線路板發(fā)熱元件的導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種線路板發(fā)熱元件的導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)，它包括位于線路板上所裝配的發(fā)熱元件附近的導(dǎo)熱柱，導(dǎo)熱柱介于線路板與導(dǎo)熱絕緣基板之間，導(dǎo)熱柱的一端通過(guò)設(shè)于線路板上的覆銅線路與發(fā)熱元件的導(dǎo)熱體相連，導(dǎo)熱柱的另一端通過(guò)設(shè)于導(dǎo)熱絕緣基板上的覆銅線路與導(dǎo)熱絕緣基板相連。本實(shí)用新型形成了全金屬的導(dǎo)熱系統(tǒng)，可高效率地將熱量導(dǎo)出，導(dǎo)熱性能好，對(duì)外絕緣性好。
【專利說(shuō)明】
線路板發(fā)熱元件的導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種線路板發(fā)熱元件的導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)，屬于線路板散熱技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]大功率需求已成為電源行業(yè)的主要趨勢(shì)，但受器件、材料的限制，內(nèi)阻引起的嚴(yán)重發(fā)熱如今已成為電源設(shè)計(jì)者需要攻克的重要問(wèn)題。
[0003]電源內(nèi)部的熱源主要為功率回路中的芯片、電磁元件等。如圖1，圖中示出了針對(duì)芯片設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)。芯片一般包括裝配在金屬片33上的芯片電路31，帶有引腳的塑封殼32封裝芯片電路31，金屬片33的一部分外露。如圖1，對(duì)于焊接在線路板50上的芯片，傳統(tǒng)做法為令金屬片33通過(guò)導(dǎo)熱墊12與外殼11連接，并利用灌封硅膠13的方式來(lái)增強(qiáng)導(dǎo)熱效果。但這種做法存在以下缺點(diǎn):
[0004]第一，導(dǎo)熱墊12的導(dǎo)熱率不高(一般為0.9W/m-K)，且為滿足耐壓要求，其無(wú)法減小厚度，這就會(huì)造成導(dǎo)熱墊12位置的熱阻較高。
[0005]第二，導(dǎo)熱墊12在安裝過(guò)程中容易破損而造成高壓擊穿。
[0006]第三，硅膠13的導(dǎo)熱率同樣較低(一般為0.58ff/m-K)，其對(duì)熱傳導(dǎo)作用不顯著，且增加了產(chǎn)品的重量。
[0007]第四，硅膠13的熱膨脹可能會(huì)對(duì)芯片造成破壞，如果導(dǎo)熱對(duì)象是電磁元件的話，會(huì)對(duì)電磁元件的磁芯有漲裂的破壞影響。
[0008]第五，無(wú)論是導(dǎo)熱墊12還是灌封硅膠13，都無(wú)法避免手工組裝的低效率弊端。
[0009]在電子產(chǎn)品中，熱傳導(dǎo)的作用占導(dǎo)熱回路的60-80%，由上可見(jiàn)，導(dǎo)熱墊12和硅膠13是導(dǎo)熱回路的最大瓶頸，它們?cè)斐闪藢?dǎo)熱效率的低下，是目前急需解決的問(wèn)題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0010]本實(shí)用新型的目的在于提供一種線路板發(fā)熱元件的導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)，其形成了全金屬的導(dǎo)熱系統(tǒng)，可高效率地將熱量導(dǎo)出，導(dǎo)熱性能好，對(duì)外絕緣性好。
[0011 ]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用了以下技術(shù)方案:
[0012]—種線路板發(fā)熱元件的導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)，其特征在于:它包括位于線路板上所裝配的發(fā)熱元件附近的導(dǎo)熱柱，導(dǎo)熱柱介于線路板與導(dǎo)熱絕緣基板之間，導(dǎo)熱柱的一端通過(guò)設(shè)于線路板上的覆銅線路與發(fā)熱元件的導(dǎo)熱體相連，導(dǎo)熱柱的另一端通過(guò)設(shè)于導(dǎo)熱絕緣基板上的覆銅線路與導(dǎo)熱絕緣基板相連。
[0013]所述發(fā)熱元件可為芯片，芯片的金屬片焊接在所述線路板的對(duì)應(yīng)焊盤上，金屬片所在焊盤通過(guò)設(shè)于所述線路板上的所述覆銅線路與所述導(dǎo)熱柱相應(yīng)一端連接。所述芯片為針腳式芯片或表貼式芯片。
[0014]所述發(fā)熱元件可為電磁元件，電磁元件焊接在所述線路板上的正或負(fù)極性針腳通過(guò)設(shè)于所述線路板上的所述覆銅線路與所述導(dǎo)熱柱相應(yīng)一端連接。
[0015]在實(shí)際設(shè)計(jì)中，所述導(dǎo)熱柱由紫銅制成。所述導(dǎo)熱絕緣基板為鋁基板。
[0016]所述導(dǎo)熱柱的兩端分別與設(shè)于所述線路板上的所述覆銅線路、設(shè)于所述導(dǎo)熱絕緣基板上的所述覆銅線路通過(guò)焊錫焊接。
[0017]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是:
[0018]1、本實(shí)用新型形成了全金屬的導(dǎo)熱系統(tǒng)，可高效率地將發(fā)熱元件的內(nèi)部熱量導(dǎo)出，導(dǎo)熱性能好，熱阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)的導(dǎo)熱墊，有效提高了產(chǎn)品的功率密度。
[0019]2、本實(shí)用新型裝配工序簡(jiǎn)單，可全部在SMT工藝中完成，無(wú)需手工參與，裝配效率高，且可確保產(chǎn)品質(zhì)量。
[0020]3、本實(shí)用新型完全免去了硅膠，解決了對(duì)發(fā)熱元件，特別是電磁元件的損傷問(wèn)題，同時(shí)節(jié)省了材料，產(chǎn)品重量也被大大減輕。
[0021]4、本實(shí)用新型借由導(dǎo)熱絕緣基板的設(shè)計(jì)，可有效確保全金屬的導(dǎo)熱系統(tǒng)對(duì)外的絕緣性能。
[0022]5、本實(shí)用新型為電源產(chǎn)品的散熱設(shè)計(jì)提供了一個(gè)新的思路，可適用于電源等各種大功率器件的導(dǎo)熱。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是針對(duì)芯片設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖2是本實(shí)用新型應(yīng)用于芯片時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖3是本實(shí)用新型的一應(yīng)用實(shí)例不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]參照?qǐng)D2和圖3，本實(shí)用新型線路板發(fā)熱元件的導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)包括位于線路板50上所裝配的發(fā)熱元件30附近的導(dǎo)熱柱40，導(dǎo)熱柱40介于線路板50與導(dǎo)熱絕緣基板20之間，發(fā)熱元件30、導(dǎo)熱柱40、導(dǎo)熱絕緣基板20位于線路板50的同一側(cè)，導(dǎo)熱柱40的一端通過(guò)設(shè)于線路板50上的覆銅線路61與發(fā)熱元件30的導(dǎo)熱體相連，導(dǎo)熱柱40的另一端通過(guò)設(shè)于導(dǎo)熱絕緣基板20(可作為產(chǎn)品外殼)上的覆銅線路63與導(dǎo)熱絕緣基板20相連。
[0027]在實(shí)際設(shè)計(jì)中，發(fā)熱元件30可為芯片。圖2、圖3中分別示出了針腳式芯片、表貼式芯片的情形，當(dāng)然芯片種類可各式各樣，并不局限于此。如圖，芯片包括裝配在金屬片33上的芯片電路31，帶有引腳的塑封殼32封裝芯片電路31于其內(nèi)并使金屬片33的一部分外露。芯片的金屬片33(導(dǎo)熱體)焊接在線路板50的對(duì)應(yīng)焊盤(圖中未標(biāo)出)上，金屬片33所在焊盤通過(guò)設(shè)于線路板50上的覆銅線路61與導(dǎo)熱柱40相應(yīng)一端連接。
[0028]在實(shí)際設(shè)計(jì)中，發(fā)熱元件30還可為電磁元件，電磁元件焊接在線路板50上的正或負(fù)極性針腳(導(dǎo)熱體)通過(guò)設(shè)于線路板50上的覆銅線路61與導(dǎo)熱柱40相應(yīng)一端連接。在本實(shí)用新型中，未給出針對(duì)電磁元件設(shè)計(jì)的導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)圖示，其可根據(jù)芯片的導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)來(lái)理解。
[0029]當(dāng)然，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，發(fā)熱元件30還可為其它熱源，并不局限于芯片和電磁元件。
[0030]在實(shí)際制作中，導(dǎo)熱柱40可由導(dǎo)熱率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于所有類型導(dǎo)熱墊12的紫銅(導(dǎo)熱率為397W/m-K)制成，紫銅熱阻低，同時(shí)具有良好的可焊性。
[0031 ]在實(shí)際制作中，導(dǎo)熱絕緣基板20可為招基板，即由招材質(zhì)制成，招基板的絕緣指標(biāo)可達(dá)到I分鐘AC 2500V漏電流小于2mA，符合大多數(shù)產(chǎn)品的需求。
[0032]如圖2，較佳地，導(dǎo)熱柱40的兩端分別與設(shè)于線路板50上的覆銅線路61、設(shè)于導(dǎo)熱絕緣基板20上的覆銅線路63通過(guò)焊錫62焊接。
[0033]在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，線路板50可為電源線路板等各種需要導(dǎo)熱處理的線路板。
[0034]使用時(shí)，如圖2，本實(shí)用新型導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)形成了全金屬的導(dǎo)熱回路:發(fā)熱元件30—覆銅線路61—導(dǎo)熱柱40—覆銅線路63—導(dǎo)熱絕緣基板20(外殼)，導(dǎo)熱回路中的焊接均采用錫焊，熱阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于導(dǎo)熱墊12，可高效率地將發(fā)熱元件30內(nèi)部的熱量導(dǎo)出，導(dǎo)熱性能好，且借由導(dǎo)熱絕緣基板20的設(shè)計(jì)，有效確保了導(dǎo)熱回路的絕緣性能。
[0035]如圖3所示，圖中示出了本實(shí)用新型應(yīng)用于多層板電源的情形。多層板電源中的器件全部為表貼封裝，功率器件也是如此，這樣的結(jié)構(gòu)便使得熱量全部集中在線路板50上。如圖3，在無(wú)強(qiáng)制風(fēng)冷條件下，在多層板電源上應(yīng)用本實(shí)用新型導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)，以便將熱量有效散掉。
[0036]如圖3，散熱器70作為散熱面，在散熱器70上安裝導(dǎo)熱絕緣基板20，確定線路板50上的熱點(diǎn)后，針對(duì)每個(gè)熱點(diǎn)，在熱點(diǎn)附近設(shè)置導(dǎo)熱柱40，令導(dǎo)熱柱40作為線路板50與導(dǎo)熱絕緣基板20之間的熱橋，從而建立導(dǎo)熱通道:發(fā)熱元件30(圖3中示出的是表貼式芯片的情形)—覆銅線路61—導(dǎo)熱柱40—覆銅線路63—導(dǎo)熱絕緣基板20—散熱器70。導(dǎo)熱柱40、散熱器70分別位于導(dǎo)熱絕緣基板20的相異兩側(cè)，散熱器70與導(dǎo)熱絕緣基板20和線路板50—起經(jīng)由緊固件80(如螺栓)相固定。
[0037]如圖3，經(jīng)由本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的導(dǎo)熱通道全部為金屬材料構(gòu)成，各導(dǎo)熱部件之間的溫度差極小，熱傳導(dǎo)效率很高。
[0038]在實(shí)際使用中對(duì)采用導(dǎo)熱墊12實(shí)現(xiàn)的傳統(tǒng)導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)與本實(shí)用新型導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)比較后，可以得出如下結(jié)論:
[0039]同在55°C的環(huán)境下，傳統(tǒng)導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)帶載功率為100W，而本實(shí)用新型導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)帶載功率為175W。
[0040]同在70°C的環(huán)境下，傳統(tǒng)導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)帶載功率為135W，需增加強(qiáng)制風(fēng)冷，而本實(shí)用新型導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)帶載功率為150W，無(wú)需增加強(qiáng)制風(fēng)冷。
[0041]由此可見(jiàn)，本實(shí)用新型導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱效果顯著。
[0042]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是:
[0043]1、本實(shí)用新型形成了全金屬的導(dǎo)熱系統(tǒng)，可高效率地將發(fā)熱元件的內(nèi)部熱量導(dǎo)出，導(dǎo)熱性能好，熱阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)的導(dǎo)熱墊，有效提高了產(chǎn)品的功率密度。
[0044]2、本實(shí)用新型裝配工序簡(jiǎn)單，可全部在SMT工藝中完成，無(wú)需手工參與，裝配效率高，且可確保產(chǎn)品質(zhì)量。
[0045]3、本實(shí)用新型完全免去了硅膠，解決了對(duì)發(fā)熱元件，特別是電磁元件的損傷問(wèn)題，同時(shí)節(jié)省了材料，產(chǎn)品重量也被大大減輕。
[0046]4、本實(shí)用新型借由導(dǎo)熱絕緣基板的設(shè)計(jì)，可有效確保全金屬的導(dǎo)熱系統(tǒng)對(duì)外的絕緣性能。
[0047]5、本實(shí)用新型為電源產(chǎn)品的散熱設(shè)計(jì)提供了一個(gè)新的思路，可適用于電源等各種大功率器件的導(dǎo)熱。
[0048]以上所述是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例及其所運(yùn)用的技術(shù)原理，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不背離本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下，任何基于本實(shí)用新型技術(shù)方案基礎(chǔ)上的等效變換、簡(jiǎn)單替換等顯而易見(jiàn)的改變，均屬于本實(shí)用新型保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種線路板發(fā)熱元件的導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)，其特征在于:它包括位于線路板上所裝配的發(fā)熱元件附近的導(dǎo)熱柱，導(dǎo)熱柱介于線路板與導(dǎo)熱絕緣基板之間，導(dǎo)熱柱的一端通過(guò)設(shè)于線路板上的覆銅線路與發(fā)熱元件的導(dǎo)熱體相連，導(dǎo)熱柱的另一端通過(guò)設(shè)于導(dǎo)熱絕緣基板上的覆銅線路與導(dǎo)熱絕緣基板相連。2.如權(quán)利要求1所述的線路板發(fā)熱元件的導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)，其特征在于: 所述發(fā)熱元件為芯片，芯片的金屬片焊接在所述線路板的對(duì)應(yīng)焊盤上，金屬片所在焊盤通過(guò)設(shè)于所述線路板上的所述覆銅線路與所述導(dǎo)熱柱相應(yīng)一端連接。3.如權(quán)利要求2所述的線路板發(fā)熱元件的導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)，其特征在于: 所述芯片為針腳式芯片或表貼式芯片。4.如權(quán)利要求1所述的線路板發(fā)熱元件的導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)，其特征在于: 所述發(fā)熱元件為電磁元件，電磁元件焊接在所述線路板上的正或負(fù)極性針腳通過(guò)設(shè)于所述線路板上的所述覆銅線路與所述導(dǎo)熱柱相應(yīng)一端連接。5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的線路板發(fā)熱元件的導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)，其特征在于: 所述導(dǎo)熱柱由紫銅制成。6.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的線路板發(fā)熱元件的導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)，其特征在于: 所述導(dǎo)熱絕緣基板為鋁基板。7.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的線路板發(fā)熱元件的導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)，其特征在于: 所述導(dǎo)熱柱的兩端分別與設(shè)于所述線路板上的所述覆銅線路、設(shè)于所述導(dǎo)熱絕緣基板上的所述覆銅線路通過(guò)焊錫焊接。8.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的線路板發(fā)熱元件的導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)，其特征在于: 所述導(dǎo)熱絕緣基板上相異于所述導(dǎo)熱柱的一側(cè)面安裝有散熱器，散熱器與所述導(dǎo)熱絕緣基板和所述線路板一起經(jīng)由緊固件相固定。9.如權(quán)利要求1所述的線路板發(fā)熱元件的導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)，其特征在于: 所述線路板為電源線路板。
【文檔編號(hào)】H05K1/02GK205648176SQ201620321644
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年4月18日
【發(fā)明人】史學(xué)軍
【申請(qǐng)人】北京星原豐泰電子技術(shù)股份有限公司