CN110739282A - 功率器件封装结构及模块电源 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种功率器件封装结构及模块电源，涉及电子产品结构领域，本公开提供的功率器件封装结构及模块电源，包括导电板以及导热件，导电板用于与模块电源的功率器件连接，导热件安装于导电板连接功率器件的一侧，以使连接于导电板的功率器件工作时产生的热量通过导电板传递至导热件，由导热件向外界进行导热，本公开提供的功率器件封装结构，通过设置导热件和导电板，提高了功率器件散热能力，同时避免了功率器件产生的热量影响其周围的器件。

Description

功率器件封装结构及模块电源

技术领域

本公开涉及电子产品结构领域，具体而言，涉及一种功率器件封装结构及模块电源。

背景技术

可靠、高寿命是衡量电子产品性能的重要因素，其中器件的散热能力是影其寿命和可靠性的决定性要素之一，例如，模块电源产品在长时间使用过程中，功率器件由于自身损耗导致其无法避免产生热量。目前，对模块电源进行散热的方式很多，例如，风冷方式、水冷方式，增加导热填充材料等，但是，目前大多的散热方式仍无法良好改善模块电源中功率器件自身的散热能力。

发明内容

基于上述研究，本公开提供一种功率器件封装结构及模块电源。

本公开提供的一种功率器件封装结构，应用于包括功率器件的模块电源，所述功率器件封装结构包括导电板以及导热件。

所述导电板用于与所述模块电源的功率器件连接，所述导热件安装于所述导电板连接所述功率器件的一侧，以使连接于所述导电板的功率器件工作时产生的热量通过所述导电板传递至所述导热件，由所述导热件进行导热。

进一步的，所述模块电源还包括散热器，所述散热器与所述导热件贴合，以使所述功率器件工作时产生的热量通过所述导电板传递至所述导热件，通过所述散热器进行散热。

进一步的，所述模块电源还包括PCB主板，所述导电板设置于所述PCB主板，所述散热器设置于所述导热件远离所述PCB主板的一侧，与所述PCB主板相对设置。

进一步的，所述模块电源还包括填充介质，所述填充介质设置于所述PCB主板与所述散热器之间，与所述导热件接触，以使所述功率器件工作时，所述功率器件产生的热量通过所述导电板传递至所述导热件，所述导热件将所述功率器件产生的热量传递至所述填充介质，由所述填充介质传递至所述散热器进行散热。

进一步的，所述导电板为PCB电路板或高导热陶瓷电路板。

进一步的，所述导电板为高导热导电板材。

进一步的，所述导热件由金属材料或导热非金属材料制成。

进一步的，所述导热件与所述导电板的外侧面积之和大于所述功率器件的外侧面积。

进一步的，所述导热件和所述导电板固定连接或可拆卸连接。

本公开提供一种模块电源，包括多个导电板、多个导热件以及多个功率器件，各所述功率器件分别设置于各所述导电板上，与各所述导电板连接，各所述导热件分别安装于各所述导电板连接各所述功率器件的一侧，以使各所述功率器件工作时，各所述功率器件产生的热量通过各所述导电板传递至对应的导热件进行导热。

本公开提供的功率器件封装结构及模块电源，包括导电板以及导热件，导电板用于与模块电源的功率器件连接，导热件安装于导电板连接功率器件的一侧，以使连接于导电板的功率器件工作时产生的热量通过导电板传递至导热件，由导热件向外界进行导热，通过设置导热件和导电板，避免了功率器件产生的热量影响其周围的器件，同时提高了功率器件的散热能力。

为使本公开的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本公开的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本公开的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为传统散热结构的一种示意图。

图2为现有技术中功率器件的一种散热原理示意图。

图3为本公开所提供的功率器件封装结构的一种结构示意图。

图4为本公开所提供的功率器件封装结构的另一种结构示意图。

图5为本公开所提供的功率器件封装结构的一种散热原理示意图。

图6为本公开所提供的功率器件封装结构的另一种散热原理示意图。

图7为本公开所提供的功率器件封装结构另一角度的结构示意图。

图标：10-功率器件封装结构；11-导热件；12-导电板；20-功率器件；30-散热器；40-PCB主板；50-填充介质。

具体实施方式

下面将结合本公开中附图，对本公开中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本公开的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本公开的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本公开的范围，而是仅仅表示本公开的选定实施例。基于本公开的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

在本公开的描述中，需要说明的是，术语“中”、“上”、“下”、“左右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是本公开使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电性连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

可靠、高寿命是衡量电子产品性能的重要因素，其中器件的散热能力是影响其寿命和可靠性的决定性要素之一。例如，模块电源产品在长时间使用过程中，功率器件由于自身损耗导致其无法避免产生热量。良好的散热能力，将保证其优良的工作性能，否则必须将模块电源降功率使用，或者加强外部的环境冷却。

目前常用的外部冷却方式有风冷方式，水冷方式。提高风扇的转速和增强水流的速度可有效带走模块电源等电子产品上的器件产生的热量。而这种方式存在如下问题：a)风向(水流)具有区域性(图1所示)，无法兼顾模块电源上全部位置，因而会造成某块区域散热良好(A区域)，某块区域散热不佳甚至无法散热(B区域)；b)风向(水流)具有单一性(A-B方向)，导致离风源近的区域，模块散热良好，而远离风源的位置，将被烤热，使器件的可靠性和寿命进一步缩短。从而影响整个模块本身的可靠性和寿命。

为了解决上述问题，大致提出了三种方案，1)优化模块电源设计，减小自身损耗；2)使用不同厂家的器件对比，选择效率更高的功率器件或者磁性器件，降低电源损耗；3)改善机械结构设计，增加导热硅胶等，使得功率器件容易散热。

虽然上述方法在一定程度上改善了模块电源的可靠性和寿命，但由于器件本身因素及其差异性，仍无法良好改善功率器件自身的散热能力问题，无法保证电源模块的整体一致性。

例如，如图2所示，大多的模块电源，都是直接将功率器件20的引脚焊接在PCB主板40上，使得功率器件20直接和PCB主板40接触，其接触面积即为导热面积。当模块电源运行时，功率器件20工作产生的部分热量直接传递到PCB主板40上，由PCB主板40将热量传递到散热器30外部进行散热，或者加入导热材料，导热材料与功率器件20接触，由导热材料将产生的部分热量传递到散热器30外部进行散热。

但是，功率器件20与PCB主板40的接触阻抗以及功率器件20与导热材料的接触阻抗都比较大，例如，功率器件20与PCB主板40直接接触时，功率器件20的引脚存在热阻(约1℃/w左右)、PCB主板40也存在热阻(常见绝缘层为玻纤材质的电路板导热性：纵向约1w/MK，横向约100w/MK)；功率器件20与导热材料直接接触时，导热材料之间也存在热阻(不同的导热材料热阻不同，一般情况下，厚度越厚热阻越大)，功率器件20的塑封壳也会存在热阻(约50℃/w左右)。因此，这样的散热方式依旧不能满足功率器件20的散热需求，甚至会影响周围器件的工作效率。

基于上述研究，本公开提供一种功率器件封装结构10。

请结合参阅图3，为本公开提供的功率器件封装结构10，应用于包括功率器件20的模块电源，所述功率器件封装结构10包括导电板12以及导热件11。

所述导电板12用于与所述模块电源的功率器件20连接，所述导热件11安装于所述导电板12连接所述功率器件20的一侧，以使连接于所述导电板12的功率器件20工作时产生的热量通过所述导电板12传递至所述导热件11，由所述导热件11进行导热。

可选的，在本公开中，所述导电板12与所述功率器件20采用焊接的方式进行连接，所述导热件11采用焊接的方式安装于所述导电板12连接所述功率器件20的一侧。

相较于图2所示的结构，本公开提供的功率器件封装结构10明显使散热方向更集中，使热量通过导电板12传递至导热件11，由导热件11向外界进行导热，避免了功率器件20产生的热量影响其周围的器件，同时减少导热热阻，极大的提高了功率器件20的散热能力。

可选的，本公开所提供的功率器件封装结构10，其导热件11的形状不限定，导热件11的截面可以为三角形、矩形、正方形、规则或者不规则的多边形等，如图4，图4为本公开所提供的导热件11的另一种可实施的结构示意图。本公开提供的导热件11只需能安装于导电板12连接功率器件20的一侧，使连接于导电板12的功率器件20工作时产生的热量通过导电板12传递至导热件11，由导热件11向外界进行导热即可。

进一步的，请结合参阅图5，所述模块电源还包括散热器30和PCB主板40，所述散热器30与所述导热件11贴合，所述导电板12设置于所述PCB主板40，所述散热器30设置于所述导热件11远离所述PCB主板40的一侧，与所述PCB主板40相对设置。

其中，通过散热器30与导热件11贴合，以使功率器件20工作时产生的热量能通过导电板12传递至导热件11，再通过导热件11传递到散热器30进行散热，相比于功率器件20直接与PCB主板40接触的结构，本公开避免了将热量传递到承接的PCB主板40上，进而，降低了PCB主板40的温度，提高了模块电源的工作性能。

可选的，若导热件11与散热器30不贴合，为了更好的散热，本公开提供了填充介质50，如图6所示，其中，填充介质50设置于PCB主板40与散热器30之间，与导热件11充分接触，进而，功率器件20工作时，功率器件20产生的热量通过导电板12传递至导热件11，由导热件11将功率器件20产生的热量传递至填充介质50，由填充介质50传递至散热器30进行散热。

本公开提供的功率器件封装结构10，不仅提高了功率器件20的散热能力，还提高了PCB主板40的空间利用率。当功率器件20位于顶层(靠近散热器30的一层)或底层(靠近PCB主板40的一层)时，在PCB主板40相对应的底层或顶层上不需要额外增加导热铜箔，进一步提高了PCB主板40的空间利用率。例如，当功率器件20位于底层时，即导电板12设置于PCB主板40上时，则无需在对应的顶层(散热器30层)上额外增加导热铜箔，当功率器件20位于顶层时，则无需在对应的底层(PCB主板40层)上额外增加导热铜箔。

进一步的，所述导电板12可以为PCB电路板、高导热陶瓷电路板或高导热板材的其中一种。

进一步的，所述导热件11由金属材料或高导热材料制成。

在本公开中，若所述导热件11由金属材料制成时，为了保证模块电源的安全性，位于所述导电板12上的功率器件20与所述导热件11不接触，保证所述功率器件20与导热件11的绝缘性，如图7所示。

若导电板12与导热件11由陶瓷等高导热性绝缘材料制成的，则能提高功率器件20本身的绝缘耐压水平，增强模块电源的安全性，同时减少热量传递中的热阻。若导热件11为金属材料，将明显减少热量传递中的热阻。

进一步的，所述导热件11与所述导电板12的外侧面积之和大于所述功率器件20的外侧面积。

其中，所述导热件11与所述导电板12的外侧面积之和大于所述功率器件20的外侧面积，增加了热传导的接触面积，因此，能明显提高功率器件20的散热能力，同时，导热件11的面积大于功率器件20自身的面积，与填充介质50充分接触时，亦能减小热阻。

进一步的，所述导热件11和所述导电板12固定连接或可拆卸连接。

其中，所述导热件11与所述导电板12可通过焊接的方式固定连接，也可以通过螺栓的方式可拆卸连接。

本公开提供的功率器件封装结构10，通过将功率器件20连接于导电板12上，再将导热件11安装于导电板12连接功率器件20的一侧，以使功率器件20工作时产生的热量通过导电板12传递至导热件11，由导热件11传递至散热器30进行散热，避免了将热量传递至承接的PCB主板40，改变了热量传递的路径，改善了热量传递效果。

在上述基础上，本公开还提供一种模块电源，包括多个导电板12、多个导热件11以及多个功率器件20，各所述功率器件20分别设置于各所述导电板12上，与各所述导电板12连接，各所述导热件11分别安装于各所述导电板12连接各所述功率器件20的一侧，以使各所述功率器件20工作时，各所述功率器件20产生的热量通过各所述导电板12传递至对应的导热件11进行导热。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的模块电源的具体工作过程，可以参考前述功率器件封装结构10中的对应过程，在此不再过多赘述。

综上，本公开提供的功率器件封装结构及模块电源，通过将功率器件连接于导电板上，再将导热件安装于导电板连接功率器件的一侧，以使功率器件工作时产生的热量通过导电板传递至导热件，由导热件进行导热，进而使散热方向集中，避免了功率器件产生的热量影响其周围的器件，同时减少导热热阻，极大的提供功率器件的散热能力。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种功率器件封装结构，其特征在于，应用于包括功率器件的模块电源，所述功率器件封装结构包括导电板以及导热件；

所述导电板用于与所述模块电源的功率器件连接，所述导热件安装于所述导电板连接所述功率器件的一侧，以使连接于所述导电板的功率器件工作时产生的热量通过所述导电板传递至所述导热件，由所述导热件进行导热。

2.根据权利要求1所述的功率器件封装结构，其特征在于，所述模块电源还包括散热器，所述散热器与所述导热件贴合，以使所述功率器件工作时产生的热量通过所述导电板传递至所述导热件，通过所述散热器进行散热。

3.根据权利要求2所述的功率器件封装结构，其特征在于，所述模块电源还包括PCB主板，所述导电板设置于所述PCB主板，所述散热器设置于所述导热件远离所述PCB主板的一侧，与所述PCB主板相对设置。

4.根据权利要求3所述的功率器件封装结构，其特征在于，所述模块电源还包括填充介质，所述填充介质设置于所述PCB主板与所述散热器之间，与所述导热件接触，以使所述功率器件工作时，所述功率器件产生的热量通过所述导电板传递至所述导热件，所述导热件将所述功率器件产生的热量传递至所述填充介质，由所述填充介质传递至所述散热器进行散热。

5.根据权利要求1所述的功率器件封装结构，其特征在于，所述导电板为PCB电路板或高导热陶瓷电路板。

6.根据权利要求1所述的功率器件封装结构，其特征在于，所述导电板为高导热导电板材。

7.根据权利要求1所述的功率器件封装结构，其特征在于，所述导热件由金属材料或导热非金属材料制成。

8.根据权利要求1所述的功率器件封装结构，其特征在于，所述导热件与所述导电板的外侧面积之和大于所述功率器件的外侧面积。

9.根据权利要求1所述的功率器件封装结构，其特征在于，所述导热件和所述导电板固定连接或可拆卸连接。

10.一种模块电源，其特征在于，包括多个导电板、多个导热件以及多个功率器件，各所述功率器件分别设置于各所述导电板上，与各所述导电板连接，各所述导热件分别安装于各所述导电板连接各所述功率器件的一侧，以使各所述功率器件工作时，各所述功率器件产生的热量通过各所述导电板传递至对应的导热件进行导热。

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