CN106028743A - 集成功率驱动芯片散热保护装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种集成功率驱动芯片散热保护装置，用于解决现有芯片散热装置散热效率低的技术问题。技术方案是该散热保护装置包括石墨贴片、金属相变材料、散热焊盘、温度传感器、舵系统控制器和舵系统控制盒。所述的石墨贴片平整的贴在舵系统控制盒内表面，电路板上散热焊盘与电路板安装凸台上石墨贴片之间放置金属相变材料，温度传感器和集成功率驱动芯片与舵系统控制盒凸台上石墨贴片之间放置金属相变材料，所述的散热焊盘相对于集成功率驱动芯片的位置设置若干散热过孔。由于石墨贴片将集成功率驱动芯片产生热量迅速向四周扩散，金属相变材料填充石墨贴片与散热焊盘之间的缝隙，散热焊盘将集成功率驱动芯片产生热量迅速扩散，提高了散热效率。

Description

集成功率驱动芯片散热保护装置
技术领域
本发明涉及一种芯片散热装置，特别是涉及一种集成功率驱动芯片散热保护装置。
背景技术
功率驱动器是由大功率电力电子器件构成的功率变换装置，主要作用是对功率电进行整流、逆变、调频、调压等变换，从而驱动电动舵机运转。随着电力电子技术的发展，功率驱动器领域出现了集成功率驱动芯片，这种芯片体积小、效率高、可靠性高，但在工作过程中功率驱动芯片的电流大，输出功率高，使得功率驱动芯片的结温迅速升高，而小型化舵系统受限于体积重量散热能力较弱，有可能出现烧坏功率器件的情况。因此，设计合理的散热与保护装置来延长器件寿命、提高系统可靠性十分必要。
文献“申请公开号是CN105280589A的中国发明专利”公开了一种芯片散热组件及其芯片电路板。该系统包括底座、散热鳍片、弹簧、调节杆组件、锁紧螺钉、紧固螺钉和导热衬垫。该系统的特点是通过锁紧螺钉和紧固螺钉将调节杆组件、底座、弹簧、散热鳍片和电路板紧固在一起并进行锁紧，通过调节杆的上下移动来调节弹簧压力，避免过度拧紧压坏芯片，通过散热鳍片将芯片产生的热量释放到外界，通过导热衬垫可以将底座与芯片之间的缝隙填满并吸收机械应力。该系统可以在不损伤芯片的情况下实现散热鳍片与芯片的无缝贴合，但是该系统使用了导热衬垫来填充底座与芯片之间的缝隙，导热胶垫的导热系数相对金属来说非常低(导热衬垫在1-3W/mK之间，铝约237W/mK)，所以大幅增加了芯片与底座之间的热阻，使得散热效率较低，同时该系统缺少对于芯片的主动降热措施，不利于芯片尽快散热，因此，该系统很难满足集成功率驱动芯片的散热要求。
发明内容
为了克服现有芯片散热装置散热效率低的不足，本发明提供一种集成功率驱动芯片散热保护装置。该散热保护装置包括石墨贴片、金属相变材料、散热焊盘、温度传感器、舵系统控制器和舵系统控制盒。所述的舵系统控制盒两端是电路板安装凸台，中间部分是舵系统控制盒凸台，所述的石墨贴片平整的贴在舵系统控制盒内表面，所述的电路板下表面固定散热焊盘，所述的舵系统控制器焊接在电路板的上表面，温度传感器和集成功率驱动芯片通过散热焊盘焊接在电路板的下表面。电路板放置在舵系统控制盒两端的电路板安装凸台上，电路板上散热焊盘与电路板安装凸台上石墨贴片之间放置金属相变材料，温度传感器和集成功率驱动芯片与舵系统控制盒凸台上石墨贴片之间放置金属相变材料，所述的散热焊盘相对于集成功率驱动芯片的位置设置若干散热过孔。由于石墨贴片将集成功率驱动芯片产生热量迅速向四周扩散，金属相变材料填充石墨贴片与集成功率驱动芯片之间的缝隙、石墨贴片与温度传感器之间的缝隙以及石墨贴片与散热焊盘之间的缝隙，散热焊盘将集成功率驱动芯片产生热量通过电路板扩散，提高了散热效率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种集成功率驱动芯片散热保护装置，其特点是包括石墨贴片1、金属相变材料2、散热焊盘3、温度传感器4、舵系统控制器5和舵系统控制盒8。所述的舵系统控制盒8两端是电路板安装凸台10，中间部分是舵系统控制盒凸台9，所述的石墨贴片1平整的贴在舵系统控制盒8内表面，所述的电路板7下表面固定散热焊盘3，散热焊盘3与电路板7等大，所述的舵系统控制器5焊接在电路板7的上表面，温度传感器4和集成功率驱动芯片6通过散热焊盘3焊接在电路板7的下表面。电路板7放置在舵系统控制盒8两端的电路板安装凸台10上，电路板7上散热焊盘3与电路板安装凸台10上石墨贴片1之间放置金属相变材料2，温度传感器4和集成功率驱动芯片6与舵系统控制盒凸台9上石墨贴片1之间放置金属相变材料2，所述的散热焊盘3相对于集成功率驱动芯片6的位置设置若干散热过孔11。
所述舵系统控制盒8的材料是金属铝。
将所述舵系统控制盒8加热，使金属相变材料2由固态变为液态，使得金属相变材料2与集成功率驱动芯片6之间、金属相变材料2与温度传感器4之间以及金属相变材料2与散热焊盘3之间紧密贴合。
本发明的有益效果是：该散热保护装置包括石墨贴片、金属相变材料、散热焊盘、温度传感器、舵系统控制器和舵系统控制盒。所述的舵系统控制盒两端是电路板安装凸台，中间部分是舵系统控制盒凸台，所述的石墨贴片平整的贴在舵系统控制盒内表面，所述的电路板下表面固定散热焊盘，所述的舵系统控制器焊接在电路板的上表面，温度传感器和集成功率驱动芯片通过散热焊盘焊接在电路板的下表面。电路板放置在舵系统控制盒两端的电路板安装凸台上，电路板上散热焊盘与电路板安装凸台上石墨贴片之间放置金属相变材料，温度传感器和集成功率驱动芯片与舵系统控制盒凸台上石墨贴片之间放置金属相变材料，所述的散热焊盘相对于集成功率驱动芯片的位置设置若干散热过孔。由于石墨贴片将集成功率驱动芯片产生热量迅速向四周扩散，金属相变材料填充石墨贴片与集成功率驱动芯片之间的缝隙、石墨贴片与温度传感器之间的缝隙以及石墨贴片与散热焊盘之间的缝隙，散热焊盘将集成功率驱动芯片产生热量通过电路板扩散，提高了散热效率。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
附图说明
图1是本发明集成功率驱动芯片散热保护装置示意图。
图2是图1中散热焊盘的零件图。
图中，1-石墨贴片，2-金属相变材料，3-散热焊盘，4-温度传感器，5-舵系统控制器，6-集成功率驱动芯片，7-电路板，8-舵系统控制盒，9-舵系统控制盒凸台，10-电路板安装凸台，11-散热过孔。
具体实施方式
以下实施例参照图1～2。
本发明集成功率驱动芯片散热保护装置包括石墨贴片1、金属相变材料2、散热焊盘3、温度传感器4和舵系统控制器5。
电动舵机系统工作时，集成功率驱动芯片6产生的热量通过金属相变材料2传递给石墨贴片1，利用石墨贴片1超高的横向导热率将热量迅速向四周扩散，最后通过舵系统控制盒8释放掉，温度传感器4可以实时检测集成功率驱动芯片6的温度，将温度信息反馈给舵系统控制器5，舵系统控制器5产生PWM波，并根据温度信息来调节PWM波最大占空比，最后将PWM波发送给集成功率驱动芯片6，调节集成功率驱动芯片6的平均输出功率电压，主动降低发热功耗。
表1金属相变材料、石墨贴片、温度传感器型号与主要技术参数
具体实施过程如下：
第一步：用酒精将石墨贴片1、温度传感器4、集成功率驱动芯片6、舵系统控制盒8表面擦拭干净。
第二步：将石墨贴片1平整的贴在舵系统控制盒8内表面，将舵系统控制盒凸台9覆盖，赶走石墨贴片1与舵系统控制盒8之间的气泡。利用石墨贴片1所具有的超高横向导热能力将集成功率驱动芯片6产生热量迅速向四周扩散，最后通过舵系统控制盒8向外界环境释放，舵系统控制盒的材质为铝。
第三步：将两片适当大小的金属相变材料2平整贴在与集成功率驱动芯片6、温度传感器4对应的石墨贴片1位置上，另取两片适当大小的金属相变材料2平整的贴在散热焊盘3两端与电路板安装凸台10之间的石墨贴片1位置上。散热焊盘3负责将集成功率驱动芯片6产生热量通过电路板7扩散，并且散热焊盘3上与集成功率驱动芯片6对应的位置上具有散热过孔11，有助于将热量释放到电路板7另一面。
第四步：将焊接有温度传感器4、集成功率驱动芯片6、舵系统控制器5的电路板7轻缓的安装在舵系统控制盒8内。通过专用热吹风将舵系统控制盒8加热到65℃，
持续1min，确保金属相变材料2由固态变为液态，使得金属相变材料2与集成功率驱动芯片6之间、金属相变材料2与温度传感器4之间以及金属相变材料2与散热焊盘3之间紧密贴合。
第五步：温度传感器4负责检测集成功率驱动芯片6的工作温度，发送给舵系统控制器5。舵系统控制器5产生PWM波，并接收集成功率驱动芯片6的温度信息，当检测到的温度达到80℃以后开始按照检测温度逐级降低PWM波最大占空比，以此来调节集成功率驱动芯片6的平均输出功率电压，主动降低发热功耗。
表2集成功率驱动芯片温度与PWM波最大占空比关系
本发明未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (3)

1.一种集成功率驱动芯片散热保护装置，其特征在于：包括石墨贴片(1)、金属相变材料(2)、散热焊盘(3)、温度传感器(4)、舵系统控制器(5)和舵系统控制盒(8)；所述的舵系统控制盒(8)两端是电路板安装凸台(10)，中间部分是舵系统控制盒凸台(9)，所述的石墨贴片(1)平整的贴在舵系统控制盒(8)内表面，所述的电路板(7)下表面固定散热焊盘(3)，散热焊盘(3)与电路板(7)等大，所述的舵系统控制器(5)焊接在电路板(7)的上表面，温度传感器(4)和集成功率驱动芯片(6)通过散热焊盘(3)焊接在电路板(7)的下表面；电路板(7)放置在舵系统控制盒(8)两端的电路板安装凸台(10)上，电路板(7)上散热焊盘(3)与电路板安装凸台(10)上石墨贴片(1)之间放置金属相变材料(2)，温度传感器(4)和集成功率驱动芯片(6)与舵系统控制盒凸台(9)上石墨贴片(1)之间放置金属相变材料(2)，所述的散热焊盘(3)相对于集成功率驱动芯片(6)的位置设置若干散热过孔(11)。
2.根据权利要求1所述的集成功率驱动芯片散热保护装置，其特征在于：所述舵系统控制盒(8)的材料是金属铝。
3.根据权利要求1所述的集成功率驱动芯片散热保护装置，其特征在于：将所述舵系统控制盒(8)加热，使金属相变材料(2)由固态变为液态，使得金属相变材料(2)与集成功率驱动芯片(6)之间、金属相变材料(2)与温度传感器(4)之间以及金属相变材料(2)与散热焊盘(3)之间紧密贴合。
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