CN102412214B - 电子元件和散热装置的组合结构及其绝缘元件 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电子元件和散热装置的组合结构及其绝缘元件，该组合结构包括电子元件、散热装置及绝缘元件，其中电子元件包括一第一穿孔，散热装置包括第二穿孔对应于电子元件的第一穿孔，而绝缘元件实质上呈阶梯状且包括外径渐增的第一段部、第二段部及第三段部，第一段部部分容置于电子元件的第一穿孔中，第二段部设置于第一段部和第三段部之间且对应卡合于散热装置的第二穿孔中，而第三段部与散热装置抵顶接触。本发明可于不影响散热装置的结构强度下有效地提升电气安全性。此外，本发明可弹性地根据需求调整电子元件与散热装置的绝缘距离，并克服公知技术中调整绝缘距离的复杂度及不便性。

Description

电子元件和散热装置的组合结构及其绝缘元件

技术领域

本发明涉及一种电子元件和散热装置的组合结构，尤其涉及一种可提升电气安全性的电子元件和散热装置的组合结构。

背景技术

随着科技的进步，各种电子装置、设备也朝着小型化及多元化的趋势发展，因此电路板上的电子元件积集度大幅提升，电子元件的散热与绝缘问题也相形重要。以许多控制设备、测量仪器、电器设备、电脑周边装置中必须使用的功率晶体管为例，其主要功能为信号处理或功率驱动，由于功率晶体管一般处理较大功率的信号，因此相对会产生较高的热能，更需要克服绝缘与散热的相关问题。

目前现有技术中，功率晶体管一般被锁固于散热片上，以提供较佳的散热效果。请参阅图1A及图1B，其分别为公知功率晶体管锁固于散热片的结构爆炸图及组合示意图。于现有技术中，利用螺丝14穿过绝缘粒13的穿孔131、功率晶体管11的穿孔111、绝缘片16的穿孔161和散热片12的穿孔121，再配合螺帽15将功率晶体管11相对于散热片12锁固，并通过绝缘粒13和绝缘片16将功率晶体管11分别与螺丝14及散热片12加以阻隔，借此阻绝产生火花效应的路径，也避免其间发生电压击穿的现象。

然而，由于功率晶体管11、绝缘片16和散热片12的穿孔111、161和121孔径大致相同，是以功率晶体管11的穿孔111至散热片12的穿孔121的最小距离仅约等于绝缘片16的厚度，又为了避免影响功率晶体管11与散热片12间的导热效果，一般绝缘片16的厚度有限，因此当对功率晶体管11施以高电压时，极易因绝缘距离不足而导致短路或致使电气特性不良，不但会影响电器装置或设备的使用寿命，更有威胁使用者安全之虞。

即便目前也发展出于散热片12’的穿孔121边缘设置倒角122(如图1C所示)，使功率晶体管11至散热片12’之间的延长一距离S而增加绝缘效果的技术，但由于倒角122的增设会减弱散热片12’的结构强度，因此仍无法有效提升绝缘效果。

请参阅图2A及图2B，于另一公知技术中，以螺丝24配合固定件23和螺帽25而将功率晶体管21相对于散热片22固定，其中固定件23设有穿孔231及凸杆232，凸杆232可穿过功率晶体管21的穿孔211，螺丝24则依序穿过散热片22的穿孔221、绝缘片26的穿孔261及固定件23的穿孔231并与螺帽25锁合，以将功率晶体管21间接地通过固定件23与绝缘片26和散热片22贴合，以利用固定件23的穿孔231与凸杆232之间的间隔G来确保电气安全。然而，正因穿孔231与凸杆232间必须保留间隔G，故散热片22的整体高度势必增加，是以不利于产品薄型化设计。

有鉴于此，如何发展一种电子元件和散热装置的组合结构，以解决公知技术的缺陷，实为相关技术领域目前所迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的为提供一种电子元件和散热装置的组合结构，其中电子元件和散热装置的组合结构包括一阶梯状的绝缘元件，绝缘元件的第一段部与第二段部的外径具有一距离，以利用该距离来延长电子元件与散热装置之间的绝缘距离，以于不影响散热装置结构强度及整体高度的条件下，兼顾电气安全性及散热效果。

为达上述目的，本发明的一较广实施方式为提供一种电子元件和散热装置的组合结构，其包括：电子元件，其包括第一穿孔；散热装置，其包括第二穿孔对应于电子元件的第一穿孔；以及绝缘元件，其实质上呈阶梯状且包括外径渐增的第一段部、第二段部及第三段部，第一段部部分容置于电子元件的第一穿孔中，第二段部设置于第一段部和第三段部之间且对应卡合于散热装置的第二穿孔中，而第三段部与散热装置抵顶接触。

为达上述目的，本发明的另一较广实施方式为提供一种绝缘元件，其应用于电子元件和散热装置的组合结构中，电子元件包括第一穿孔，散热装置包括第二穿孔对应第一穿孔，而绝缘元件实质上呈阶梯状且包括：第一段部；第三段部；以及第二段部，其设置于第一段部与第三段部之间，且第二段部外径实质上大于第一段部外径并小于第三端部外径；其中，第一段部部分容置于电子元件的第一穿孔中，第二段部卡合于散热装置的第二穿孔中，而第三段部抵顶于散热装置。

本发明主要将绝缘元件设计为阶梯式，且包括外径递增的第一段部、第二段部及第三段部，其中第一段部主要对应贯穿并容置于电子元件的第一穿孔中，而第二段部则对应卡合于散热装置的第二穿孔，以利用第一段部与第二段部外径间的距离来延长电子元件与散热装置之间的绝缘距离，以提升其绝缘效果。故相较于公知技术，本发明可于不影响散热装置的结构强度下有效地提升电气安全性。此外，当拟施予电子元件的电压提高时，本发明仅需增加绝缘元件的第一段部与第二段部的外径间的距离，并适应调整散热装置的第二穿孔，使其可配合容收第二段部，便能借此增加电子元件与散热装置之间的绝缘距离，从而达到提升绝缘效果的目的。所以可知，本发明可弹性地根据需求调整电子元件与散热装置的绝缘距离，并克服公知技术中调整绝缘距离的复杂度及不便性。再者，由于本发明的电子元件无需如公知技术，必须间接通过固定件固定于散热装置上，不但可缩小电子元件和散热装置的组合结构的整体高度，且可确保电子元件与散热装置间可紧密贴覆而同时兼顾电气安全性及散热效率。

附图说明

图1A：其为公知功率晶体管锁固于散热片的结构爆炸图。

图1B：其为图1A的组合示意图。

图1C：其为图1B的散热片增设倒角的a-a’剖面示意图。

图2A：其为另一公知功率晶体管锁固于散热片的结构爆炸图。

图2B：其为图2A的组合示意图

图3A：其为本发明一较佳实施例的电子元件和散热装置的组合结构的爆炸图。

图3B：其为本发明图3A的绝缘元件结构示意图。

图3C：其为本发明图3B的绝缘元件的a-a’剖面图。

图3D：其为本发明图3A组配完成的轴向剖面图

图4：其为本发明另一较佳实施例的绝缘元件结构示意图。

图5：其为本发明又一较佳实施例的绝缘元件结构示意图。

上述附图中的附图标记说明如下：

功率晶体管    11、21

散热片        12、12’、22

绝缘粒        13

螺丝          14、24

绝缘片        16、26、36

螺帽          15、25

穿孔          111、121、131、161、211、221、231、261

倒角          122

固定件        23

凸杆          232

距离          S

间隔          G

电子元件和散热装置的组合结构    3

电子元件      31

第一穿孔      311

本体          312

金属片        313

接脚          314

散热装置      32

第二穿孔      321

绝缘元件      33、43、53

第一段部      331、431、531

第二段部      332、432、532

第三段部      333、433、533

通道          334

第一开口      334A

第二开口      334B

第一锁固元件  34

体部          341

头部          342

第二锁固元件    35

第三穿孔        361

垫片            37

第四穿孔        371

第一穿孔孔径    R1

第二穿孔孔径    R2

第三穿孔孔径    R3

第四穿孔孔径    R4

电子元件的金属片厚度    T1

散热装置厚度    T2

第一段部外径    D1

第二段部外径    D2

第三段部外径    D3

第一段部高度    H1

第二段部高度    H2

第三段部高度    H3

第一锁固元件体部长度    L

第一、第二段部外径间的距离    D

第一、第二段部外径间的最小距离    D’、D”

具体实施方式

体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的方式上具有各种的变化，其都不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上当作说明之用，而非用以限制本发明。

请参阅图3A，其为本发明一较佳实施例的电子元件和散热装置的组合结构的爆炸图。如图3A所示，电子元件和散热装置的组合结构3包括电子元件31、散热装置32以及绝缘元件33，电子元件31包括第一穿孔311，散热装置32包括第二穿孔321对应于第一穿孔311，而绝缘元件33实质上呈阶梯状，且包括外径渐增的第一段部331、第二段部332及第三段部333，其中，第一段部331部分容置于电子元件31的第一穿孔311中(如图3D所示)，第二段部332设置于第一段部331与第三段部333之间且实质上对应卡合于散热装置32的第二穿孔321中，而第三段部333与散热装置32抵顶接触，以下将进一步叙述本发明电子元件和散热装置的组合结构及其绝缘元件的细部结构。

请再参阅图3A，本实例的电子元件31可选自晶体管，例如：功率晶体管，但不以此为限，且电子元件31包括第一穿孔311、本体312、金属片313和接脚314，其中金属片313由本体312延伸而出且厚度为T1，用以散去电子元件31于工作时所产生的热能，而第一穿孔311则可设置于金属片313上，于本实施例中，第一穿孔311可为圆形穿孔，其孔径为R1，然第一穿孔311的形状实质上无所设限，也可为矩形、其他多边形或不规则形。而散热装置32可选自散热片，其厚度为T2，且散热装置32包括第二穿孔321，于本实施例中，第二穿孔321可为孔径为R2的圆形穿孔，然其形状并无所设限。

请参阅图3A并配合图3B及图3C，其中图3B为图3A的绝缘元件结构示意图，而图3C为图3B的a-a’剖面图。绝缘元件33包括第一段部331、第二段部332及第三段部333，其中第二段部332设置于第一段部331与第三段部333之间，而第一、第二及第三段部331、332、333以绝缘材质所制成的一体成型结构为佳，但不以此为限。于本实施例中，第一、第二、第三段部331、332、333实质上都为圆形的短柱状结构，且彼此共轴，换言之，第一段部331、第二段部332和第三段部333的几何中心，即圆心，大致位在同一直线，即轴线上，而第一段部331的外径D1实质上小于第二段部332的外径D2，第二段部332的外径D2实质上又小于第三段部333的外径D3，由于本实施例的第一、第二、第三段部331、332、333垂直于轴向的剖面实质上呈圆形，因此其外径实质上即为直径。至于第一段部331的高度H1实质上则大于第二段部332的高度H2和第三段部333的高度H3，但第一段部331、第二段部332和第三段部333的高度H1、H2、H3并不以此为限，其可视需求而调整。所以可知，由于第一段部331、第二段部332及第三段部333的外径渐增，因此绝缘元件33实质上具有呈阶梯状的外型(如图3C所示)。

此外，绝缘元件33也可设置通道334，其沿着轴向贯穿第一段部331、第二段部332及第三段部333，其中通道334具有相互对应且口径大小相同的第一开口334A及第二开口334B，其中第一开口334A实质上邻近于第一段部331，而第二开口334B则邻近于第三段部333。

请再参阅图3B、图3C并配合图3A，绝缘元件33的第一段部331大致对应于电子元件31的第一穿孔311，其中第一段部331的外径D1以略小于电子元件31的第一穿孔311的孔径R1为佳，而第一段部331的高度H1则以大于电子元件31的金属片313厚度T1为佳；至于绝缘元件33的第二段部332则对应于散热装置32的第二穿孔321，其中第二段部332的外径D2实质上等于散热装置323的第二穿孔321的孔径R2，第二段部332的高度H2则以大致等于散热装置32的厚度T2为佳。

请参阅图3A，电子元件和散热装置的组合结构3除了电子元件31、散热装置32及绝缘元件33外，尚可包括用以辅助固定的第一锁固元件34、第二锁固元件35及用以绝缘的绝缘片36，其中第一锁固元件34包括体部341及头部342，其中体部341的长度L实质上大于绝缘元件33的第一、第二、第三段部331、332、333的高度H1、H2、H3的总和，以利于组配电子元件和散热装置的组合结构3时可贯穿绝缘元件33，而第二锁固元件35则可与第一锁固元件34的体部341相结合，于本实施例中，第一锁固元件34及第二锁固元件35以分别选自螺丝与螺帽为佳，但不以此为限。

至于绝缘片36可配置于散热装置32与电子元件31之间，且绝缘片36包括第三穿孔361。于本实施例中，第三穿孔361的孔径R3实质上以等于电子元件31的第一穿孔311孔径R1且小于散热装置32的第二穿孔321孔径R2为佳。此外，为了提升绝缘效果，于本实施例中，电子元件和散热装置的组合结构3也可选择性地增设由绝缘材质制成的垫片37，垫片37介于电子元件31与第二锁固元件35之间，且具有第四穿孔371，其孔径R4实质上以等于第一穿孔311的孔径R1和第三穿孔361的孔径R3为佳。

请再参阅图3A并配合图3B至图3D，其中图3D为本发明图3A组配完成的轴向剖面图。欲组装电子元件和散热装置的组合结构3时，将垫片37、电子元件31、绝缘片36和散热装置32依序排列，并使垫片37的第四穿孔371、电子元件31的第一穿孔311、绝缘片36的第三穿孔361和散热装置32的第二穿孔321彼此对应，绝缘元件33的第一段部331则由散热装置32的一侧依序贯穿散热装置32的第二穿孔321、绝缘片36的第三穿孔361、电子元件31的第一穿孔311和垫片37的第四穿孔371并部分容置于第三穿孔361、第一穿孔311及第四穿孔371中，而由于绝缘元件33的第二段部332外径D2实质上等于散热装置32的第二穿孔321孔径R2，且第二穿孔321孔径R2实质上又大于第三穿孔361孔径R3，因此绝缘元件33的第二段部332无法穿过第三穿孔361而实质上卡合于散热装置32的第二穿孔321中，又由于绝缘元件33的第三段部333的外径D3较第二段部332的外径D2为大，因此第三段部333无法穿过第二穿孔321，且因第二段部332的高度H2约等于散热装置32的厚度T2，是以第二段部332实质上完全容收于第二穿孔321中，使第三段部333可接触并抵顶于散热装置32。至于第一锁固元件34的体部341可自绝缘元件33的通道334的第二开口334B进入并贯穿通道334而由第一开口334A凸出，以于邻近绝缘元件33的第一段部331处与第二锁固元件35结合，而第一锁固元件34的头部342则可抵顶于绝缘元件33的第三段部333，以通过第三段部333与散热装置32隔离，是以便可将垫片37、电子元件31、绝缘片36和散热装置32稳固地固定。而当组配完成时，绝缘元件33的第三段部333和第一锁固元件34的头部342与第二锁固元件35、垫片37、电子元件31和绝缘片36分别位于散热装置32的两相对侧(如图3D所示)。

由于绝缘元件33的第二段部332卡合于散热装置32的第二穿孔321中，且第二段部332的外径D2实质上大于贯穿电子元件31的第一段部31的外径D1，所以可知，本发明可通过绝缘元件33的第二段部332外径D2与第一段部331外径D1间的距离D(如图3C所示)来增加电子元件31与散热装置32之间的绝缘距离；此外，由于绝缘元件33的第二段部332卡合填补于散热装置32的第二穿孔321中，因此不会对散热装置32的整体结构强度造成影响；再者，当拟施予电子元件31的电压提升时，也可通过增加绝缘元件33的第二段部332外径D2并配合扩大散热装置32的第二穿孔321孔径R2，以增加第二段部332外径D2与第一段部331外径D1之间的距离D，以根据拉长电子元件31和散热装置32之间的绝缘距离而提升绝缘效果。又电子元件和散热装置的组合结构3也可视需求调整绝缘元件33的第三段部333的高度H3，以使第一锁固元件34的头部342与散热装置32之间能通过绝缘元件33的第三段部333维持适当的绝缘距离，以确保电气安全性。

当然，本发明的绝缘元件并不限于上述实施方式，请参阅图4，其为本发明另一较佳实施例的绝缘元件结构示意图。如图4所示，本实施例的绝缘元件43实质上也呈阶梯状，其同样包括外径渐增的第一段部431、第二段部432和第三段部433，其中第一段部431可呈圆形短柱，第二段部432及第三段部433则可为六角形短柱，例如：正六角形短柱，而第一、第二、第三段部431、432、433之间也以共轴为佳，是以可知，绝缘元件43的第二段部432的外径与第一段部431外径间至少有一最小距离D’，以利用该最小距离D’实现延长绝缘距离的目的。而图5则为本发明又一较佳实施例的绝缘元件结构示意图，其中绝缘元件53包括第一段部531、第二段部532及第三段部533，而本实施例的第一段部531及第三段部533实质上可呈圆形短柱，第二段部532则可为矩形短柱，且第一段部531、第二段部532及第三段部533的几何中心大致位于同一直线上，换言之，第一、第二、第三段部531、532、533同样以共轴为佳，又第一、第二、第三段部531、532、533的外径渐增，故应可理解，本实施例的绝缘元件53也呈阶梯状，且第一段部531的外径与第二段部532的外径间至少有一最小距离D”，以通过该最小距离D”而达到延长绝缘距离的目的。

由上述说明应可理解，本发明绝缘元件的第一段部、第二段部和第三段部的形状实无所设限，其可视需求而改变为不同的形状，换言之，举凡绝缘元件的第一段部可穿过电子元件的第一穿孔，第二段部可卡合于散热装置的第二穿孔，第三段部可抵顶于散热装置，且第一、第二、第三段部的外径渐增而使绝缘元件实质上呈阶梯状者，都属本发明所欲保护的范围。此外，本发明的绝缘元件的第一、第二、第三段部都以共轴为例说明，但于某些实施例中，当第一段部外径与第二段部外径之间的最小距离已足以确保电气安全性时，也不局限绝缘元件的第一、第二及第三段部必须共轴。

此外，于某些实施例中，垫片和绝缘片可选择性地移除，举例而言：当电子元件和散热装置的组合结构的第一、第二锁固元件无碰触其他邻近的电子元件之虞时，可适应移除垫片；而于另一些实施例中，若于散热装置面对电子元件的一侧涂布有绝缘材质时，也可省略绝缘片的使用。

又本发明以通过第一锁固元件和第二锁固元件相互配合而将电子元件锁固于散热装置为例进行说明，然而应可理解，于某些实施例中，也可直接利用绝缘元件的第一段部稳固卡合于绝缘片的第三穿孔及电子元件的第一穿孔，并以绝缘元件的第二段部稳固卡合于散热装置的第二穿孔，以省略第一、第二锁固元件的使用，此时不仅可移除用以隔绝第二锁固元件及电子元件的垫片，也无需于绝缘元件中设置通道，当然，于此类实施例中，绝缘元件也可通过螺合等方式固定于电子元件和散热装置之间，其固定方式并无限制。

综上所述，本发明主要将绝缘元件设计为阶梯式，且包括外径递增的第一段部、第二段部及第三段部，其中第一段部主要对应贯穿并容置于电子元件的第一穿孔中，而第二段部则对应卡合于散热装置的第二穿孔，以利用第一段部与第二段部外径间的距离来延长电子元件与散热装置之间的绝缘距离，以提升其绝缘效果。故相较于公知技术，本发明可于不影响散热装置的结构强度下有效地提升电气安全性。此外，当拟施予电子元件的电压提高时，本发明仅需增加绝缘元件的第一段部与第二段部的外径间的距离，并适应调整散热装置的第二穿孔，使其可配合容收第二段部，便能借此增加电子元件与散热装置之间的绝缘距离，从而达到提升绝缘效果的目的。所以可知，本发明可弹性地根据需求调整电子元件与散热装置的绝缘距离，并克服公知技术中调整绝缘距离的复杂度及不便性。

再者，由于本发明的电子元件无需如公知技术，必须间接通过固定件固定于散热装置上，不但可缩小电子元件和散热装置的组合结构的整体高度，且可确保电子元件与散热装置间可紧密贴覆而同时兼顾电气安全性及散热效率。由于上述优点都为公知技术所不及，故本发明的电子元件和散热装置的组合结构极具产业价值。

本发明得由本领域技术人员任施匠思而为诸般修饰，然而都不脱如附权利要求所欲保护的范围。

Claims (8)

1.一种电子元件和散热装置的组合结构，其包括：

一电子元件，其包括一第一穿孔；

一散热装置，其包括一第二穿孔对应于该电子元件的该第一穿孔；

一绝缘元件，其实质上呈阶梯状且包括外径渐增的一第一段部、一第二段部及一第三段部，该第一段部部分容置于该电子元件的该第一穿孔中，该第二段部设置于该第一段部和该第三段部之间且对应卡合于该散热装置的该第二穿孔中，而该第三段部与该散热装置抵顶接触，其中该绝缘元件的该第一段部、该第二段部及该第三段部实质上共轴，且该绝缘元件包括一通道，其沿轴向贯穿该第一段部、该第二段部及该第三段部；以及第一锁固元件，该第一锁固元件包括一头部与一体部，该体部贯穿该绝缘元件的该通道，而该头部抵顶于该绝缘元件的该第三段部，且该第三段部设置于该第一锁固元件的该头部及该电子元件之间。

2.如权利要求1所述的电子元件和散热装置的组合结构，其还包括一绝缘片设置于该电子元件与该散热装置之间，该绝缘片包括一第三穿孔，而该绝缘元件的该第一段部部分容置于该绝缘片的该第三穿孔及该电子元件的该第一穿孔中。

3.如权利要求2所述的电子元件和散热装置的组合结构，其中该电子元件的该第一穿孔孔径实质上等于该绝缘片的该第三穿孔孔径且小于该散热装置的该第二穿孔孔径。

4.如权利要求1所述的电子元件和散热装置的组合结构，其还包括一第二锁固元件，该第一锁固元件的该体部于邻近该第一段部处与该第二锁固元件结合。

5.如权利要求4所述的电子元件和散热装置的组合结构，其中该电子元件与该第二锁固元件之间具有一垫片。

6.如权利要求1所述的电子元件和散热装置的组合结构，其中该绝缘元件的该第一段部、该第二段部及该第三段部实质上为一体成型。

7.如权利要求1所述的电子元件和散热装置的组合结构，其中该电子元件选自晶体管，该散热装置选自散热片。

8.一种绝缘元件，其应用于电子元件和散热装置的组合结构中，该电子元件包括一第一穿孔，该散热装置包括一第二穿孔对应该第一穿孔，而该绝缘元件实质上呈阶梯状且包括：

一第一段部；

一第三段部；以及

一第二段部，其设置于该第一段部与该第三段部之间，且该第二段部外径实质上大于该第一段部外径并小于该第三端部外径；

其中，该第一段部部分容置于该电子元件的该第一穿孔中，该第二段部卡合于该散热装置的该第二穿孔中，而该第三段部抵顶于该散热装置，该绝缘元件的该第一段部、该第二段部及该第三段部实质上共轴，且该绝缘元件包括一通道，其沿轴向贯穿该第一段部、该第二段部及该第三段部，该电子元件和散热装置的组合结构更包括一第一锁固元件，该第一锁固元件包括一头部与一体部，该体部贯穿该绝缘元件的该通道，该头部抵顶于该绝缘元件的该第三段部，且该第三段部设置于该第一锁固元件的该头部及该电子元件之间。