CN102333414A

CN102333414A - 一种散热结构及其制作方法、具有散热结构的电子设备

Info

Publication number: CN102333414A
Application number: CN201110258387A
Authority: CN
Inventors: 李永发; 邓国顺; 郑发勇; 尹成庆
Original assignee: SHENZHEN INNOVPOWER TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHENZHEN INNOVPOWER TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-09-02
Filing date: 2011-09-02
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2031-09-02
Also published as: CN102333414B

Abstract

本发明公开了一种散热结构及其制作方法、以及一种具有散热结构的电子设备。该散热结构包括：具有上表面和下表面的印刷电路板、表贴于所述印刷电路板上的电子元器件，安装于所述电子元器件的底部的散热焊盘，所述散热焊盘与所述印刷电路板的上表面接触，该散热结构还包括：通孔、与所述通孔形状一致的导热体，所述通孔贯通所述散热焊盘和所述印刷电路板，所述通孔与所述导热体过盈配合，从而将电子元器件上的热量通过所述导热体散出。本发明通过导热体可以将电子元器件的热量经与导热体导出，解决了贴片式电子元器件散热难的问题；由于导热体与通孔过盈配合，因此散热结构可靠，同时该散热结构简单且成本低。

Description

一种散热结构及其制作方法、具有散热结构的电子设备

技术领域

本发明涉及电子设备的散热技术领域，尤其涉及一种散热结构及其制作方法、以及一种具有散热结构的电子设备。

背景技术

工业用、军用交换机、服务器、机柜等电子设备受恶劣环境限制，往往需要壳体采用密闭结构，并要符合非常严格的关于防护等级的要求；这就带来了诸多问题：在电子设备运行中，MOS-FET、IGBT、交换芯片、电源模块等器件会产生大量的热量，使设备内部环境温度升高，影响电子元器件的使用寿命和性能。以户外型逆变器为例，需要做到防尘防水，为使逆变器符合相关的防护等级，就需要把电路板安装在密闭的环境内，但这样会使得逆变器的电气元件如变压器、MOS-FET、IGBT等需要散热的功率元件得不到有效散热，而这些需要散热的功率元件受温度的影响很大，如果不能有效散热，则会影响这些功率器件的使用寿命，热量过高会带来炸机等安全隐患。因此，必须排放功率元件的热量以延长其使用寿命。传统的散热方法是MOS-FET采用插件封装方式，即将采用如TO-220或TO-247的插件封装的功率器件用螺钉固定在散热器上，然后通过冷却风扇产生的气流散热；这种方法散热效果好，电子设备的装配也不复杂，但不适用于如机柜这样的密闭环境，且无法达到较高的防护等级。另一种传统的散热方法是将插件封装的电子元器件贴在散热机壳上，此时一般需要对功率器件进行手工补焊，然后在PCB板(Printed Circuit Board，印刷电路板)上面打压条使其固定在机壳上，这种方法装配困难，生产效率低下。另外，一般所使用的电子元器件上都是通有高电压、大电流的；为满足安规绝缘要求，需要增加绝缘片，这更增加了电子设备装配的复杂程度。因此，如何解决贴片式功率器件的散热是一个难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种散热结构及其制作方法、以及一种具有散热结构的电子设备，达到散热效果好且散热结果制作过程简单、成本低的目的。

根据本发明的一个方面，提供一种散热结构，包括：具有上表面和下表面的印刷电路板、表贴于所述印刷电路板上的电子元器件，安装于所述电子元器件的底部的散热焊盘，所述散热焊盘与所述印刷电路板的上表面接触，该散热结构还包括：通孔、与所述通孔形状一致的导热体，所述通孔贯通所述散热焊盘和所述印刷电路板，所述通孔与所述导热体过盈配合，从而将电子元器件上的热量通过所述导热体散出。

进一步地，散热结构还包括：具有导热功能的绝缘层和具有导热功能的凸台；所述绝缘层与所述印刷电路板的下表面接触，且与所述电子元器件的位置相对应；所述凸台的一面与所述绝缘层接触，另一面与外界直接或间接接触，从而所述电子元器件上的热量通过所述绝缘层和所述凸台散热到外界。

优选地，所述凸台为电子设备的机壳的内侧往所述绝缘层的方向的凸起，所述电子设备的机壳与外界直接接触。

进一步地，所述通孔的大小根据散热的需求而定；所述导热体的材料为导热金属材料。

根据本发明的另一个方面，提供一种电子设备，其特征在于，包括如上所述的散热结构。

根据本发明的再一个方面，提供一种印刷电路板，具有上表面和下表面，包括：表贴于其上的电子元器件、安装于所述电子元器件的底部的散热焊盘，所述散热焊盘与所述印刷电路板的上表面接触，该印刷电路板还包括：通孔、与所述通孔形状一致的导热体，所述通孔贯通所述散热焊盘和所述印刷电路板，所述通孔与所述导热体过盈配合，从而将电子元器件上的热量通过所述导热体散出。

进一步地，该印刷电路板还包括：具有导热功能的绝缘层和具有导热功能的凸台；所述绝缘层与所述印刷电路板的下表面接触，且与所述电子元器件的位置相对应；所述凸台的一面与所述绝缘层接触，另一面与外界直接或间接接触，从而所述电子元器件上的热量通过所述绝缘层和所述凸台散热到外界。

根据本发明的又一个方面，提供一种散热结构的制作方法，包括：在位于印刷电路板与表贴于印刷电路板的电子元器件之间的散热焊盘上打孔形成通孔，所述通孔贯通所述散热焊盘和印刷电路板；将与所述通孔的形状一致的导热体嵌入所述通孔，且所述导热体与所述通孔过盈配合，从而将电子元器件上的热量通过所述导热体散出；将所述电子元器件表贴到所述印刷电路板，所述散热焊盘的与印刷电路板相接的表面去阻焊。

进一步地，该散热结构的制作方法还包括：增加绝缘层与所述印刷电路板的下表面接触，且与所述电子元器件的位置相对应；将所述绝缘层与凸台的一面接触，所述凸台的另一面与外界直接或间接接触，从而所述电子元器件上的热量通过所述绝缘层和所述凸台散热到外界。

进一步地，所述通孔的大小根据散热的需求而定；所述导热体的材料为导热金属材料；所述凸台为电子设备的机壳的内侧往所述绝缘层的方向的凸起，所述电子设备的机壳与外界直接接触。

本发明的有益效果在于：通过导热体可以将电子元器件的热量经与导热体迅速导出，解决了贴片式电子元器件散热难的问题；由于导热体与通孔过盈配合，因此散热结构可靠，同时该散热结构简单且成本低。一种实施例中通过形成在机壳上的凸台将热量传导到与外界直接接触的机壳上，增强了散热效果。

附图说明

图1为本发明散热结构实施例的结构示意图，其中(a)为立体示意图，(b)为剖面图；

图2为本发明散热结构制作方法实施例的流程示意图；

图3为本发明散热结构制作方法实施例一提供的结构分解图；

图4为本发明散热结构制作方法实施例二提供的结构分解图；

图5为本发明电子设备实施例的机壳内侧示意图，其中(a)为装配后的示意图，(b)为分解图。

具体实施方式

下面通过具体实施例结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例的设计思想是：将散热焊盘的热通过PCB内的导热体，使得电子元器件的热能经过导热材料传导到与外界直接接触的机壳上。

如图1所示，本发明实施例提供的散热结构包括：具有上表面1011和下表面1012的印刷电路板101、表贴于印刷电路板101上的电子元器件102、安装于电子元器件的底部的散热焊盘103、通孔104、导热体105。散热焊盘103与印刷电路板的上表面1011接触，通孔104贯通散热焊盘103和印刷电路板，导热体105被铆进通孔104并与通孔104过盈配合，从而将电子元器件102上的热量通过导热体105散出。实施例中，通孔104的大小根据散热的需求而定，导热体105的材料为导热性能良好的材料，例如铜、铝等金属材料。通孔的截面形状可以是任意的，如圆形、三角形、矩形、六边形等，导热体依据通孔的形状来设计，只要保证其与通孔过盈配合。

另一种实施例中，散热结构还包括具有导热功能的绝缘层和具有导热功能的凸台，绝缘层位于印刷电路板的下表面，且与电子元器件102的位置相对应，凸台的一面与绝缘层接触，另一面与外界直接或间接接触，从而电子元器件上的热量通过绝缘层和导热体散热到外界。一个较佳的例子是，凸台为电子设备的机壳的内侧往绝缘层方向的凸起，电子设备的机壳与外界直接接触，从而，电子元器件上的热量通过导热体传导并经绝缘层和凸台散热到与外界直接接触的机壳上。

基于上述散热结构实施例，本发明实施例还提供一种散热结构的制作方法，以下通过两个实施例进行说明，当然，本发明实施例提供的散热结构的制作方法并不仅限于下面的这两个实施例。

实施例一：

如图2所示，包括步骤S201至步骤S205：

步骤S201，开孔步骤。如图3所示，在位于印刷电路板301与电子元器件302之间的散热焊盘303上打孔形成通孔304，该通孔304贯通散热焊盘303和印刷电路板301。通孔304的大小根据散热的需求设计，在焊盘的背面进行去阻焊设计，这里所说的去阻焊是指焊盘底部的金属皮(如铜皮)去阻焊达到类似于焊盘的效果。一种较佳的例子中，去阻焊设计的面积与焊盘大小一样。

步骤S203，嵌导热体步骤。仍如图3所示，设计与通孔304的形状一致的导热体305，将导热体305与通孔304过盈配合，从而将散热焊盘303上的热量通过导热体散出。导热体305的材料为导热性能良好的材料，例如铜、铝等金属材料，可以根据导热要求和成本综合考虑导热体的选材。

步骤S205，表贴步骤。将电子元器件302表贴到印刷电路板301。

通过上述步骤，电子元器件上的热量即可通过导热体散热。

实施例二：

为增强散热效果，本实施例在实施例一的基础上还增加了两个步骤，仍如图2所示，包括步骤S201至步骤S207，其中，步骤S201至步骤S205与上述实施例相同，在此不再重述。

步骤S207，加绝缘层步骤。绝缘层导热功能良好且能耐高压。如图4所示，401’为由步骤S201至步骤S205得到的已表贴了电子元器件的PCB板，在PCB板401’的下表面增加绝缘层407与之接触，绝缘层407与电子元器件的位置相对应。

步骤S209，加凸台步骤。仍如图4所示，增加凸台408，将绝缘层407与凸台408的一面接触，凸台408的另一面与外界直接或间接接触，从而电子元器件上的热量经导热体、绝缘层407通过凸台408散热到外界。一个较佳的例子中，凸台为电子设备的机壳的内侧往所述绝缘层的方向的凸起，电子设备的机壳与外界直接接触。

本实施例中，电子元器件上的热量是通过导热体传导并经绝缘层和凸台散热到与外界直接接触的机壳上。

基于前述散热结构及其制作方法的实施例，本发明实施例还提供一种具有上述散热结构的电子设备。一种实施例中，装配好的电子设备的机壳的内侧50如图5(a)所示，其分解图如图5(b)所示：在机壳50内侧上形成凸台508，凸台508的位置与PCB板的电子元器件的位置相对应；将导热性能良好且能耐高压的绝缘膜507放在凸台508上方；再将具有散热结构的PCB板501’(PCB板501’上表贴电子元器件514)放入机壳内，该PCB板501’上的散热结构的制作方法参考前述，在此不再重述；将PCB板501’与机壳50固接，可以采用如螺钉等方式固接，例如，将导热性能良好的绝缘膜513、压条512以及螺钉511组合在一起，螺钉511对准机壳上的螺孔519固定好位置然后拧紧。PCB板501’与机壳50的固接方式还可以采用现有的固接方式，在此不作详述。本实施例中凸台是根据PCB上的电子元器件的位置相对应地直接在电子设备的机壳上形成的，这样，散热结构可靠，且散热是直接导热到与外界直接接触的机壳，使得散热效率高，同时还解决了高防护等级下密闭环境无法散热的问题。

此外，本发明实施例还提供一种印刷电路板，包括：上表面和下表面、表贴在该印刷电路板上的电子元器件、安装于电子元器件底部的散热焊盘、通孔、与通孔形状一致的导热体。其中，散热焊盘与印刷电路板的上表面接触，通孔贯通散热焊盘和印刷电路板，并与导热体过盈配合，从而可以将电子元器件上的热量通过导热体散出。

另一种实施例中，该印刷电路板还包括：具有导热功能的绝缘层和具有导热功能的凸台；绝缘层与印刷电路板的下表面接触，且与电子元器件的位置相对应；凸台的一面与绝缘层接触，另一面与外界直接或间接接触，从而电子元器件上的热量经导电体再通过绝缘层和凸台散热到外界。

本发明各实施例所涉及的电子元器件可以是任何款式的电子元器件，如D-PAK、D2-PAK等。这里以功率器件贴片封装D2-PAK为例来实现本发明实施例。在PCB板布局设计时，在D2-PAK的2脚(即散热大焊盘)开一个金属化通孔，并设计一个导热体与该通孔进行过盈配合，焊盘的背面采用去阻焊设计(俗称开窗)。在常规的PCB制造过程的电镀工序前增加一道工序，即，将导热体铆进通孔内，然后再进行电镀等后续正常的PCB制造工序流程。所得到的效果是从外观上看与普通焊盘一样。在PCB组件加工过程中，D2-PAK采用正常的贴片回流焊接的方式进行。在整机装配时，功率器件的正下方通过导热性能良好的绝缘耐压材料紧贴机壳，在PCB板上打压条的固定，以使器件散热部位充分贴靠机壳散热。通过该实例可以理解，本发明实施例目的是使电子器件的热能迅速传导到电子设备的机壳上，导热原理是将散热焊盘的热通过压铆在PCB里面的导热体，迅速将热导到与外界直接接触的机壳上将热散发出来。

由前述可见，本发明实施例的优点在于不仅散热结构加工简单、可靠，同时解决了贴片式器件散热难的问题，解决了高防护等级下密闭环境无法散热的问题。

上述实施例只是本发明的举例，尽管为说明目的公开了本发明的最佳实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于最佳实施例和附图所公开的内容。

Claims

1.一种散热结构，包括：具有上表面和下表面的印刷电路板、表贴于所述印刷电路板上的电子元器件，安装于所述电子元器件的底部的散热焊盘，所述散热焊盘与所述印刷电路板的上表面接触，其特征在于，还包括：通孔、与所述通孔形状一致的导热体，所述通孔贯通所述散热焊盘和所述印刷电路板，所述通孔与所述导热体过盈配合，从而将电子元器件上的热量通过所述导热体散出。

2.如权利要求1所述的散热结构，其特征在于，还包括：具有导热功能的绝缘层和具有导热功能的凸台；所述绝缘层与所述印刷电路板的下表面接触，且与所述电子元器件的位置相对应；所述凸台的一面与所述绝缘层接触，另一面与外界直接或间接接触，从而所述电子元器件上的热量通过所述绝缘层和所述凸台散热到外界。

3.如权利要求2所述的散热结构，其特征在于，所述凸台为电子设备的机壳的内侧往绝缘层方向的凸起，所述电子设备的机壳与外界直接接触。

4.如权利要求1-3任一项所述的散热结构，其特征在于，所述通孔的大小根据散热的需求而定；所述导热体的材料为导热金属材料。

5.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求14任一项所述的散热结构。

6.一种印刷电路板，具有上表面和下表面，包括：表贴于其上的电子元器件、安装于所述电子元器件的底部的散热焊盘，所述散热焊盘与所述印刷电路板的上表面接触，其特征在于，还包括：通孔、与所述通孔形状一致的导热体，所述通孔贯通所述散热焊盘和所述印刷电路板，所述通孔与所述导热体过盈配合，从而将电子元器件上的热量通过所述导热体散出。

7.如权利要求6所述的印刷电路板，其特征在于，还包括：具有导热功能的绝缘层和具有导热功能的凸台；所述绝缘层与所述印刷电路板的下表面接触，且与所述电子元器件的位置相对应；所述凸台的一面与所述绝缘层接触，另一面与外界直接或间接接触，从而所述电子元器件上的热量通过所述绝缘层和所述凸台散热到外界。

8.一种散热结构的制作方法，其特征在于，包括：

在位于印刷电路板与表贴于印刷电路板的电子元器件之间的散热焊盘上打孔形成通孔，所述通孔贯通所述散热焊盘和印刷电路板；

将与所述通孔的形状一致的导热体嵌入所述通孔，且所述导热体与所述通孔过盈配合，从而将电子元器件上的热量通过所述导热体散出；

将所述电子元器件表贴到所述印刷电路板。

9.如权利要求8所述的散热结构的制作方法，其特征在于，还包括：

增加绝缘层与所述印刷电路板的下表面接触，且与所述电子元器件的位置相对应；

将所述绝缘层与凸台的一面接触，所述凸台的另一面与外界直接或间接接触，从而所述电子元器件上的热量通过所述绝缘层和所述凸台散热到外界。

10.如权利要求8或9所述的散热结构的制作方法，其特征在于，所述通孔的大小根据散热的需求而定；所述导热体的材料为导热金属材料；所述凸台为电子设备的机壳的内侧往所述绝缘层的方向的凸起，所述电子设备的机壳与外界直接接触。