CN116321688A - 一种电路板、电路板组件和电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种电路板、电路板组件和电子设备。电路板组件包括发热器件和电路板，发热器件设置于电路板的表面。上述电路板包括基板和设置于基板的电路层，电路层与发热器件导电连接。基板包括绝缘基板和金属基板，绝缘基板和金属基板固定设置。上述金属基板内设置有冷却液通道，该冷却液通道用于传输冷却液，金属基板与发热器件导热连接，从而金属基板可以用于为发热器件散热。本申请直接在电路板的金属基板中制备冷却液通道，可以使得冷却液与发热器件之间的距离较短，导热链路中的热阻较小，有利于提升发热器件的散热能力。此外，该方案还有利于简化电子设备的装配，以及减小电子设备的体积，进一步的提升电子设备的集成度。

Description

一种电路板、电路板组件和电子设备

技术领域

本申请涉及电子设备技术领域，尤其涉及到一种电路板、电路板组件和电子设备。

背景技术

随着电子产品的功率密度不断提升，电子器件的功率逐渐提高，高功率器件等发热器件的发热量也原来越多；电子产品的体积逐渐趋于小型化，电子器件的集成度也在提高，散热空间较少。因此，高功率器件等发热器件的散热能力成为电子产品功率密度提升的瓶颈，传统的印制电路板(printed circuit board，PCB)依靠密集孔、导热板材或者金属基板散热已经难以满足要求，散热方案逐渐从自冷/风冷的方案发展至液冷方案。

现有技术中，电路板组件包括PCB和设置于PCB的发热器件，为了对上述电路板组件中的发热器件散热。可以在电子设备中设置冷板，冷板与发热器件导热连接。上述冷板具有冷却液通道，冷却液在上述冷却液通道流过，从而可以带走发热器件的热量。然而上述冷板与发热器件导热连接时，冷板与发热器件接触或者在冷板与发热器件之间设置导热结构，导热链路中的热阻较大，散热能力有限。

发明内容

本申请提供了一种电路板、电路板组件和电子设备，提升发热器件的散热效率，减小电路板组件的体积，提升电子设备的集成度。

第一方面，本申请提供了一种电路板组件，该电路板组件包括发热器件和电路板。上述发热器件设置于电路板的表面。具体的，上述电路板包括基板和设置于基板的电路层，电路层与发热器件导电连接。基板包括绝缘基板和金属基板，绝缘基板和金属基板固定设置。电路层设置于绝缘基板背离金属基板的一侧，或者说，电路层与金属基板之间设置有绝缘基板，例如绝缘基板可以为胶层，使得电路层与金属基板之间实现绝缘设置。上述金属基板内设置有冷却液通道，该冷却液通道用于传输冷却液，金属基板与发热器件导热连接，从而金属基板可以用于为发热器件散热。本申请技术方案中，直接在电路板的金属基板中制备冷却液通道，可以使得冷却液与发热器件之间的距离较短，且无需设置额外的导热层，导热链路中的热阻较小，有利于提升发热器件的散热能力。此外，该方案还有利于简化电子设备的装配，以及减小电子设备的体积，进一步的提升电子设备的集成度。

具体的，上述电路层可以通过焊接的方式与发热器件电连接。或者，上述电路层还可以通过连接器与发热器件电连接，本申请对此不做限制。

对于电路板的层结构的设置，本申请不做限制，一种技术方案中，上述金属基板可以设置于绝缘基板背离电路层的一侧表面。

另一种技术方案中，上述绝缘基板包括第一绝缘基板和第二绝缘基板，金属基板设置于第一绝缘基板与第二绝缘基板之间。也就是说，基板内埋于绝缘基板内部。

为了提升金属基板的散热能力，上述冷却液通道内可以设置有散热翅片。散热翅片使得金属基板与制冷液之间的换热面积较大，则金属基板的散热能力较强。

冷却液通道形成于金属基板，本身具有一定的防腐蚀性。但是为了提升冷却通道的防腐蚀性，还可以使上述冷却液通道的内壁具有防腐蚀层。

上述发热器件与金属基板通过金属孔导热连接。该金属孔的导热系数高于绝缘基板，有利于提升发热器件与金属基板之间的换热效率。

具体设置金属基板时，使金属基板的厚度小于或者等于4毫米。使得金属基板的厚度较薄，有利于减小电路板组件的体积。此外，厚度较薄的金属基板的刚性较小，可以减少金属基板与焊点之间的热膨胀系数的差异，使得金属基板与焊点随温度变形程度较为接近，有利于提升金属基板的焊点可靠性较高。

为了使得金属基板与发热器件之间导热效果较好，使得绝缘基板的导热系数大于或者等于1W/m·K。

可选的技术方案中，上述金属基板的材质不做限制。例如，金属基板为铜基板、铝基板或者钢基板。

为了提升电路板的散热能力，上述电路板包括至少两层金属基板，每层金属基板设置有冷却液通道。该方案中，电路板可以通过两层金属基板为发热器件散热，散热能力较强。特别对于电路板两侧都设置有发热器件的场景下。

第二方面，本申请还提供了一种电路板，该电路板包括基板和设置于基板的电路层，电路层与发热器件导电连接；基板包括绝缘基板和金属基板，绝缘基板和金属基板固定设置。金属基板内设置有冷却液通道，冷却液通道用于传输冷却液，金属基板与发热器件导热连接，用于为发热器件散热。直接在电路板的金属基板中制备冷却液通道，可以使得冷却液与发热器件之间的距离较短，且无需设置额外的导热层，导热链路中的热阻较小，有利于提升发热器件的散热能力。此外，该方案还有利于简化电子设备的装配，以及减小电子设备的体积，进一步的提升电子设备的集成度。

第三方面，本申请还提供了一种电子设备，该电子设备包括壳体、液冷系统以及上述第一方面提供的电路板组件。该电路板组件设置于壳体，液冷系统与电路板的冷却液通道连通，驱动制冷液流经上述冷却液通道，以为电路板组件的发热器件散热。该方案中，发热器件的散热效果较好，可以提升电子设备的工作效率和使用寿命。此外，电路板组件的体积较小，有利于提升电子设备的集成度。

附图说明

图1为本申请实施例中电子设备的一种结构示意图；

图2为本申请实施例中电路板组件的一种结构示意图；

图3为本申请实施例中电路板组件的另一种结构示意图；

图4为本申请实施例中电路板组件的另一种结构示意图；

图5为本申请实施例中电路板组件的另一种结构示意图；

图6为本申请实施例中电路板组件的另一种结构示意图；

图7为本申请实施例中电路板组件的另一种结构示意图；

图8为本申请实施例中金属基板的一种截面示意图；

图9为本申请实施例中金属基板的另一种截面示意图；

图10为本申请实施例中电路板组件的另一种结构示意图。

附图标记：

1-壳体；

2-液冷系统；

3-电路板组件；

31-电路板；

311-基板；

3111-绝缘基板；

3112-金属基板；

3113-冷却液通道；

3114-散热翅片；

3115-分流隔板；

312-电路层；

313-金属孔；

32-发热器件。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。

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”、“所述”、“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。

在本说明书中描述的参考“一个实施例”或“具体的实施例”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。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。

为了方便理解本申请实施例提供的电路板、电路板组件和电子设备，下面首先介绍一下其应用场景。本申请中的电子设备可以为计算设备(如服务器)、网络设备(如交换机)和存储设备(如存储阵列)等设备，或者，上述电子设备还可以为储能系统中的电子设备或者车载电子设备等，例如储能柜等，只要是包括发热器件的电子设备，对于发热器件具有散热需求的电子设备都可以采用本申请中的技术方案。

图1为本申请实施例中电子设备的一种结构示意图，如图1所示，本申请一种实施例中，上述电子设备包括壳体1、液冷系统2以及电路板组件3，其中，电路板组件3设置于上述壳体1，且液冷系统2用于为电路板组件3散热。具体的实施例中，上述液冷系统2可能包括储液罐、液泵或者换热器等结构，此处进行详细描述。

图2为本申请实施例中电路板组件的一种结构示意图，电路板组件3包括电路板31和发热器件32，上述发热器件32设置于电路板31。具体的，上述电路板31包括基板311和电路层312，上述电路层312设置于基板311。发热器件32与上述电路层312导电连接。具体的，上述发热器件32设置于电路板31的表面，发热器件32与电路层312的连接方式不做限制。上述电路板31可以设置多个电子器件，发热器件32为电子器件中的一种，上述电子器件与电路层312导电连接，可以通过上述电路层312实现不同电子器件之间的电连接；或者上述电路板组件3还包括连接器，该连接器也与电路层312导电连接，从而使得连接器与上述电子器件电连接，上述连接器与其他电路板模组或者电子设备连接，使得上述电子器件可以与自身所在的电路板组件3以外的电子器件导电连接。

请继续参考图2，具体的实施例中，上述基板311包括绝缘基板3111和金属基板3112，上述绝缘基板3111和金属基板3112固定设置。具体的一种实现方式中，上述绝缘基板3111和金属基板3112可以采用压合或者内埋的方式固定设置。上述金属基板3112内设置有冷却液通道3113，该冷却液通道3113与液冷系统2连通，具体的，可以利用液体管路连通上述冷却液通道3113和液冷系统2，使得上述冷却液通道3113与液冷系统2形成液冷回路，上述金属基板3112可以用于为发热器件32散热。具体的，可以使发热器件32与上述金属基板3112导热连接，使得发热器件32产生的热量可以传输至金属基板3112，进而被冷却液带走，从而为发热器件32散热。

本申请技术方案中，直接在电路板31的金属基板3112中制备冷却液通道3113，可以使得冷却液与发热器件32之间的距离较短，且无需设置额外的导热层，导热链路中的热阻较小，有利于提升发热器件32的散热能力。此外，将冷却液通道3113制备于电路板31的金属基板3112，而无需在电子设备中设置额外的冷板，有利于简化电子设备的装配，以及减小电子设备的体积，进一步的提升电子设备的集成度。

一种具体的实现方式中，上述液冷系统2包括储液罐、液泵和换热器，上述储液罐、液泵、换热器和冷却液通道3113，通过液体管路连通。其中，储液罐可以用于存储冷却液，换热器用于为冷却液换热，使得冷却液降温；液泵驱动冷却液在上述冷却液通道3113、换热器和储液罐之间循环流动，以使冷却液在冷却液通道3113内时为发热器件32散热。

本申请实施例中，绝缘基板3111的材质可以选用导热系数较高的绝缘基板3111，从而进一步的提升发热器件32的散热效率。具体的，上述绝缘基板3111的导热系数大于或者等于1W/m·K。例如，上述绝缘基板3111的导热系数还可以为1.2W/m·K、1.5W/m·K、1.8W/m·K、2W/m·K、2.2W/m·K、2.5W/m·K、3W/m·K或者3.5W/m·K等。

具体的实施例中，上述金属基板3112在电路板31中的位置不做限制。图3为本申请实施例中电路板组件的另一种结构示意图，如图2和图3所示，一种实施例中，金属基板3112位于绝缘基板3111内部。或者说，电路板31包括至少两层绝缘基板3111和至少一层金属基板3112，上述金属基板3112位于两层绝缘基板3111之间。如图3所示的实施例中，具体可以使得绝缘基板3111包括第一绝缘基板和第二绝缘基板，上述金属基板3112设置于第一绝缘基板和第二绝缘基板之间。该实施例中，可以使得电路板31在金属基板3112两侧都设置有导电层，电路板31在金属基板3112的两侧都连接有发热器件32或者说电子器件。该实施例中，电路板31的两侧都设置有发热器件32，可以充分利用电路板31的金属基板3112内的冷却液通道3113为两侧的发热器件32散热，同一冷却液通道3113为较多的发热器件32散热，有利于提升冷却液通道3113的工作效率。此外，电路板31设置的发热器件32或者说电子器件数量较多，有利于提升电路板组件3的集成度。当然，在其它实施例中，也可以使得电路板31仅一侧设置有发热器件32，如图2所示，本申请对此不做限制。

图4为本申请实施例中电路板组件的另一种结构示意图，如图4所示，另一种实施例中，上述金属基板3112设置于绝缘基板3111的一侧表面，发热器件32则可以设置于绝缘板背离上述金属基板3112的一侧。该实施例中，有利于简化电路板31的制备工艺。

另一种实施例中，当金属基板3112设置于绝缘基板3111的一侧表面时，可以使得金属基板3112中的冷却液通道3113为开槽流道。图5为本申请实施例中电路板组件的另一种结构示意图，如图5所示，在形成电路板组件3时，可以使得上述金属基板3112的开槽流道覆盖上盖，以形成闭合流道。具体的一种实现方式中，上述上盖可以采用焊接的方式与上述开槽流道连接。

具体的实施例中，在金属基板3112形成上述冷却液通道3113的方式不做限制。例如，可以采用烧结、机械加工和焊接等工艺形成具有冷却液通道3113的金属基板3112。例如，采用烧结工艺可以形成一体结构的金属基板3112，不易出现泄漏等情况。或者，可以采用铣槽的工艺形成开槽流道，在利用焊接工艺将上盖焊接与上述开槽流道的槽口，以形成闭合流道。

图6为本申请实施例中电路板组件的另一种结构示意图，如图6所示，另一种实施例中，还可以使上述冷却液通道3113内设置有散热翅片3114，以提升金属基板3112与冷却液热交换的效率，提升电路板组件3的散热能力。

具体的实施例中，为了提升冷却液通道3113的使用寿命，可以使得冷却液通道3113的内壁具有防腐蚀层。该防腐蚀层的形成方式不做限制，例如，该防腐蚀层可以为金属基板3112的冷却液通道3113的表面形成的氧化层，该氧化层相当于钝化层，不易被腐蚀。具体的可以采用阳极氧化的工艺在金属基板3112的冷却液通道3113的表面形成上述氧化层。在其他实施例中，也可以采用电镀工艺在上述冷却液通道3113的内壁电镀形成防腐层，具体可以在冷却液通道3113的内壁电镀活泼性较差的金属层，以作为上述防腐蚀层。

具体的实施例中，上述金属基板3112的具体材质也不做限制，例如，上述金属基板可以为铜基板、铝基板或者钢基板。金属基板3112的导热系数较高，因此，该方案有利于提升金属基板3112与发热器件32之间热交换的效率，提升发热器件32的散热效果。

图7为本申请实施例中电路板组件的另一种结构示意图，如图7所示，另一种实施例中，为了提升发热器件32的散热效率，可以使发热器件32与金属基板3112通过金属孔313导热连接。金属孔313的导热系数较高，有利于提升发热器件32与冷却液通道3113之间的热传导效率。该金属孔313具体可以为金属层形成的空心筒，或者也可以为金属形成的金属柱，本申请对此不做限制，当金属孔313为金属柱时，导热效果较高。

具体设置上述金属孔313时，可以使金属孔313直接位于发热器件32与金属基板3112之间，例如图8中所示的第一金属孔，该实施例中，发热器件32在基板311的正投影完全覆盖第一金属孔在上述基板311的正投影，该方案有利于第一金属孔导热效率。或者，该金属孔313也可以不位于发热器件32与金属基板3112之间，例如图7中所示的第二金属孔，该实施例中，发热器件32在基板311的正投影未覆盖第二金属孔在上述基板311的正投影，该第二金属孔连接于导电层与金属基板3112之间。导电层、第二金属孔以及金属基板3112均为金属，导热系数均较高，发热器件32与导电层导热连接，则也可以提升发热器件32与冷却液通道3113之间的热传导效率。

具体的实施例中，上述金属基板3112的厚度小于或者等于4毫米。例如，上述金属基板3112的厚度可以为1毫米、1.2毫米、1.5毫米、1.8毫米、2毫米、2.5毫米、2.8毫米、3毫米、3.4毫米或者3.7毫米等等。该实施例可以使得金属基板3112的厚度较薄，有利于减小电路板组件3的体积，提升电路板组件3和电子设备的集成度。此外，该实施例中，金属基板3112的刚性较小，可以减少金属基板3112与焊点之间的热膨胀系数的差异，使得金属基板3112与焊点随温度变形程度较为接近，焊点与金属基板3112之间不易出现翘曲。有利于提升金属基板3112的焊点可靠性较高，便于加工制作。

请继续参考图7，上述冷却液通道3113的内径为1毫米～3毫米，使得流经冷却液通道3113内的冷却液能够满足电路板组件3的散热需求，且使得金属基板3112不至于过厚。

此外，请继续参考图7，上述金属基板3112在冷却液通道3113两侧的壁厚大于或者等于0.5毫米，例如，可以为1毫米或者2毫米等等。该方案中，金属基板3112的壁厚可以使得金属基板3112具有较好的抗压合能力，不易变性或者损坏。

本申请实施例中，金属基板3112内的冷却液通道3113的排布方式不做限制，只要能够使得冷却液流过即可。图8为本申请实施例中金属基板的一种截面示意图，如图8所示，一种可能的实现方式中，上述冷却液通道3113可以为条状流道，且上述条状流道可以呈蛇形排布，该方案，有利于提升冷却液在冷却液通道3113内流动的路径长度，提升换热效果。

图9为本申请实施例中金属基板的另一种截面示意图，如图9所示，另一种可能的实现方式中，上述冷却液通道3113还可以为腔体流道。也就是说，金属基板3112可以具有冷却腔，该冷却腔即可作为冷却液流道。一种实施例中，上述冷却腔内还可以设置有分流隔板3115，该分流隔板3115一方面可以将冷却腔分割成多部分，以使得冷却液在冷却腔内均匀流动。另一方面，该分流隔板3115还可以支撑上述冷却腔的顶壁和底壁，则将金属基板3112与绝缘基板3111压合时，使得冷却腔不易变形，金属基板3112具有较好的强度。另一种可能的实现方式中，上述冷却腔内还可以设置有多个支撑柱，该支撑柱一方面可以起到扰流的作用，提升冷却液与金属基板3112的换热效率。另一方面，该支撑柱也可以支撑上述冷却腔的顶壁和底壁，则将金属基板3112与绝缘基板3111压合时，使得冷却腔不易变形，金属基板3112具有较好的强度。具体设置上述分流隔板3115或者支撑柱时，可以使得上述分流隔板3115或者支撑柱设置于冷却腔的周侧和中心，或者均匀分布于上述冷却腔内。从而可以起到较好的支撑效果。

当然，在其他实施例中，上述冷却液流道还可以采用其它的排布方式，本申请不进行一一列举。

此外，上述冷却液通道3113的横截面的形状也不做限制，例如可以为圆形、半圆形或者方形等，可以根据实际需求选择和设计。

图10为本申请实施例中电路板组件的另一种结构示意图，如图10所示，一种实施例中，上述电路板31包括至少两层上述金属基板3112，每层金属基板3112设置有上述冷却液通道3113。该实施例可以利用较多的冷却液为发热器件32散热，提升电路板组件3的散热能力。或者，如图10所示的实施例中，当电路板31两侧都设置有发热器件32时，电路板31设置有两层金属基板3112，利用两个冷却液通道3113分别为两侧的发热器件32散热。从而可以提升发热器件32的散热效果，提升电子设备的使用寿命。

具体的实施例中，上述冷却液通道3113包括进液口和出液口，利用上述进液口和出液口与液冷系统2连通，冷却液从上述进液口流至金属基板3112的冷却液通道3113，并从出液口流出上述冷却液通道3113。具体设置上述进液口和出液口时，一种实施例中，可以使上述进液口和出液口位于金属基板3112的侧壁，直接与液冷系统2连通，有利于简化电路板31的结构，如图7所示。或者，另一种实施例中，还可以上述进液口和出液口经过上述绝缘基板3111和电路层312设置于电路板31的两侧表面中至少一侧的表面。或者，还可以使上述进液口或者出液口中的一个设置于金属基板3112的侧壁，另一个设置于电路板31的两侧表面中的至少一侧表面。总之可以根据实际需求设置上述进液口和出液口的位置。

本申请的发明人根据金属基板3112的厚度、冷却液通道3113的直径和冷却液通道3113的分布区域进行力学仿真，本申请技术方案中的金属基板3112的厚度可以小于或者等于2.0mm，金属基板3112能够满足大于60分钟，且持续大于或者等于300PSI&180℃耐高温高压需求。

以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种电路板组件，其特征在于，包括发热器件和电路板，所述发热器件设置于所述电路板的表面；其中，

所述电路板包括基板和设置于所述基板的电路层，所述电路层与所述发热器件导电连接；所述基板包括绝缘基板和金属基板，所述绝缘基板和所述金属基板固定设置；

所述金属基板内设置有冷却液通道，所述冷却液通道用于传输冷却液，所述金属基板与所述发热器件导热连接，用于为所述发热器件散热。

2.如权利要求1所述的电路板组件，其特征在于，所述金属基板设置于所述绝缘基板背离所述电路层的一侧表面。

3.如权利要求1所述的电路板组件，其特征在于，所述绝缘基板包括第一绝缘基板和第二绝缘基板，所述金属基板设置于所述第一绝缘基板与所述第二绝缘基板之间。

4.如权利要求1～3任一项所述的电路板组件，其特征在于，所述冷却液通道内设置有散热翅片。

5.如权利要求1～4任一项所述的电路板组件，其特征在于，所述冷却液通道的内壁具有防腐蚀层。

6.如权利要求1～5任一项所述的电路板组件，其特征在于，所述发热器件与所述金属基板通过金属孔导热连接。

7.如权利要求1～6任一项所述的电路板组件，其特征在于，所述金属基板的厚度小于或者等于4毫米。

8.如权利要求1～7任一项所述的电路板组件，其特征在于，所述绝缘基板的导热系数大于或者等于1W/m·K。

9.如权利要求1～8任一项所述的电路板组件，其特征在于，所述金属基板为铜基板、铝基板或者钢基板。

10.如权利要求1～8任一项所述的电路板组件，其特征在于，包括至少两层所述金属基板，每层所述金属基板设置有所述冷却液通道。

11.一种电路板，其特征在于，包括基板和设置于所述基板的电路层，所述电路层与所述发热器件导电连接；所述基板包括绝缘基板和金属基板，所述绝缘基板和所述金属基板固定设置；

所述金属基板内设置有冷却液通道，所述冷却液通道用于传输冷却液，所述金属基板与所述发热器件导热连接，用于为所述发热器件散热。

12.一种电子设备，其特征在于，包括壳体、液冷系统以及如权利要求1～10任一项所述的电路板组件，所述电路板组件设置于所述壳体，所述液冷系统与所述电路板的所述冷却液通道连通。

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