CN113286416A - 一种内嵌微流道的印制电路板集成结构及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内嵌微流道的印制电路板集成结构及制备方法，该集成结构包括：金属芯板(1)，金属芯板(1)内嵌有微流道(2)，微流道(2)连接有进出液口(7)，靠近进出液口(7)外周侧的金属芯板(1)连接有供液系统连接结构，金属芯板(1)顶部与底部均设有多层电路。本发明实现了冷却液体管路与内嵌微流道的印制电路板水密连接，可实现局部区域高热流密度散热，同时能够实现高密度电气信号的传输。

Description

一种内嵌微流道的印制电路板集成结构及制备方法

技术领域

本发明属于微电子散热技术领域，尤其涉及一种内嵌微流道的印制电路板集成结构及制备方法。

背景技术

在印制电路板表面通过贴装封装器件的工艺来实现电子系统的高密度集成是业内常用的方法。传统的印制电路板主要由有机材料和铜布线材料组成，由于有机材料的热导率很低(通常＜1W/m·K)，很难满足大功率器件高密度集成的需要。中国实用新型专利CN211019412U提出了一种嵌铜印制电路板，通过在印制电路板的生产过程中，将铜块压合埋入印制电路板的腔槽中，利用铜块的高热导率(～400W/m·K)实现大功率器件的高效散热需求。然而，这种基于嵌铜印制电路板的集成结构，只能解决热流密度在100W/cm²以下的散热需求。

随着电子系统集成密度的进一步提升和功率密度的逐渐增大，传统的嵌铜被动散热技术已经不能满足大功率器件的散热需求。亟需采用散热能力更强的微流道散热技术，即，将内嵌微流道的金属芯埋入印制电路板中，实现更高热流密度的增强散热。

然而，将微流道散热技术与印制电路板高密度集成技术相结合后，该电路板对外的接口由单一的电路接口，变为电路接口和液冷接口。这对内嵌微流道的印制电路板集成方法提出了更大的挑战：如何实现外围冷却液体管路和印制电路板中微流道的互联互通，而不增加额外的特殊工艺，构建内嵌微流道的印制电路板集成结构，从而实现高热流密度散热，目前还鲜有报道。

发明内容

本发明的目的在于，为克服现有技术缺陷，提供了一种内嵌微流道的印制电路板集成结构及制备方法,该结构实现了冷却液体管路与内嵌微流道的印制电路板水密连接，可实现局部区域高热流密度散热，同时能够实现高密度电气信号的传输。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种内嵌微流道的印制电路板集成结构，包括：金属芯板，金属芯板内嵌有微流道，微流道连接有进出液口，靠近进出液口外周侧的金属芯板连接有供液系统连接结构，金属芯板顶部与底部均设有多层电路。

进一步的，进出液口外周侧设有阻焊结构。

进一步的，阻焊结构包围进出液口外周边缘。

进一步的，阻焊结构采用有机布线材料。

进一步的，金属芯板的顶部多层电路外表面设有一层阻焊层。

进一步的，供液系统连接结构包括液冷连接器公头、液冷连接器母头和液冷管，液冷连接器公头与液冷连接器母头连接，液冷连接器母头与液冷管连接。

进一步的，多层电路包括间隔分布的有机布线层和铜布线层。

进一步的，进出液口有两个，底部的多层电路设置于两个进出液口之间。

另一方面，本发明还提供了一种内嵌微流道的印制电路板集成结构制备方法，包括以下步骤：

S1：对内嵌有连接有进出液口的微流道的金属芯板进行表面层压前处理；

S2：将多层电路与内嵌有微流道的金属芯板压合，获得印制电路板；

S3：去除进出液口靠近外周侧的布线材料，形成阻焊结构；

S4：将液冷连接器公头通过印制电路板表面贴装工艺贴装在进出液口处；

S5：将液冷连接器母头内侧与液冷连接器公头通过螺纹固定方式连接；

S6：将液冷连接器母头外侧与液冷管连接。

进一步的，在步骤S2获得的印制电路板表面制备一层阻焊层。

本发明的有益效果在于：

(1)将液冷连接器公头通过表面贴装工艺焊接在内嵌微流道的印制电路板进出液口处，并将液冷连接器母头与液冷连接器公头通过螺纹固定方式连接，实现了冷却液体管路与内嵌微流道的印制电路板水密连接。

(2)液冷连接器公头的焊接工艺与封装器件的焊接工艺相同，不需要增加额外的特殊工序，该集成方法简单、成本低廉，可以实现大规模应用。

(3)通过在进出液口处增设阻焊环结构，防止了液冷连接器公头焊接过程中焊料溢流可能导致的流道堵塞等问题，简化了焊接工艺。

(4)通过使用有机布线材料结合激光选择性烧蚀技术制备进出液口阻焊结构的工艺，取代印制电路板常用的阻焊油墨印刷工艺，防止了油墨印刷过程可能导致的流道堵塞等问题。

附图说明

图1是本发明实施例1提供的内嵌微流道的印制电路板集成结构剖面示意图。

图2是本发明实施例1提供的内嵌微流道的印制电路板进出液口阻焊结构示意图。

图3是本发明实施例2提供的内嵌微流道的印制电路板进出液口阻焊结构加工过程示意图。

图4是本发明实施例1提供的液冷连接器公头的结构示意图。

图5是本发明实施例1提供的液冷连接器母头的结构示意图。

图6是本发明实施例1提供的液冷连接器公头、液冷连接器母头和内嵌微流道的印制电路板集成结构示意图。

图7是本发明实施例2提供的内嵌微流道的印制电路板集成结构的制备过程示意图。

附图标记：1-金属芯板、2-微流道、3-有机布线层、4-铜布线层、5-阻焊层、6-封装器件、7-进出液口、8-液冷连接器公头、9-液冷连接器母头、10-液冷管、11-阻焊结构。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

因此，以下对本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如附图1所示是本实施例提供的一种内嵌微流道的印制电路板集成结构剖面示意图，该结构包含内嵌有微流道2的金属芯板1，微流道2连接有进出液口7，靠近进出液口7外周侧的金属芯板1连接有供液系统连接结构，金属芯板1顶部与底部均设有多层电路。多层电路包括有机布线层3和铜布线层4。铜布线层4和有机布线层3间隔分布，实现多层电路。

金属芯板1的顶部多层电路外表面设有一层阻焊层5，阻焊层5是制备印制电路板时做的，和焊接工艺独立。阻焊层5表面贴装封装器件6。

内嵌有微流道2的印制电路板中流道的尺寸为300um。

如附图2所示，是本实施例提供的内嵌微流道的印制电路板进出液口阻焊结构示意图。内嵌有微流道2的印制电路板的进出液口7为圆形，其典型尺寸为1mm。

进出液口7的阻焊结构11为圆环形，直径大于进出液口7。进出液口7的阻焊结构11为有机布线材料，而不是印制电路板常用的阻焊油墨。避免了油墨印刷过程可能导致的流道堵塞等问题。有了阻焊结构11，可以挡住焊锡的流溢，不容易堵塞，因此不用很精确的控制焊锡量，相应地，焊接时对工艺的要求就更简单。

进出液口7有两个，底部的多层电路设置于两个进出液口7之间。

供液系统连接结构包括液冷连接器公头8、液冷连接器母头9和液冷管10。

如附图4、5所示，是本实施例提供的液冷连接器公头8和液冷连接器母头9的结构示意图。微型液冷连接器公头8底部包括平面焊接面，顶部包括螺纹结构。液冷连接器母头9包括底部螺纹结构，顶部包括液冷管10水密连接结构。

如附图6所示，是本实施例提供的液冷连接器公头8、液冷连接器母头9和内嵌微流道3的印制电路板集成结构示意图。液冷连接器公头8与金属芯板1焊接，液冷连接器母头9通过螺纹固定的方式与液冷连接器公头8连接，液冷管10与液冷连接器母头9连接，液冷管10与外部供液系统互联。

本实施例提供的一种内嵌微流道的印制电路板集成结构，实现了冷却液体管路与内嵌微流道的印制电路板水密连接，通过在进出液口处增设阻焊环结构，防止了液冷连接器公头焊接过程中焊料溢流可能导致的流道堵塞等问题，简化了焊接工艺。

实施例2

如附图7所示，是本实施例提供的内嵌微流道的印制电路板集成结构的制备过程示意图。内嵌微流道的印制电路板集成结构制备方法具体包括以下步骤：

步骤一：提供内嵌有微流道的金属芯板。

步骤二：提供金属芯板顶部布线层和金属芯板底部布线层。

步骤三：将步骤一中所述的内嵌微流道的金属芯板进行表面棕化处理，用于增强附着力。

步骤四：将金属芯板顶部布线层和金属芯板底部布线层分层、逐次与内嵌微流道的金属芯板压合为内嵌微流道的印制电路板，并在印制电路板表面制备阻焊层。

步骤五：使用激光选择性烧蚀技术，去除进出液口附近的布线材料，保留环状进出液口阻焊结构。如附图3所示是本实施例提供的内嵌微流道的印制电路板进出液口阻焊结构加工过程示意图。

步骤六：提供液冷连接器公头。

步骤七：将液冷连接器公头通过印制电路板表面贴装工艺贴装在内嵌微流道的印制电路板进出液口处。

步骤八：将液冷连接器母头内侧与液冷连接器公头通过螺纹固定方式连接。

步骤九：将液冷连接器母头外侧与液冷管连接。

本实施例提供的一种内嵌微流道的印制电路板集成结构制备方法，将液冷连接器公头通过表面贴装工艺焊接在内嵌微流道的印制电路板进出液口处，并将液冷连接器母头与液冷连接器公头通过螺纹固定方式连接，实现了冷却液体管路与内嵌微流道的印制电路板水密连接。液冷连接器公头的焊接工艺与封装器件的焊接工艺相同，不需要增加额外的特殊工序，该集成方法简单、成本低廉，可以实现大规模应用。通过使用有机布线材料结合激光选择性烧蚀技术制备进出液口阻焊结构的工艺，取代印制电路板常用的阻焊油墨印刷工艺，防止了油墨印刷过程可能导致的流道堵塞等问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种内嵌微流道的印制电路板集成结构，其特征在于，包括：金属芯板(1)，金属芯板(1)内嵌有微流道(2)，微流道(2)连接有进出液口(7)，靠近进出液口(7)外周侧的金属芯板(1)连接有供液系统连接结构，金属芯板(1)顶部与底部均设有多层电路。

2.如权利要求1所述的一种内嵌微流道的印制电路板集成结构，其特征在于，所述进出液口(7)外周侧设有阻焊结构(11)。

3.如权利要求2所述的一种内嵌微流道的印制电路板集成结构，其特征在于，所述阻焊结构(11)包围进出液口(7)外周边缘。

4.如权利要求2所述的一种内嵌微流道的印制电路板集成结构，其特征在于，所述阻焊结构(11)采用有机布线材料。

5.如权利要求1所述的一种内嵌微流道的印制电路板集成结构，其特征在于，所述金属芯板(1)的顶部多层电路外表面设有一层阻焊层(5)。

6.如权利要求1所述的一种内嵌微流道的印制电路板集成结构，其特征在于，所述供液系统连接结构包括液冷连接器公头(8)、液冷连接器母头(9)和液冷管(10)，液冷连接器公头(8)与液冷连接器母头(9)连接，液冷连接器母头(9)与液冷管(10)连接。

7.如权利要求1所述的一种内嵌微流道的印制电路板集成结构，其特征在于，所述多层电路包括间隔分布的有机布线层(3)和铜布线层(4)。

8.如权利要求1所述的一种内嵌微流道的印制电路板集成结构，其特征在于，所述进出液口(7)有两个，底部的多层电路设置于两个进出液口(7)之间。

9.一种内嵌微流道的印制电路板集成结构制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：对内嵌有连接有进出液口(7)的微流道(3)的金属芯板(1)进行表面层压前处理；

S2：将多层电路与内嵌有微流道(3)的金属芯板(1)压合，获得印制电路板；

S3：去除进出液口(7)靠近外周侧的布线材料，形成阻焊结构(11)；

S4：将液冷连接器公头(8)通过印制电路板表面贴装工艺贴装在进出液口(7)处；

S5：将液冷连接器母头(9)内侧与液冷连接器公头(8)通过螺纹固定方式连接；

S6：将液冷连接器母头(9)外侧与液冷管(10)连接。

10.如权利要求9所述的一种内嵌微流道的印制电路板集成结构制备方法，其特征在于，在步骤S2获得的印制电路板表面制备一层阻焊层(5)。

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