CN113411952A - 一种兼容多种盲槽的内嵌微流道印制电路板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种兼容多种盲槽的内嵌微流道印制电路板及其制备方法，所述兼容多种盲槽的内嵌微流道印制电路板包括内嵌微流道的金属芯板，位于金属芯板两面的多层金属线路层和绝缘介质层，以及多种开口朝向表层金属线路层的散热盲槽；所述包括第一散热盲槽、第二散热盲槽和第三散热盲槽，所述第一散热盲槽能够满足厚芯片的集成要求；所述第二散热盲槽能够满足大功率、薄芯片的集成要求；所述第三散热盲槽能够满足中功率、薄芯片的集成要求。本发明在印制电路板中嵌入内嵌微流道的金属芯板并设置多种散热盲槽，能够实现不同芯片高效均匀散热的同时满足微波性能要求。

Description

一种兼容多种盲槽的内嵌微流道印制电路板及其制备方法

技术领域

本发明涉及微电子散热技术领域，具体而言，涉及一种兼容多种盲槽的内嵌微流道印制电路板及其制备方法。

背景技术

随着电子设备向多功能化、小型化方向高速发展，系统集成密度不断提升、功率密度逐渐增大，电子器件产生的热量也随之急剧增加，这对印制电路板的散热性能提出了更高的要求，以确保系统在适宜的温度范围内正常工作。传统的印制电路板主要由有机材料和铜布线层材料组成，由于有机材料的热导率很低(通常＜1W/m·K)，很难满足高散热需求。

将微流道散热技术与印制电路板集成技术相结合，构建集成内嵌微流道金属芯板的印制电路板，是解决上述问题的有效途径：一方面，利用微米尺度流体的增强散热效应，实现局部区域高热流密度散热；另一方面，通过将微流道集成在印制电路板内，取代外置金属微流道冷板的集成方法，显著提升集成密度。因此，内嵌微流道印制电路板在电子器件系统集成领域有着广泛的应用前景。

在典型的微波电路中，每个印制电路板上需要集成多种不同的芯片，从而实现相应的功能。因此，在进行微波电路布局时，需要考虑不同热流密度芯片的散热需求，从而实现高效、均匀散热。例如，功率放大芯片、开关芯片等大功率芯片的热流密度较高，需要印制电路板提供高效散热能力，因此，需要将此类芯片与内嵌微流道金属芯板直接集成；而驱动放大芯片、低噪声放大芯片等中功率芯片的热流密度相对较低，不一定需要与内嵌微流道金属芯板直接集成，可以集成在有机布线层上的铜布线层表面，为了防止有机材料热导率很低导致的散热不良问题，可以在此类芯片与内嵌微流道金属芯板之间添加高导热的散热盲孔。对于其余的小功率芯片，由于其热耗很小，不用专门考虑其散热。

与此同时，对于高频微波电路而言，为满足高频微波信号传输的要求，芯片与电路基板级联区域最好处于同一水平面，以降低传输损耗和驻波。因此，不同厚度芯片所需的安装盲槽深度不同。

综合考虑散热和电气性能需求，有必要在内嵌微流道印制电路板表面设置不同结构特征、不同深度的盲槽，同时满足不同芯片高效、均匀散热和微波信号高质量传输的需求。然而如何制备兼容多种盲槽的内嵌微流道印制电路板，在实现不同芯片高效均匀散热的同时，满足微波性能要求，目前还鲜有相关技术。

发明内容

本发明旨在提供一种兼容多种盲槽的内嵌微流道印制电路板及其制备方法，以解决如何实现不同芯片高效均匀散热的同时满足微波性能要求的技术问题。

本发明提供的一种兼容多种盲槽的内嵌微流道印制电路板，包括内嵌微流道的金属芯板，位于金属芯板两面的多层金属线路层和绝缘介质层，以及多种开口朝向表层金属线路层的散热盲槽；所述包括第一散热盲槽、第二散热盲槽和第三散热盲槽；

所述第一散热盲槽底部为金属芯板，并贯穿金属芯板和表层金属线路层之间的所有金属线路层和绝缘介质层；

所述第二散热盲槽包括第一台阶区域和第二台阶区域；第一台阶区域底部为金属芯板，并贯穿金属芯板和表层金属线路层之间的所有金属线路层和绝缘介质层；第二台阶区域底部为金属芯板和表层金属线路层之间的某一金属线路层，并贯穿该金属线路层和表层金属线路层之间的所有金属线路层和绝缘介质层；所述第二台阶区域底部设置有级联焊盘；

所述第三散热盲槽底部为金属芯板和表层金属线路层之间的某一金属线路层，并贯穿该金属线路层和表层金属线路层之间的所有金属线路层和绝缘介质层；所述第三散热盲槽底部设置有若干散热盲孔。

进一步的，所述内嵌微流道的金属芯板的材料为铜、铝或钼铜合金。

进一步的，所述内嵌微流道的金属芯板中微流道尺寸在100μm～3mm之间。

作为优选，所述内嵌微流道的金属芯板中微流道尺寸为500μm。

进一步的，所述绝缘介质层由半固化片和覆铜板的介质层共同构成。

进一步的，所述散热盲孔用于连接第三散热盲槽底部与金属芯板，散热盲孔的深径比小于等于1。

进一步的，所述散热盲孔内为实心电镀的金属铜。

进一步的，每种所述散热盲槽的底部与金属芯板内微流道顶端或底端之间的最小间距大于等于0.3mm。

作为优选，每种所述散热盲槽的底部与金属芯板内微流道顶端或底端之间的最小间距为0.4mm。

本发明还提供一种兼容多种盲槽的内嵌微流道印制电路板的制备方法，包括如下步骤：

步骤(1)：提供内嵌微流道的金属芯板；

步骤(2)：采用机械加工工艺，在与金属芯板相邻的半固化片上加工第一开窗区域和第二开窗区域，所述第一开窗区域的位置、形状、尺寸对应于第一散热盲槽底部，所述第二开窗区域的位置、形状、尺寸对应于第二散热盲槽的第一台阶区域底部；采用机械加工工艺，在与第二散热盲槽的第二台阶区域底部相邻的半固化片上加工第三开窗区域，所述第三开窗区域的位置、形状、尺寸对应于第二散热盲槽的第二台阶区域底部；

步骤(3)：采用印制电路板常规工艺，对第三散热盲槽没有贯穿的覆铜板进行机械加工及内层图形加工；

步骤(4)：对步骤(1)中的金属芯板和经步骤(3)处理后的覆铜板进行表面处理；

步骤(5)：将经步骤(4)处理后的覆铜板和金属芯板以及步骤(2)处理后的半固化片，按预设顺序叠层、压合为内嵌微流道的印制电路板一；其中，按预设顺序叠层时，需在步骤(2)中得到的第一开窗区域、第二开窗区域和第三开窗区域填充对应形状的垫片；

步骤(6)：采用机械加工工艺，在内嵌微流道的印制电路板一表面对应第三散热盲槽底部的区域进行钻孔，形成连接至金属芯板表面的盲孔，并对盲孔采用印制电路板常规金属化、填孔电镀工艺，形成散热盲孔；

步骤(7)：采用机械加工工艺，在与第三散热盲槽底部相邻的半固化片上加工第四开窗区域，所述第四开窗区域的位置、形状、尺寸对应于第三散热盲槽底部；

步骤(8)：采用印制电路板常规工艺，对步骤(6)处理后的内嵌微流道的印制电路板一和第三散热盲槽贯穿的覆铜板进行机械加工及内层图形加工和表面处理；

步骤(9)：将经步骤(8)处理后的内嵌微流道的印制电路板一和覆铜板以及步骤(7)处理后的半固化片按预设顺序叠层、压合为内嵌微流道的印制电路板二；其中，按预设顺序叠层时，需在步骤(7)中得到的第四开窗区域填充对应形状的垫片；

步骤(10)：采用印制电路板常规工艺，在步骤(9)得到的内嵌微流道的印制电路板二表面形成图形，即得到表层金属线路层；

步骤(11)：采用控深机械加工工艺，在垫片对应的位置进行加工，深度控制在露出垫片但不铣穿垫片，将印制电路板二多余部分与垫片一同取出，形成第一散热盲槽、第二散热盲槽和第三散热盲槽；

步骤(12)：采用其余印制电路板常规工艺完成兼容多种盲槽的内嵌微流道印制电路板的加工。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明在印制电路板中嵌入内嵌微流道的金属芯板并设置多种散热盲槽，能够实现不同芯片高效均匀散热的同时满足微波性能要求。进一步在考虑芯片散热需求的基础上，根据芯片厚度设置相应深度的散热盲槽，使得芯片与电路板级联区域尽量处于同一水平面，可以降低高频微波信号的传输损耗和驻波。通过综合考虑芯片功率和芯片厚度，设置相应结构特征、深度的散热盲槽，能够同时满足不同芯片高效、均匀散热和微波信号高质量传输的需求。

2、本发明通过合理设计散热盲槽底部与金属芯板内的微流道顶端/底端之间的距离，保留一定的微流道顶端/底端厚度，确保微流道的结构强度：如避免冷却工质压力导致的流道结构破坏；避免层压过程中流道变形甚至坍塌。

3、本发明通过采用填充垫片、控深机械加工的工艺制作散热盲槽，能够避免铣刀与散热盲槽底部直接接触，精确控制微流道的顶端/底端厚度，从而确保微流道的结构强度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例的兼容多种盲槽的内嵌微流道印制电路板剖面示意图。

图2为本发明实施例的内嵌微流道的金属芯板剖面示意图。

图3为本发明实施例的第一散热盲槽剖面示意图。

图4为本发明实施例的第二散热盲槽剖面示意图。

图5为本发明实施例的第三散热盲槽剖面示意图。

图6为本发明实施例的兼容多种盲槽的内嵌微流道印制电路板制备方法的流程图。

图7a～图7i为本发明实施例兼容多种盲槽的内嵌微流道印制电路板制备方法过程截面分步示意图。

图7a为在半固化片上加工第一开窗区域、第二开窗区域和第三开窗区域后的剖面示意图。

图7b为将覆铜板、金属芯板、半固化片按预设顺序叠层并填充垫片后的剖面示意图。

图7c为压合完成后形成的内嵌微流道的印制电路板一的剖面示意图。

图7d为在内嵌微流道的印制电路板一加工散热盲孔后的剖面示意图。

图7e为在半固化片上加工第四开窗区域后的剖面示意图。

图7f为将半固化片与图形加工后的印制电路板一以及覆铜板按预设顺序叠层并填充垫片的剖面示意图。

图7g为压合完成后形后的内嵌微流道的印制电路板二的剖面示意图。

图7h为采用控深机械加工工艺取垫片时铣刀位置示意图。

图7i为形成散热盲槽并采用其余印制电路板常规工艺加工完成后的兼容多种盲槽的内嵌微流道印制电路板的剖面示意图。

图8a为采用铣刀直接加工散热盲槽工艺示意图。

图8b为本发明所采用的盲槽加工工艺示意图。

图标：1-内嵌微流道的金属芯板、2-微流道、3-兼容多种盲槽的内嵌微流道印制电路板、4-金属线路层、5-绝缘介质层、6-第一散热盲槽、7-第二散热盲槽、701-第一台阶区域、702-第二台阶区域、703-级联焊盘、8-第三散热盲槽、9-散热盲孔、10-半固化片、11-第一开窗区域、12-第二开窗区域、13-第三开窗区域、14-覆铜板、15-垫片、16-内嵌微流道的印制电路板一、17-第四开窗区域、18-内嵌微流道的印制电路板二。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的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做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

如图1所示，本实施例提出一种兼容多种盲槽的内嵌微流道印制电路板3，包括内嵌微流道2的金属芯板1，位于金属芯板两面的多层金属线路层4和绝缘介质层5，以及多种开口朝向表层金属线路层的散热盲槽；所述包括第一散热盲槽6、第二散热盲槽7和第三散热盲槽8。本发明设置多种散热盲槽能够同时满足不同功率、厚度芯片的散热需求。进一步的，，所述绝缘介质层5由半固化片10和覆铜板14的介质层共同构成。

如图2所示，所述内嵌微流道2的金属芯板1的材料为铜、铝或钼铜合金等材料，一般优选为铜。所述内嵌微流道2的金属芯板1中微流道2尺寸为500μm。

如图3所示，所述第一散热盲槽6底部为金属芯板，并贯穿金属芯板和表层金属线路层之间的所有金属线路层4和绝缘介质层5；所述第一散热盲槽6能够满足厚芯片的集成要求；

如图4所示，所述第二散热盲槽7包括第一台阶区域701和第二台阶区域702；第一台阶区域701底部为金属芯板，并贯穿金属芯板和表层金属线路层之间的所有金属线路层4和绝缘介质层5；第二台阶区域702底部为金属芯板和表层金属线路层之间的某一金属线路层，并贯穿该金属线路层和表层金属线路层之间的所有金属线路层4和绝缘介质层5；所述第二台阶区域702底部设置有级联焊盘703；所述第二散热盲槽7能够满足大功率、薄芯片的集成要求；

如图5所示，所述第三散热盲槽8底部为金属芯板和表层金属线路层之间的某一金属线路层，并贯穿该金属线路层和表层金属线路层之间的所有金属线路层4和绝缘介质层5；所述第三散热盲槽8底部设置有若干散热盲孔9；进一步，所述散热盲孔9用于连接第三散热盲槽8底部与金属芯板，散热盲孔9的深径比小于等于1，作为优选，所述散热盲孔9内为实心电镀的金属铜。所述第三散热盲槽8能够满足中功率、薄芯片的集成要求。

本实施例中，每种所述散热盲槽的底部与金属芯板内微流道2顶端或底端之间的最小间距为0.4mm。

如图6所示，本实施例还提供了一种兼容多种盲槽的内嵌微流道印制电路板的制备方法，包括如下步骤：

步骤(1)：提供内嵌微流道2的金属芯板1；

所述内嵌微流道2通过精密机械加工、化学腐蚀、电火花加工或金属微电铸方法制备；

所述金属芯板通过真空扩散焊接、真空钎焊或焊料焊接方法制备。

步骤(2)：如图7a所示，采用机械加工工艺，在与金属芯板相邻的半固化片10上加工第一开窗区域11和第二开窗区域12，所述第一开窗区域11的位置、形状、尺寸对应于第一散热盲槽6底部，所述第二开窗区域12的位置、形状、尺寸对应于第二散热盲槽7的第一台阶区域701底部；采用机械加工工艺，在与第二散热盲槽7的第二台阶区域702底部相邻的半固化片10上加工第三开窗区域13，所述第三开窗区域13的位置、形状、尺寸对应于第二散热盲槽7的第二台阶区域702底部；

步骤(3)：采用印制电路板常规工艺，对第三散热盲槽8没有贯穿的覆铜板14进行机械加工及内层图形加工；

步骤(4)：对步骤(1)中的金属芯板和经步骤(3)处理后的覆铜板14进行表面处理；所述表面处理工艺为黑化或棕化；

步骤(5)：如图7b所示，将经步骤(4)处理后的覆铜板14和金属芯板以及步骤(2)处理后的半固化片10，按预设顺序叠层、压合为如图7c所示的内嵌微流道2的印制电路板一16；其中，按预设顺序叠层时，需在步骤(2)中得到的第一开窗区域11、第二开窗区域12和第三开窗区域13填充对应形状的垫片15；所述垫片15的材质为聚四氟乙烯，厚度比所述半固化片10的厚度厚50μm；

步骤(6)：如图7d所示，采用机械加工工艺，在内嵌微流道2的印制电路板一16表面对应第三散热盲槽8底部的区域进行钻孔，形成连接至金属芯板表面的盲孔，并对盲孔采用印制电路板常规金属化、填孔电镀工艺，形成散热盲孔9；

步骤(7)：如图7e所示，采用机械加工工艺，在与第三散热盲槽8底部相邻的半固化片10上加工第四开窗区域17，所述第四开窗区域17的位置、形状、尺寸对应于第三散热盲槽8底部；

步骤(8)：采用印制电路板常规工艺，对步骤(6)处理后的内嵌微流道2的印制电路板一16和第三散热盲槽8贯穿的覆铜板14进行机械加工及内层图形加工和表面处理；所述表面处理工艺为黑化或棕化；

步骤(9)：如图7f所示，将经步骤(8)处理后的内嵌微流道2的印制电路板一和覆铜板14以及步骤(7)处理后的半固化片10按预设顺序叠层、压合为如图7g所示的内嵌微流道2的印制电路板二18；其中，按预设顺序叠层时，需在步骤(7)中得到的第四开窗区域17填充对应形状的垫片15；所述垫片15的材质为聚四氟乙烯，厚度比所述半固化片10的厚度厚50μm；

步骤(10)：采用印制电路板常规工艺，在步骤(9)得到的内嵌微流道2的印制电路板二18表面形成图形，即得到表层金属线路层4；

步骤(11)：如图7h所示，采用控深机械加工工艺，在垫片15对应的位置进行加工，深度控制在露出垫片15但不铣穿垫片15，将印制电路板二18多余部分与垫片15一同取出，形成第一散热盲槽6、第二散热盲槽7和第三散热盲槽8；

如图8a所示的采用铣刀直接加工散热盲槽工艺示意图，采用铣刀直接加工散热盲槽时，铣刀与散热盲槽底部直接接触，会导致微流道2顶端厚度降低。如图8b所示，本发明通过采用填充垫片15、控深机械加工的工艺制作散热盲槽，能够避免铣刀与散热盲槽底部直接接触，精确控制微流道2的顶端/底端厚度，从而确保微流道2的结构强度。

步骤(12)：如图7i所示，采用其余印制电路板常规工艺完成兼容多种盲槽的内嵌微流道印制电路板3的加工。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种兼容多种盲槽的内嵌微流道印制电路板，其特征在于，包括内嵌微流道的金属芯板，位于金属芯板两面的多层金属线路层和绝缘介质层，以及多种开口朝向表层金属线路层的散热盲槽；所述包括第一散热盲槽、第二散热盲槽和第三散热盲槽；

所述第一散热盲槽底部为金属芯板，并贯穿金属芯板和表层金属线路层之间的所有金属线路层和绝缘介质层；

所述第二散热盲槽包括第一台阶区域和第二台阶区域；第一台阶区域底部为金属芯板，并贯穿金属芯板和表层金属线路层之间的所有金属线路层和绝缘介质层；第二台阶区域底部为金属芯板和表层金属线路层之间的某一金属线路层，并贯穿该金属线路层和表层金属线路层之间的所有金属线路层和绝缘介质层；所述第二台阶区域底部设置有级联焊盘；

所述第三散热盲槽底部为金属芯板和表层金属线路层之间的某一金属线路层，并贯穿该金属线路层和表层金属线路层之间的所有金属线路层和绝缘介质层；所述第三散热盲槽底部设置有若干散热盲孔。

2.根据权利要求1所述的兼容多种盲槽的内嵌微流道印制电路板，其特征在于，所述内嵌微流道的金属芯板的材料为铜、铝或钼铜合金。

3.根据权利要求1所述的兼容多种盲槽的内嵌微流道印制电路板，其特征在于，所述内嵌微流道的金属芯板中微流道尺寸在100μm～3mm之间。

4.根据权利要求1所述的兼容多种盲槽的内嵌微流道印制电路板，其特征在于，所述绝缘介质层由半固化片和覆铜板的介质层共同构成。

5.根据权利要求1所述的兼容多种盲槽的内嵌微流道印制电路板及其制备方法，其特征在于，所述散热盲孔用于连接第三散热盲槽底部与金属芯板，散热盲孔的深径比小于等于1。

6.根据权利要求1所述的兼容多种盲槽的内嵌微流道印制电路板，其特征在于，所述散热盲孔内为实心电镀的金属铜。

7.根据权利要求1所述的兼容多种盲槽的内嵌微流道印制电路板，其特征在于，每种所述散热盲槽的底部与金属芯板内微流道顶端或底端之间的最小间距大于等于0.3mm。

8.一种兼容多种盲槽的内嵌微流道印制电路板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤(1)：提供内嵌微流道的金属芯板；

步骤(2)：采用机械加工工艺，在与金属芯板相邻的半固化片上加工第一开窗区域和第二开窗区域，所述第一开窗区域的位置、形状、尺寸对应于第一散热盲槽底部，所述第二开窗区域的位置、形状、尺寸对应于第二散热盲槽的第一台阶区域底部；采用机械加工工艺，在与第二散热盲槽的第二台阶区域底部相邻的半固化片上加工第三开窗区域，所述第三开窗区域的位置、形状、尺寸对应于第二散热盲槽的第二台阶区域底部；

步骤(3)：采用印制电路板常规工艺，对第三散热盲槽没有贯穿的覆铜板进行机械加工及内层图形加工；

步骤(4)：对步骤(1)中的金属芯板和经步骤(3)处理后的覆铜板进行表面处理；

步骤(5)：将经步骤(4)处理后的覆铜板和金属芯板以及步骤(2)处理后的半固化片，按预设顺序叠层、压合为内嵌微流道的印制电路板一；其中，按预设顺序叠层时，需在步骤(2)中得到的第一开窗区域、第二开窗区域和第三开窗区域填充对应形状的垫片；

步骤(6)：采用机械加工工艺，在内嵌微流道的印制电路板一表面对应第三散热盲槽底部的区域进行钻孔，形成连接至金属芯板表面的盲孔，并对盲孔采用印制电路板常规金属化、填孔电镀工艺，形成散热盲孔；

步骤(7)：采用机械加工工艺，在与第三散热盲槽底部相邻的半固化片上加工第四开窗区域，所述第四开窗区域的位置、形状、尺寸对应于第三散热盲槽底部；

步骤(8)：采用印制电路板常规工艺，对步骤(6)处理后的内嵌微流道的印制电路板一和第三散热盲槽贯穿的覆铜板进行机械加工及内层图形加工和表面处理；

步骤(9)：将经步骤(8)处理后的内嵌微流道的印制电路板一和覆铜板以及步骤(7)处理后的半固化片按预设顺序叠层、压合为内嵌微流道的印制电路板二；其中，按预设顺序叠层时，需在步骤(7)中得到的第四开窗区域填充对应形状的垫片；

步骤(10)：采用印制电路板常规工艺，在步骤(9)得到的内嵌微流道的印制电路板二表面形成图形，即得到表层金属线路层；

步骤(11)：采用控深机械加工工艺，在垫片对应的位置进行加工，深度控制在露出垫片但不铣穿垫片，将印制电路板二多余部分与垫片一同取出，形成第一散热盲槽、第二散热盲槽和第三散热盲槽；

步骤(12)：采用其余印制电路板常规工艺完成兼容多种盲槽的内嵌微流道印制电路板的加工。

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