CN110637361A - 电子设备 - Google Patents
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Abstract
根据本发明，散热器(21)布置在电路基板(10)的下表面上。电路基板(10)在布置有集成电路装置(5)的区域(A)内具有贯穿电路基板(10)的通孔(h1)。该通孔(h1)设置有导热路径(11)。导热路径(11)将集成电路装置5和散热器(21)彼此连接。由于该构造，能够将与散热器(21)不同的部件布置在与集成电路装置(5)相同的一侧，因此能够提高部件布置的自由度。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于电子设备的发热部件的冷却结构。
背景技术
在某些情况下，在电子设备中，散热装置比如散热器或热管连接到集成电路装置比如中央处理单元(CPU)或图形处理单元(GPU)。在常规电子设备中，将集成电路设备设置在电路基板的上侧，并且在集成电路设备上方设置有散热装置(例如日本特开2013-222275号公报)。
发明内容
在常规电子设备中，存在这样的情况，其中散热设备在布置其他部件方面构成限制，并且其中冷却结构的尺寸增大以提供足够的冷却性能。
本公开中提出的电子设备包括电路基板、散热装置和导热路径。电路基板具有第一和第二表面以及通孔。电子部件设置在第一表面上。第二表面在第一表面的相对侧。电路基板具有的通孔形成在设置电子部件的区域中。散热装置设置在电路基板的第二表面上，并且位于电子部件的相对侧，电路基板设置在它们之间。导热路径设置在电路基板的通孔中并且连接电子部件和散热装置。电子设备确保了在部件布置方面具有较高的自由度，或者增强了电子部件的冷却性能。
附图说明
图1是示出本公开中提出的电子设备的示例的示意性截面图。
图2A是包括在图1所示的电子设备中的电路基板的放大截面图。
图2B是示出形成图2A所示的导热路径的区域的平面图。
图3是示出在图2A所示的电路基板中形成的导热路径的变形例的截面图。
图4是示出图2A所示的导热路径的另一变形例的平面图。
图5是示出图2A所示的电路基板的变形例的截面图。
图6是示出图1和2A所示的通孔和导热路径的变形例的截面图。
图7是示出图1和2A所示的电路基板的变形例的平面图。
具体实施方式
下面将给出本公开中提出的电子设备的实施例的描述。在下面给出的描述中，图1中由Z1和Z2表示的方向将分别称为上和下。在下面给出的描述中，术语“上”、“下”、“上侧”、“下侧”等用于指示电子设备的部件、构件和元件之间的相对位置关系。这些术语不限制电子设备中的部件等的姿势或电子设备的姿势。
如图1所示，电子设备1具有电路基板10。电路基板10具有基材10a，基材10a包括例如绝缘材料，比如纸酚、玻璃环氧树脂等。在基材10a中形成有电路图案15(参照图2A)。电路基板10是具有多层的多层板，在每个层中形成有电路图案15。电路基板10可以不是多层板。例如，电路基板10可以是仅在其上表面和下表面上具有电路图案15的双面板。可替代地，电路基板10可以是仅在其上表面(安装有集成电路装置或另一部件的表面)上形成有电路图案15的单面板。
在电子设备1的示例中，电路基板10具有孔h2，该孔h2将多个电路图案15彼此连接，如图2A所示(孔h2将被称为“连接孔”)。导体13形成在连接孔h2的内部，并且多个电路图案15经由导体13彼此电连接。例如，连接孔h2的内部镀有金属。尽管在电子设备1的示例中导体13具有管状形状，但是导体13可以以填充连接孔h2的方式形成。如图2A所示，连接孔h2例如是贯穿电路基板10的通孔。与此不同，连接孔h2可以是不贯穿电路基板10的凹部。电路基板10还具有用于形成导热路径11的通孔h1，这将在后面描述。
如图1所示，电子部件设置在电路基板10的上表面(第一表面)上。电子部件例如是在操作期间产生热量的发热部件。在电子设备1的示例中，作为发热部件的集成电路装置5设置在电路基板10上。集成电路装置5例如是微处理器、存储器、模拟信号处理电路或其他部件，但不限于此。而且，集成电路装置5可以是系统级封装(Sip)，其具有密封在单个封装内部的多个集成电路(IC)芯片(硅片)。在这种情况下，集成电路装置5可以是具有水平并排布置的多个IC芯片的Sip或具有竖直并排布置的多个IC芯片的Sip。在图1所示的示例中，集成电路装置5具有两个IC芯片5c和5d，它们彼此竖直堆叠。易受温度影响的电子部件可以代替集成电路装置5而设置在电路基板10上。这种电子部件的示例可以是传感器、发光二极管(LED)、逆变器、电动机等。
集成电路装置5是具有多个端子的表面安装部件，该多个端子连接到形成在电路基板10的表面上的电极焊盘16(参照图2B)。在电子设备1的示例中，集成电路装置5是球栅阵列(BGA)型，其下表面上具有多个焊料球5b(参照图1)。焊料球5b均连接至电极焊盘6。应注意，集成电路装置5可以不是BGA型。例如，集成电路装置5可以具有多个引线端子而不是焊料球，该多个引线端子在其外周边缘上连接到电路基板10。在又一示例中，集成电路装置5可以是具有端子的插入安装部件，该端子插入到形成在电路基板10中的孔中并被焊接。
散热装置设置在电路基板10的下表面(第二表面)上。如图1所示，在电子设备1的示例中，散热器21设置在电路基板10的下表面上。散热器21位于集成电路装置5的相对侧，并且电路基板10设置在它们之间。即，当从顶部观察时，散热器21以与集成电路装置5重叠的方式设置。电路基板10在设置有集成电路装置5的区域中具有贯穿电路基板10的通孔h1(参照图2A)。区域A的尺寸适合于集成电路装置5的外部尺寸。也就是说，区域A是指紧接在集成电路装置5下方的区域。换句话说，当从顶部观看电路基板10时，区域A与集成电路装置5重叠。通孔h1从电路基板10的上表面延伸到其下表面。导热路径11设置在通孔h1中。在电子设备1的示例中，在电路基板10中，多个通孔h1形成在区域A中，并且在每个通孔h1中设置有导热路径11。导热路径11连接集成电路装置5和散热器21，并且热量从集成电路装置5经由导热路径11传导至散热器21。导热路径11包括具有比电路基板10的基材10a更高导热率的材料。
电子设备1的这种结构消除了如图1所示的在集成电路装置5的上侧上用于散热装置的空间的需求，从而使得可以在集成电路装置5的上侧设置电子设备1的另一部件9(例如带有天线等的发送/接收模块、传感器、外部存储设备)，并确保在布置部件9方面具有更高的自由度。在电子设备1的示例中，部件9设置在散热器21的相对侧，电路基板10和集成电路装置5设置在它们之间。也就是说，部件9设置为靠近集成电路装置5的上侧。具体地，部件9与集成电路装置5之间的距离L1小于散热器21的高度H1。与电子设备1的示例不同，可以在集成电路装置5的上表面上设置另一散热装置。结果，在集成电路装置5上设置两个散热装置，从而提供了改善的冷却性能。
散热器21附接到电路基板10。散热器21通过紧固件比如螺钉或螺栓紧固到电路基板10。散热器21可被焊接到电路基板10。
应当注意，热管可以代替散热器21或与之一起设置在电路基板10的下表面上作为散热装置。然后，导热路径11可以连接热管和集成电路装置5。
如上所述，电路基板10具有电路。电路包括上述的电路图案15和连接孔h2的导体13。导热路径11由例如与导体13相同的材料形成。在这种情况下，可以在制造电路基板10期间通过与导体13相同的工艺(镀覆工艺)来形成导热路径11。导热路径11可以由与电路图案15相同的材料形成。在这种情况下，可以在制造电路基板10期间通过与电路图案15相同的工艺来形成导热路径11。应当注意，导体13和电路图案15可以由相同的材料形成。电路图案15、导体13和导热路径11包括例如铜。
导热路径11可以包括与电路的材料不同的材料。例如，导热路径11可以包括具有比电路的材料更高电阻的材料。这防止了导热路径11和与其连接的散热器21引起电磁干扰(EMI)。电路图案15包括导电材料(例如铜)，并且导热路径11包括例如具有比铜更高电阻的金属。导热路径11可以包括绝缘材料。例如，导热路径11可以包括导热油脂(也称为“散热油脂”)。导热油脂是诸如硅树脂之类的油脂，其包括高导热填料(例如铜、银或铝颗粒)。将导热油脂填充到通孔h1中，从而形成导热路径11。
如图2A所示，在电子设备1的示例中，导热路径11的材料填充通孔h1，并且导热路径11是柱状的。这确保了从集成电路装置5到散热器21的有效热传导。导热路径11的结构不限于图2A所示的示例。图3是示出导热路径11的另一示例的图(在图3中，与图2A中相同的部件由相同的附图标记表示)。如图3所示，导热路径11可以是沿着通孔h1的内表面形成的管状路径。
可以通过在电路基板10的制造期间进行的镀覆工艺来形成图2A和3所示的导热路径11。导热路径11可以例如通过用于形成连接孔h2的导体13的镀覆工艺来形成。形成导热路径11的方法不限于镀覆工艺。例如，导热路径11可以是与电路基板10的制造分开形成的销。在另一示例中，导热路径11可以如上所述通过将导热油脂注入通孔h1中而形成。在又一示例中，导热路径11可以与散热器21一体地形成。也就是说，散热器21的一部分可以插入到通孔h1中，从而其一部分用作导热路径11。
如图2B所示，当从顶部观看电路基板10时，通孔h1例如是圆形的。与通孔h1为矩形的情况相比，这使得在电路基板10的制造期间更容易地形成通孔h1。应当注意，通孔h1的形状不限于圆形。例如，当从顶部观看电路基板10时，通孔h1可以是长孔。
如上所述，用于连接多个电路图案15的连接孔h2形成在电路基板10中。如图2A所示，通孔h1的宽度W1(直径)可以大于连接孔h2的宽度W2(直径)。这确保了从集成电路装置5到散热器21的改善的导热效率。
通孔h1的尺寸不限于图2A所示的示例。例如，如图3所示，通孔h1的宽度W1(直径)可以与连接孔h2的宽度W2(直径)基本相同。这使得可以在钻孔过程中使用相同的工具用于在电路基板10的制造期间形成连接孔h2和通孔h1，从而简化了电路基板10的制造。图3所示的连接孔h2未贯穿电路基板10。连接孔h2连接形成在电路基板10内部的两个电路图案15。
如上所述，多个通孔h1形成在电路基板10中。在图2B所示的示例中，多个通孔h1以网格图案设置。也就是说，多个通孔h1以等间隔竖直且水平地并排布置。如图2A所示，可以在两个相邻的通孔h1之间形成部分地包括在电路图案15中的电线15c。换句话说，可以以避开电路图案15的电线的方式布置通孔h1。
图4是示出导热路径11的修改示例的平面图。在图4所示的示例中，电路基板10具有多个导热路径11A、11B和11C。在每对相邻的导热路径11A、11B和11C之间形成包括在电路图案15的一部分中的电线15a。当从顶部观看电路基板10时，导热路径11A、11B和11C的形状和/或尺寸不同。具体地，虽然导热路径11A和11C为矩形，但是导热路径11B为字母L的形状。导热路径11B弯曲以匹配电线15a。可以适当地改变导热路径11A、11B和11C的形状以匹配电路图案15的形状。此外，导热路径11A、11B和11C的末端部分11a(通孔h1的末端部分)可以形成为圆形。例如，这有助于在形成导热路径11A、11B和11C的地方形成通孔h1。
如图1所示，集成电路装置5在其下表面上具有导热垫5a。在集成电路装置5的示例中，尽管在导热垫5a的外侧形成有焊料球5b，但是导热垫5a的位置并不限于此。当从底部观看集成电路装置5时，导热垫5a的尺寸大于用于发送和接收信号的端子比如焊料球5b。导热路径11连接至集成电路装置5的导热垫5a。在电子设备1的示例中，多个导热路径11位于导热垫5a的区域B(参照图2B)中并连接到导热垫5a。导热垫5a包括例如金属。
导热垫5a可以用于与电路基板10电连接。例如，导热垫5a可以用作接地线。即，在导热路径11是导体的情况下，导热路径11可以与形成在电路基板10中的接地线连接，从而使导热路径11和导热垫5a彼此电且热连接。与这种示例不同，导热垫5a可以不用于与电路基板10的电连接。也就是说，导热路径11和导热垫5a可以在电独立于电路基板10的电路。
如图1所示，用于将导热垫5a和导热路径11热连接的连接构件31可以设置在导热垫5a和导热路径11之间。在导热垫5a和导热路径11都包括金属的情况下，连接构件31例如是焊料。即，在导热垫5a和导热路径11都包含金属的情况下，例如通过焊料将它们彼此电且热连接。连接构件31不限于焊料。例如，连接构件31可以是导热油脂(也称为“散热油脂”)或导热片。连接构件31不必限于导热油脂或导热片，只要连接构件31能够变形以适应导热路径11和导热垫5a之间的公差即可。
如图1所示，用于将散热器21和导热路径11热连接的连接构件32可以设置在散热器21和导热路径11之间。连接构件32例如是导热片。导热片在电路基板10的厚度方向上是弹性的。这确保了散热器21和导热路径11之间的连接稳定性，并且当将散热器21压靠在电路基板10上时，使对集成电路装置5的作用力最小。可以使用包括硅树脂或丙烯酸树脂的导热片。连接构件32可以是上述的导热油脂。即使在这种情况下，也可以确保散热器21与导热路径11之间的连接稳定性。
图5是示出电路基板10的变形例的图(在图5中，与图2A相同的部件用相同的附图标记表示)。在图5所示的示例中，电路基板10在其下表面(面对散热器21的表面)上具有金属层18。例如，金属层18形成在形成有多个通孔h1并连接多个导热路径11的整个区域上。在电路基板10具有金属层18的情况下，散热器21与金属层18连接。在这种情况下，散热器21可以与金属层18直接接触。可替代地，可以在散热器21与金属层18之间设置作为上述导热片、导热油脂或其他构件的连接构件32。金属层18由例如与电路图案15相同的材料形成。这允许金属层18和电路图案15(具体地，形成在电路基板10的下表面上的电路图案15)在电路基板10的制造期间通过相同的工艺形成。
应当注意，在图5所示的示例中，在电路基板10的上表面上还形成有用于连接多个导热路径11的金属层17。例如，金属层17形成在形成有多个通孔h1并连接多个导热路径11的整个区域上。在电路基板10具有金属层17的情况下，将集成电路装置5的导热垫5a连接到金属层17。在这种情况下，可以将导热垫5a焊接到金属层17上。代替焊接，可以将作为上述导热片、导热油脂或其他构件的连接构件31设置在导热垫5a和金属层17之间。金属层17由例如与电路图案15相同的材料形成。这允许金属层17和电路图案15(具体地，形成在电路基板10的上表面上的电路图案15)在电路基板10的制造期间通过相同的工艺形成。
图6是表示导热路径11的变形例的截面图。在图6中，与图1中相同的部件用相同的附图标记表示。在图6所示的电子设备100的示例中，电路基板10具有通孔h3。通孔h3的宽度W3大于上述连接孔h2的宽度W2。更具体地，宽度W3甚至大于两个焊料球5b之间的间隔W4。宽度W3大于集成电路装置5的导热垫5a的尺寸的一半。宽度W3可以基本适合集成电路装置5的导热垫5a的宽度。导热路径111填充在通孔h3中。即，导热路径111形成在通孔h3的整个区域上。相对较大的通孔h3的形成允许从集成电路装置5到散热器21的更有效的热传导。
如上所述，集成电路装置5可以是具有密封在单个封装内的多个IC芯片(硅片)的Sip。图7是示出其上安装有如上所述的集成电路装置5的电路基板10的示例的平面图。在该图中，区域D表示设置集成电路装置5的区域。区域D1、D2和D3分别表示集成电路装置5的多个IC芯片的位置。用于连接集成电路装置5和散热器21的导热路径111A和111B形成在电路基板10中。导热路径111A和111B的位置对应于集成电路装置5的IC芯片的位置。即，导热路径111A和111B分别位于区域D1和D2中。这确保了集成电路装置5的IC芯片的有效冷却。导热路径111A和111B不必具有相同的形状。可以适当地改变导热路径111A和111B的形状，以匹配形成在电路基板10中的各个IC芯片和电路图案15的位置。
应当注意，可以不为集成电路装置5的一些IC芯片提供导热路径。例如，可以不为仅产生少量热量的那些IC芯片提供导热路径。在图7所示的示例中，没有为设置在区域D3中的IC芯片提供导热路径。
如上所述，在电子设备1和电子设备100的示例中，散热器21设置在电路基板10的下表面上。电路基板10在设置有集成电路装置5的区域A中具有贯穿电路基板10的通孔h1和h3。导热路径11、111、111A和111B设置在通孔h1和h3中。导热路径11、111、111A和111B连接集成电路装置5和散热器21，从而允许从集成电路装置5经由导热路径11、111、111A和111B至散热器21的热传导。导热路径11、111、111A和111B包括具有比电路基板10的基材10a更高导热率的材料。电子设备1和电子设备100的这些结构确保在布置电子设备的其他部件方面具有较高的自由度。与电子设备1和电子设备100的示例不同，在集成电路装置5的上表面上设置有另一散热装置的情况下，两个散热装置设置在集成电路装置5上，从而有助于改进的冷却性能。
应当注意，本发明不限于上述实施例，并且可以以各种方式进行修改。
Claims (14)
1.一种电子设备，包括：
电路基板，其具有第一表面和第二表面以及通孔，所述第一表面具有设置在其上的电子部件，所述第二表面在所述第一表面的相对侧，并且所述通孔形成在设置有所述电子部件的区域中；
散热装置，其设置在所述电路基板的第二表面上并且位于所述电子部件的相对侧，并且所述电路基板设置在它们之间；以及
导热路径，其设置在所述电路基板的通孔中并且适于连接所述电子部件和散热装置。
2.根据权利要求1所述的电子设备，其中，
位于所述区域中的多个通孔形成在所述电路基板上，并且
为所述多个通孔中的每一个提供所述导热路径。
3.根据权利要求2所述的电子设备，其中，
所述电路基板具有电路图案，并且
包括在所述电路图案中的电线形成在所述多个通孔中的两个相邻通孔之间。
4.根据权利要求1所述的电子设备，其中，
所述电路基板包括：
多个层；
多个电路图案，其形成在所述多个层中的每一个中；以及
连接孔，其适于贯穿所述电路基板并且电连接所述多个电路图案，并且
当从顶部观看时，所述通孔的尺寸大于所述连接孔。
5.根据权利要求1所述的电子设备，其中，
所述电路基板包括：
多个层；
多个电路图案，其形成在所述多个层中的每一个中；以及
连接孔，其适于贯穿所述电路基板并且电连接所述多个电路图案，并且
当从顶部观看时，所述通孔的尺寸与所述连接孔基本相同。
6.根据权利要求1所述的电子设备，其中，
所述电子部件是集成电路装置，
所述集成电路装置在面对所述电路基板的表面上具有导热部，并且
当从顶部观看所述电路基板时，所述通孔的尺寸大于所述导热部的一半。
7.根据权利要求1所述的电子设备，其中，
电路形成在所述电路基板上，并且
所述导热路径包括具有比所述电路的材料更高电阻的材料。
8.根据权利要求1所述的电子设备，其中，
电路形成在所述电路基板上，并且
所述导热路径由与所述电路相同的材料形成。
9.根据权利要求1所述的电子设备，其中，
所述导热路径是在所述通孔内部形成的镀层。
10.根据权利要求1所述的电子设备，其中，
所述电子部件是集成电路装置，
所述集成电路装置在面对所述电路基板的表面上具有导热部，并且
所述导热路径连接到所述导热部。
11.根据权利要求1所述的电子设备，其中，
至少导热片或导热油脂设置在所述散热构件与导热路径之间。
12.根据权利要求1所述的电子设备，其中，
所述电路基板在所述第二表面上具有金属层，该金属层连接到所述通孔的导热路径并与所述电路基板一体地形成。
13.根据权利要求1所述的电子设备，其中，
另一部件设置在所述散热装置的相对侧，所述电路基板和电子部件设置在它们之间，并且
所述另一部件与电子部件之间的距离小于所述散热装置在所述电路基板的厚度方向上的厚度。
14.根据权利要求1所述的电子设备，其中，
所述导热路径包括具有比所述电路基板的基材更高导热率的材料，并且该材料填充所述通孔。
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