CN111148342A - 电路板散热装置和具有其的服务器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电路板散热装置和具有其的服务器，所述电路板散热装置包括：散热器；阵列排布的多个芯片；电路板，电路板包括沿厚度方向依次设置的第一金属层、第一介质层、第二金属层、第二介质层、第三金属层、第三介质层和第四金属层，多个芯片设在第一金属层上，散热器设在第四金属层上，第一介质层上形成有间隔设置且贯通的多个第一导热孔，第二介质层上形成有间隔设置且贯通的多个第二导热孔，第三介质层上形成有间隔设置且贯通的多个第三导热孔，每个第一导热孔和每个第三导热孔为激光孔，每个第二导热孔为机械加工孔。根据本发明的电路板散热装置，可以减小芯片与散热器之间的热阻，提高电路板的传热能力，从而可以提高散热效率。

Description

电路板散热装置和具有其的服务器
技术领域
本发明涉及散热技术领域，尤其是涉及一种电路板散热装置和具有其的服务器。
背景技术
相关技术中，电路板上的芯片在工作过程中会产生热量，为了使这些热量及时排除，通常在电路板上设置散热器进行散热。当芯片通过电路板背面进行散热时，芯片与散热器之间的热阻较大，散热效果较差。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种电路板散热装置，所述电路板散热装置的芯片与散热器之间的热阻较小，提升了散热效率。
本发明的另一个目的在于提出一种具有上述电路板散热装置的服务器。
根据本发明第一方面实施例的电路板散热装置，包括：散热器；阵列排布的多个芯片；电路板，所述电路板包括沿厚度方向依次设置的第一金属层、第一介质层、第二金属层、第二介质层、第三金属层、第三介质层和第四金属层，多个所述芯片设在所述第一金属层上，所述散热器设在所述第四金属层上，所述第一介质层上形成有间隔设置且贯通的多个第一导热孔，所述第二介质层上形成有间隔设置且贯通的多个第二导热孔，所述第三介质层上形成有间隔设置且贯通的多个第三导热孔，多个所述第一导热孔、多个所述第二导热孔和多个所述第三导热孔至少与多个所述芯片分别正对，每个所述第一导热孔和每个所述第三导热孔为激光孔，每个所述第二导热孔为机械加工孔。
根据本发明实施例的电路板散热装置，通过在电路板上的第一介质层、第二介质层和第三介质层上分别形成有间隔且贯通的第一导热孔、第二导热孔和第三导热孔，第一导热孔、第二导热孔和第三导热孔可以减小芯片与散热器之间的热阻，提高电路板的传热能力，从而可以提高整个电路板散热装置的散热效率。而且，通过使每个第一导热孔和每个第三导热孔为激光孔，多个第一导热孔和多个第三导热孔的密度可以较大，单位面积下可以加工较多的第一导热孔和第三导热孔，从而可以进一步提高电路板的传热能力，提高散热效率。另外，通过使每个第二导热孔为机械加工孔，多个第二导热孔能够更好地贯穿第二介质层，容易加工。此外，第二金属层和第三金属层的全部面积均可以进行导热，导热效率较高，从而可以进一步提高整个散热装置的散热效率。
根据本发明的一些实施例，所述第一介质层包括第一正对区域和第一非正对区域，所述第一正对区域与多个所述芯片正对，多个所述第一导热孔分布在所述第一正对区域上。
根据本发明的一些实施例，所述第二介质层包括第二正对区域和第二非正对区域，所述第二正对区域与多个所述芯片正对，多个所述第二导热孔分布在所述第二正对区域和所述第二非正对区域上。
根据本发明的一些实施例，所述第三介质层包括第三正对区域和第三非正对区域，所述第三正对区域与多个所述芯片正对，多个所述第三导热孔分布在所述第三正对区域和所述第三非正对区域上。
根据本发明的一些实施例，所述第一介质层的残铜率小于所述第二介质层的残铜率，所述第二介质层的残铜率小于所述第三介质层的残铜率。
根据本发明的一些实施例，每个所述第一导热孔内填充有第一金属件。
根据本发明的一些实施例，所述第一介质层的至少一个表面上设有多个第一焊盘，多个所述第一焊盘与多个所述第一导热孔一一对应，相邻两个所述第一焊盘重叠，且所述第一金属件与所述第一焊盘电连接。
根据本发明的一些实施例，每个所述第二导热孔的孔壁上设有金属层，所述金属层内填充有树脂件。
根据本发明的一些实施例，所述第二介质层的至少一个表面上设有多个第二焊盘，多个所述第二焊盘与多个所述第二导热孔一一对应，相邻两个所述第二焊盘相切或间隔设置，且所述金属层与所述第二焊盘电连接。
根据本发明的一些实施例，每个所述第三导热孔内填充有第二金属件。
根据本发明的一些实施例，所述第三介质层的至少一个表面上设有多个第三焊盘，多个所述第三焊盘与多个所述第三导热孔一一对应，相邻两个所述第三焊盘重叠，且所述第二金属件与所述第三焊盘电连接。
根据本发明的一些实施例，每个所述第一导热孔和每个所述第三导热孔的孔径均为d1，所述d1满足：4mil≤d1≤6mil。
根据本发明的一些实施例，每个所述第二导热孔的孔径为d2，所述d2满足：7mil≤d2≤13mil。
根据本发明的一些实施例，多个所述第一导热孔构成多组第一导热孔组，多组所述第一导热孔组与多个所述芯片一一对应。
根据本发明第二方面实施例的服务器，包括根据本发明上述第一方面实施例的电路板散热装置。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明实施例的电路板散热装置的结构示意图；
图2是根据本发明实施例的电路板散热装置的第一焊盘和第一导热孔的示意图；
图3是根据本发明实施例的电路板散热装置的第二焊盘和第二导热孔的示意图；
图4是根据本发明实施例的电路板散热装置的第三焊盘和第三导热孔的示意图；
图5是根据本发明实施例的第一导热孔、第二导热孔和第三导热孔的热量仿真结果；
图6是现有技术中过孔的热量仿真结果。
附图标记：
100：电路板散热装置；
1：散热器；2：芯片；3：电路板；31：第一金属层；
32：第一介质层；321：第一导热孔；3211：第一金属件；
322：第一焊盘；33：第二金属层；34：第二介质层；
341：第二导热孔；342：第二焊盘；35：第三金属层；
36：第三介质层；361：第三导热孔；3611：第二金属件；
362：第三焊盘；37：第四金属层。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本发明的实施例。
下面参考图1-图6描述根据本发明第一方面实施例的电路板散热装置100。
如图1所示，根据本发明第一方面实施例的电路板散热装置100，包括散热器1、电路板3和多个芯片2。
具体而言，多个芯片2阵列排布，电路板3包括沿厚度方向依次设置的第一金属层31、第一介质层32、第二金属层33、第二介质层34、第三金属层35、第三介质层36和第四金属层37，多个芯片2设在第一金属层31上，散热器1设在第四金属层37上。第一介质层32上形成有间隔设置且贯通的多个第一导热孔321，第二介质层34上形成有间隔设置且贯通的多个第二导热孔341，第三介质层36上形成有间隔设置且贯通的多个第三导热孔361，多个第一导热孔321、多个第二导热孔341和多个第三导热孔361至少与多个芯片2分别正对，每个第一导热孔321和每个第三导热孔361为激光孔，每个第二导热孔341为机械加工孔。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。
例如，在图1的示例中，第一金属层31、第一介质层32、第二金属层33、第二介质层34、第三金属层35、第三介质层36和第四金属层37在电路板3的厚度方向上依次设置。第一金属层31上设有芯片2，第四金属层37上设有散热器1，散热器1用于散发芯片2工作时产生的热量。多个第一导热孔321间隔形成在第一介质层32上，且多个第一导热孔321沿第一介质层32的厚度方向贯穿第一介质层32。类似地，多个第二导热孔341间隔形成在第二介质层34上，且多个第二导热孔341沿第二介质层34的厚度方向贯穿第二介质层34；多个第三导热孔361间隔形成在第三介质层36上，且多个第三导热孔361沿第三介质层36的厚度方向贯穿第三介质层36。当多个芯片2工作时，芯片2产生的热量可以通过多个第一导热孔321传导至第二金属层33，然后第二金属层33通过多个第二导热孔341将热量传导至第三金属层35，最后第三金属层35通过多个第三导热孔361将热量传导至散热器1，散热器1可以将热量吸收并排出，实现电路板3的散热。由此，通过设置上述的多个第一导热孔321、多个第二导热孔341和多个第三导热孔361，可以减小芯片2与散热器1之间的热阻，提高电路板3的传热能力，从而可以提高整个电路板散热装置100的散热效率。而且，通过使每个第一导热孔321和每个第三导热孔361为激光孔，多个第一导热孔321和多个第三导热孔361的密度可以较大，单位面积下可以加工较多的第一导热孔321和第三导热孔361，从而可以进一步提高电路板3的传热能力，提高散热效率。另外，通过使每个第二导热孔341为机械加工孔，多个第二导热孔341能够更好地贯穿第二介质层34，容易加工。此外，由于第二金属层33和第三金属层35未被打通，第二金属层33和第三金属层35的全部面积均可以进行导热，导热效率较高，从而可以进一步提高整个散热装置100的散热效率。
需要说明的是，本申请主要是给电路板3上的芯片2散热，即热源是芯片2，当热源是在电路板3或铝基板上的其他发热件比如电容、电阻等，若使用本发明的电路板散热装置100也属于本申请保护的范围。
根据本发明实施例的电路板散热装置100，通过在电路板3上的第一介质层32、第二介质层34和第三介质层36上分别形成有间隔且贯通的第一导热孔321、第二导热孔341和第三导热孔361，第一导热孔321、第二导热孔341和第三导热孔361可以减小芯片2与散热器1之间的热阻，提高电路板3的传热能力，从而可以提高整个电路板散热装置100的散热效率。而且，通过使每个第一导热孔321和每个第三导热孔361为激光孔，多个第一导热孔321和多个第三导热孔361的密度可以较大，单位面积下可以加工较多的第一导热孔321和第三导热孔361，从而可以进一步提高电路板3的传热能力，提高散热效率。另外，通过使每个第二导热孔341为机械加工孔，多个第二导热孔341能够更好地贯穿第二介质层34，容易加工。此外，第二金属层33和第三金属层35的全部面积均可以进行导热，导热效率较高，从而可以进一步提高整个散热装置100的散热效率。
在本发明的一些实施例中，结合图1，第一介质层32包括第一正对区域和第一非正对区域，第一正对区域与多个芯片2正对，多个第一导热孔321分布在第一正对区域上。需要说明的是，第一正对区域仅与多个芯片2的焊盘部分正对，而不是与多个芯片2的全部区域正对。如此设置，芯片2工作时产生的热量可以直接通过多个第一导热孔321传导至第二金属层33，缩短了芯片2的散热路径，从而可以进一步提高电路板散热装置100的散热效率。而且，由于多个第一导热孔321仅分布在第一正对区域上，第一非正对区域可以保证整个电路板3的结构强度，防止第一导热孔321的数量过多而削弱电路板3的强度。
在本发明的一些实施例中，参照图1，第二介质层34包括第二正对区域和第二非正对区域，第二正对区域与多个芯片2正对，多个第二导热孔341分布在第二正对区域和第二非正对区域上。由此，当芯片2产生的热量通过第一导热孔321传导至第二金属层33后，如此设置的多个第二导热孔341可以将第二金属层33的热量充分传导至第三金属层35，从而保证电路板散热装置100的散热效率。
在本发明的一些实施例中，如图1所示，第三介质层36包括第三正对区域和第三非正对区域，第三正对区域与多个芯片2正对，多个第三导热孔361分布在第三正对区域和第三非正对区域上。如此，第三金属层35上的热量可以通过第三导热孔361充分传导至第四金属层37上的散热器1，增加了电路板3的散热面积，从而提升了整个电路板散热装置100的散热效率，提高了多个芯片2的均温性。
可选地，参照图1，第一介质层32的残铜率小于第二介质层34的残铜率，第二介质层34的残铜率小于第三介质层36的残铜率。由此，通过上述设置，第三介质层36能够将热量充分传导至第四金属层37上的散热器1，,从而实现整个电路板3的充分散热。
在本发明的一些实施例中，结合图1，每个第一导热孔321内填充有第一金属件3211。例如，第一金属件3211可以为铜件。由此，由于第一金属件3211的导热性能强于空气的导热性能，通过在第一导热孔321内填充第一金属件3211，芯片2产生的热量可以通过第一金属件3211传导至第二金属层33，从而进一步提高了整个电路板散热装置100的散热效率，保证多个芯片2的均温性。
进一步地，参照图2，第一介质层32的至少一个表面上设有多个第一焊盘322，多个第一焊盘322与多个第一导热孔321一一对应，相邻两个第一焊盘322重叠，且第一金属件3211与第一焊盘322电连接。由此，通过设置上述的多个第一焊盘322，相邻两个第一导热孔321可以共享焊盘，每个第一导热孔321内的第一金属件3211可以通过第一焊盘322实现与第一金属层31或第二金属层33的电连接。而且，如此设置的第一焊盘322可以防止第一金属层31或第二金属层33由于热胀冷缩作用而造成对第一导热孔321及第一金属件3211的挤压，从而防止第一导热孔321变形。
在本发明的一些实施例中，如图1所示，每个第二导热孔341的孔壁上设有金属层，金属层内填充有树脂件。由此，由于金属层和树脂件的导热性能均比空气的导热性能好，且树脂件的成本较低，通过设置上述的金属层和树脂件，在提高整个电路板散热装置100的散热效率的同时，可以降低成本。
进一步地，结合图3，第二介质层34的至少一个表面上设有多个第二焊盘342，多个第二焊盘342与多个第二导热孔341一一对应，相邻两个第二焊盘342相切或间隔设置，且金属层与第二焊盘342电连接。例如，在图3的示例中，相邻两个第二焊盘342相切。由此，通过设置上述的多个第二焊盘342，第二导热孔341的孔壁上的金属层可以通过第二焊盘342实现与第二金属层33或第三金属层35的电连接，从而可以提高传热效率，实现电路板3的散热。而且，如此设置的第二焊盘342可以防止第二金属层33或第三金属层35由于热胀冷缩作用而造成对第二导热孔341及金属层的挤压，从而防止第二导热孔341及金属层产生变形。
在本发明的一些实施例中，参照图1，每个第三导热孔361内填充有第二金属件3611。由此，第二金属件3611可以将热量充分传导至第四金属层37上的散热器1，从而保证整个电路板散热装置100的散热效果。
进一步地，如图4所示，第三介质层36的至少一个表面上设有多个第三焊盘362，多个第三焊盘362与多个第三导热孔361一一对应，相邻两个第三焊盘362重叠，且第二金属件3611与第三焊盘362电连接。如此设置，相邻两个第二导热孔341可以共享焊盘，且第二金属件3611可以通过第三焊盘362实现与第三金属层35或第四金属层37的电连接，从而可以进一步提升电路板散热装置100的散热效率。而且，如此设置的第三焊盘362可以防止第三金属层35或第四金属层37由于热胀冷缩作用而造成对第三导热孔361及第二金属件3611的挤压，从而防止第三导热孔361及第二金属件3611产生变形。
可选地，每个第一导热孔321和每个第三导热孔361的孔径均为d1，d1满足：4mil≤d1≤6mil。其中，mil为密耳，是一个长度的单位，代表千分之一英寸，1mil(密尔)＝25.39999918μm(微米)。例如，当孔径d1小于4mil时，第一导热孔321和第三导热孔361的孔径过小，加工难度较大，且热量可能无法很好地通过第一导热孔321及第三导热孔361传导至散热器1，可能会影响电路板散热装置100的散热效果；当孔径d1大于6mil时，第一导热孔321和第三导热孔361的孔径过大，使多个第一导热孔321以及多个第三导热孔361的密度较小，同样可能影响电路板散热装置100的散热效果。由此，通过使孔径d1满足4mil≤d1≤6mil，第一导热孔321及第三导热孔361的孔径大小合适，且方便加工，可以提升整个电路板散热装置100的散热效率。
可选地，每个第二导热孔341的孔径为d2，d2满足：7mil≤d2≤13mil。具体地，例如，当孔径d2小于7mil时，第二导热孔341的孔径过小，加工难度大，且可能会削弱第二介质层34的结构强度；当d2大于13mil时，第二导热孔341的孔径过大，密度较小，可能会影响电路板散热装置100的散热效果。由此，通过使孔径d2满足7mil≤d2≤13mil，第二导热孔341的孔径合适，可以保证整个电路板散热装置100的散热效果。
在本发明的一些具体实施例中，多个第一导热孔321构成多组第一导热孔组，多组第一导热孔组与多个芯片2一一对应。其中，多组第一导热孔组分别与多个芯片2的焊盘正对。由此，多个芯片2产生的热量均可以通过对应的第一导热孔组传导至第二金属层33，实现较好的散热效果，保证了多个芯片2的均温性。
根据本发明实施例的电路板散热装置100，使电路板3的导热残铜率大大提升，其中第一金属层31、第二金属层33、第三金属层35和第四金属层37的残铜率为100％，第一介质层32、第二介质层34、第三介质层36和第四介质层残铜率为18.5％，综合残铜率达到26.6％，电路板3开孔区域法向热传导系数可以达到约10W/(m.K),开孔区域散热效率为常规通孔的约6-7倍，散热效率大大提升，芯片2均温效果明显改善。而且，通过采用激光孔高密叠孔填铜设计，使散热焊盘表层接触的实铜铜孔数量大大提升。另外，通过使第二介质层34的第二导热孔341切焊盘设计，机械加工孔孔壁镀厚铜，树脂件塞孔后再电镀填平，解决机械加工孔与激光孔重叠设计的不可加工性。同时使第二介质层34的第二导热孔341的数量不再受芯片2的焊盘尺寸限制，第二导热孔341的数量大大提升。
如图5和图6所示，在相同外设条件下，例如当芯片尺寸为8mm×8mm×0.65mm，功耗为8W，PCB板层均为4层，且风量风压相同，散热器相同时，根据本发明实施例的第一导热孔321、第二导热孔341和第三导热孔361与现有的过孔相比，因为过孔量的大量增加，芯片2到电路板3背面的热阻减小，传热能力增强，电路板3背面散热器1的散热能力明显提升，芯片2温度有大约6℃左右的改善，对整个电路板3的热设计方案及芯片2的均温性均有极大的提升。其中，a为根据本发明实施例的正面散热器的底壳温度，b为根据本发明实施例的芯片2的温度，c为根据本发明实施例的背面散热器1的底壳温度；a’为现有技术中正面散热器的底壳温度，b’为现有技术中芯片的温度，c’为现有技术中背面散热器的底壳温度。
根据本发明第二方面实施例的服务器(图未示出)，包括根据本发明上述第一方面实施例的电路板散热装置100。
根据本发明第二方面实施例的服务器，通过采用上述的电路板散热装置100，电路板散热装置100的散热性能较好，提高了芯片2的工作效率，且延长了芯片2的使用寿命，从而使服务器的整体性能更加优异。
根据本发明实施例的服务器的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，“第一特征”、“第二特征”、“第三特征”、“第四特征”可以包括一个或者更多个该特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (15)

1.一种电路板散热装置，其特征在于，包括：
散热器；
阵列排布的多个芯片；
电路板，所述电路板包括沿厚度方向依次设置的第一金属层、第一介质层、第二金属层、第二介质层、第三金属层、第三介质层和第四金属层，多个所述芯片设在所述第一金属层上，所述散热器设在所述第四金属层上，
所述第一介质层上形成有间隔设置且贯通的多个第一导热孔，所述第二介质层上形成有间隔设置且贯通的多个第二导热孔，所述第三介质层上形成有间隔设置且贯通的多个第三导热孔，多个所述第一导热孔、多个所述第二导热孔和多个所述第三导热孔至少与多个所述芯片分别正对，每个所述第一导热孔和每个所述第三导热孔为激光孔，每个所述第二导热孔为机械加工孔。
2.根据权利要求1所述的电路板散热装置，其特征在于，所述第一介质层包括第一正对区域和第一非正对区域，所述第一正对区域与多个所述芯片正对，多个所述第一导热孔分布在所述第一正对区域上。
3.根据权利要求1所述的电路板散热装置，其特征在于，所述第二介质层包括第二正对区域和第二非正对区域，所述第二正对区域与多个所述芯片正对，多个所述第二导热孔分布在所述第二正对区域和所述第二非正对区域上。
4.根据权利要求1所述的电路板散热装置，其特征在于，所述第三介质层包括第三正对区域和第三非正对区域，所述第三正对区域与多个所述芯片正对，多个所述第三导热孔分布在所述第三正对区域和所述第三非正对区域上。
5.根据权利要求1所述的电路板散热装置，其特征在于，所述第一介质层的残铜率小于所述第二介质层的残铜率，所述第二介质层的残铜率小于所述第三介质层的残铜率。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的电路板散热装置，其特征在于，每个所述第一导热孔内填充有第一金属件。
7.根据权利要求6所述的电路板散热装置，其特征在于，所述第一介质层的至少一个表面上设有多个第一焊盘，多个所述第一焊盘与多个所述第一导热孔一一对应，相邻两个所述第一焊盘重叠，且所述第一金属件与所述第一焊盘电连接。
8.根据权利要求1-5中任一项所述的电路板散热装置，其特征在于，每个所述第二导热孔的孔壁上设有金属层，所述金属层内填充有树脂件。
9.根据权利要求8所述的电路板散热装置，其特征在于，所述第二介质层的至少一个表面上设有多个第二焊盘，多个所述第二焊盘与多个所述第二导热孔一一对应，相邻两个所述第二焊盘相切或间隔设置，且所述金属层与所述第二焊盘电连接。
10.根据权利要求1-5中任一项所述的电路板散热装置，其特征在于，每个所述第三导热孔内填充有第二金属件。
11.根据权利要求10所述的电路板散热装置，其特征在于，所述第三介质层的至少一个表面上设有多个第三焊盘，多个所述第三焊盘与多个所述第三导热孔一一对应，相邻两个所述第三焊盘重叠，且所述第二金属件与所述第三焊盘电连接。
12.根据权利要求1-5中任一项所述的电路板散热装置，其特征在于，每个所述第一导热孔和每个所述第三导热孔的孔径均为d1，所述d1满足：4mil≤d1≤6mil。
13.根据权利要求1-5中任一项所述的电路板散热装置，其特征在于，每个所述第二导热孔的孔径为d2，所述d2满足：7mil≤d2≤13mil。
14.根据权利要求1-5中任一项所述的电路板散热装置，其特征在于，多个所述第一导热孔构成多组第一导热孔组，多组所述第一导热孔组与多个所述芯片一一对应。
15.一种服务器，其特征在于，包括根据权利要求1-14中任一项所述的电路板散热装置。
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