熱管和將熱管嵌入產品中的方法技術

本發明專利技術涉及一種熱管(10)用于冷卻電子設備，特別是部件載體(100)，包括帶填充有傳熱液(20)的空腔(12)的中心部(13)。在熱管(10)的縱向(11)上，與中心部(13)直接連接的是位于中心部(13)的第一端上的第一端部(14)和位于中心部(13)的對置第二端上的第二端部(15)，其中第一端部(14)和第二端部(15)分別包括具有表面長度(SL，SL

【技術實現步驟摘要】
熱管和將熱管嵌入產品中的方法
本專利技術涉及一種熱管用于冷卻電子設備，特別是載體，包括帶填充有傳熱液的空腔的中心部。本專利技術還涉及一種包括至少一個用于冷卻其的熱管的部件載體，以及一種用于生產所述部件載體的方法。根據本專利技術的熱管可以應用于而不只局限于如部件載體的電子設備，例如，印刷電路板、中間印刷電路板產品或者IC襯底，其中嵌入至少一個熱管，從而適合冷卻熱耗散電子部件。
技術介紹
熱管是傳熱設備，該傳熱設備結合熱導和相變兩種原理，以有效管理兩個固體界面之間的熱傳遞。一般地，熱管被成形為密封管或者密封管路，并且通常由與工作液相容的材料，諸如充水熱管的銅制成。因此，熱管尤其在熱管的縱向上在互相隔開的兩個界面之間在沿著其長度的一維上增強熱傳遞。在熱管的熱界面，如與熱導固體表面接觸的液體的傳熱液通過從該表面吸收熱量轉變為蒸氣。傳熱液容納于熱管的腔內，該熱管的腔通常是封裝的封閉空腔，以避免傳熱液有任何損失。然后，蒸氣沿著熱管行進到冷界面，并且在那兒通過釋放潛熱凝結回到液體。然后，該液體通過毛細作用、離心力或者重力返回熱界面，并且重復該循環。如今，扁平式或者平板式熱管常常在本行業中使用以改善電子設備的熱管理性能。例如，文獻WO2007/096313A1和WO2010/121230A1都涉及用于冷卻的平板式熱管。通常，將這些熱管設想為在熱管的制造過程中被壓平的柱形結構。文獻JP2000-138485A公開了一種帶用于冷卻電子部件的熱管的印刷電路板。在制造PCB時，在一個內部金屬層的接地平面中整體地形成熱管，其中兩片銅板以這兩個壓緊的銅板形成帶之后填充有冷卻劑的腔的接地平面層的方式被壓在一起。缺點是，這樣整體形成的熱管的位置是由接地平面金屬層在PCB層內的布置預限定的。因此，電子部件與熱管隔開某個距離側向安裝。此外，這些熱管的制造成本高，并且還增強了PCB裝置的熱應力，因為在制造PCB時，必須在原地將銅板壓在一起。之后，在制造時，必須在接合的銅板的兩側上形成樹脂層，并且最后，在現場將其密封之前必須將冷卻劑填充到空腔中，以提供集成于接地平面層內的熱管。因此，在制造PCB時，只有當執行了上述所有制造步驟時，該集成熱管才起作用。當代的熱管小到足以嵌入印刷電路板(縮寫為：PCB)結構中。然而，為了不破壞熱管的扁平形狀，這些熱管的組裝和操作的最高溫度范圍必須保持低于140℃，因為內部壓力的升高將使熱管變為圓柱形。缺點是，在極端溫度條件下，這可能導致PCB完全故障。因此，不能在裸PCB上組裝本
內公知的扁平式熱管，因為表面安裝技術(縮寫為：SMT)組裝要求的高達280℃的高溫和后續軟熔階段要求的高達250℃的溫度會破壞熱管或者至少使熱管變形。因為該原因，對于PCB內的嵌入過程，對極端溫度變化，剛性強的圓柱形熱管為優選的。關于嵌入部件的上述要求：因為JP2000-138485A公開的熱管不是單個獨立零件，而是在制造PCB時，以層向形成該熱管，所以其不能嵌入PCB結構中，至少不能作為填充有用于熱傳遞的冷卻劑或者液體的已經運行的熱管。文獻US2008/0087456A1涉及含有平板式散熱器的電路板組件，該平板式散熱器用作組件的電接地平面。缺點是，散熱器在其整個幾何結構上散熱，因此至少在二維上散熱。因此，散熱器或者蒸氣室主要是與熱管不同，熱管具有在一個特定維度上增強熱傳遞的優點。此外，上述缺點對于因此不能被嵌入PCB結構中的散熱器是相同的，至少不能作為填充有用于熱傳遞的冷卻劑或者液體的已經運行的散熱器。本申請人已經發現，圓柱形熱管能夠承受這種熱應力，而沒有任何可靠性風險。現代的圓柱形熱管的直徑能夠細至1mm甚或更細。這種情況下產生的挑戰是使熱管正確接觸如填充了銅的通路的熱通路，填充了銅的通路在PCB技術中是常見的。分別是非平面的圓柱形表面和外凸形狀的熱管可能在將熱通路通過其整個截面區域安全地連接到熱管的表面從而保證滿意的熱耗散能力方面產生問題。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種改進型熱管產品，該改進型熱管成品堅固耐用并且能夠耐受高熱應力，同時，其足夠細，使得能夠被嵌入并且熱連接到而且作為一個選項還能夠電連接到PCB的導電網，并且當將熱通路連接到各自的熱管的表面時，該熱管產品提供增強的散熱能力。此外，該改進型熱管產品應該是當被嵌入時已經是單個獨立可運行的零件。在本說明書中，本專利技術的另一個目的是在軟熔狀況在高達250℃的溫度下增強所述熱管產品的可靠性。因此，目的是避免使用在后續的軟熔工序狀況下使用材料如焊劑以致遭受相變或者氣體釋放的問題。本專利技術的另一個更具體目的是提供一種如PCB、中間印刷電路板成品或者IC襯底的改進型部件載體，該部件載體包括用于冷卻其的至少一個熱管，其中與包含一個或者幾個熱管的公知PCB相比，散熱能力被增強，并且以在熱通路與熱管之間確保適當熱連接的方式，布置接觸區域，以將熱通路安全連接到熱管。在本說明書中，可以將術語“襯底”理解為電連接或者電網的載體以及與印刷電路板(PCB)相當的部件載體，然而，具有顯著更高的橫向布置連接和/或者垂直布置連接。橫向連接是例如導電通路，而垂直連接可以是例如鉆孔。這些橫向連接和/或者垂直連接布置于襯底內，并且通常用于對部件或者包圍部件，特別是IC芯片的、具有印刷電路板的或者中間印刷電路板的，提供電連接和/或者機械連接。因此，術語“襯底”還包含所謂“IC襯底”。本專利技術的又一個目的是提供一種用于生產帶至少一個嵌入式熱管的部件載體的方法，其中使熱通路與嵌入式熱管安全連接的靈活性得到改善，并且由于熱通路與嵌入的熱管之間的不充分熱傳導而導致PCB不合格的數量顯著降低。在本說明書中，可以將術語“部件”分別理解為電子部件或者電子芯片。如芯片、特別是半導體芯片的每個有源電子部件或者如冷卻器、電阻器、電感器或者如鐵氧體磁芯元件的磁體元件的每個無源電子部件皆可為部件。能夠嵌入部件載體內或者能夠安置于部件載體上的電子部件的其他例子是如動態隨機存取存儲器(DRAM)的數據儲存設備、能夠被配置為例如高通濾波器、低通濾波器或者帶通濾波器或者能夠用作頻率濾波器的濾波器。此外，單獨的如所謂邏輯IC的集成電路(IC)、如微處理器的任何信號處理部件、任何性能管理部件、任何光電子設備、如DC/DC轉換器或者AC/DC轉換器的任何電壓轉換器、如鋯鈦酸鉛(PZT，lead-zirconiumtitanate)傳感器和/或者操作器的任何機電轉換器、以及如RFID芯片或者轉發器的電磁波的任何發送單元或者接收單元、任何密碼部件、電容、電感或者如基于晶體管開關的開關，或者與上述結合的，或者連同其他功能電子部件的分別被包括稱為部件和電子部件的上述術語。此外，電子部件還能夠包括微機電系統(縮寫為MEMS)、電池、蓄電池、攝像機或者天線。此外，本專利技術的另一個任務是改進包括熱管的部件載體的熱管理并且提高熱管的吸熱能力。通過對權利要求1的前序部分的熱管提供權利要求1的特征部分所述的特征，本專利技術滿足了上述目的。根據本專利技術，用于冷卻電子設備，特別是部件載體的，包括帶填充有傳熱液的空腔的中心部的熱管包括第一端部，在熱管的縱向中，該第一端部直接與中心部的第一端部連接；該熱管還包括在中心部的對置第二端上直接連接的第二端部，其中第一端部和第二端部分別包本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種熱管(10)用于冷卻電子設備，特別是部件載體(100)，包括帶填充有傳熱液(20)的空腔(12)的中心部(13)，其特征在于，在熱管(10)的縱向(11)上，與所述中心部(13)直接連接的是位于所述中心部(13)的第一端上的第一端部(14)和位于所述中心部(13)的所述對置第二端上的第二端部(15)，其中所述第一端部(14)和所述第二端部(15)分別包括具有表面長度(SL，SL

【技術特征摘要】
2015.12.14 EP 15199813.51.一種熱管(10)用于冷卻電子設備，特別是部件載體(100)，包括帶填充有傳熱液(20)的空腔(12)的中心部(13)，其特征在于，在熱管(10)的縱向(11)上，與所述中心部(13)直接連接的是位于所述中心部(13)的第一端上的第一端部(14)和位于所述中心部(13)的所述對置第二端上的第二端部(15)，其中所述第一端部(14)和所述第二端部(15)分別包括具有表面長度(SL，SL1，SL2)和表面寬度(SW，SW1，SW2)的搭接結構(17)，并且其中每個搭接結構(17)與所述熱管(10)的所述中心部(13)導熱性地耦合。2.根據權利要求1所述的熱管(10)，其特征在于，至少一個搭接結構(17)與所述中心部(13)直接連接并且導熱性地耦合。3.根據權利要求1或者2所述的熱管(10)，其特征在于，至少一個搭接結構(17)沿著所述中心部(13)和/或者第一端部(14)和/或者第二端部(15)的至少一個縱向分段鄰接和/或者橫向凸起。4.根據權利要求1至3中的任何一項所述的熱管(10)，其特征在于，至少一個搭接結構(17)與所述熱管(10)的所述中心部(13)電耦合。5.根據權利要求1至4中的任何一項所述的熱管(10)，其特征在于，所述第一端部(14)和/或者所述第二端部(15)分別與所述中心部(13)固定地接合。6.根據權利要求1至5中的任何一項所述的熱管(10)，其特征在于，所述中心部(13)和/或者第一端部(14)和/或者第二端部(15)分別具有圓柱形輪廓(16)，所述圓柱形輪廓(16)具有所述熱管(10)的外徑(D)。7.根據權利要求1至6中的任何一項所述的熱管(10)，其特征在于，所述第一端部(14)和/或者所述第二端部(15)分別由固體金屬制成，優選地由固體銅或者固體銅合金制成。8.根據權利要求1至7中的任何一項所述的熱管(10)，其特征在于，所述第一端部(14)和/或者所述第二端部(15)分別是扁平的，其中所述扁平搭接結構(17)的高度(h)小于所述熱管(10)的所述中心部(13)的總高度(H)或者直徑(D)，并且其中所述扁平搭接結構(17)的表面寬度(SW，SW1，SW2)大于所述熱管(10)的所述中心部(13)的總高度(H)或者直徑(D)。9.一種包括根據權利要求1至8中的任何一項所述的至少一個熱管(10)的部件載體(100)，其特征在于，該至少一個熱管(10)嵌入在所述部件載體(100)的至少一個內層(111，112，113)內，所述至少一個內層(111，112，113)布置于形成所述部件載體(100)的所述外表面的外表面層(110)之間，并且其中所述嵌入的熱管(10)的每個搭接結構(17)通過至少一個熱通路(30)導熱性地耦合(A1,A2,A3)到所述部件載體(100)的外表面層(110)的至少一個外表面。10.根據權利要求9所述的部件載體(100)，其特征在于，至少一個熱通路(30)在所述搭接結構(17)內的表面上或者端部上接觸搭接結構(17)，或者至少一個熱通路(30)穿過所述搭接結構(17)。11.根據權利要求9或者10所述的部件載體(100)，其特征在于，每個搭接結構(17)通過至少一個熱通路(30)電耦合到并且/或者電鍍地耦合到外表面層(110)的至少一個外表面。12.根據權利要求9至11中的任何一項所述的部件載體(100)，還包括至少一個散熱部件(120，130)和至少一個釋熱部件(125，36)，其特征在...

【專利技術屬性】
技術研發人員：J·希爾瓦諾德索薩，B·賴特邁耶，M·波利奇，G·馬林格，
申請(專利權)人：ATS奧地利科技與系統技術股份公司，
類型：發明
國別省市：奧地利,AT