一种内置有液冷通道的封装基板的制作方法

1.本实用新型涉及封装技术领域，尤其涉及一种内置有液冷通道的封装基板。


背景技术：

2.随着新能源汽车，新能源装备，轨道交通，智能电网，航空航天等领域的高速发展，功率器件模块作为电子电力装备的核心部件，其作用直接影响整台设备的性能和价值。因而，各芯片厂商都在大力提升芯片的性能和参数，而封装基板上单位芯片面积下的热功率密度也越来越高，从而对相应的散热系统的要求也越来越苛刻。
3.现有的散热技术一般采用模块风冷或液冷模式，即将封装好的基板，用导热硅脂和螺栓固定在散热器或液冷板上，再通过风扇或液冷板下的液冷介质将热量传递出去，本质上功率芯片和散热器/液冷板为两个独立的部件，采用导热硅脂和螺栓固定的物理接触方式进行低效率散热。由于现在功率芯片的性能在不断提升，集成度越来越高，单位面积下的热密度也越来越高，现有的风冷和液冷模式由于散热瓶颈问题，逐步开始限制芯片最佳性能的发挥；有些产品随着时间的推移，热能的持续集聚，最终会导致元器件受损。
4.所以，现有技术的技术问题在于：封装基板的散热效率差。


技术实现要素：

5.本技术实施例提供一种内置有液冷通道的封装基板，解决了现有技术中封装基板的散热效率差的技术问题；达到提高封装基板散热效率的技术效果。
6.本技术实施例提供一种内置有液冷通道的封装基板，所述封装基板包括：液冷基板，所述液冷基板包括：基板主体和接头；所述基板主体包括：基材体、液冷通道以及堵头，所述液冷通道位于所述基材体内；且所述液冷通道具有一开口，所述开口连通外界；所述接头设置在所述开口上；封装电路，所述封装电路设置在液冷基板上；以及焊料层，所述焊料层位于液冷基板和封装电路之间，且焊料层连接液冷基板和封装电路；其中，所述液冷通道设置有若干条，若干条液冷通道相互连通构成作用面为一平面的液冷回路；且所述液冷回路以面的形式作用在所述焊料层和封装电路上。
7.作为优选，所述基材体为一扁平的块体，所述基材体的上下两面面积大于基材体的侧面面积，且所述液冷通道的开口均设置在所述基材体的侧面。
8.作为优选，所述封装电路设置在基材体的上下两面中的一个或两个面上。
9.作为优选，所述封装电路的第一面设置有芯片，所述封装电路的第二面和焊料层连接；且所述第一面和第二面为相对的两个端面。
10.作为优选，所述基材体的材质具体为紫铜、无氧铜、超级铜、铜铝复合、铜金刚石、铝金刚石或铜铲齿。
11.作为优选，所述焊料层具体为纳米银焊料层、锡片层、高导热锡膏层或钎焊料层。
12.作为优选，所述封装电路具体为dpc、dbc陶瓷电路板，金刚石电路板、金刚石膜电路板或sic电路板。
13.作为优选，所述液冷通道分为第一液冷通道和第二液冷通道；其中，第一液冷通道间隔设置有两组，且两组第一液冷通道的开口分别连接有接头，用于液冷介质进出；所述第二液冷通道连通上述的两组第一液冷通道，以使得液冷介质在基材体内运动。
14.作为优选，所述第二液冷通道设置有多组，且多组第二液冷通道之间间隔设置；且所述第二液冷通道的开口上设置堵头，通过堵头使得第二液冷通道的开口密封。
15.作为优选，所述液冷通道内加工设置有微结构。
16.本技术实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：
17.1、本技术实施例中，与传统封装基板的结构相比，该新型封装基板采用焊料层将封装电路与液冷基板焊接而成，具有热阻小，导热系数高等优点，可以将芯片产生的热量，快速导通到液冷基板上，热量形成面到体的扩散；而内置液冷通道设计在液冷基板内部，为同一个部件，热量可以迅速通过液冷通道中的液冷介质经接头传送出去，实现快速散热的目的，从而使得芯片能够在更高功率、更低温度环境下运行，实现更高的产品性能；解决了现有技术中封装基板的散热效率差的技术问题；达到提高封装基板散热效率的技术效果。
18.2、本技术实施例中，从根本上解决了传统基板需要层层散热的弊端，将液冷通道直接设计在基板主体的腔体内部，去除了传统封装基板中层层物理接触散热的热阻，具有散热路径短，散热速度快，散热效果佳的优点，同时还实现双面封装电路的特色，可用于超大功率芯片封装。进一步的还在液冷通道中设置微结构，增大和液冷介质的接触面积，增加液冷介质的停留时间，且让液冷介质在液冷通道中的流速更加均匀稳定。
附图说明
19.图1为本技术实施例中一种内置有液冷通道的封装基板的轴测向结构示意图；
20.图2为图1状态下的爆炸图；
21.图3为图2状态下的透视图；
22.图4为本技术实施例中基板主体的俯视向透视结构图；
23.图5为另一个实施例中的内置有液冷通道的封装基板的轴测向爆炸结构示意图。
24.附图标记：100、基板主体；110、基材体；120、液冷通道；120a、第一液冷通道；120b、第二液冷通道；121、微结构；130、堵头；200、接头；200a、第一接头；200b、第二接头；300、焊料层；400、封装电路。
具体实施方式
25.本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本技术所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
26.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以
是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
27.本技术实施例提供了一种内置有液冷通道的封装基板，具有封装基板内部直接液冷的特点，散热路径短，热阻小，散热速度快。且同时实现单面或双面电路封装，消除了传统封装基板单一面封装的唯一性，为一种新型封装基板形式，其封装芯片多、可实现超大功率芯片的封装。内部直接液冷的特点，将基板表面封装电路上芯片产生的热能，扩散成面，扩散成体，并迅速由内置的液冷通道系统将热量带走。
28.为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
29.一种内置有液冷通道的封装基板，参考说明书附图1-3，封装基板包括：液冷基板、封装电路400以及焊料层300，焊料层300位于液冷基板和封装电路400之间，且焊料层300连接液冷基板和封装电路400；通过液冷基板来带着封装电路400产生的热量，使得封装电路400可以稳定高效的工作。
30.液冷基板，液冷基板包括：基板主体100和接头200；基板主体100包括：基材体110、液冷通道120以及堵头130，液冷通道120位于基材体110内；且液冷通道120具有一开口，开口连通外界；接头200设置在开口上。
31.基板主体100，基板主体100包括：基材体110和液冷通道120；液冷通道120设置在基材体110内，且液冷通道120相对于基材体110至少具有一个和外接连通的开口；其中，液冷通道120设置有若干条，若干条液冷通道120相互连通为一体，构成一个基材体110上的液冷回路。
32.基材体110，参考说明书附图3，用于吸收其上设置的热源模块的热量。基材体110为一扁平的块体，基材体110的上下两面面积大于基材体110的侧面面积，且液冷通道120的开口均设置在基材体110的侧面，以便于获得高导热的能力。可以理解的是，基材体110的上下两面用来连接热源模块，进一步的，为了提高导热能力，基材体110的材质优选为紫铜、无氧铜、超级铜、铜铝复合、铜金刚石、铝金刚石或铜铲齿中的一种。
33.关于液冷基板中基材体110的制造：对于铜金刚石、铝金刚石等不可机加工基板材料，可以用目前可利用到的自然界中导热系数最高的金刚石颗粒混合铜粉或铝粉按一定比例均匀搅拌，置入带有通道结构的特殊模具中高温烧结而成，再辅以激光焊接、真空焊接，钎焊等高性能焊接工艺，焊接成一个带有进出口通道的密闭的液冷基板。
34.液冷通道120，参考说明书附图3-4，用于在基材体110上构建供液冷介质运动的通道。液冷通道120设置有若干条，若干条液冷通道120相互连通构成作用面为一平面的液冷回路；且液冷回路以面的形式作用在焊料层300和封装电路400上。液冷通道120的横截面形状可为圆形、方形、椭圆形或其它形状。在一实施例中，液冷通道120相对于基材体110为单开口样式，提高基板主体100密封性能；液冷通道120相对于基材体110为一直线样式，降低液冷通道120的加工难度，以便于采用机械加工、激光加工、线切割等手段，特别是钻孔方式。当然，液冷通道120也可以是其他样式，如弯曲，如扭转，只需要保持冷却介质可流通。
35.需要特别说明的是，为了进一步提高液冷通道120的导热能力，液冷通道120内加
工设置有微结构121，微结构121形状具体为片状、块状、翅状或螺旋状；一是增加接触面积，二是延长液冷介质的滞留时间。
36.关于液冷通道120的具体说明，液冷通道120分为第一液冷通道120a和第二液冷通道120b；其中，第一液冷通道120a间隔设置有两组，且两组第一液冷通道120a的开口分别连接有接头200，用于液冷介质进出；第二液冷通道120b连通上述的两组第一液冷通道120a，以使得液冷介质在基材体110内运动。优选，第二液冷通道120b设置有多组，且多组第二液冷通道120b之间间隔设置；且第二液冷通道120b的开口上设置堵头130，通过堵头130使得第二液冷通道120b的开口密封。
37.可以理解的是，第一液冷通道120a和第二液冷通道120b之间纵横交错，且多组第二液冷通道120b之间间隔设置，使得基板主体100内部的支撑点位均匀分布，保证加工便捷的情况下，保证基板主体100的结构强度。
38.封装电路400，参考说明书附图2，封装电路400设置在液冷基板上；封装电路400的第一面设置有芯片，封装电路400的第二面和焊料层300连接；且第一面和第二面为相对的两个端面。封装电路400具体为dpc、dbc陶瓷电路板，金刚石电路板、金刚石膜电路板或sic电路板。需要说明的是，参考说明书附图5，封装电路400可以是单面设置在液冷基板的一个端面上，也可以是分两组双面设置在液冷基板相对的两个端面上。
39.焊料层300，焊料层300具体为纳米银焊料层300、锡片层、高导热锡膏层或钎焊料层300。焊料层300由特殊工艺焊接封装电路400和液冷基板而生成，如可烘烤焊接，可压焊焊接。
40.技术效果：
41.1、本技术实施例中，与传统封装基板的结构相比，该新型封装基板采用焊料层将封装电路与液冷基板焊接而成，具有热阻小，导热系数高等优点，可以将芯片产生的热量，快速导通到液冷基板上，热量形成面到体的扩散；而内置液冷通道设计在液冷基板内部，为同一个部件，热量可以迅速通过液冷通道中的液冷介质经接头传送出去，实现快速散热的目的，从而使得芯片能够在更高功率、更低温度环境下运行，实现更高的产品性能；解决了现有技术中封装基板的散热效率差的技术问题；达到提高封装基板散热效率的技术效果。
42.2、本技术实施例中，从根本上解决了传统基板需要层层散热的弊端，将液冷通道直接设计在基板主体的腔体内部，去除了传统封装基板中层层物理接触散热的热阻，具有散热路径短，散热速度快，散热效果佳的优点，同时还实现双面封装电路的特色，可用于超大功率芯片封装。进一步的还在液冷通道中设置微结构，增大和液冷介质的接触面积，增加液冷介质的停留时间，且让液冷介质在液冷通道中的流速更加均匀稳定。
43.尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。
44.显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。