CN217336004U - 一种电路板散热结构和电子器件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种电路板散热结构和电子器件，电路板散热结构包括电路板，电路板的顶部铺设有正极铜箔和负极铜箔，正极铜箔上设置有用于焊接芯片的正极的正极焊盘，负极铜箔上设置有用于焊接芯片的负极的负极焊盘，电路板在与正极铜箔和负极铜箔对应的位置开设有散热通孔，散热通孔贯穿电路板、正极铜箔和负极铜箔。本实用新型提供的散热结构具有优异的散热效果，具有较大表面积和厚度的铜箔结构提高了电路板的横向热传导能力，散热通孔减小了电路板的法向热阻。
Description
技术领域
本实用新型涉及芯片技术领域，特别是涉及一种电路板散热结构和电子器件。
背景技术
芯片在运行过程中会产生大量的热量，过高的温度将导致芯片性能急剧下降，严重时导致芯片无法正常工作，缩短使用寿命，因此需要对芯片进行有效散热以避免其过热。相关技术中芯片通过焊盘焊接在多层电路板上，多层电路板由多层较薄的铜箔材料和多层较厚的FR4基材交替叠加，其中铜箔材料的导热系数约380w/mk,FR4基材导热系数约0.35w/mk,经过计算，多层电路板法向等效热阻很大，导致芯片经由电路板法向导热能力不足，散热效果不好。
实用新型内容
本实用新型目的在于提供一种能够提高芯片散热效果的电路板散热结构及包含该散热结构的电子器件。
本实用新型的第一方面，提供一种电路板散热结构，包括电路板，所述电路板的顶部铺设有正极铜箔和负极铜箔，所述正极铜箔上设置有用于焊接芯片的正极的正极焊盘，所述负极铜箔上设置有用于焊接芯片的负极的负极焊盘，所述正极铜箔和/或所述负极铜箔的上表面积与对应的焊盘的底表面积之比为 15～30，所述正极铜箔和/或所述负极铜箔的厚度为1.0盎司-2.0盎司，所述电路板在与所述正极铜箔和所述负极铜箔对应的位置开设有散热通孔，所述散热通孔贯穿所述电路板、所述正极铜箔和所述负极铜箔。
可选地，所述电路板在所述正极铜箔和所述负极铜箔中之一或任一的对应位置开设的所述散热通孔的数量为100-200。
可选地，所述电路板为多层电路板，包括交替叠加的多层铜箔和多层基材。
可选地，包括正极散热器和负极散热器，所述正极散热器和所述负极散热器均与所述电路板的背面相连并彼此间隔开设置，所述正极散热器和所述负极散热器分别与所述正极铜箔和所述负极铜箔相对。
可选地，所述正极散热器和/或所述负极散热器包括多个散热翼。
可选地，电路板散热结构包括风扇，所述风扇位于所述电路板的远离所述正极铜箔和所述负极铜箔的一侧并用于向所述正极散热器和所述负极散热器吹冷却风以强制散热。
本实用新型实施例提供的电路板散热结构具有优异的散热效果，电路板设置有具有较大表面积和厚度的铜箔结构，提高了电路板的横向(水平方向上的) 热传导能力，铜箔上设有用于散热的散热通孔，减小了电路板的法向热阻，或者说，提高了电路板的纵向(厚度方向上的)热传导能力。电路板背面的散热器进一步提高了散热效果。
本实用新型的第二方面提供一种电子器件，包括芯片；和电路板散热结构，所述电路板散热结构为前述任一电路板散热结构。
根据下文结合附图对本实用新型的具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本实用新型的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本实用新型的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是本实用新型实施例中的电路板的正视图。
图2是本实用新型实施例中散热结构的热量传导示意图。
图3是本实用新型实施例中的散热结构的侧视图。
附图标记：
电路板1、负极铜箔111、正极铜箔112、散热通孔13、负极散热器141、正极散热器142、芯片2、内核21、风扇4。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
下面参考图1-图3描述本实用新型实施例提供的电路板散热结构，散热结构包括电路板1，电路板1为多层电路板，包括交替叠加的多层较薄的铜箔和多层较厚的基材，电路板1顶部铺设有与芯片2正极和负极分别对应的负极铜箔111和正极铜箔112。芯片2位于电路板1的上方，负极铜箔111上设置有用于焊接芯片2的负极的负极焊盘，正极铜箔112上设置有用于焊接芯片2的正极的正极焊盘。
换言之，芯片2的负极与负极铜箔111、芯片2的正极与正极铜箔112分别通过对应的焊盘相连。需要说明的是，为了避免短路，负极铜箔111和正极铜箔112之间留有间隙。
如图2所示，芯片2的内核21是发热的主要区域，内核21产生的热量一部分直接散发至空气中，另一部分向下通过焊盘传导至电路板1，并沿电路板1 横向(沿水平方向)或纵向(沿厚度方向)传导，即通过电路板1进行散热。
本领域的技术人员可以理解的是，基材的导热系数(例如FR4基材的导热系数约为0.35w/mk)远远小于铜箔的导热系数(约为380w/mk)，因此传统的多层电路板的法向等效热阻较大，导致其散热效果不理想，严重影响芯片2的散热效率。
为了提高芯片2的散热效率，本实用新型实施例提供的散热结构的电路板 1的负极铜箔111与正极铜箔112具有较大的表面积。具体地，负极铜箔111 的上表面积与对应的焊盘的底表面积之比为15～30，正极铜箔112的上表面积与对应的焊盘的底表面积之比为15～30。本实用新型实施例提供的电路板1在芯片2下方设计为具有较大的铺铜面积，增大芯片2下方的铺铜面积意味着散热面积的增大，芯片2的热量通过焊盘向下传导至电路板1后，沿着负极铜箔 111与正极铜箔112进行横向传导，并通过大表面积的负极铜箔111与正极铜箔112更快速地散发至环境中，从而有利于芯片2的散热。
若负极铜箔111/正极铜箔112的上表面积与对应的焊盘的底表面积之比小于15，芯片2的热量传递至电热板1后，热量无法通过充分的散热面积进行散发，将影响芯片2的散热效果。若负极铜箔111/正极铜箔112的上表面积与对应的焊盘的底表面积之比大于30，电路板1上的线路设计将受到约束。因此负极铜箔111的上表面积与对应的焊盘的底表面积之比为15～30，能够在不影响电路板1布线的前提下，使得芯片2的散热效果最优化。
进一步地，本实用新型实施例提供的散热结构的电路板1的负极铜箔111 与正极铜箔112还具有较厚的厚度。可选地，正极铜箔111的厚度为1.0盎司 -2.0盎司，和/或，正极铜箔112的厚度为1.0盎司-2.0盎司。即负极铜箔111 与正极铜箔112均具有较厚的厚度，负极铜箔111与正极铜箔112厚度的增加有利于水平方向上热量的传递和发散，即提高了芯片2下方电路板1水平方向上的热传导能力，进而有利于提高芯片2的散热效率。
若负极铜箔111/正极铜箔112的厚度小于1.0盎司，负极铜箔111/正极铜箔112的厚度较小将不利于热量在水平方向上的传递和发散，电路板1在水平方向上的热传导能力将受到限制，进而影响散热效果。此外由于2.0盎司以上厚度的铜箔制作较为困难，因此本实用新型实施例提供的散热结构的电路板1 的负极铜箔111/正极铜箔112选用1.0盎司-2.0盎司。
本领域的技术人员可知，盎司(OZ)在PCB设计加工中作为铜皮厚度的单位，定义为每平方英尺覆盖1盎司(28.25g)铜箔的铜层厚度。通常地，1 盎司铜约等于1.4mil毫英寸。
较佳地，负极铜箔111的厚度为1.0盎司，和/或，正极铜箔112的厚度为 1.0盎司。
为了进一步提高芯片2的散热效率和散热效果，如图1所示，电路板1在与负极铜箔111与正极铜箔112对应的位置设置有多个散热通孔13，散热通孔 13沿上下方向贯穿电路板1、负极铜箔111和正极铜箔112。换言之，电路板 1的与芯片2对应的铺铜位置设置由多个贯穿电路板1的散热通孔13。在其他实施例中，电路板1上的铺铜位置处均可设置散热通孔13。热量通过焊盘传导至电路板1除了沿负极铜箔111与正极铜箔112横向传导之外，一部分还会通过散热通孔13纵向传导至电路板1内部铜箔11以及电路板1的背面(电路板 1的远离芯片2的一面)，以进行散热。
可选地，对应负极铜箔111与正极铜箔112从小到大的上表面积，电路板 1在负极铜箔111对应设置的散热通孔13的数量为100-200，电路板1在正极铜箔112对应设置的散热通孔13的数量为100-200。散热通孔13的数量的增多起到大大降低芯片2下方电路板1法向热阻的效果，从而更有效地帮助芯片 2散热。
此外需要说明的是，电路板1在负极铜箔111对应设置的散热通孔13的数量可以与在正极铜箔112对应设置的散热通孔13的数量不同。进一步地，电路板1在负极铜箔111/正极铜箔112对应设置的散热通孔13的数量可以根据负极铜箔111/正极铜箔112的大小和厚度对应设置，例如，若负极铜箔111的面积大于正极铜箔112的面积，负极铜箔111的散热通孔13的数量可以大于正极铜箔112的散热通孔13的数量。
进一步地，为了进一步提高芯片2的散热效率，在电路板1背面、与负极铜箔111和正极铜箔112对应的位置分别焊接有散热器，即电路板1背面设置有与负极铜箔111对应的负极散热器141、与正极铜箔112对应的正极散热器 142。需要说明的是，负极散热器141与正极散热器142之间留有间隙，避免连通导电。
芯片2的热量纵向传导至电路板1的背面的散热器，根据芯片2的发热情况，可以采取自然对流或者强制对流方向对散热器进行散热，从而对芯片2实现间接散热。例如，如图3所示为强制对流方式，通过风扇4向负极散热器141 和正极散热器142吹冷却风，冷却风带走负极散热器141和正极散热器142的热量。自然对流方式即通过散热器自身向空气中进行散热的方式。
需要说明的是，散热器可以采用已知的常见散热器，例如具有多个散热翼的铜散热器。
综上所述，本实用新型实施例提供的散热结构具有优异的散热效果，电路板设置有具有较大表面积和厚度的铜箔结构，提高了电路板的横向(水平方向上的)热传导能力，铜箔上设有用于散热的散热通孔，减小了电路板的法向热阻，或者说，提高了电路板的纵向(厚度方向上的)热传导能力。电路板背面的散热器进一步提高了散热效果。
本实用新型的另一个实施例提供了一种电子器件，电子器件包括芯片2和上述实施例中的电路板散热结构。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，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，可轻易想到的变化或替换，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该以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种电路板散热结构，其特征在于，包括电路板，所述电路板的顶部铺设有正极铜箔和负极铜箔，所述正极铜箔上设置有用于焊接芯片的正极的正极焊盘，所述负极铜箔上设置有用于焊接芯片的负极的负极焊盘，所述正极铜箔和/或所述负极铜箔的上表面积与对应的焊盘的底表面积之比为15～30，所述正极铜箔和/或所述负极铜箔的厚度为1.0盎司-2.0盎司，所述电路板在与所述正极铜箔和所述负极铜箔对应的位置开设有散热通孔，所述散热通孔贯穿所述电路板、所述正极铜箔和所述负极铜箔。
2.根据权利要求1所述的电路板散热结构，其特征在于，
所述电路板在所述正极铜箔和所述负极铜箔中之一或任一的对应位置开设的所述散热通孔的数量为100-200。
3.根据权利要求1或2所述的电路板散热结构，其特征在于，
所述电路板为多层电路板，包括交替叠加的多层铜箔和多层基材。
4.根据权利要求1所述的电路板散热结构，其特征在于，
包括正极散热器和负极散热器，所述正极散热器和所述负极散热器均与所述电路板的背面相连并彼此间隔开设置，所述正极散热器和所述负极散热器分别与所述正极铜箔和所述负极铜箔相对。
5.根据权利要求4所述的电路板散热结构，其特征在于，所述正极散热器和/或所述负极散热器包括多个散热翼。
6.根据权利要求4所述的电路板散热结构，其特征在于，所述正极铜箔和/或所述负极铜箔的厚度为1.0盎司。
7.根据权利要求4-6中任一项所述的电路板散热结构，其特征在于，包括风扇，所述风扇位于所述电路板的远离所述正极铜箔和所述负极铜箔的一侧并用于向所述正极散热器和所述负极散热器吹冷却风以强制散热。
8.一种电子器件，其特征在于，包括：
芯片；和
电路板散热结构，所述电路板散热结构为根据权利要求1-7中任一项所述的电路板散热结构。
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