CN102007830A - 用于将印刷电路板附着到散热器的热传导装配元件 - Google Patents

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Abstract

一种用于发热电部件(10)的散热布置，包括布置于印刷电路板(20)上的与PCB的热传导层(23)热接触的发热电部件(10)。热传导装配元件(40)借助焊接来附着到热传导层(23)，并且具有适合于与散热器(30)中的凹陷(31)对接的连接部分(43)；由此使印刷电路板(20)能够附着到散热器(30)；其中提供从发热电部件(10)经由热传导层(23)和装配元件(40)到散热器(30)的热路径。通过利用热传导装配元件，可以利用具有单个热传导层的PCB而不是在现有技术的布置中需要的多层PCB来实现散热。由于不使用螺丝和/或粘合剂将PCB附着到散热器，所以可以容易地拆卸PCB，并且克服热膨胀系数差所引起的弯曲问题。

Description

用于将印刷电路板附着到散热器的热传导装配元件
技术领域
本发明涉及一种用于发热电部件的散热布置，该布置包括：散热器；可布置于散热器上的印刷电路板，该印刷电路板包括电介质衬底，该电介质衬底在背离散热器的一侧上具有热传导层；布置于印刷电路板上的发热电部件，该发热电部件与热传导层热接触。
背景技术
当在电路板上布置发热电部件时，可能希望使用某类散热器来耗散生成的热。发热部件的一个例子为发光二极管(LED)。
出于比如与常规照明如白炽灯和荧光灯相比的高效率和长寿命之类的原因，发光二极管(LED)对于广范围的照明应用而言有吸引力。然而在许多应用中，LED产生的热造成LED器件的效率降低并且影响LED器件的长期可靠性。因而，LED的热管理对于正常操作和延长寿命而言至关重要。
LED通常封装于作为不良热导体的透明树脂中。因此产生的热中的大部分经过LED芯片的背部传导。因此为了维持LED的低的结温并且保持LED的良好性能，LED器件通常配有散热器。图1图示了现有技术的典型布置，其中LED 1装配到印刷电路板(PCB)2。PCB 2包括层积到电介质衬底8的任一侧上的铜片3、4。通常从上铜片3(即面向LED的铜片)蚀刻电路迹线以提供适当电路。布置于PCB 2的任一侧上的铜片3、4也用作为热传导层3、4。这些热传导层3、4由一连串热通孔5链接。LED 1焊接到PCB 2，其中LED1的PN结电连接到PCB的电路迹线。焊接也在PN结与上铜片3的上热传导层3之间提供热接触。印刷电路板2通常使用螺丝7来装配到散热器6。该布置也可以配有热膏(thermal paste)以改进在散热器6与面向散热器的热传导层4之间的热接触。通过这一布置，在LED结处生成的热经过印刷电路板2的热传导层3、4传导到散热器6、然后传导到周围环境。
然而在低成本应用中利用上述多层PCB可能太浪费。另外当PCB用螺丝附着到散热器时，在PCB与散热器之间的热膨胀系数(CTE)之差可能造成应力从而使印刷电路板产生弯曲并且LED发生倾斜。
发明内容
鉴于上述，本发明的目的在于解决或者至少减轻上文讨论的问题。具体而言，目的在于提供一种实现高效散热的高成本效率布置。
根据本发明的一个方面，提供一种用于发热电部件的散热布置，该布置包括：散热器；可布置于散热器上的印刷电路板，该印刷电路板包括电介质衬底，该电介质衬底在背离散热器的一侧上具有热传导层；布置于印刷电路板上的发热电部件，该发热电部件与热传导层热接触，其中热传导装配元件借助焊接来附着到热传导层，该装配元件具有适合于与散热器中的凹陷对接的连接部分；由此使印刷电路板能够附着到散热器；其中提供从发热电部件经由热传导层和装配元件到散热器的热路径。
通过利用热传导装配元件，可以利用具有单个热传导层的PCB而不是在现有技术的布置中需要的多层PCB(在用热通路链接的两侧上都具有热传导层)来实现散热。单层PCB通常与比多层PCB更低的成本关联。另外在PCB与散热器之间无需热膏。由于没有使用螺丝和/或粘合剂将PCB附着到散热器，所以可以例如在LED有故障的情况下容易地拆卸PCB。此外，克服了由于热膨胀系数之差造成的PCB弯曲的问题。由于单层PCB可以比多层PCB薄(通常大约0.4mm而不是1.6mm)，所以利用单层PCB也可以是有利的。
本发明基于以下理解：通过使用热传导装配元件以及在装配元件与热传导层之间和在装配元件与散热器之间的恰当设计的界面，单层PCB可以实现从发热电部件到散热器的充分散热。
凹陷可以是在散热器的外围伸出的槽，其中开口形成于散热器中从而允许装配元件滑出该槽。通过这一布置，可以通过与槽平行地移动PCB来从散热器拆卸PCB(或者将PCB附着到散热器)。另外，该设计具有生产可行性，因为可以模压形成，这具有成本效率。该设计也通常由于槽的纵向延伸而实现在装配元件与散热器之间的大的接触表面，并且由此实现高效散热。
连接部分可以适合于变成与凹陷的内部的两个相对侧接触，由此可以最大化在装配元件与散热器之间的接触表面从而实现高效散热。
连接部分可以适合于在对接时被压缩，其中连接部分可以经过弹簧作用来对接凹陷。因此可以通过将PCB放置于散热器之上并且将装配元件简单地按入槽中来将PCB附着到散热器。这也可以促进连接部分到凹陷的摩擦对接。
凹陷可以具有颈部，从而使凹陷能够例如由于在连接部分与凹陷之间的改进的摩擦对接使连接部分保持就位。
凹陷可以具有适合于与对应的连接部分的邻接件对接的邻接件，由此实现连接部分到凹陷的可靠附着。
印刷电路板可以具有开口，其中装配元件经过该开口延伸。这使得能够使用单个装配元件将PCB可靠地附着到散热器。
根据一个实施例，装配元件由具有良好热传导性并且实现高效散热的铜制成。然而，装配元件也可以由具有高的热传导率的一些其它材料(如例如碳或者铝合金)制成。
根据下文具体公开内容、所附从属权利要求以及附图，将清楚其它目的、特征和优点。
附图说明
参照附图、通过本发明优选实施例的下文示例和非限制性的具体描述将更好地理解本发明的上述以及附加目的、特征和优点，在附图中相同标号将用于相似元件，附图中：
图1是现有技术的布置的横截面图。
图2是本发明一个实施例的透视图。
图3是本发明一个替代实施例的横截面图。
图4是本发明一个替代实施例的横截面图。
图5是本发明一个替代实施例的横截面图。
具体实施方式
图2图示了如下布置，其中发光二极管(LED)10布置于印刷电路板(PCB)20上。PCB 20具有适合于与散热器30中的凹陷31对接的装配元件40。这使PCB 20能够装配到散热器30。
LED 10通常包括在透明树脂中的LED本体11和透镜12。PCB20包括层积到电介质衬底22上的铜片23。通常具有从铜片23蚀刻的电路迹线以提供适当电路，其中电介质衬底22在电路迹线与散热器30之间提供电绝缘。铜片23也形成PCB 20顶上(即背离散热器的那面)布置的热传导层。PCB的由热传导层覆盖的面积可以根据应用而变化，只要在LED与装配元件之间提供高效热接触。虽然热传导层在这里由铜片形成，但是它也可以是具有高的热传导率的一些替代材料。热传导层的典型厚度为35或70微米。
LED 10借助焊接来附着到PCB 20，其中LED 10的PN结电连接到用于向LED供电的PCB 20的电路迹线。另外，单独焊点13提供在PN结与构成热传导层23的铜片部分之间的热接触。
装配元件40这里布置于PCB 20中的开口24中。这使得能够使用单个装配元件40将PCB稳定附着到散热器30，因为装配元件可以例如位于PCB 20的中心附近。利用单个装配元件也避免静力扩大，由此减少原本在装配到散热器30时出现于PCB 20中的应力。
装配元件40通常由铜或者具有高的热传导率的某种其它材料(比如碳或者铝合金)制成。在这一实施例中，装配元件40具有与热传导层23基本平行的附着表面41，其中可以实现在热传导层23与装配元件40之间的高效热传送。为了进一步促进热传送，装配元件40借助焊点44所示焊接来附着到热传导层23。装配元件通常与LED同时焊接到PCB。这通常在PCB布置到散热器30上之前完成。
装配元件40具有连接部分43，此处连接部分43从PCB 20垂直延伸。在图2中所示实施例中，连接部分如在横截面中所示的那样基本上为U形。U形设计实现与凹陷31的内部的两个相对侧的接触，由此在装配元件40与散热器30之间提供大的接触表面和良好热传送。U形设计通常允许固有的灵活性，从而推进连接部分43以与凹陷31的内部接触并且由此促进热传送。这也促进在连接部分43与凹陷31之间的摩擦对接，并且保持PCB 20附着到散热器30。
散热器30通常由金属如铝制成。它在面向PCB的表面(也称为散热器的上表面)中具有凹陷31，凹陷31在这里的形式为槽31。在图2中所示实施例中，槽31在散热器30的上表面中沿着直线延伸并且在它的整个延伸内具有均匀横截面。槽31有利地达到散热器30的至少一边，从而在散热器中形成开口，装配元件40的连接部分43可以经过该开口滑入和/或滑出槽31。横截面这里基本上为矩形以匹配装配元件40的U形连接部分43。在这一实施例中，槽31居于散热器30的中心。
可以通过增加在装配元件40与散热器30之间的接触面积(例如通过提供在槽31的方向上具有更长延伸的装配元件40)来增强其间的热传送。
按照上述布置，可以通过将PCB 20布置于散热器30之上并且将装配元件40简单地按入槽31中来将PCB 20附着到散热器30。
装配元件40的连接部分43由于它的U形设计而在它引入到槽31中时将有些压缩。因此，U形连接部分43的固有灵活性推进连接部分43与散热器30接触，从而在连接部分43与槽31摩擦对接时提供良好热接触并且将PCB 20保持到散热器30。如图2中所示实施例示例的那样，凹陷31也可以具有适合于与连接部分43的对应邻接件42对接的邻接件34以固定该对接，由此提供“扣合(snap fit)”。可以通过与槽平行地移动PCB 20来从散热器拆卸PCB，由此使连接部分43滑出槽31。
散热器30也可以沿着边具有突出物35以避免PCB相对于散热器30过量地提高它本身。这些突出物通常布置于散热器30的与槽31平行的侧上。
在操作中，LED 10的PN结生成的热经由焊点传向热传导层23，并且经由装配元件40进一步传向散热器30和周围环境。典型LED温度这里约为130℃，并且散热器通常具有上至80℃的温度。
根据另一实施例，多个装配器件40可以用来将PCB 20附着到散热器30。在图3中图示了这样的实施例的例子。这里，PCB 20通过布置于PCB 20的任一侧上的两个装备元件40来附着到散热器30。这一实施例也图示了装配元件的邻接件34、42和凹陷的替代设计的例子。
根据又一实施例，槽也可以具有颈部或者朝向散热器的上表面逐渐变细。因此，在连接部分引入到其中时，U形连接部分将被压缩，其中弹簧力推进装配元件以与散热器接触，并且与槽摩擦对接。
上文已经主要参照一些实施例描述了本发明。然而如本领域技术人容易理解的那样，在如所附权利要求书限定的本发明范围内，除了上文公开的实施例之外的实施例同样是可能的。
例如虽然这里参照U形连接部分已经描述装配元件，但是装配元件可以具有多种形状。例如，连接部分可以具有锚形横截面或者空心矩形横截面。连接部分也可以如图4和图5中所示为实心。图5也图示了如何可以通过提供在槽的方向上延伸的纵向脊状物来扩大在装配元件与凹陷之间的接触表面。这实现增强的热传送并且例如在大量LED装配于有限表面上时可以是有利的。纵向脊状物也可以将装配元件40的连接部分43固定到槽。
上述实施例虽然已经描述为具有单个发热电部件，但是应该认识到本发明同样适用于布置于PCB上的多个发热电部件。
另外，本发明并不限于冷却LED，而同样可以用于其它发热电部件如例如MOS-FET的散热。

Claims (9)

1.一种用于发热电部件(10)的散热布置，包括：
-散热器(30)；
-印刷电路板(20)，可布置于所述散热器(30)上，所述印刷电路板(20)包括电介质衬底(22)，所述电介质衬底(22)在背离所述散热器(30)的一侧上具有热传导层(23)；
-发热电部件(10)，布置于所述印刷电路板(20)上，所述发热电部件(10)与所述热传导层(23)热接触，
其特征在于：
-热传导装配元件(40)，借助焊接来附着到所述热传导层(23)，所述装配元件(40)具有适合于与所述散热器(30)中的凹陷(31)对接的连接部分(43)；
-由此使所述印刷电路板(20)能够附着到所述散热器(30)，从而提供从所述发热电部件(10)经由所述热传导层(23)和所述装配元件(40)到所述散热器(30)的热路径。
2.根据权利要求1所述的布置，其中所述发热电部件(10)为LED(10)。
3.根据权利要求1或者2所述的布置，其中所述凹陷(31)为在所述散热器(30)的外围伸出的槽(31)，其中在所述散热器(30)中形成开口，从而允许所述装配元件滑入和/或滑出所述槽(31)。
4.根据任一前述权利要求所述的布置，其中所述连接部分(43)适合于变成与所述凹陷(31)的内部的两个相对侧接触。
5.根据任一前述权利要求所述的布置，其中所述连接部分(43)适合于在与所述凹陷(31)对接时被压缩，并且通过弹簧作用来保持就位。
6.根据任一前述权利要求所述的布置，其中所述凹陷(31)具有适合于与对应的所述连接部分(43)的邻接件(42)对接的邻接件(34)。
7.根据任一前述权利要求所述的布置，其中所述印刷电路板具有开口(24)，其中所述装配元件(40)经过所述开口(24)延伸。
8.根据任一前述权利要求所述的布置，其中所述装配元件(40)由铜制成。
9.一种电部件组装方法，包括步骤：
-借助焊接将发热电部件(10)装配到具有热传导层(23)的印刷电路板；
-借助焊接将热传导装配元件(40)附着到所述热传导层(23)；
-通过将所述装配元件(40)的连接部分(43)与所述散热器(30)中的凹陷(31)对接来将所述印刷电路板(20)附着到散热器(30)；
-由此将所述印刷电路板(20)附着到所述散热器(30)，从而提供从所述发热电部件(10)经由所述热传导层(23)和所述装配元件(40)到所述散热器(30)的热路径。
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