CN113242641B - 一种单层印制电路板及一种芯片封装电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种单层印制电路板。一种单层印制电路板，包括铜箔层和绝缘层，还包括均热板，均热板、绝缘层以及铜箔层依次层叠设置；还提供一种芯片封装电子设备，包括芯片模壳、位于芯片模壳内部的芯片以及上述的单层印制电路板，芯片模壳的开口一侧贴合连接在铜箔层背对绝缘层的一侧面上，芯片的引脚与铜箔层连接。本发明利用均热板具有较好的导热性能和温度分布的均匀性，采用均热板基板结构，使单层印制电路板上下表面温度分布都均匀，散热效率高、工作稳定，解决电子器件高热流密度、温度分布不均匀等散热问题，可以有效延长电子器件的使用寿命。

Description

一种单层印制电路板及一种芯片封装电子设备

技术领域

本发明涉及PCB模块的设计和封装技术领域，更具体地，涉及一种单层印制电路板及一种芯片封装电子设备。

背景技术

印制的电路板可以按照导体电路的层数区分为单面、双面和多层印制电路板。单面印制电路板上刻蚀的铜箔电路层仅在电路板的一面，电路板的铜箔层下面采用绝缘层用于隔绝电路，防止电路发生短路，燃烧现象。传统的PCB板对于电子器件绝大部分热量通过基板或者简单的绝缘导热层将热量传递到环境中去，这种结构的散热效果差，对于电子器件存在热流密度大，温度分布不均匀的问题难以解决；例如中国专利CN108990253A公开了一种印刷线路板，其包括单个覆铜板，覆铜板包括基材层以及压合于基材层上任意一个表面的铜箔层，铜箔层上形成有目标电路图案；其中，印刷线路板还包括至少一层导热层。产生的热量可以通过导热层分散至各个方向上，避免局部高温；并且，热量的传播过程中不需要经过空气等热阻较大的介质，有利于提高电子设备的散热效率。其中的导热层仅是由绝缘材料制成，其散热效果并不理想，电子器件存在高热流密度、温度分布不均匀的问题，使得电子器件的使用寿命减短。

发明内容

本发明为克服上述背景技术所述的散热效果并不理想，电子器件高热流密度、温度分布不均匀，使得电子器件的使用寿命减短的问题，提供一种单层印制电路板及一种芯片封装电子设备。本发明散热效率高、工作稳定，解决电子器件高热流密度、温度分布不均匀等散热问题，可以有效延长电子器件的使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种单层印制电路板，包括铜箔层和绝缘层，还包括均热板，所述均热板、绝缘层以及所述铜箔层依次层叠设置。

进一步的，所述均热板包括散热结构、第一盖板、第二盖板以及环绕设置在所述散热结构周向外壁的框架，所述第一盖板和第二盖板分别盖合在所述框架的相对两侧面并形成密封腔体，所述散热结构设于所述密封腔体中，所述散热结构包括层叠设置的第一吸液芯和第二吸液芯，所述第一盖板背对所述密封腔体的一侧与所述绝缘层贴合连接。

进一步的，所述框架的侧壁上开设有与所述密封腔体接通的充液口，所述充液口中连接有充液管。

进一步的，所述第一吸液芯和所述第二吸液芯中均具有用于散热介质流动的毛细结构，所述第一吸液芯的一侧面与所述第一盖板靠近所述第二盖板的一侧面贴合连接，所述第二吸液芯的一侧面与所述第二盖板靠近所述第一盖板的一侧面贴合连接。

作为一种优选方案，所述第一吸液芯靠近所述第二吸液芯的侧面上还设有若干凸起立柱，所述凸起立柱远离所述第一吸液芯的一端与所述第二吸液芯接触。

作为另一种优选方案，所述第二吸液芯靠近所述第一吸液芯的侧面上还设有若干凸起立柱，所述凸起立柱远离所述第二吸液芯的一端与所述第一吸液芯接触。

优选的，所述凸起立柱呈圆柱状。

进一步的，所述铜箔层与所述绝缘层之间以及所述绝缘层与所述第一盖板之间均加设有钨粉制成的过渡层。

进一步的，所述第一盖板、第二盖板、框架以及充液管均采用铜粉与金刚石粉末烧结而成，所述绝缘层由金刚石粉末制成。

还提供一种芯片封装电子设备，包括芯片模壳、位于所述芯片模壳内部的芯片以及上述的单层印制电路板，所述芯片模壳的开口一侧贴合连接在所述铜箔层背对所述绝缘层的一侧面上，所述芯片的引脚与所述铜箔层连接。

与现有技术相比，有益效果是：

1、本发明利用均热板具有较好的导热性能和温度分布的均匀性，采用均热板基板结构，可以使单层印制电路板上下面的温度分布都均匀，散热效率高、工作稳定，解决电子器件高热流密度、温度分布不均匀等散热问题，可以有效延长电子器件的使用寿命。

2、本发明中均热板的第一吸液芯或第二吸液芯具有一定凸起的柱形，可用于提升均热板单层印制电路板整体的刚度，防止均热板单层印制电路板发生变形，以及增大均热板单层印制电路板的毛细压力，加速工质流体的回流速度。

3、本发明使用铜和金刚石复合材料制备而成的均热板具有较强的导热性能；使用金刚石绝缘层也具有较强的导热性能。

附图说明

图1是实施例1的结构示意图。

图2是实施例1的爆炸示意图。

图3是实施例1中框架的结构示意图。

图4是实施例1中第一吸液芯的结构示意图。

图5是实施例1中第二吸液芯的结构示意图。

图6是实施例1中的散热示意图。

图7是实施例2的结构示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

实施例1

如图1和图2所示，一种单层印制电路板，包括铜箔层1和绝缘层2，还包括均热板3，均热板3、绝缘层2以及铜箔层1依次层叠设置。铜箔层1与绝缘层2之间以及绝缘层2与第一盖板7之间均分别加设有钨粉制成的过渡层9；第一盖板7、第二盖板8、框架6以及充液管12均采用铜粉与金刚石粉末烧结而成，绝缘层2由金刚石粉末制成。

均热板3包括散热结构、第一盖板7、第二盖板8以及环绕设置在散热结构周向外壁的框架6，第一盖板7和第二盖板8分别盖合在框架6的相对两侧面并形成密封腔体13，散热结构设于密封腔体13中，散热结构包括层叠设置的第一吸液芯4和第二吸液芯5，第一盖板7背对密封腔体13的一侧与绝缘层2贴合连接；如图3所示，框架6的侧壁上开设有与密封腔体13接通的充液口11，充液口11中连接有充液管12；第一吸液芯4和第二吸液芯5均为平板形结构，第一吸液芯4和第二吸液芯5中均具有用于散热介质流动的毛细结构，第一吸液芯4的一侧面与第一盖板7靠近第二盖板8的一侧面贴合连接，第二吸液芯5的一侧面与第二盖板8靠近第一盖板7的一侧面贴合连接；如图4和图5所示所示，第一吸液芯4靠近第二吸液芯5的侧面上还设有若干凸起立柱10，凸起立柱10是一起烧结附着在第一吸液芯4上面的，凸起立柱10远离第一吸液芯4的一端与第二吸液芯5接触；凸起立柱10呈圆柱状。第一吸液芯4具有一定凸起的柱形，可用于提升均热板3单层印制电路板整体的刚度，防止均热板3单层印制电路板发生变形，以及增大均热板3单层印制电路板的毛细压力，加速工质流体的回流速度。

如图2所示，单层印制电路板结构自下而上由铜箔层1、过渡层9、金刚石绝缘层2、绝缘层2、第一盖板7、第一吸液芯4、第二吸液芯5和第二盖板8构成，中间层框架6套设在第一、第二吸液芯5组成的散热结构的外壁上，框架6呈方形的，均热板3的真空腔体中真空腔内充入一定的流体介质。散热结构的制备方式大致为，将铜粉洗净、干燥，倒入吸液芯模具中，将第二盖板8倒扣在模具上并放入烧结炉在一定温度下进行烧结，保温一定时间后取出模具，得到附着在第二盖板8上的第二吸液芯5；同理，将第一盖板7倒扣在模具上并放入烧结炉在一定温度下进行烧结，保温一定时间后取出模具，得到的第一吸液芯4附着在第一盖板7上。均热板3装配的方式是将低温焊锡膏均匀、平滑的涂抹在中间层框架6上下表面，以及充液管12与中间框架6)的接触部分；将附着有第一吸液芯4的第一盖板7、附着有第二吸液芯5的第二盖板8、充液管12与中间层框架6进行紧密结合，并利用夹紧装置进行暂时夹紧固定，初步得到均热板3，将固定好的均热板放入马弗炉中升温加热，使锡膏熔化，使得第一、第二盖板以及充液管12与中间层框架6结合、封装。中间框架6的外部轮廓形状与第一、第二盖板外部轮廓形状相同，内部轮廓尺寸略大于散热结构的整体轮廓尺寸，散热结构实质为一个烧结式吸液芯，框架6高度与散热结构的高度相同；中间框架6其中一壁面中心有一充液孔，充液管12通过充液孔加入工质流体介质。

在热量传递的过程中，如图6所示，热量从铜箔层1传递到金刚石绝缘层2，由于金刚石绝缘层2具有较强的导热性，使热量迅速从铜箔层1传导到均热板3第一盖板7，均热板3第一盖板7具有较强的导热性，迅速将热量传入均热板3的腔体，在均热板3腔体内部靠近第一盖板7的一端传递的热量通过散热介质大量吸收并产生汽化，当汽化后的散热介质传达到均热板3冷凝端(均热板3第二盖板8)时，放出大量热量，迅速重新凝结为液态，液态的散热介质通过腔内毛细力回到腔体的热源端(均热板3第一盖板7)，均热板3内部形成一个散热循环。本实施例使用铜和金刚石复合材料制备而成的均热板3具有较强的导热性能；使用金刚石绝缘层也具有较强的导热性能；利用均热板3具有较好的导热性能和温度分布的均匀性，采用均热板基板结构，可以使上下面的温度分布都均匀，有利于解决有利于解决芯片结点温度高，温度分布不均匀，热应力集中等问题，提高芯片的可靠性。

实施例2

本实施例与实施例1类似，其不同之处在于：

本实施例中的凸起立柱10设于第二吸液芯5靠近第一吸液芯4的侧面上，该凸起立柱10远离第二吸液芯5的一端与第一吸液芯4接触。本实施例的效果与实施例1一致。

实施例3

本实施例提供一种芯片封装电子设备，如图7所示，包括芯片模壳100、位于芯片模壳100内部的裸芯片101以及实施例1中的单层印制电路板，芯片模壳100的开口一侧贴合连接在铜箔层1背对绝缘层2的一侧面上，裸芯片101的引脚102与铜箔层1连接。

本实施例中，均热板3单层印制电路板与功率模块的信号传递路径为：铜箔层1—芯片引脚102—芯片引线103—裸芯片101。当铜箔层1电路接受来自外部的电源和信号时，铜箔层1通过上表面的覆铜电路传递信号和电源，铜箔层1通过上表面的电路将电源和信号传递给芯片引脚102，芯片引脚102通过芯片引线103将信号和电源传递给工作的裸芯片101，裸芯片101正常工作。当裸芯片101正常工作时，会产生大量的热量，少部分热量通过芯片模壳100传递到环境中去，裸芯片101产生的绝大多数热量通过绝缘层2传递给均热板3，再传递到环境中去。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种单层印制电路板，包括铜箔层(1)和绝缘层(2)，其特征在于，还包括均热板(3)，所述均热板(3)、绝缘层(2)以及所述铜箔层(1)依次层叠设置；所述均热板(3)包括散热结构、第一盖板(7)、第二盖板(8)以及环绕设置在所述散热结构周向外壁的框架(6)，所述第一盖板(7)和第二盖板(8)分别盖合在所述框架(6)的相对两侧面并形成密封腔体(13)，所述散热结构设于所述密封腔体(13)中，所述散热结构包括层叠设置的第一吸液芯(4)和第二吸液芯(5)，所述第一盖板(7)背对所述密封腔体(13)的一侧与所述绝缘层(2)贴合连接；

所述第一吸液芯(4)和所述第二吸液芯(5)中均具有用于散热介质流动的毛细结构，所述第一吸液芯(4)的一侧面与所述第一盖板(7)靠近所述第二盖板(8)的一侧面贴合连接，所述第二吸液芯(5)的一侧面与所述第二盖板(8)靠近所述第一盖板(7)的一侧面贴合连接；

所述第一吸液芯(4)靠近所述第二吸液芯(5)的侧面上还设有若干凸起立柱(10)，所述凸起立柱(10)远离所述第一吸液芯(4)的一端与所述第二吸液芯(5)接触；

所述第一盖板(7)、第二盖板(8)、框架(6)以及充液管(12)均采用铜粉与金刚石粉末烧结而成，所述绝缘层(2)由金刚石粉末制成；

所述铜箔层(1)与所述绝缘层(2)之间以及所述绝缘层(2)与所述第一盖板(7)之间均加设有钨粉制成的过渡层(9)。

2.根据权利要求1所述的单层印制电路板，其特征在于，所述框架(6)的侧壁上开设有与所述密封腔体(13)接通的充液口(11)，所述充液口(11)中连接有充液管(12)。

3.根据权利要求1所述的单层印制电路板，其特征在于，所述第二吸液芯(5)靠近所述第一吸液芯(4)的侧面上还设有若干凸起立柱(10)，所述凸起立柱(10)远离所述第二吸液芯(5)的一端与所述第一吸液芯(4)接触。

4.根据权利要求1所述的单层印制电路板，其特征在于，所述凸起立柱(10)呈圆柱状。

5.一种芯片封装电子设备，其特征在于，包括芯片模壳(100)、位于所述芯片模壳(100)内部的裸芯片(101)以及权利要求1至4任一所述的单层印制电路板，所述芯片模壳(100)的开口一侧贴合连接在所述铜箔层(1)背对所述绝缘层(2)的一侧面上，所述裸芯片(101)的引脚(102)与所述铜箔层(1)连接。

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