CN219761411U - Pcb板和电力电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种PCB板和电力电子设备。该PCB板包括板主体和散热层，板主体具有电子器件安装面。散热层内设有用于容纳相变介质的循环通道。散热层包括夹设于板主体内蒸发段的和位于板主体之外的冷凝段。冷凝段连通蒸发段以形成用于容纳相变介质的循环通道，相变介质在蒸发段吸收电子器件的散热以变成气态朝向冷凝段上升，气态的相变工质在冷凝段进行冷却之后变成液态又回流至蒸发段，往复循环其相变过程，以加速电子器件和板主体的散热，散热效率提升以使得PCB板可相对增大其载流，适于大载流的PCB板的散热，还能节省散热结构的空间占用，有效平衡载流和高效散热。

Description

PCB板和电力电子设备

技术领域

本实用新型涉及电力电子设备散热技术领域，特别涉及一种PCB板和电力电子设备。

背景技术

目前电力电子行业中，PCB板的散热主要手段为自然散热冷却和强迫风冷散热。

采用自然冷却的PCB板，其应用范围较为受限，单板器件的散热能力容易存在瓶颈，主要需要器件本身耐受温度较高，主要应用在小功率或低电流PCB板上。导致PCB板不能直接通大电流，需要额外辅助措施，不仅增加较多成本、且空间利用率低，还会存在安规、干扰等问题；

采用强迫风冷的PCB板，电子器件由于高度、大小不一，对于高功率密度的器件以及板载大电流电路，其较难采用导热的方式从器件封装壳体表面将所有器件热量迅速传导至散热部件上，仅能关注关键器件。尤其在电源产品中，板载电流经常出现瓶颈，需要其他铜排或铜线进行辅助导流，减少PCB板电流。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提供一种PCB板，旨在解决现有的PCB板难以平衡载流和高效散热的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提出的PCB板，包括：

板主体，所述板主体具有电子器件安装面；和

散热层，所述散热层包括蒸发段和冷凝段，所述蒸发段夹设于所述板主体内，所述冷凝段设于所述板主体外，所述冷凝段连通所述蒸发段以形成用于容纳相变介质的循环通道。

可选地，所述蒸发段设有多个微型流道，多个微型流道在平行于所述电子器件安装面的平面上呈并列设置，且多个所述微型流道的同侧端部均连通所述冷凝段。

可选地，至少两个相邻的所述微型流道呈局部互通地排布；

且/或，多个所述微型流道呈独立且并行排布；

且/或，多个所述微型流道通过蚀刻成型。

可选地，所述散热层还包括至少一个散热翅片，至少一个所述散热翅片套设于所述冷凝段远离所述蒸发段的一端。

可选地，所述蒸发段包括：

基板，所述基板上设有多个流动槽，多个所述流动槽的一端封堵，另一端分别连通所述冷凝段；和

盖板，所述盖板盖设于所述基板，并与所述基板围合形成多个所述微型流道。

可选地，所述PCB板还包括安装于所述电子器件安装面上的板载器件。

可选地，所述板主体包括：

多个导电层；和

多个绝缘层，所述散热层夹设于相邻两个所述绝缘层之间，自所述散热层朝向所述电子器件的方向上，所述绝缘层与所述导电层交替层叠设置。

本实用新型还提供一种电力电子设备，所述电力电子设备包括如上述任一项所述的PCB板。

可选地，所述电力电子设备还包括具有容腔的壳体，所述PCB板设于所述容腔内；

所述PCB板的冷凝段连接所述壳体的内壁；

或者，所述容腔内形成有风道，所述PCB板的冷凝段设于所述风道内。

可选地，PCB板设置在所述容腔内时，在重力方向上，所述PCB板的冷凝段远离所述蒸发段的一端高于所述蒸发段。

本实用新型技术方案的PCB板包括板主体和散热层，板主体相背的两个表面用于安装电子器件。散热层内设有用于容纳相变介质的循环通道。散热层包括夹设于板主体内蒸发段的和位于板主体之外的冷凝段。冷凝段连通蒸发段以形成用于容纳相变介质的循环通道，相变介质在蒸发段吸收电子器件的散热以变成气态朝向冷凝段上升，气态的相变工质在冷凝段进行冷却之后变成液态又回流至蒸发段，往复循环其相变过程，以使得安装于PCB板相背两侧表面的电子器件上的整体散热加快，散热效率提升以使得PCB板可相对增大其载流，便于大载流的PCB板能快速散热，还能节省散热结构的空间占用，有效平衡载流和高效散热，解决现有的PCB板难以平衡载流和高效散热的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型PCB板一实施例的正视视角结构示意图；

图2为本实用新型PCB板一实施例的俯视视角结构示意图；

图3为本实用新型PCB板一实施例的侧视视角结构示意图；

图4为本实用新型PCB板另一实施例的侧视视角结构示意图；

图5为本实用新型PCB板一实施例的散热层的平铺视角结构示意图；

图6为本实用新型PCB板另一实施例的散热层的平铺视角结构示意图。

附图标号说明：

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B为例”，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种PCB板100。

参照图1至6，图1为本实用新型PCB板100一实施例的正视视角结构示意图；图2为本实用新型PCB板100一实施例的俯视视角结构示意图；图3为本实用新型PCB板100一实施例的侧视视角结构示意图；图4为本实用新型PCB板100另一实施例的侧视视角结构示意图；图5为本实用新型PCB板100一实施例的散热层30的平铺视角结构示意图；图6为本实用新型PCB板100另一实施例的散热层30的平铺视角结构示意图。

在本实用新型实施例中，该PCB板100包括板主体10和散热层30；如图1至图3所示，板主体10具有电子器件安装面；散热层30包括蒸发段31和冷凝段32；蒸发段31夹设于板主体10内；冷凝段32设于板主体10外，冷凝段32连通蒸发段31以形成用于容纳相变介质的循环通道30A。

本实施例中，板主体10具有相背的两个表面，散热层30位于两表面之间，至少一表面为电子器件安装面。散热层30包括夹设于两个表面的蒸发段31和独立于板主体10之外的冷凝段32，蒸发段31和冷凝段32连通使得填充于循环通道30A内的相变介质循环流动以对板主体降温。该相变介质可以气液两相能相互变换。夹设于板主体10内部的蒸发段31内容纳有大量的液态相变工质，相变工质在蒸发段31吸收电子器件的散热以变成气态，密度较小的气态相变工质上升至冷凝段32，通过在冷凝段32降温变为液态回流至蒸发段31，往复循环其相变过程，以使得安装于PCB板100相背两侧表面的电子器件上的整体散热加快，散热效率提升以使得PCB板100可相对增大其载流，便于大载流的PCB板100能快速散热，还能节省散热结构的空间占用，有效平衡载流和高效散热，解决现有的PCB板100难以平衡载流和高效散热的技术问题。

一些实施例中，沿重力方向，冷凝段32远离蒸发段31的一端高于蒸发段31。由此，在相变工质在蒸发段31和冷凝段32之间循环流动时，除循环通道的虹吸作用外，还可以在重力作用下进一步加速相变工质的流动速度，继而提升其冷却效果。

可以理解的是，冷凝段32位于板主体10之外，冷凝段32处于较低温度区域，可对气态的较高温的相变工质进行降温使其冷凝成为液态，液态的相变工质在通过冷凝段32回流至蒸发段31，以再次进行吸热达到汽液两相的吸热和放热的循环相变过程，实现对板主体10的散热。散热层30中只需要满足沿着重力方向，冷凝段32远离蒸发段31的一端高于蒸发段31的最高位置，使得板主体10的放置位置可以按需布置，提升PCB板100的布置灵活性。

可选地，PCB板100还包括安装于所述电子器件安装面上的板载器件90，板载器件90即为电子器件，半载器件90功率较高，发热量大，循环通道30A内的相变介质循环流动以对板主体10和板载器件90同时降温。

进一步地，板主体10包括有顶层11和底层12，顶层11和底层12用于安装板载器件90，顶层11和底层12相背的两个表面即为电子器件安装面，用于安装电子器件，当然，电子器件安装面也可以是一个，即仅为顶层11或底层12相背的两个表面中的一个，其中两个表面上均可以涂覆绿油层，提升板主体10表面的绝缘性能。

需要说明的是，本实施例中的PCB板100，在于合理利用可发生相变的相变介质散热，在板主体10的夹层中复合有高度集成的散热层30，散热层30的覆盖区域参照图1所示的S区域。该散热层30采用微通道开模或蚀刻等技术制作，由于板主体10内部有散热层30存在，使得板主体10的散热能力相比风冷提高至少数倍，不仅可以解决板主体10本身的同流问题，还可以解决板载器件90的散热问题，形成高效散热的PCB板100。

可选地，板主体10包括多个导电层50和多个绝缘层70，散热层30夹设于相邻两个绝缘层70之间，自散热层30分别朝向板载器件90的方向上，或者说，自散热层30朝向电子器件安装面的方向上，绝缘层70与导电层50交替层叠设置。

本实施例中，多个导电层50和多个绝缘层70均设于顶层11与底层12之间，设置多个导电层50能有效增加板主体10的载流，导电层50可以设置为载流和导热效果好的铜层，该散热层30的蒸发段31夹设于相邻两个绝缘层70之间，板载器件90分别设于顶层11与底层12上，散热层30设于最中部的相两个绝缘层70之间，以对整个板主体10和电气器件90进行吸热并散热，提升板主体10的散热效率。

可以理解的是，常规的四层板的PCB板，导电层50设置为铜层，铜层与绝缘层70交错，层层叠加，铜层主要负责信号和电源连通，绝缘层70用于电器隔离，从增加PCB板的走线面积。PCB的顶层11和底层12焊接有相应的板载器件90，板载器件90在运行过程中会产生一定的废热，而且铜层在电流通过时也会产生废热，需要及时排除，尤其在大损耗器件较集中时、铜层中电流非常大的时候。而本实用新型的PCB板100在板主体10内部夹设散热层30，大大增加了各铜层的导热散热效率，同时也能快速带走板载器件90安装位置处的热量，有效提升板主体10的散热效率。

可选地，蒸发段31设有多个微型流道31A，多个微型流道31A在平行于电子器件安装面的平面上呈并列设置，且多个微型流道31A的同侧端部均连通冷凝段32。

本实施例中，蒸发段31设有多个微型流道31A，相变介质分布在多个微型流道31A中，在吸热汽化之后通过多个微型流道31A朝向冷凝段32移动，实现汽液两相转换的循环相变过程，多个微型流道31A沿平行于电子器件安装面的平面上呈并列设置，可以增大液冷覆盖区域S，同时提升板主体10散热的均匀性，提升板主体10的均温效果。

可以理解的是，冷凝段32内设有冷凝流道32A，多个微型流道31A之间可以相互连通，也可以互相不连通，但每一微型流道31A均连通冷凝段32的冷凝流道32A，使得每一微型流道31A都能实现汽液两相转换的循环相变过程，即使任一流道异常也能确保板主体10具有足够的散热功能。

可选地，至少两个相邻的微型流道31A呈局部互通地排布；且/或，多个微型流道31A呈独立且并行排布；且/或，多个微型流道31A通过蚀刻成型。

本实施例中，多个微型流道31A之间可以相互连通，此时，参照图6所示，散热层30内部均匀间隔地呈点状地分布有多个凸起，多个凸起之间的间隙形成微型流道31A。在另一实施例中，参照图5所示，多个微型流道31A之间可以互相不连通，多个微型流道31A呈独立且并行排布。在另一实施例中，还可以设置循环通道30A为上述两种通道的组合形式。示例性地，在板主体10上设有用于穿引脚或用于固定的一些避让孔10A，因此在蒸发段31上可以设有多个条形的微型流道31A，但是在避让孔10A附近设为点状的凸起结构，使得避让孔10A的周围形成串流空间30B，一个串流空间30B能连通多个微型流道31A，提升每一微型通道与冷凝段32的冷凝流道32A的连通可靠性，同时能提升微型流道31A的布置灵活性，便于板主体10的结构设计。

示例性地，在PCB板100的板主体10以四层铜层设置为例，在板主体10的层叠中间的第四层至第六层之间增加一设有微型流道31A的散热层30，散热层可以是一铜板，微型流道31A蚀刻形成于铜板内部，内部的微型流道31A可以设计为常规并行流道，也可以是设计为点状，该两种形状不仅可以增加相变工质与铜板之间的对流换热能力，还可以将铜板的边缘与底板和顶板进行连接，提高其板主体10的力学性能。

由于板主体10的内层设计具有微型流道31A的铜板，相变工质在内部流动可以快速将层叠布置的铜层产生的废热排出至外部，由于铜层的导热系数高，且板载器件90大部分都会与顶层11紧密连接，且板主体10自身焊盘与表层铜焊接，所以板载器件90底部与铜板之间也就实现了低热阻通道，板载器件90热量可以由竖向传导至内层的铜板上，实现高效散热。另外，在用于信号传递的铜层上，还可以增加一些传热过孔，进一步将表面器件的热量更快速的传递下来。

可以理解的是，冷凝段32可以设置为一段独立于板主体10的连接管，连接管内设有相伴空间，连接管朝向外部设备的散热的风道内延伸，或者直接连接于外部设备的壳体上，便于快速传热以对冷凝段32快速降温，加速汽液两相的相变循环速率，提升散热效率。

结合参照图2和图4所示，可选地，散热层30还包括至少一个散热翅片33，至少一个散热翅片33套设于冷凝段32远离蒸发段31的一端。

本实施例中，冷凝段32可以在其远离蒸发段31的一截上设有散热翅片33，冷凝段32的连接管道可以根据外部设备的结构布局设有弯折部，散热翅片33套设于弯折部上，提升空间布局灵活性。连接有散热翅片33的冷凝段32可置于外部设备的风道中，散热翅片33的设置提升散热面积，加快散热速率。

进一步地，散热翅片33与冷凝段32可拆卸装配；或，散热翅片33与冷凝段32一体装配。

本实施例中，散热翅片33与冷凝段32可拆卸装配，散热翅片33的中心开设有连接孔，冷凝段32连接散热翅片33处的外径略大于连接孔的孔径，使得散热翅片33与冷凝段32实现过盈配合，且可相互拆离，或者在连接孔设为螺孔，在冷凝段32的局部外周壁设有螺纹段，使得散热翅片33的数量可灵活配置，同时散热翅片33的设置密度也可按需调整。

在另一实施例中，散热翅片33与冷凝段32一体装配，可以使用焊接使散热翅片33与冷凝段32呈一体装配设置，使其可以进行预制，之后直接与板主体10和蒸发段31进行安装即可。

可选地，蒸发段31包括基板311和盖板312，基板311上设有多个流动槽311A，多个流动槽311A的一端封堵，另一端分别连通冷凝段32；盖板312盖设于基板311，并与基板311围合形成多个微型流道31A。

本实施例中，散热层30可以是单独的铜板设板主体10内的两个绝缘层70的夹层之间，铜板便于快速导热。散热层30也可以是多个导电层50中的一铜层，该铜层开设有微型流道31A。其中，蒸发段31包括基板311和盖板312，基板311上设有多个流动槽311A，流动槽311A可以是连续的、独立且并行排列的条形槽，也可以是互通的点状槽，也可以是条形槽与点状槽的组合槽。基板311平行于顶面和底面的一侧开设有流动槽311A，盖板312盖设于该侧以与基板311围合形成微型流道31A，每一微型流道31A的端部分别连通冷凝段32的冷凝流道32A，形成散热层30的循环流道，以通过相变工质的汽液两相相变实现吸热和散热。

可以理解的是，流动槽311A可以开设于基板311的一侧，也可以开设于基板311正对的两侧，当开设为两侧时，蒸发段31设有两个盖板312，两个盖板312分别盖合基板311的两侧并分别连通冷凝段32，以形成两个循环流道，提升散热效率。盖板312与基板311可以是焊接密封。

可以理解的是，冷凝段32可以设置为一个连接管道，也可以设置为间隔的两个连接管道，两个连接管道分别连接临近自身的多个微型流道31A，增加冷凝段32的连接管道的数量能均分相变工质的相变路径，气态的相变工质能快速降温变回液态，加速汽液两相的相变速度，提升散热速率。

进一步地，PCB板100包括至少两个散热层30，相邻两个散热层30之间夹设一绝缘层70。

本实施例中，散热层30设于板主体10的中部，当散热层30的个数增多时，示例性地设置为两个，相邻两个散热层30之间夹设一绝缘层70。两个散热层30设置为板主体10靠近中层位置，便于对顶层11和底层12分别进行散热，但每一散热层30分别设于相邻两个绝缘层70之间，同时确保板主体10的强度。

本实施例中，PCB板100在应用到下述电力电子设备中时，可以呈与水平面呈大于0°的夹角设置，较优的为与水平面呈垂直设置，以便蒸发段31和冷凝段32可以利用重力实现相变介质的循环，确保散热效率。

本实用新型还提出一种电力电子设备(图未示)，该电力电子设备包括PCB板100，该PCB板100的具体结构参照上述实施例，由于本电力电子设备采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

一些实施例中，该电力电子设备还包括壳体，该壳体设有容腔，PCB板100即设于容腔内。可选地，PCB板100的冷凝段32连接壳体的内壁；或者，容腔内形成有风道，PCB板100的冷凝段32设于风道内。

本实施例中，PCB板100的散热层30远离板主体10的一端连接壳体的内壁，此时可以不设置有散热翅片33，冷凝段32贴装于壳体的内壁便于将冷凝段32的热量快速传输至壳体，利用壳体来实现导热、散热，加速相变工质的相变速率，提升散热效率。当然，也可以设置散热翅片33，散热翅片33与壳体的内壁相贴，除利用散热翅片33本身散热外，还可利用壳体进行散热，继而提升散热效果。

或者在另一实施例中，容腔内形成有风道，电子电力设备还设有散热风机，散热风机用于将风道内的抽离壳体内，PCB板100的散热层30远离板主体10的一端设于风道内，即冷凝段32设置于风道内，此时冷凝段32可以选择性设置散热翅片33，具体根据散热需求灵活设计。

本实施例中，PCB板在应用到上述电力电子设备中时，在重力方向上，PCB板100的冷凝段32远离蒸发段31的一端高于蒸发段31，以便蒸发段31和冷凝段32可以利用重力加速相变介质的循环，确保散热效率。示例性的，散热层的蒸发段和冷凝段均沿平行于电子器件安装面的方向延伸，即冷凝段由PCB板的侧面伸出，此时，可以将PCB板安装为与水平面呈大于0°的夹角设置，较优的为与水平面呈垂直设置，以便蒸发段31和冷凝段32可以利用重力加速相变介质的循环，确保散热效率。又如，可以将冷凝段32设置为向上(即与重力方向相反的方向)弯曲，从而使得冷凝段32自身即与蒸发段31形成高度差，此时PCB板水平放置、冷凝段32向上弯曲即可。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种PCB板，其特征在于，所述PCB板包括：

板主体，所述板主体具有电子器件安装面；和

散热层，所述散热层包括蒸发段和冷凝段，所述蒸发段夹设于所述板主体内，所述冷凝段设于所述板主体外，所述冷凝段连通所述蒸发段以形成用于容纳相变介质的循环通道。

2.如权利要求1所述的PCB板，其特征在于，所述蒸发段设有多个微型流道，多个所述微型流道在平行于所述电子器件安装面的平面上呈并列设置，且多个所述微型流道的同侧端部均连通所述冷凝段。

3.如权利要求2所述的PCB板，其特征在于，至少两个相邻的所述微型流道呈局部互通地排布；

且/或，多个所述微型流道呈独立且并行排布；

且/或，多个所述微型流道通过蚀刻成型。

4.如权利要求1所述的PCB板，其特征在于，所述散热层还包括至少一个散热翅片，至少一个所述散热翅片连接于所述冷凝段远离所述蒸发段的一端。

5.如权利要求2所述的PCB板，其特征在于，所述蒸发段包括：

基板，所述基板上设有多个流动槽，多个所述流动槽的一端封堵，另一端分别连通所述冷凝段；和

盖板，所述盖板盖设于所述基板，并与所述基板围合形成多个所述微型流道。

6.如权利要求1所述的PCB板，其特征在于，所述PCB板还包括安装于所述电子器件安装面上的板载器件。

7.如权利要求1至6中任一项所述的PCB板，其特征在于，所述板主体包括：

多个导电层；和

多个绝缘层，所述散热层夹设于相邻两个所述绝缘层之间，在所述散热层朝向所述电子器件安装面的方向上，所述绝缘层与所述导电层交替层叠设置。

8.一种电力电子设备，其特征在于，所述电力电子设备包括如权利要求1至7中任一项所述的PCB板。

9.如权利要求8所述的电力电子设备，其特征在于，所述电力电子设备还包括具有容腔的壳体，所述PCB板设于所述容腔内；

所述PCB板的冷凝段连接所述壳体的内壁，或者，所述容腔内形成有风道，所述PCB板的冷凝段设于所述风道内。

10.如权利要求9所述的电力电子设备，其特征在于，PCB板设置在所述容腔内时，在重力方向上，所述PCB板的冷凝段远离所述蒸发段的一端高于所述蒸发段。