一种嵌入增强结构微流道的印制电路板及其制备方法与流程

1.本发明涉及微电子散热技术领域，具体是一种嵌入增强结构微流道的印制电路板及其制备方法。


背景技术：

2.印制电路板是电子系统中常用的互连基板。在印制电路板表面通过贴装封装器件的工艺来实现电子系统的高密度集成是业内常用的方法。普通印制电路板由于有机材料的热导率很低(通常＜1w/m
·
k)，很难满足大功率器件对高效散热的需求。通过在印制电路板内嵌入微流道可有效提升其散热能力。
3.为了实现大幅面印制电路板的阵列化、低流阻、均匀、高效散热，印制电路板中嵌入的微流道通常需要包含宽截面供液微流道、中等截面分流微流道和窄截面散热微流道。其中，供液微流道和分流微流道主要用于冷却工质的阵列化、低流阻均匀分流，窄截面散热微流道主要利用冷却工质的微尺度增强换热效应来实现高效散热。
4.然而，在印制电路板的制备过程中，利用印制电路板层压工艺将粘结膜、多层电路和内嵌微流道的金属芯进行真空压合是必不可少的工艺过程。印制电路板的层压过程中，需要对粘结膜加温，使其变成粘弹性流体；同时，对其进行加压，可以提升多层电路与金属芯的结合强度。对于内嵌微流道的金属芯，层压过程中，粘结膜在高压下的粘弹性溢流可能会导致空心的微流道区域发生变形或垮塌等问题。特别是对于宽截面微流道，该现象更加明显。
5.中国专利202110552478.5提出了一种内嵌阵列微流道的印制电路板及其制备方法，实现了阵列高热流密度散热。通过控制流道截面宽度，使其小于等于金属芯顶部金属层厚度的6倍，来防止印制电路板层压工艺导致的流道变形、垮塌等问题。然而，在实际应用中，为了实现低流阻、高散热的效果，同时尽可能降低印制电路板的厚度和重量，该方法不适用于所有的阵列散热需求。
6.如何对印制电路板内微流道结构进行优化设计，提升其稳定性，避免宽截面微流道在印制电路板层压过程中，由于粘结膜树脂材料粘弹性溢流导致的变形问题，尚未见报道。


技术实现要素：

7.为克服现有技术的不足，本发明提供了一种嵌入增强结构微流道的印制电路板及其制备方法，解决现有技术存在的宽截面微流道在印制电路板层压过程中容易变形或垮塌、结构稳定性不高等问题。
8.本发明解决上述问题所采用的技术方案是：
9.一种嵌入增强结构微流道的印制电路板，其特征在于，包括自上而下依次布置的顶部多层布线层、金属芯和底部多层布线层，金属芯内设置有宽截面供液微流道，所述宽截面供液微流道内设有能提高宽截面供液微流道结构稳定性的增强结构；所述增强结构包括
拱形增强结构、墩形增强结构的一种或多种。所述金属芯的材料优选为铜、铝和钼铜合金等。
10.作为一种优选的技术方案，所述拱形增强结构为所述宽截面供液微流道内向流道外凸起的增强结构。
11.作为一种优选的技术方案，所述墩形增强结构为与所述宽截面供液微流道的上内壁和下内壁连接的增强结构。
12.作为一种优选的技术方案，所述墩形增强结构的形状为圆台状，所述墩形增强结构的上表面直径小于所述墩形增强结构的下表面直径。
13.作为一种优选的技术方案，所述宽截面供液微流道的深宽比≤1:3。
14.作为一种优选的技术方案，所述顶部多层布线层和底部多层布线层包含铜布线层、芯板介质层和粘结膜层。
15.一种嵌入增强结构微流道的印制电路板的制备方法，包括以下步骤：
16.s1，在平整光滑的金属芯上制备包括拱形增强结构或墩形增强结构的宽截面供液微流道；
17.s2，将步骤s1所得的包含拱形增强结构或墩形增强结构的金属芯焊接，得到嵌入拱形增强结构微流道的金属芯或嵌入墩形增强结构微流道的金属芯；
18.s3，提供顶部多层布线层和底部多层布线层；
19.s4，将步骤s2中所述的嵌入拱形增强结构微流道的金属芯或嵌入墩形增强结构微流道的金属芯进行表面处理；
20.s5，利用粘结膜层，使用印制电路板层压工艺将顶部多层布线层、嵌入拱形增强结构微流道的金属芯或嵌入墩形增强结构微流道的金属芯、底部多层布线层压合为嵌入增强结构微流道的印制电路板。
21.作为一种优选的技术方案，步骤s1和s2中所述的嵌入拱形增强结构微流道的金属芯为两块包含拱形增强结构的金属芯对向焊接而形成。
22.作为一种优选的技术方案，步骤s1和s2中所述的嵌入墩形增强结构微流道的金属芯为一块包含墩形增强结构的金属芯与一块平整光滑的金属芯焊接而形成。
23.作为一种优选的技术方案，步骤s3所述的顶部多层布线层和底部多层布线层通过印制电路板层压工艺制备。
24.本发明相比于现有技术，具有以下有益效果：
25.(1)通过将宽截面微流道的矩形结构变更为拱形增强结构，提升了印制电路板内宽截面微流道金属芯的结构强度，减缓了粘结膜树脂材料粘弹性溢流导致的宽截面微流道变形或垮塌问题。
26.(2)通过在宽截面微流道内间隔排布墩形增强结构，提升了印制电路板内宽截面微流道金属芯的结构强度；通过使用上窄下宽的圆台状墩形增强结构，防止了金属芯真空扩散焊时可能出现的支撑结构侧翻或倒伏现象，也尽可能减少了添加增强结构而导致的流阻增大现象。
附图说明
27.图1是印制电路板内典型微流道布局图。
28.图2是宽截面供液微流道截面层压后变形示意图。
29.图3是嵌入拱形增强结构微流道的印制电路板截面示意图。
30.图4是嵌入墩形增强结构微流道的印制电路板截面示意图。
31.图5是墩形增强结构布局示意图。
32.图6是本发明的加工过程示意图。
33.附图中标记及相应的零部件名称：1
‑
宽截面供液微流道、2
‑
中等截面分流微流道、3
‑
窄截面散热微流道、4
‑
铜布线层、5
‑
芯板介质层、6
‑
粘结膜层、7
‑
金属芯、8
‑
粘结膜粘弹性溢流导致的凸起、9
‑
粘结膜粘弹性溢流导致的金属芯顶部变形、10
‑
拱形增强结构、11
‑
墩形增强结构。
具体实施方式
34.下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
35.实施例1
36.如图3所示，该实施例的嵌入增强结构微流道的印制电路板，包括自上而下依次布置的顶部多层布线层、铜芯7和底部多层布线层。
37.所述顶部多层布线层和底部多层布线层包含铜布线层4、芯板介质层5和粘结膜层6。
38.铜芯7内设置有宽截面供液微流道1，所述宽截面供液微流道1内设有能提高宽截面供液微流道结构稳定性的拱形增强结构10。所述宽截面供液微流道1的深宽比为1:5。
39.采用拱形增强结构10提升了铜芯7内宽截面供液微流道1的结构强度，减缓了粘结膜树脂材料粘弹性溢流导致的宽截面供液微流道1的变形或垮塌问题。
40.如图6所示，该实施例的嵌入增强结构微流道的印制电路板的制备方法，包括以下步骤：
41.s1，提供平整光滑的铜芯，通过精密机械加工方法，在两块铜芯上分别制备深宽比为1:5的含拱形增强结构10的宽截面供液微流道1。
42.s2，通过真空扩散焊接方法，将步骤s1所得的两块包含拱形增强结构10的铜芯对向焊接，得到嵌入拱形增强结构微流道的铜芯7。
43.s3，提供顶部多层布线层和底部多层布线层，顶部多层布线层和底部多层布线层通过印制电路板层压工艺制备。
44.s4，将步骤s2中所述的嵌入拱形增强结构微流道的铜芯7进行棕化处理。
45.s5，利用粘结膜层，使用印制电路板层压工艺将顶部多层布线层、嵌入拱形增强结构微流道的铜芯7、底部多层布线层压合为嵌入拱形增强结构微流道的印制电路板。
46.实施例2
47.如图4所示，该实施例的嵌入增强结构微流道的印制电路板，包括自上而下依次布置的顶部多层布线层、钼铜芯7和底部多层布线层。
48.所述顶部多层布线层和底部多层布线层包含铜布线层4、芯板介质层5和粘结膜层6。
49.钼铜芯7内设置有宽截面供液微流道1，所述宽截面供液微流道1内设有墩形增强
结构11，其分布如图5所示。所述宽截面供液微流道1的深宽比为1:4。
50.采用间隔排布的墩形增强结构11提升了钼铜芯7内宽截面供液微流道1的结构强度，减缓了粘结膜树脂材料粘弹性溢流导致的宽截面供液微流道1的变形或垮塌问题。
51.如图6所示，该实施例的嵌入增强结构微流道的印制电路板的制备方法，包括以下步骤：
52.s1，提供平整光滑的钼铜芯，通过激光加工方法，在一块钼铜芯上制备深宽比为1:4的含墩形增强结构11的宽截面供液微流道1。
53.s2，通过焊料焊接方法，将步骤s1所得的包含墩形增强结构11的钼铜芯与另一块平整光滑的钼铜芯焊接，得到嵌入墩形增强结构微流道的钼铜芯7。
54.s3，提供顶部多层布线层和底部多层布线层，顶部多层布线层和底部多层布线层通过印制电路板层压工艺制备。
55.s4，将步骤s2中所述的嵌入墩形增强结构微流道的钼铜芯7进行黑化处理。
56.s5，利用粘结膜层，使用印制电路板层压工艺将顶部多层布线层、嵌入墩形增强结构微流道的钼铜芯7、底部多层布线层压合为嵌入墩形增强结构微流道的印制电路板。
57.现有技术对比例：
58.如图2所示，该对比例的嵌入微流道的印制电路板，包括自上而下依次布置的顶部多层布线层、铜芯7和底部多层布线层。
59.所述顶部多层布线层和底部多层布线层包含铜布线层4、芯板介质层5和粘结膜层6。
60.该对比例的嵌入微流道的印制电路板制备方法，包括以下步骤：
61.s1，提供平整光滑的铜芯，通过精密机械加工方法，在一块铜芯上制备深宽比为1:5的宽截面供液微流道1。
62.s2，通过真空扩散焊接方法，将包含宽截面供液微流道的铜芯与另一块平整光滑的铜芯焊接，得到嵌入微流道的铜芯7。
63.s3，提供顶部多层布线层和底部多层布线层，顶部多层布线层和底部多层布线层通过印制电路板层压工艺制备。
64.s4，将步骤s2中所述的嵌入微流道的铜芯7进行棕化处理。
65.s5，利用粘结膜层，使用印制电路板层压工艺将顶部多层布线层、嵌入微流道的铜芯7、底部多层布线层压合为嵌入微流道的印制电路板。
66.s6，由于缺乏提升微流道强度的结构，粘结膜在高压下的粘弹性溢流导致空心的宽截面供液微流道区域发生变形，如图2所示，形成具有粘结膜粘弹性溢流导致的凸起8、粘结膜粘弹性溢流导致的铜芯顶部变形9。
67.本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。
68.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。