每个搭接结构。尽管通常利用机械钻孔将钻孔形成为开口孔，但是通过激光切削还能够切出具有更复杂截面的开口孔。
作为一种选择，例如通过深度靠模铣(deep-routing)也能够制造开口孔。
作为一种选择，例如通过本申请人开发的2.5D技术，能够分别切出或者开出开口孔。在这种情况下，布置于嵌入式热管与必须被切口的至少一个外表面层之间的释放层防止各自的层不希望地粘接到安置于下面的热管上并且容易打开覆盖热管的一个或者多个切口层。因此，能够像插塞一样打开一个或者多个层的切口部。如果释放层已经被直接安置于热管的至少一表面部分上，则在打开切口层部后，可以剥去热管的释放层。因此，能够以超高精度制造结构凹槽和开口孔。这样，还能够将电子部件分别直接插入结构凹槽和开口孔内，并且能够直接安装于嵌入式热管上，而无需通路。
所指出的方法并不局限于上述步骤。为了容纳例如作为成品印刷电路板的部件载体，在外表面层的外表面上布置结构化焊接层也许是必要的。任选地，还能够利用本技术领域内众所周知的附加抛光步骤对已制成的印刷电路板的外表面进行抛光。
根据用于生产如中间印刷电路板的部件载体的本发明方法的特别便利的实施例，通过接触深度铣，能够从至少一个外表面层制造开口孔，以接触所述至少一个嵌入式热管的每个搭接结构，其中至少一个嵌入式热管连接到电路，当钻孔设备开始与嵌入式热管接触时，该电路关闭，以使钻孔设备停机。
因此，通过所谓接触深度铣过程，搭接结构或者搭接区还能够分别用于牢固地电连接热管。在该所述过程中，能够通过可控钻孔系统直接连接热管。在该过程中，嵌入式热管必须连接到电路，当如钻床的钻孔设备与嵌入式热管的外表面开始接触时，关闭该电路。在对PCB钻孔时，在钻孔设备触及热管的外侧时，钻孔机停止穿入PCB结构中。该钻孔过程能够以约20μm(微米)深度的精度控制，并且该钻孔过程不破坏热管壁。该深度铣工序开启几种有利途径和可能性，从而使嵌入式热管通过镀铜工序与PCB的电网电连接。利用该传统制造方式，通过镀铜通路，热管能够直接连接到PCB的外表面层。
在本发明的进一步变型方案中，还能够在热管的制造工序之后，使搭接结构接合到热管的结构，或者能够在制造过程中，将搭接结构插入PCB中并且使这些搭接结构接合到热管的结构。例如，搭接结构还能够通过将如铜嵌体或者铜箔的热导嵌体装接到热管的端部制造。
热管的上述优点同样也适用于如中间印刷电路板成品、PCB或者IC电路的部件载体以及根据本发明生产这种部件载体的方法。
附图说明
根据下面结合所附的原理图所做的详细描述，本发明的其他目的、优点和新颖特征会变得更显而易见：
图1涉及公知技术并且以截面图示出包括部分地连接到热通路的热管的印刷电路板的详图；
图2以俯视图示出为了容易接触热通路而带搭接结构的根据本发明的热管的第一实施例的详图；
图3以侧视截面图示出根据图2的热管的第一实施例；
图4以侧视局部剖面图示出带嵌入的如图3所述热管和带已就位的热通路的根据本发明的例如中间印刷电路板的部件载体的第一实施例；
图5以侧视截面图示出根据本发明的热管的第二实施例；
图6以侧视局部剖面图示出带嵌入的如图5所示热管并且带已就位的热通路的根据本发明的例如中间印刷电路板的部件载体的第二实施例；
图7以侧视截面图示出根据本发明的热管的第三实施例；
图8以侧视局部剖面图示出带嵌入的如图7所示热管并且带已就位的热通路的根据本发明的例如中间印刷电路板的部件载体的第三实施例；
图9以侧视截面图示出带切向邻接搭接结构的热管的中心部；
图10以侧视截面图示出带径向凸起搭接结构的热管的中心部；
图11以俯视图示出带径向凸起搭接结构的热管；
图12以俯视图示出在其端部和其中心部带径向凸起搭接结构的热管；
图13示出为了接触一个嵌入式热管的搭接结构而从中间印刷电路板的外表面层钻孔的接触深度铣削过程；
图14以侧视剖面图示出带复杂结构的根据本发明的部件载体的另一个第四实施例；以及
图15以侧视剖面图示出根据本发明的部件载体的另一个第五复杂实施例。
具体实施方式
在涉及公知技术的图1中，示出了集成于印刷电路板100中的热管10的截面。印刷电路板100嵌入有部件载体100。热管10包括空腔12，该空腔12中填充了传热液20，如丙酮或者水。热管10具有直径为D并且壁厚为W的圆柱形。热管10例如由铜制造，并且部分地连接到热通路30，该热通路30在此例如是用填充了铜的通路32。热通路30具有直径T。如图1所示，对于与热通路30的连接，分别是圆形的和圆柱形的热管10产生几个问题。
例如利用激光钻击钻该热管10的结构是困难的，因为从印刷电路板100的外侧表面层110面积看到的热管10的投影表面积小，未示出该激光钻。因此，在制造过程中，将不可避免的接触不到几个热通路30，并简单错过热管10的表面。
在图1中，该图的左上侧上的热通路30接触位于热管10的中心的热管。位于左侧上的该热通路30正确接触热管10的外表面。然而，如位于该图的右上侧的热通路30的情况所示，当热通路30从热管10的中心向外移动时，由于热管10的圆柱表面的几何效应，热管10与热通路30的接触面减少到最小。这样必然导致填充了铜的通路32与热管10之间的接触是不良热接触和电接触并且机械稳定性差。
图2以俯视图示出根据本发明的热管10的详图。具有直径为D的圆柱形轮廓16的热管10的中心部13与具有搭接结构17的热管10的第一端部14连接，以容易地接触热通路30。所示的搭接结构17由固体铜的扁平的压制端部构成，该搭接结构17具有其表面长度为SL，依序为SL1，以及表面宽度为SW，依序为SW1。由于搭接结构17布置于第一端部14上，该第一端搭接结构17的表面长度SL还利用参考编号SL1指示。反之亦然，在此也利用相应参考编号SW1指示表面宽度SW，从而用此明确地指示第一端搭接结构17的表面宽度SW1。在图2中，未示出的是在相对于第一端部14的对置端上的热管10的各自的第二端部15。
图3以侧视截面图示出根据图2沿着其纵轴11的热管10的第一实施例，图3还指出热管10的该第二端部15。此外，第二端部15包括由固体铜的扁平的压制端部构成的搭接结构17，该各自的搭接结构17具有表面长度SL2和表面宽度SW2。在图2中能够容易地看到，与图1的公知技术相比，通过扩大搭接结构17，安全连接热通路30的可行性显著提高。其结果是，这类热管30的热耗散能力得到改善并且热通路30与热管10之间的热导被增强。在图3中，能够看到，分别包括搭接结构17的第一端部14和第二端部15被压扁，并且具有降低的高度h的搭接结构17。包括填充有传热液20的空腔12的热管14的中心部13具有总高度H。由于中心部13具有圆柱形轮廓16，总高度H与中心部13的直径D相对应。热管10沿着其纵轴11的总长度L与热管10的部13、14和15的长度之和相对应。
为了更容易理解，图2示出已就位的，即，已经均匀地安置于搭接结构17上的热通路30。该扩大的搭接结构17还使得激光钻的对准过程更容易，这样继而意味着热通路30与热管10更有效的热连接和电连接。
图4以侧视局部剖面图示出带嵌入的如图3所述的热管10和带已就位的热通路30的根据本发明的如中间印刷电路板100的部件载体100的第一实施例。正如能够原理性地看到，中间印刷电路板100包括形成其外表面的外表面层110和几个内层111、112和113。因此，中间印刷电路板100是多层式电路板100，其中如图3所示的预制热管10在制造中间印刷电路板100时已经嵌入了。为了容纳成品印刷电路板，优选地布置于外表面层110的外表面上的例如结构化焊接层尚未被应用。任选地，现成印刷电路板的外表面还被抛光，所示出的中间印刷电路板100却不是这种情况。
在图4中，分别用虚线示意性地示出第一电子部件120和第二电子部件125。第一电子部件120布置于在嵌入式热管10的第一端部14的上方的顶外表面层110上。作为发热部件120的电子部件120通过几个热通路30－此处采用了填充铜的通路32－接触热管10的第一端部14的扁平搭接结构17。在几个热通路30之间布置于外表面层110上的接触区域36增强了各自的电子部件120、125与热通路30电接触和热接触的便利性。搭接结构17越大则激光钻的对准过程越容易，这继而意味着热通路30与热管10的更高效热连接和/或者电连接。热管10的圆柱形16的中心部13分别直接连接到形成搭接结构17的金属或者铜的扁平件。搭接结构17直接接触各自的热通路30，例如，填充了铜的通路32和/或者电镀通孔34。
在热管10的制造过程中，在密封了例如水的传热液20后，简单地，通过压制铜圆柱并且焊接所述零件，能够生产搭接结构17的压扁件。作为一种选择，搭接结构17还能够在制造过程之后与热管10的结构接合或者甚至在制作过程中被插入PCB。例如，通过将如铜嵌体的热导嵌体装接到热管10的端部，也能够制造搭接结构17。
在热管10的对置端上的纵轴11的方向上，第二电子部件125布置于中间印刷电路板100的底外表面层110上。相对于顶外表面层110，底外表面层110布置于中间印刷电路板100的对置的外表面上。在此作为释热部件125的第二电子部件125利用热通路30与热管10的第二端部15的搭接结构17接触。将这些热通路30实现为电镀通孔34。为了冷却散热电子部件120，如箭头A1示意性地指示的热输入A1通过填充了铜的通路32传导到热管10的第一端部14并且进一步传导到热管10的中心部13，其中热还通过空腔12内的传热液20以热传导方向A2传导到第二端部15。在第二端部15处，热通过电镀通孔34传导到印刷电路板100的底外表面层110，并且然后通过电子部件125释放到由代表热输出A3的箭头A3所指示的中间印刷电路板100的周围。
图5以侧视截面图示出根据本发明的热管10的第二实施例。在该实施例中，尤如具有圆柱形中心部16的情况一样，热管10的第一端部14和第二端部15均具有直径为D的相同圆柱形轮廓16。有利的是，第一端部14和第二端部15的搭接结构17分别是在长度方向上11延伸的，并且分别具有表面长度SL1和SL2。第一端部14和第二端部15均由固体铜制成。因此，接触热管10的搭接结构17内的热通路是容易的和可靠的。为了说明该热管10的尺寸，如图5所示，热管10的总长度L是例如890mm，各自的搭接结构17的表面长度SL1和SL2大约是10mm，并且热管10的直径D在此为1.5mm。
图6以侧视局部剖面图示出带嵌入的如图5所示热管10并且带已就位的热通路30的根据本发明的部件载体100，即，中间印刷电路板100的第二实施例。由于长度方向上延伸的搭接结构17，确保热通路30与热管10之间的适当热连接。
图7以侧视截面图示出根据本发明的热管10的第三实施例。在该热管实施例中，第一端部14和第二端部15的搭接结构17分别呈现圆锥形变细的头部件。第一端部14和第二端部15均由固体铜制成。
图8以侧视局部剖面图示出带嵌入的如图7所示热管10并且带已就位的热通路30的根据本发明的部件载体100，在此为中间印刷电路板100的第三实施例。由于在长度方向上延伸的搭接结构17，在该实施例中也确保热通路30与热管10之间的适当热连接。为了说明如图8所示的该热管10的尺寸，热管10的总长度L是例如900mm，各自的搭接结构17的表面长度SL1和SL2大约是20mm，并且热管10的直径D在此为1.0mm。
图9以侧视截面图示出带切向邻接搭接结构17的热管10的中心部13，该带切向邻接搭接结构17扩大了热管10的表面宽度SW并且因此扩大了热管10的表面积。
图10以侧视截面图示出带径向凸起搭接结构17的热管10的中心部13。
图11以俯视图示出带径向凸起搭接结构17的热管10，该径向凸起搭接结构17装接在第一端部14上和第二端部15上。
图12以俯视图示出根据本发明的另一热管10，在其端部14、15和其中心部13上带有径向凸起搭接结构17。
图13示出为了接触一个嵌入式热管10的搭接结构17而利用钻孔设备150从中间印刷电路板100的外表面层110钻开口孔155的接触深度铣削过程，开口孔155在此为钻孔155。在该所述过程中，热管10能够通过可控钻孔系统直接连接。在该过程中，嵌入式热管10必须连接到电路140，当如钻孔机的钻孔设备150与嵌入式热管10的外表面开始接触时，关闭该电路140。在对中间印刷电路板100钻孔时，当钻孔设备150触及热管10的外侧时，关闭应用的电路140，这例如由安培表160指示。因此，钻孔设备150立即停止穿入PCB结构100。该过程能够由深度约为20μm(微米)的参数控制，并且该过程不破坏热管10的壁W。此后，嵌入式热管10能够通过镀铜过程与中间印刷电路板100的电网接触。利用这种传统制造方式，分别通过镀铜通路30和接触区域36，热管10能够直接连接到中间印刷电路板100的外表面层110。
图14以侧视剖面图示出根据本发明的部件载体100的另一个第四实施例。部件载体100在此是例如带复杂结构的中间印刷电路板100。与如图11所示热管相当的热管10也已被嵌入并且带已就位的热通路30。电子部件120布置于部件载体100的底外表面层110上，并且通过热通路30直接与嵌入式热管10的第一端部14的搭接结构17连接。作为发热部件120的电子部件120通过几个热通路30接触热管10的第一端部14的扁平搭接结构17。还作为散热部件的另一个电子部件130嵌入在部件载体100内，并且直接装接到第一端部14的搭接结构17上。在热管10的第二端部15上，其搭接结构17通过热通路30连接到接触区域36，该接触区域36布置于部件载体100的顶外表面和底外表面上。
为了冷却散热电子部件120，箭头A1示意性地指示的热输入A1通过填充了铜的通路32传导到第一端部14，并且进一步传导到热管10的中心部13，其中热力进一步通过空腔12内的传热液20以热传导方向A2传导到第二端部15。此外，发热的嵌入式电子部件130的热力以热导方向A2从热管10的散热第一端部14输运到释放热的较冷端部15。在第二端部15处，热力通过电镀通孔34传导到印刷电路板100的底外表面层110，并且然后通过接触区域36释放到由代表热输出A3的箭头A3所指示的中间印刷电路板100的周围。
图15以侧视剖面图示出根据本发明的部件载体100的另一个第五复杂实施例。部件载体100在此是例如中间印刷电路板100。与如图12所示热管相当的热管10也已被嵌入并且带有已就位的热通路30。电子部件120布置于部件载体100的底外表面层110上，并且通过热通路30直接与嵌入式热管10的中心部13的搭接结构17连接。作为发热部件120的电子部件120通过几个热通路30接触中心部13。还作为散热部件的另一个电子部件130嵌入在部件载体100内，并且直接装接到中心部13的搭接结构17上。在热管10的第一端部14和第二端部15上，各自的搭接结构17通过热通路30分别连接到接触区域36，该接触区域36布置于部件载体100的外表面上。
为了冷却散热电子部件120，箭头A1示意性地指示的热输入A1通过例如填充了铜的通路32传导到中心部13，并且进一步从中心部13传导到热管10的两个端部14、15。因此，被发射的热力通过空腔12内的传热液20以如双箭头A2标示的热传导方向A2进一步传导到第一端部14并且还传导到第二端部15。此外，发热的嵌入式电子部件130的热量以热传导方向A2从散热中心部13输运到热管10的释放热的较冷端部14、15。在第一端部14和第二端部15处，热力通过电镀通孔34传导到印刷电路板100的底外表面层110，并且然后通过接触区域36释放到由代表热输出A3的箭头A3所指示的中间印刷电路板100的周围。在该实施例中，热敏部件121安置于中间印刷电路板100的上外表面上。尽管该热敏部件121未直接连接到热管10，热管10防止该热敏部件121受到由发热的嵌入式电子部件130产生的废热的影响。因此，热管10作为热汇流条(heat bus)，并且将部件130的废热传导掉，以防止热敏部件121的积累热量。
在图15中，该图的左侧上的第一端部14的热通路30接触其表面上的搭接结构17。该图的右侧上的第二端部15的热通路30穿过搭接结构17。
参考编号清单
10：热管
11：纵轴
12：空腔
13：热管的中心部
14：热管的第一端部
15：热管的第二端部
16：中心部的圆柱形轮廓
17：搭接结构
20：传热液
30：热通路
32：填充了金属(铜)的通路
34：电镀通孔
36：接触区域
100：部件载体；(中间)印刷电路板；IC基板
110：印刷电路板的外表面层
111：印刷电路板的内层(分别是112、113)
120：电子部件；散热部件
121：热敏部件
125：电子部件；释热部件
130：嵌入式部件
140：闭合电路
150：钻孔设备，钻床
155：开口孔，钻孔
160：安培表
A1：热输入(箭头)
A2：热导(箭头)
A3：热输出(箭头)
D：热管的直径
H：热管的总高度
h：搭接结构的高度
L：热管的总长度
SL：搭接结构的表面长度(分别是SL1，SL2)
SW：搭接结构的表面宽度(分别是SW1，SW2)
T：热通路的直径
W：热管的中心部的壁厚

Claims (15)

1.一种热管(10)用于冷却电子设备，特别是部件载体(100)，包括带填充有传热液(20)的空腔(12)的中心部(13)，其特征在于，在热管(10)的纵向(11)上，与所述中心部(13)直接连接的是位于所述中心部(13)的第一端上的第一端部(14)和位于所述中心部(13)的所述对置第二端上的第二端部(15)，其中所述第一端部(14)和所述第二端部(15)分别包括具有表面长度(SL，SL1，SL2)和表面宽度(SW，SW1，SW2)的搭接结构(17)，并且其中每个搭接结构(17)与所述热管(10)的所述中心部(13)导热性地耦合。
2.根据权利要求1所述的热管(10)，其特征在于，至少一个搭接结构(17)与所述中心部(13)直接连接并且导热性地耦合。
3.根据权利要求1或者2所述的热管(10)，其特征在于，至少一个搭接结构(17)沿着所述中心部(13)和/或者第一端部(14)和/或者第二端部(15)的至少一个纵向分段邻接和/或者横向凸起。
4.根据权利要求1至3中的任何一项所述的热管(10)，其特征在于，至少一个搭接结构(17)与所述热管(10)的所述中心部(13)电耦合。
5.根据权利要求1至4中的任何一项所述的热管(10)，其特征在于，所述第一端部(14)和/或者所述第二端部(15)分别与所述中心部(13)固定地接合。
6.根据权利要求1至5中的任何一项所述的热管(10)，其特征在于，所述中心部(13)和/或者第一端部(14)和/或者第二端部(15)分别具有圆柱形轮廓(16)，所述圆柱形轮廓(16)具有所述热管(10)的外径(D)。
7.根据权利要求1至6中的任何一项所述的热管(10)，其特征在于，所述第一端部(14)和/或者所述第二端部(15)分别由固体金属制成，优选地由固体铜或者固体铜合金制成。
8.根据权利要求1至7中的任何一项所述的热管(10)，其特征在于，所述第一端部(14)和/或者所述第二端部(15)分别是扁平的，其中所述扁平搭接结构(17)的高度(h)小于所述热管(10)的所述中心部(13)的总高度(H)或者直径(D)，并且其中所述扁平搭接结构(17)的表面宽度(SW，SW1，SW2)大于所述热管(10)的所述中心部(13)的总高度(H)或者直径(D)。
9.一种包括根据权利要求1至8中的任何一项所述的至少一个热管(10)的部件载体(100)，其特征在于，该至少一个热管(10)嵌入在所述部件载体(100)的至少一个内层(111，112，113)内，所述至少一个内层(111，112，113)布置于形成所述部件载体(100)的所述外表面的外表面层(110)之间，并且其中所述嵌入的热管(10)的每个搭接结构(17)通过至少一个热通路(30)导热性地耦合(A1,A2,A3)到所述部件载体(100)的外表面层(110)的至少一个外表面。
10.根据权利要求9所述的部件载体(100)，其特征在于，至少一个热通路(30)在所述搭接结构(17)内的表面上或者端部上接触搭接结构(17)，或者至少一个热通路(30)穿过所述搭接结构(17)。
11.根据权利要求9或者10所述的部件载体(100)，其特征在于，每个搭接结构(17)通过至少一个热通路(30)电耦合到并且/或者电镀地耦合到外表面层(110)的至少一个外表面。
12.根据权利要求9至11中的任何一项所述的部件载体(100)，还包括至少一个散热部件(120，130)和至少一个释热部件(125，36)，其特征在于，所述至少一个散热部件(120)安装于外表面层(110)上，或者嵌入(130)在至少一个内层(111，112，113)内，并且直接地或者通过至少一个热通路(30)接触所述嵌入的热管(10)的所述第一端部(14)的和/或者所述中心部(13)的和/或者所述第二端部(15)的搭接结构(17)，并且其中所述热管(10)的所述第一端部(14)的和/或者中心部(13)的和/或者第二端部(15)的搭接结构(17)直接地或者通过至少一个热通路(30)接触安装于外表面层(110)上或者嵌入在至少一个内层(111，112，113)内的至少一个释热部件(125，36)。
13.根据权利要求12所述的部件载体(100)，其特征在于，所述至少一个散热部件(120，130)直接地或者通过至少一个热通路(30)接触所述嵌入的热管(10)的所述中心部(13)的搭接结构(17)，并且其中释热部件(125，36)通过热通路(30)接触所述热管(10)的第一端部(14)和/或者第二端部(15)的搭接结构(17)。
14.一种用于生产带至少一个嵌入式热管(10)的部件载体(100)的方法，包括所述如下步骤：
-a-提供根据权利要求1至8中的任何一项所述的至少一个热管(10)，所述至少一个热管(10)包括带填充有传热液(20)的空腔(12)的中心部(13)，其中所述热管(10)的所述中心部(13)在纵向(11)上与位于所述中心部(13)的第一端上的第一端部(14)和位于所述中心部(13)的对置第二端上的第二端部(15)直接连接，其中所述第一端部(14)和所述第二端部(15)分别包括具有表面长度(SL，SL1，SL2)和表面宽度(SW，SW1，SW2)的搭接结构(17)，并且其中每个搭接结构(17)与所述热管(10)的所述中心部(13)导热性地耦合；
并且作为一种选择
-b-提供至少一个内层(111)，以在所述至少一个内层(111)上安置所述至少一个热管(10)；
-c-通过安置与所述至少一个热管(10)的侧面相接的至少一个进一步的内层(112)并且以所述至少一个热管(10)的所述外轮廓的所述形状形成凹槽，嵌入所述至少一个热管(10)；
或者
-b’-为至少一个内层(112)提供所述至少一个热管(10)的所述外轮廓的所述形状的凹槽；
-c’-将所述至少一个热管(10)嵌入在所述凹槽内；
并且此外
-d-任选地装接至少一个进一步的内层(111，113)，以利用所述至少一个嵌入式热管(10)覆盖所述凹槽；
-e-将外表面层(110)装接到所述凹槽上或者装接到已利用所述至少一个嵌入式热管(10)覆盖所述空腔的所述已经装接的进一步的内层(111，113)的外侧上；
-f-利用所述至少一个嵌入式热管(10)和所述已装接的外表面层(110)对所述至少一个内层(111，112，113)分层，以容纳第一半成品；
-g-从至少一个外表面层(110)的外表面布置至少一个开口孔(155)，以接触所述至少一个嵌入式热管(10)的每个搭接结构(17)；
-h-通过布置于至少一个开口孔(155)中的热通路(30)，使所述外表面层(110)与所述搭接结构(17)连接。
15.根据权利要求14所述的用于生产部件载体(100)的方法，其特征在于，通过接触深度铣削，制造出自至少一个外表面层(110)的开口孔(155)，以接触所述至少一个嵌入式热管(10)的每个搭接结构(17)，其中所述至少一个嵌入式热管(10)连接到电路(140)，当钻孔设备(150)开始接触所述嵌入式热管(10)时，关闭所述电路(140)，以使所述钻孔设备(150)停机。
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