CN112713128A - 一种智能控制器散热方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能控制器散热方法及装置，包括以下步骤：芯片在使用发热后，热量通过高导热系数的液态金属传递到导热铜块上；采用铜块与铝制散热片轧制在一起，并使得铜块与液态金属直接接触；利用铜良好的吸热性能，热量很快传递到铜块上，铜块与铝制散热片因为轧制在一起且接触面积大，铜块上的热量很快传递到铝制散热片上，又利用铝优异的散热性能，热量很快被散出去；热量会再次被传递至添加在铝制散热片外侧的散热器上。本发明采用铜铝复合的方式，充分利用铜的吸热性能和铝的散热性能，并采用导热系数高的液态金属，从芯片端到铝散热片导热通路不存在瓶颈，极大的提高了散热性能。
Description
技术领域
本发明涉及控制器技术领域，尤其涉及一种智能控制器散热方法及装置。
背景技术
现在用于集成电路的散热板用全铜制作或者是全铝制作或者是用铜做的底座上面配铝的翅片制作而成的。由于铜有优异的吸热性能，能够很快的将集成电路的热量吸到铜的散热片上来，但是由于铜的散热性能比较差，想要很好的散热外面需要接风扇。
另外若用全铝做成散热片，由于铝的散热性能比较好，但吸热性能比较差，所以在集成电路上的热量只有在与铝接触的地方得到散热，总体散热效果并不理想。用铜做的底座上面配上铝的翅片制作而成的散热器，由于铜铝之间的接触仅仅是机械间的接触，存在很大的热阻，所以二者间的热传导并不是很理想。为了解决这些热量问题，只能安装很大的散热风扇，成本变高，运动场景的稳定性变低。
为此，我们提出一种智能控制器散热方法及装置来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种智能控制器散热方法及装置。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种智能控制器散热方法，包括以下步骤：
S1、芯片在使用发热后，热量通过高导热系数的液态金属传递到导热铜块上；
S2、采用铜块与铝制散热片轧制在一起，并使得铜块与液态金属直接接触；
S3、利用铜良好的吸热性能，热量很快传递到铜块上，铜块与铝制散热片因为轧制在一起且接触面积大，铜块上的热量很快传递到铝制散热片上，又利用铝优异的散热性能，热量很快被散出去；
S4、热量会再次被传递至添加在铝制散热片外侧的散热器上，进一步对芯片产生的热量进行散热。
在上述的智能控制器散热方法中，所述步骤S1中当有热量在物体上传输时，在物体两端温度差与热源的功率之间的比值，单位为开尔文每瓦特(K/W)或摄氏度每瓦特(℃/W)，即RT＝(T2-T1)/P；其中，T1为物体一端的温度，T2为物体另一端的温度，P为发热源的功率，RT为热阻，RT越大表明相同温差下散发的热能越小。
在上述的智能控制器散热方法中，所述步骤S4中，芯片两点的温度分别为结温Tj和环境温度Ta，结到外壳的热阻用Rjc表示，外壳到环境热阻用Rca表示，外壳到散热器热阻用Rcs表示，散热器到环境热阻用Rsa表示，加散热器后有两条并存的散热途径，芯片加散热器后，一般总有Rcs+Rsa<<Rca(散热器散热量远大于外壳散热)，则RT≈Rjc+Rcs+Rsa，且不同的芯片Rjc不同。
在上述的智能控制器散热方法中，所述Rcs是管壳与散热器界面的热阻，可分为接触热阻和绝缘层热阻，若在界面涂导热性能好的硅脂可减少热阻，当需要与散热器绝缘时，垫入绝缘层也会形成热阻，所述绝缘层可以是0.05～0.1mm厚的云母片或采用阳极氧化法在表面形成绝缘层。
在上述的智能控制器散热方法中，所述器件管芯传到器件管壳的热阻为Rjc,器件管壳与散热器之间的热阻为Rcs，散热器将热量散到周围空间的热阻为Rsa，总的热阻Rja＝Rjc+Rcs+Rsa；假设目标芯片最大功耗为3.5W，工作温度最大为70℃，环境温度Ta常温为25℃，考虑到大部分芯片处于密封空间，一般取40℃～60℃之间，这里取40℃；可以按下式求出允许的总热阻Rja，Rja≤(70℃-40℃)/3.5W≈8.6℃/W，则计算最大允许的散热器到环境温度的热阻Rsa为Rsa≤Rja-(Rjc+Rcs)，Rjc的大小与管芯的尺寸封装结构有关，器件采用导热油脂或导热垫后，再与散热器安装，其点典型值为0.1～0.2℃/W，这里取Rcs＝0.2℃/W，得出散热器到环境温度的热阻Rsa≤8.4℃/W。
一种智能控制器散热装置，使用如上所述的方法，包括芯片、铝制散热片以及与铝制散热片轧制在一起的铜块，所述铜块远离铝制散热片的一端连接有导热铜块，所述导热铜块与铜块之间填充有用于导热的第一液态金属，且第一液态金属的外侧涂覆有第一导热硅脂，所述导热铜块对应设置在芯片的上侧，且导热铜块与芯片之间填充有用于导热的第二液态金属，所述第二液态金属周围涂覆有第二导热硅脂，所述芯片的下端连接有PCB板，所述导热铜块与PCB板之间由安装机构连接。
在上述的智能控制器散热装置中，所述铝制散热片的下端开设有与铜块对应的安装槽，且铜块轧制在安装槽内，所述导热铜块包括竖直端和水平端，所述导热铜块的竖直端与第一液态金属连接，所述导热铜块的水平端与第二液态金属连接，且安装机构对应连接在导热铜块的水平端。
在上述的智能控制器散热装置中，所述安装机构包括多个开设在导热铜块水平端上的第一螺纹孔，且PCB板上也开设有与第一螺纹孔对应的第二螺纹孔，所述第一螺纹孔与第二螺纹孔内连接有同一根竖直的紧固螺丝。
在上述的智能控制器散热装置中，所述铝制散热片的上端可连接有小型散热器，所述小型散热器由铝合金板料经冲压工艺及表面处理制成，且小型散热器的表面处理有电泳涂漆或黑色氧极化处理。
与现有技术相比，本一种智能控制器散热方法及装置的优点在于：
1、本发明采用铜铝复合的方式，充分利用铜的吸热性能和铝的散热性能，并采用导热系数高的液态金属，从芯片端到铝散热片导热通路不存在瓶颈，极大的提高了散热性能；
2、本发明采用散热系数高的液态金属作为导热介质，有助于热量的快速散失；
3、本发明采用导热硅脂密封液态金属防止液态金属泄露，避免液态金属会腐蚀铝制散热片，保证热量在传递过程中的稳定性；
4、本发明中结构上散热铜块和PCB板通过紧固螺丝固定后不用再拆卸，避免了多次拆卸后芯片表面的液态金属泄漏，保证结构上的稳定性。
附图说明
图1为本发明提出的一种智能控制器散热方法及装置的方法流程图；
图2为本发明提出的一种智能控制器散热方法及装置的芯片安装图；
图3为本发明提出的一种智能控制器散热方法及装置的外部结构示意图；
图4为本发明提出的一种智能控制器散热方法及装置的截面结构图；
图5为本发明提出的一种智能控制器散热方法及装置的散热器热阻值曲线图；
图6为本发明提出的一种智能控制器散热方法及装置的散热器尺寸图。
图中，1铝制散热片、2铜块、3第一液态金属、4第一导热硅脂、5导热铜块、6第二导热硅脂、7芯片、8第二液态金属、9 PCB板、10紧固螺丝。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例
参照图1-2，一种智能控制器散热方法，包括以下步骤：
S1、芯片在使用发热后，热量通过高导热系数的液态金属传递到导热铜块上；
S2、采用铜块与铝制散热片轧制在一起，并使得铜块与液态金属直接接触；
S3、利用铜良好的吸热性能，热量很快传递到铜块上，铜块与铝制散热片因为轧制在一起且接触面积大，铜块上的热量很快传递到铝制散热片上，又利用铝优异的散热性能，热量很快被散出去；
S4、热量会再次被传递至添加在铝制散热片外侧的散热器上，进一步对芯片产生的热量进行散热。
其中，步骤S1中当有热量在物体上传输时，在物体两端温度差与热源的功率之间的比值，单位为开尔文每瓦特(K/W)或摄氏度每瓦特(℃/W)，即RT＝(T2-T1)/P；其中，T1为物体一端的温度，T2为物体另一端的温度，P为发热源的功率，RT为热阻，RT越大表明相同温差下散发的热能越小。
其中，步骤S4中，芯片两点的温度分别为结温Tj和环境温度Ta，结到外壳的热阻用Rjc表示，外壳到环境热阻用Rca表示，外壳到散热器热阻用Rcs表示，散热器到环境热阻用Rsa表示，加散热器后有两条并存的散热途径，芯片加散热器后，一般总有Rcs+Rsa<<Rca(散热器散热量远大于外壳散热)，则RT≈Rjc+Rcs+Rsa，且不同的芯片Rjc不同；
具体的，Rcs是管壳与散热器界面的热阻，可分为接触热阻和绝缘层热阻，若在界面涂导热性能好的硅脂可减少热阻，当需要与散热器绝缘时，垫入绝缘层也会形成热阻，绝缘层可以是0.05～0.1mm厚的云母片或采用阳极氧化法在表面形成绝缘层；
更具体的，器件管芯传到器件管壳的热阻为Rjc,器件管壳与散热器之间的热阻为Rcs，散热器将热量散到周围空间的热阻为Rsa，总的热阻Rja＝Rjc+Rcs+Rsa；假设目标芯片最大功耗为3.5W，工作温度最大为70℃，环境温度Ta常温为25℃，考虑到大部分芯片处于密封空间，一般取40℃～60℃之间，这里取40℃；可以按下式求出允许的总热阻Rja，Rja≤(70℃-40℃)/3.5W≈8.6℃/W，则计算最大允许的散热器到环境温度的热阻Rsa为Rsa≤Rja-(Rjc+Rcs)，Rjc的大小与管芯的尺寸封装结构有关，器件采用导热油脂或导热垫后，再与散热器安装，其点典型值为0.1～0.2℃/W，这里取Rcs＝0.2℃/W，得出散热器到环境温度的热阻Rsa≤8.4℃/W。
参照图3-6一种智能控制器散热装置，包括芯片7、铝制散热片1以及与铝制散热片1轧制在一起的铜块2，铜块2远离铝制散热片1的一端连接有导热铜块5，导热铜块5与铜块之间填充有用于导热的第一液态金属3，且第一液态金属3的外侧涂覆有第一导热硅脂4，导热铜块5对应设置在芯片7的上侧，且导热铜块5与芯片7之间填充有用于导热的第二液态金属8，第二液态金属8周围涂覆有第二导热硅脂6，芯片7的下端连接有PCB板9，导热铜块5与PCB板9之间由安装机构连接，具体的，铝制散热片1的下端开设有与铜块2对应的安装槽，且铜块2轧制在安装槽内，导热铜块5包括竖直端和水平端，导热铜块5的竖直端与第一液态金属3连接，导热铜块5的水平端与第二液态金属8连接，且安装机构对应连接在导热铜块5的水平端，因为铜良好的吸热性能，热量很快传递到铜块2上，铜块2与铝制散热片1因为轧制在一起且接触面积大，铜块2上的热量很快传递到铝制散热片1上，因为铝优异的散热性能，热量很快被散出去。
其中，安装机构包括多个开设在导热铜块5水平端上的第一螺纹孔，且PCB板9上也开设有与第一螺纹孔对应的第二螺纹孔，第一螺纹孔与第二螺纹孔内连接有同一根竖直的紧固螺丝10，采用铜铝复合的方式，充分利用铜的吸热性能和铝的散热性能，并采用导热系数高的液态金属，从芯片7端到铝制散热片1导热通路不存在瓶颈，极大的提高了散热性能，结构上散热铜块5和PCB板9通过紧固螺丝10固定后不用再拆卸，避免了多次拆卸后芯片7表面的液态金属泄漏。
进一步的，铝制散热片1的上端可连接有小型散热器，小型散热器由铝合金板料经冲压工艺及表面处理制成，且小型散热器的表面处理有电泳涂漆或黑色氧极化处理，其目的是提高散热效率及绝缘性能，在自然冷却下可提高10～15％，在通风冷却下可提高3％，电泳涂漆可耐压500～800V。
具体的，根据图5和图6可知，在静止空气环境中(无风扇)，厚度1.5mm，面积100平方厘米的铝板的热阻约为8℃/W，满足上述目标芯片的散热要求。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种智能控制器散热方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、芯片在使用发热后，热量通过高导热系数的液态金属传递到导热铜块上；
S2、采用铜块与铝制散热片轧制在一起，并使得铜块与液态金属直接接触；
S3、利用铜良好的吸热性能，热量很快传递到铜块上，铜块与铝制散热片因为轧制在一起且接触面积大，铜块上的热量很快传递到铝制散热片上，又利用铝优异的散热性能，热量很快被散出去；
S4、热量会再次被传递至添加在铝制散热片外侧的散热器上，进一步对芯片产生的热量进行散热。
2.根据权利要求1所述的一种智能控制器散热方法，其特征在于，所述步骤S1中当有热量在物体上传输时，在物体两端温度差与热源的功率之间的比值，单位为开尔文每瓦特或摄氏度每瓦特，即RT＝(T2-T1)/P；其中，T1为物体一端的温度，T2为物体另一端的温度，P为发热源的功率，RT为热阻，RT越大表明相同温差下散发的热能越小。
3.根据权利要求2所述的一种智能控制器散热方法，其特征在于，所述步骤S4中，芯片两点的温度分别为结温Tj和环境温度Ta，结到外壳的热阻用Rjc表示，外壳到环境热阻用Rca表示，外壳到散热器热阻用Rcs表示，散热器到环境热阻用Rsa表示，加散热器后有两条并存的散热途径，芯片加散热器后，一般总有Rcs+Rsa<<Rca(散热器散热量远大于外壳散热)，则RT≈Rjc+Rcs+Rsa，且不同的芯片Rjc不同。
4.根据权利要求3所述的一种智能控制器散热方法，其特征在于，所述Rcs是管壳与散热器界面的热阻，分为接触热阻和绝缘层热阻，若在界面涂导热性能好的硅脂可减少热阻，当需要与散热器绝缘时，垫入绝缘层也会形成热阻。
5.根据权利要求4所述的一种智能控制器散热方法，其特征在于，所述绝缘层0.05～0.1mm厚的云母片或采用阳极氧化法在表面形成绝缘层。
6.根据权利要求5所述的一种智能控制器散热方法，其特征在于，所述器件管芯传到器件管壳的热阻为Rjc,器件管壳与散热器之间的热阻为Rcs，散热器将热量散到周围空间的热阻为Rsa，总的热阻Rja＝Rjc+Rcs+Rsa。
7.根据权利要求6所述的一种智能控制器散热方法，其特征在于，计算最大允许的散热器到环境温度的热阻Rsa为Rsa≤Rja-(Rjc+Rcs)，Rjc的大小与管芯的尺寸封装结构有关，器件采用导热油脂或导热垫后，再与散热器安装。
8.一种使用如权利要求1-7任一所述的智能控制器散热装置，其特征在于，包括芯片(7)、铝制散热片(1)以及与铝制散热片(1)轧制在一起的铜块(2)，所述铜块(2)远离铝制散热片(1)的一端连接有导热铜块(5)，所述导热铜块(5)与铜块之间填充有用于导热的第一液态金属(3)，且第一液态金属(3)的外侧涂覆有第一导热硅脂(4)，所述导热铜块(5)对应设置在芯片(7)的上侧，且导热铜块(5)与芯片(7)之间填充有用于导热的第二液态金属(8)，所述第二液态金属(8)周围涂覆有第二导热硅脂(6)，所述芯片(7)的下端连接有PCB板(9)，所述导热铜块(5)与PCB板(9)之间由安装机构连接。
9.根据权利要求8所述的一种智能控制器散热装置，其特征在于，所述铝制散热片(1)的下端开设有与铜块(2)对应的安装槽，且铜块(2)轧制在安装槽内，所述导热铜块(5)包括竖直端和水平端，所述导热铜块(5)的竖直端与第一液态金属(3)连接，所述导热铜块(5)的水平端与第二液态金属(8)连接，且安装机构对应连接在导热铜块(5)的水平端。
10.根据权利要求9所述的一种智能控制器散热装置，其特征在于，所述铝制散热片(1)的上端连接有小型散热器，所述小型散热器由铝合金板料经冲压工艺及表面处理制成，且小型散热器的表面处理有电泳涂漆或黑色氧极化处理。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011634689.5A CN112713128A (zh) | 2020-12-31 | 2020-12-31 | 一种智能控制器散热方法及装置 |
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| CN202011634689.5A CN112713128A (zh) | 2020-12-31 | 2020-12-31 | 一种智能控制器散热方法及装置 |
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| CN112713128A true CN112713128A (zh) | 2021-04-27 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115666109A (zh) * | 2022-11-28 | 2023-01-31 | 荣耀终端有限公司 | 导热膜及制备方法、电子元器件、电路板组件、电子设备 |
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2020
- 2020-12-31 CN CN202011634689.5A patent/CN112713128A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115666109A (zh) * | 2022-11-28 | 2023-01-31 | 荣耀终端有限公司 | 导热膜及制备方法、电子元器件、电路板组件、电子设备 |
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