一种具有热管散热结构的印刷电路板及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种具有热管散热结构的印刷电路板，包括多层的印刷电路基板、镶嵌在所述印刷电路基板上的热管模组，所述热管模组包括热沉、热盘和内设吸液芯的热管，所述热管的冷凝段和蒸发段分别与所述热沉、热盘相连接。本发明专利技术还公开了一种具有热管散热结构的印刷电路板的制造方法。本发明专利技术具有结构简单、质量轻巧，散热效果明显，稳定性高，传热无需外部驱动的优点，特别是对于热流密度较高的CPU散热问题具有优越的散热效果，在5G通信的发展具有积极意义和很好的价值，同时，制造工艺简单，能够适用于大批量生产制造。

【技术实现步骤摘要】
一种具有热管散热结构的印刷电路板及其制造方法
本专利技术涉及微电子电路散热
，特别是涉及一种具有热管散热结构的印刷电路板及其制造方法。
技术介绍
为了确保PCB上元器件的工作可靠性和寿命，必须对元器件进行有效的散热，以确保元器件工作温度不会超过其许可温度。目前PCB的散热主要通过一下两种方式实现，一种是如申请号为CN201521115555.7的中国专利《一种散热型PCB板》和申请号为CN201611040364.8的中国专利技术《一种具有良好散热性能的印刷电路板》那样优化PCB上元器件的布局，将发热元件与其他器件尤其是对温度敏感器件区分布置，或者发热元件分隔错开排布，预留空气散热通道，来实现降温的目的；另一种是采用导热系数较高的材料作为PCB基材以提高PCB自身散热能力。这两种散热方式的散热系数低，均是针对元器件发热功率不高的PCB或元器件热流密度不大的PCB。然而，随着信息技术的高速发展，芯片的封装体积越来越小，处理能力却越来越强，随之而来的是芯片的热流密度越来越大，甚至达到了几十到上百W/cm2，此时，封装有高热流密度元器件的PCB散热依赖传统散热方式难以解决，会造成PCB局部温升过高，直接影响板上元器件的正常工作和寿命。热管作为一种相变传热元件，热响应速度快；导热系数高，一般为几千到几万W/(m·℃)，远远超过现有金属材料的导热系数；自驱动传热，无需额外能量；因此，热管散热技术应用在PCB散热上，能有效解决PCB上高热流密度元器件的散热难题。申请号为201610351651.4的中国专利专利技术了《一种在印刷电路板内制造热管的方法》，该专利是将整个PCB制造成类似热管的结构，但热管制造需要经过吸液芯的烧结、注液、真空、定长、密封等工艺，因此该专利实际实施难度巨大，而且受限于PCB的形状尺寸，导致产品适应性非常弱，难以实现量产。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于克服现有技术的缺点和不足，提出一种散热高效，反应迅速的具有热管散热结构的印刷电路板。本专利技术的目的之二在于克服现有的技术缺点和不足，提出一种制造工艺简单，制造成本较低，生产效率较高的具有热管散热结构的印刷电路板的制造方法。为达到上述目的之一，本专利技术通过以下技术方案来实现：一种具有热管散热结构的印刷电路板，包括多层的印刷电路基板、镶嵌在所述印刷电路基板上的热管模组，所述热管模组包括热沉、热盘和内设吸液芯的热管，所述热管的冷凝段和蒸发段分别与所述热沉、热盘相连接。进一步地，所述的印刷电路基板中部设置有矩形镂空槽，所述热管模组完全镶嵌于所述镂空槽内。进一步地，所述热沉、热盘紧密镶嵌在镂空槽中仅上表面外露，所述热管的绝热段裸露在镂空槽的空隙中。进一步地，所述热管模组的热沉和热盘均镶嵌在印刷电路基板中，所述热管的绝热段裸露在外界空气中并分布在印刷电路板一侧外部。进一步地，所述热管为一根以上，各热管整体呈“凹”字形状平行设置，每根热管的蒸发段和冷凝段以圆角过渡折弯90°。进一步地，所述的吸液芯为双层铜丝网烧结而成的双层铜丝网复合结构或泡沫铜和铜丝网烧结而成的泡沫铜丝网复合结构。进一步地，所述热沉上设置有用于装配热管冷凝段的热沉通孔，所述热盘上设置有用于装配热管蒸发段的热盘通孔，装配后通过焊接牢固结合。为达到上述目的之二，本专利技术通过以下技术方案实现：一种如所述具有热管散热结构的印刷电路板的制造方法，包括步骤：步骤1、热管的制造，包括：(1)铜管与中心棒的预处理：剪切并清洗铜管和中心棒，去除中心棒和铜管表面的油污，再将铜管材和中心棒烘干处理；将烘干后的中心棒进行热处理，避免铜管与中心棒在后续烧结工艺中发生黏结现象，提高中心棒的使用寿命；(2)吸液芯的制备：通过烧结处理得到吸液芯，然后将该吸液芯剪切成条状备用；(3)先将条状的吸液芯穿入铜管，再将中心棒插入铜管，使吸液芯紧贴铜管内壁，然后进行烧结处理；(4)将中心棒拔出，对铜管的尾部进行焊接封口，然后对铜管进行退火处理；(5)依序对铜管进行工质灌注、抽真空、二除定长、头部焊接封口处理；(6)热管后续处理，包括检测、表面处理；步骤2、热管模组的制造，包括：(1)通过机加工分别得到热盘和热沉，热盘和热沉分别各加工热盘通孔和热沉通孔；(2)将热管的蒸发段与热盘的热盘通孔进行轴孔配合，再用焊接工艺将热管和热盘结合；将热管的冷凝段和热沉的热沉通孔进行轴孔配合，再用焊接工艺将热管和热沉结合；步骤3、印刷电路板的制造，包括：(1)通过印刷电路工艺得到印刷电路基板的内层基板和外层基板，通过机加工得到锣带；(2)将内层基板、外层基板、锣带以及热管模组在高温高压条件下进行压合工艺处理，使其结合成整体；(3)通过机加工将锣带取下，露出热管模组。一种如所述具有热管散热结构的印刷电路板的制造方法，包括步骤：步骤1、热管的制造，包括：(1)铜管与中心棒的预处理：剪切并清洗铜管和中心棒，去除中心棒和铜管表面的油污，再将铜管材和中心棒烘干处理；将烘干后的中心棒进行热处理，避免铜管与中心棒在后续烧结工艺中发生黏结现象，提高中心棒的使用寿命；(2)吸液芯的制备：通过烧结处理得到吸液芯，然后将该吸液芯剪切成条状备用；(3)先将条状的吸液芯穿入铜管，再将中心棒插入铜管，使吸液芯紧贴铜管内壁，然后进行烧结处理；(4)将中心棒拔出，对铜管的尾部进行焊接封口，然后对铜管进行退火处理；(5)依序对铜管进行工质灌注、抽真空、二除定长、头部焊接封口处理；(6)热管后处理，包括将热管的蒸发段和冷凝段进行折弯90°，再进行检测、表面处理；步骤2、热管模组的制造，包括：(1)通过机加工分别得到热盘和热沉，热盘和热沉分别各加工若干热盘通孔和热沉通孔；(2)将热管的蒸发段与热盘的热盘通孔进行轴孔配合，再用焊接工艺将热管和热盘结合；将热管的冷凝段和热沉的热沉通孔进行轴孔配合，再用焊接工艺将热管和热沉结合；步骤3、印刷电路板的制造，包括：(1)通过印刷电路工艺得到印刷电路基板的内层基板和外层基板，通过机加工得到锣带；(2)将内层基板、外层基板、锣带以及热管模组在高温高压条件下进行压合工艺处理，使其结合成整体；(3)通过机加工将锣带取下，露出热管模组。进一步地，所述吸液芯的制备的步骤具体为：清洗铜丝网，去除铜丝网表面的油污；用两块石墨块将两层铜丝网压合，并进行烧结处理，使两层铜丝网烧结成复合双层铜丝网结构的吸液芯；最后将该吸液芯剪切成条状；或者清洗铜丝网，去除铜丝网表面的油污；用两块石墨块将一层铜丝网和一层泡沫铜压合，并进行烧结处理，使一层铜丝网和一层泡沫铜烧结成泡沫铜丝网复合结构的吸液芯；最后将该吸液芯剪切成条状。相比现有技术，本专利技术的有益效果如下：(1)本专利技术的一种具有热管散热结构的印刷电路板，由于热管的导热系数比金属和石墨材料高，当CPU工作温度升高时，热管能快速响应并热量将扩散分布到热管模组的其他部位，CPU的温度迅速降低。(2)本专利技术的一种具有热管散热结构的印刷电路板，有两种情况，一种情况是热管模组完全嵌入印刷电路板中，该情况用于尺寸较小、热流密度较小的印刷电路板。另一种情况是热管模组的热盘和热沉嵌入印刷电路板中，热管的绝热段裸露在印刷电路板外面，该情况用于尺寸较大、热流密度较大的印刷电路板，这种情况可以提高印刷电路板的空间使用率。(3)本专利技术的一种具有热管散本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有热管散热结构的印刷电路板，包括多层的印刷电路基板(15)、镶嵌在所述印刷电路基板(15)上的热管模组，所述热管模组包括热沉(2)、热盘(3)和内设吸液芯(10)的热管(1)，所述热管(1)的冷凝段(12)和蒸发段(11)分别与所述热沉(2)、热盘(3)相连接。

【技术特征摘要】
1.一种具有热管散热结构的印刷电路板，包括多层的印刷电路基板(15)、镶嵌在所述印刷电路基板(15)上的热管模组，所述热管模组包括热沉(2)、热盘(3)和内设吸液芯(10)的热管(1)，所述热管(1)的冷凝段(12)和蒸发段(11)分别与所述热沉(2)、热盘(3)相连接。2.根据权利要求1所述的具有热管散热结构的印刷电路板，其特征在于：所述的印刷电路基板(15)中部设置有矩形镂空槽(7)，所述热管模组完全镶嵌于所述镂空槽(7)内。3.根据权利要求2所述的具有热管散热结构的印刷电路板，其特征在于：所述热沉(2)、热盘(3)紧密镶嵌在镂空槽(7)中仅上表面外露，所述热管(1)的绝热段(6)裸露在镂空槽(7)的空隙中。4.根据权利要求1所述的具有热管散热结构的印刷电路板，其特征在于：所述热管模组的热沉(2)和热盘(3)均镶嵌在印刷电路基板(15)中，所述热管(1)的绝热段(6)裸露在外界空气中并分布在印刷电路板一侧外部。5.根据权利要求4所述的具有热管散热结构的印刷电路板，其特征在于：所述热管(1)为一根以上，各热管整体呈“凹”字形状平行设置，每根热管(1)的蒸发段(11)和冷凝段(12)以圆角过渡折弯(90)°。6.根据权利要求1所述的具有热管散热结构的印刷电路板，其特征在于：所述的吸液芯为双层铜丝网烧结而成的双层铜丝网复合结构(101)或泡沫铜和铜丝网烧结而成的泡沫铜丝网复合结构(102)。7.根据权利要求1所述的具有热管散热结构的印刷电路板，其特征在于：所述热沉(2)上设置有用于装配热管(1)冷凝段(12)的热沉通孔(4)，所述热盘(3)上设置有用于装配热管(1)蒸发段(11)的热盘通孔(5)，装配后通过焊接牢固结合。8.一种如权利要求1~3、6~7中任一项所述具有热管散热结构的印刷电路板的制造方法，其特征在于，包括步骤：步骤(1)、热管的制造，包括：(1)铜管与中心棒(13)的预处理：剪切并清洗铜管和中心棒(13)，去除中心棒(13)和铜管表面的油污，再将铜管材和中心棒(13)烘干处理；将烘干后的中心棒(13)进行热处理，避免铜管与中心棒(13)在后续烧结工艺中发生黏结现象，提高中心棒(13)的使用寿命；(2)吸液芯(10)的制备：通过烧结处理得到吸液芯(10)，然后将该吸液芯(10)剪切成条状备用；(3)先将条状的吸液芯(10)穿入铜管，再将中心棒(13)插入铜管，使吸液芯(10)紧贴铜管内壁，然后进行烧结处理；(4)将中心棒(13)拔出，对铜管的尾部进行焊接封口，然后对铜管进行退火处理；(5)依序对铜管进行工质灌注、抽真空、二除定长、头部焊接封口处理；(6)热管后续处理，包括检测、表面处理；步骤2、热管模组的制造，包括：(1)通过机加工分别得到热盘(3)和热沉(2)，热盘(3)和热沉(2)分别各加工热盘通孔(5)和热沉通孔(4)；(2)将热管(1)的蒸发段(11)与热盘(3)的热盘通孔(5)进行轴孔配合，再用焊接工艺将热管(1)和热盘(3)结合；将热...

【专利技术属性】
技术研发人员：李勇，谢培达，周文杰，何柏林，黄光文，
申请(专利权)人：华南理工大学，广东新创意科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44