CN211656501U - 一种电路板及电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电路板及电子设备，以在高密度布局下提高电路板的通流能力。电路板包括基板以及设置于基板上的多个元器件，还包括半导体器件以及金属块，其中：基板上避开多个元器件的区域设置有开口；金属块埋嵌于开口内，且金属块上开设有用于与电流输出模块的引脚配合插接的开孔；半导体器件设置于基板上，半导体器件具有与金属块重叠的第一部分，第一部分上设置有第一电极，第一电极通过金属块与电流输出模块的引脚电连接。

Description

一种电路板及电子设备

技术领域

本实用新型涉及电子设备技术领域，尤其涉及到一种电路板及电子设备。

背景技术

随着AI(artificial intelligence，人工智能)智能云、大数据的快速发展，服务器、存储设备等电子设备的功耗需求不断提升，由此也带来越来越高的供电要求，例如电源功率、功率密度以及PCB(printed circuit board，印刷电路板)的通流能力等以每年30％～50％的涨幅在提高。其中，PCB的通流能力往往通过增加铜箔厚度或者增加电路板层数来提高，这样就会导致PCB的尺寸增大，这与电子设备的小型化以及高功率密度的发展趋势相违背。因此，如何在高密度布局下实现大电流通流需求，成为当前供电能力能否进一步提升的关键问题。

实用新型内容

本实用新型提供了一种电路板及电子设备，用以在高密度布局下提高电路板的通流能力。

第一方面，本实用新型提供了一种电路板，该电路板可包括基板以及设置于基板上的多个元器件，基板上避开该多个元器件的区域设置有开口；电路板还可包括金属块以及半导体器件，具体设置时，金属块可埋嵌于开口内，且金属块上开设有开孔，该开孔可用于与电流输出模块的引脚插接配合，以使金属块与电流输出模块的引脚电连接；半导体器件设置于基板上，半导体器件可具有与金属块重叠的第一部分，且第一部分上可设置有第一电极，该第一电极可与金属块电连接，进而可通过金属块与电流输出模块的引脚电连接。

本申请提供的电路板，通过合理设置基板上开口的位置以及形状，利用埋嵌于开口内的金属块将半导体器件与电流输出模块电连接，可以在不改变电路板尺寸的前提下实现大电流通流需求，从而有利于电路板高密度布局的实现；此外，由于金属块的导热性能较好，半导体器件工作时产生的热量可通过与金属块重叠的第一部分传递至金属块，并进一步通过金属块散至外界，也就是说，金属块还可实现对半导体器件的有效散热，保障半导体器件的可靠工作。

其中，半导体器件的数量可以为多个，该多个半导体器件可设置于基板的同一面；当然，为了进一步提高电路板的布局密度，多个半导体器件还可分别设置于基板上位置相对的两面。

为了保证金属块的结构强度，开孔的内壁与金属块的边缘之间的距离可设计为不小于2mm。

在将电流输出模块的引脚插接于金属块的开孔内时，为了提高电连接可靠性，可将电流输出模块的引脚焊接固定于开孔内。

或者，在其它一些实施方案中，电流输出模块的引脚与开孔之间也可通过导电胶粘接固定。

为提高金属块与基板的连接强度，具体设置时，可以将金属块粘接于开口内。

具体地，当金属块垂直于第一方向的截面形状为多边形时，金属块上沿第一方向延伸的棱边可以为圆角结构，这样可以减小点胶过程中出现气泡的风险，进而可以提高金属块与基板的粘接强度；其中，第一方向具体可以为基板的厚度方向。

在一个具体的实施方案中，金属块可以为铜材质，利用铜材质良好的导电性和导热性，不仅可以在电流输出模块的引脚与半导体器件之间稳定的输送电流，还可以有效地对半导体器件进行散热。

在一个具体的实施方案中，半导体器件可以为金属-氧化物半导体场效应晶体管、绝缘栅双极型晶体管或者二极管等开关器件。

在一个具体的实施方案中，电流输出模块可以为变压器、电感等大通流器件。

第二方面，本实用新型还提供了一种电子设备，该电子设备包括上述第一方面中任意可能的实施方案中的电路板，电路板可应用在电子设备中，用于实现各种电子元器件之间的布线和电性连接或电绝缘，满足电子设备所要求的电气特性。由于电路板可在高密度布局下实现大通流需求，因此电子设备的体积也得以减小。

附图说明

图1为现有技术中一种电路板的结构示意图；

图2为本实用新型一实施例提供的电路板的结构示意图；

图3为本实用新型另一实施例提供的电路板的结构示意图；

图4为本实用新型一实施例提供的金属块的结构示意图；

图5为本实用新型另一实施例提供的金属块的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。

为了方便理解本实用新型实施例提供的电路板，下面首先说明一下其应用场景。该电路板可应用于电子设备中，用于实现各种电子元器件之间的布线和电性连接或电绝缘，满足电子设备所要求的电气特性。其中，电子设备可以为现有技术中的服务器、存储设备、电源设备、路由器或者交换机等设备。随着电子设备的功耗需求的不断提升，供电要求也越来越高，这样就要求电路板具备更大的通流能力。

参考图1所示，图1为现有技术中一种电路板的结构示意图。该电路板包括多层单板01以及半导体器件02和散热器03，其中，多层单板层01叠设置形成为一体结构04，半导体器件02和散热器03分别设置于该一体结构04的两侧，且半导体器件02和散热器03位置相对；一体结构04上开设有第一金属化过孔05和第二金属化过孔06，第一金属化过孔05用于与电流输出模块的引脚07插接配合，使电流输出模块的引脚07与各层单板01的铜箔08电性连接；第二金属化过孔06位于半导体器件02与散热器03之间，一方面可用于将半导体器件02与各层单板01的铜箔08电性连接，另一方面还可将半导体器件02产生的热量传递至散热器03散热。该方案中，电流输出模块的引脚07依次通过第一金属化过孔05、单板铜箔08和第二金属化过孔06与半导体器件02连接，使半导体器件02通流运行。

上述电路板中，通过设置多层单板01虽然可以增大电路板的通流能力，但是也会导致电路板的尺寸增大，不利于电子设备小型化以及高功率密度的发展；此外，多层单板01的设置也会增加电路板的制作难度以及制作成本。

基于此，本实用新型实施例提供了一种电路板以及应用该电路板的电子设备，该电路板可以在不增大尺寸的前提下实现大电流通流需求，有利于电路板高密度布局的实现。

为了便于理解本申请提供的电路板，下面结合附图对本申请实施例提供的电路板进行具体说明。

以下实施例中所使用的术语只是为了描述特定实施例的目的，而并非旨在作为对本申请的限制。如在本申请的说明书和所附权利要求书中所使用的那样，单数表达形式“一个”、“一种”、“上述”、“该”和“这一”旨在也包括例如“一个或多个”这种表达形式，除非其上下文中明确地有相反指示。还应当理解，在本申请以下各实施例中，“至少一个”、“一个或多个”是指一个、两个或两个以上。术语“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系；例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况，其中A、B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

参考图2所示，图2为本实用新型一实施例提供的电路板的结构示意图。该电路板包括基板10以及半导体器件20和金属块30，其中，基板10上设置有开口(图中未示出)；金属块30可埋嵌于开口内，具体设置时，金属块30上还开设有开孔31，该开孔31可用于与电流输出模块的引脚40配合插接，使金属块30与电流输出模块的引脚40电连接；在设置半导体器件20时，半导体器件20可具有与埋嵌于基板10上的金属块30重叠设置的第一部分21，该第一部分21上设置有可与金属块30电连接的第一电极22，这样，第一电极22就可通过金属块30与电流输出模块的引脚40之间实现电连接。

需要说明的是，在本实用新型实施例中，除半导体器件20外，电路板还可包括多个其它的元器件，这些元器件包括但不限于电容、电感、电阻或者二极管、三极管、晶体管等，该多个元器件在基板10上的排布可以根据彼此间的电性连接关系或绝缘关系以及基板10上的布线等确定。在基板10上设置开口时，开口具体可开设于基板10上避开上述多个元器件的区域，以实现在不影响电路板的整体布局的前提下完成金属块30的安装。

其中，金属块30的材质不限，例如可以采用导电性良好的铜材质。可以理解的，金属块30的通流能力可由其横截面积以及材质共同决定，而在金属块30的材质已选定的情况下，根据所要求的通流能力就可计算出所需金属块30的横截面积。可以理解的，金属块30的横截面积与其形状有关，而金属块30的形状又需与开口的形状保持一致，如前所述，在基板10上开设开口时，需要考虑电路板的整体布局，也就是说，金属块30的形状还与电路板的整体布局相关，因此，在确定金属块30的形状时，需要综合考虑电路板的布局以及所要求的通流能力两方面的因素。

需要说明的是，金属块30的横截面积是指垂直于其通流路径方向的截面面积，在本实用新型实施例中，金属块30的通流路径方向即为开孔31位置指向金属块30与第一电极22电连接位置的方向，亦即图2中所示的A方向。

可见，本实用新型实施例通过合理设置开口位置以及开口形状，利用埋嵌于开口内的金属块30将第一电极22与电流输出模块的引脚40电连接，就可在不改变电路板尺寸的前提下实现大电流通流需求，从而有利于电路板高密度布局的实现；此外，由于金属块30的导热性能较好，半导体器件20工作时产生的热量可通过与金属块30重叠的第一部分21传递至金属块30，并进一步通过金属块30散至外界，也就是说，金属块30还可实现对半导体器件20的有效散热，保障半导体器件20的可靠工作。

本实用新型实施例中的半导体器件20具体可以为MOS管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)、IGBT(insulated gate bipolar transistor，绝缘栅双极型晶体管)或者二极管等开关器件，电流输出模块具体可以为变压器或者电感等大通流器件。以半导体器件20为MOS管、电流输出模块为变压器为例，半导体器件20的第一电极22具体可以为MOS管的漏极，变压器的引脚40通过金属块30与MOS管的漏极电连接，实现MOS管的通流运行。

在本实用新型实施例中，半导体器件20还可以包括第二部分23，该第二部分23与金属块30错位设置，第二部分23上可设置有与基板10电连接的其它电极，可以理解的，当半导体器件为MOS管时，第二部分23上所设置的电极可分别为栅极24和源极(位于栅极24内侧，图中未示出)。

为了将半导体器件20的第一电极22与金属块30可靠电连接，电路板还可包括第一焊盘50，第一电极22可通过第一焊盘50焊接并固定于金属块30上，从而实现与金属块30的电连接。类似地，电路板还可包括第二焊盘60和第三焊盘(位于第二焊盘60内侧，图中未示出)，以使栅极可通过第二焊盘60与基板10电连接，以及使漏极可通过第三焊盘与基板10电连接。

在本实用新型实施例中，半导体器件20的数量可以为多个，具体设置时，该多个半导体器件20可并联连接，即该多个半导体器件20的第一电极22可分别通过金属块30与电流输出模块的引脚40连接，这样金属块30可一并对多个半导体器件20进行散热，使多个半导体器件20实现均温，提高电路板的可靠性。

此外，当半导体器件20的数量为多个时，多个半导体器件20可设置于基板10的同一面上。或者，参考图3所示，图3为本实用新型另一实施例提供的电路板的结构示意图，在该实施例中，为了进一步提高电路板的布局密度，多个半导体器件20还可分别设置于基板10上位置相对的两面。

在将电流输出模块的引脚40插接于金属块30的开孔31内时，为了保证电流输出模块的引脚40与金属块30的电连接可靠性，在本实用新型实施例中，电流输出模块的引脚40可通过波峰焊接或者导电胶粘接的方式固定于开孔31内。

参考图4所示，图4为本实用新型一实施例提供的金属块的结构示意图。如前所述，金属块30的形状可由电路板的布局以及所要求的通流能力等因素决定，因此在实际应用中，金属块30的形状可以是多样的，例如，在本实施例中，金属块30的纵截面形状可以为图4中所示的多边形。需要说明的是，金属块30的纵截面可以理解为金属块30垂直于第一方向的截面，其中，第一方向为基板的厚度方向。

当然，在本实用新型的其它实施例中，金属块30的纵截面形状还可以为其它多边形结构，只要不改变电路板的现有布局，同时又能满足所要求的通流能力即可。例如，参考图5所示，图5为本实用新型另一实施例提供的金属块的结构示意图，在该实施例中，金属块30的纵截面形状还可以设计为图示中的多边形。

在金属块30上开设开孔31时，为了保证金属块30的结构强度，开孔31的内壁与金属块30的边缘之间需保持一定的距离，在本实用新型实施例中，开孔31的内壁与金属块30的各侧边缘之间的距离可设计为均不小2mm，具体设置值可以为2mm，2.1mm，2.2mm等等。此外，开孔31可在金属块30安装于基板上之前制作，也可在金属块30安装于基板上之后制作，本申请对此不做限制。

为提高金属块30与基板的连接强度，在本实用新型实施例中，可以将金属块30粘接固定于开口内。具体地，当基板为多层板时，可在电路板压合之前预先将金属块30设置于开口内，这样，在压合过程中，层间的半固化树脂融化后就会向开口内流动，对金属块30与开口之间形成的缝隙进行填充，从而将金属块30的外壁与开口的内壁粘接固定。此外，本实用新型实施例中，当金属块30的纵截面为多边形时，还可以将金属块30上沿第一方向延伸的棱边32设计为圆角结构，以减小树脂流胶过程中出现气泡的风险，从而可以提高金属块30与基板的粘接强度。

本实用新型实施例还提供了一种使用上述电路板的电子设备，该电子设备可以为现有技术中的服务器、存储设备、电源设备、路由器或者交换机等设备，上述实施例提供的电路板可应用在电子设备中，用于实现各种电子元器件之间的布线和电性连接或电绝缘，满足电子设备所要求的电气特性。由于电路板可在高密度布局下实现大通流需求，因此电子设备的体积也得以减小。

以电子设备为某一型号的电源设备为例，该电源设备在设计时要求体积较上一代设备缩小30％，而同时电路板的通流能力需达到250A，常规的多层单板叠置的电路板方案无法满足通流需求，采用异形铜排输送电流的电路板方案又会受到电子设备的体积限制，而采用本实用新型实施例提供的电路板，可在不增大电路板尺寸的前提下，利用埋嵌于基板上的金属块满足通流需求，并且还可实现对MOS管的散热，从而可满足电源设备的设计要求。试验表明，利用金属块对MOS管散热，实测MOS管的工作温度可降低20度左右，电源设备的宽度尺寸也可由126mm缩小到86mm，功率密度可提升30％，具体可达到75W/inch³。

以上，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电路板，包括基板以及设置于基板上的多个元器件，其特征在于，所述电路板还包括半导体器件以及金属块，其中：

所述基板上避开多个所述元器件的区域设置有开口；

所述金属块埋嵌于所述开口内，且所述金属块上开设有用于与电流输出模块的引脚配合插接的开孔；

所述半导体器件设置于所述基板上，所述半导体器件具有与所述金属块重叠的第一部分，所述第一部分上设置有第一电极，所述第一电极通过所述金属块与所述电流输出模块的引脚电连接。

2.如权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述半导体器件为多个，多个所述半导体器件分别设置于所述基板上位置相对的两面。

3.如权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述开孔的内壁与所述金属块的边缘之间的距离不小于2mm。

4.如权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述电流输出模块的引脚焊接固定于所述开孔内。

5.如权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述金属块粘接固定于所述开口内。

6.如权利要求5所述的电路板，其特征在于，当所述金属块垂直于第一方向的截面形状为多边形时，所述金属块上沿第一方向延伸的棱边为圆角结构；

其中，所述第一方向为所述基板的厚度方向。

7.如权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述金属块为铜材质。

8.如权利要求1～7任一项所述的电路板，其特征在于，所述半导体器件为金属-氧化物半导体场效应晶体管、绝缘栅双极型晶体管、二极管。

9.如权利要求1～7任一项所述的电路板，其特征在于，所述电流输出模块为变压器或者电感。

10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1～9任一项所述的电路板。

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