CN113380732A - 一种新型高性能散热底座的优化设计 - Google Patents

一种新型高性能散热底座的优化设计 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新型高性能散热底座的优化设计，其技术方案是：包括散热座基板，所述散热座基板一侧固定连接有多个第一散热座肋片，所述第一散热座肋片一侧设有多个第三散热座肋片，多个所述第三散热座肋片均与散热座基板固定连接，所述第一散热座肋片另一侧设有多个第二散热座肋片，多个所述第二散热座肋片均与散热座基板固定连接，所述散热座基板一侧设有连接组件，所述散热座基板一侧开设有凹槽，所述凹槽一侧固定开设有穿线孔，本发明的有益效果是：传输路径上减少了两个交界面，两个零件，大大的降低了传输热阻，不仅节约了成本，减轻了产品重量，而且提高了热传导和热交换能力，有效了保护了芯片和产品。

Description

一种新型高性能散热底座的优化设计
技术领域
本发明涉及芯片散热技术领域，具体涉及一种新型高性能散热底座的优化设计。
背景技术
晶体管发明并大量生产之后，各式固态半导体组件如二极管、晶体管等大量使用，取代了真空管在电路中的功能与角色，到了20世纪中后期半导体制造技术进步，使得集成电路成为可能，相对于手工组装电路使用个别的分立电子组件，集成电路可以把很大数量的微晶体管集成到一个小芯片，是一个巨大的进步，集成电路的规模生产能力，可靠性，电路设计的模块化方法确保了快速采用标准化集成电路代替了设计使用离散晶体管，集成电路对于离散晶体管有两个主要优势：成本和性能，成本低是由于芯片把所有的组件通过照相平版技术，作为一个单位印刷，而不是在一个时间只制作一个晶体管，性能高是由于组件快速开关，消耗更低能量，因为组件很小且彼此靠近，2006年，芯片面积从几平方毫米到350mm2。
现有技术存在以下不足：现有的在室温21℃，产品采用自然对流散热时，其正常工作时某个主要芯片的最高温度能达到60℃，温升约为39℃，温升较大，当产品在环境温度65℃的恶劣环境下工作时，因该散热方案的散热能力欠佳，会导致芯片结温超过芯片耐受温度，导致芯片停止工作，造成产品无法稳定运行，该散热方案的散热能力欠佳的原因主要在于两点：其一是整个热路热阻较大，从芯片到达散热底盘经过的传热路径较长，整个路径为芯片外壳-导热硅胶-转接板-导热硅胶-散热座基板-散热座肋片，其中经过了四个交界面和五个零件，在交界面与交界面间将产生接触热阻，且交界面间一旦有间隙，都会导致产生很大的传输热阻，同时经过的零部件较多、传热路径长，这都将造成芯片产生的热量无法及时快速传导到散热座，其二在于散热底座的基板厚度，肋片间距、肋片厚度等结构形式和尺寸设计不合理，导致传导到散热底盘基板的热量无法快速的传输到肋片上与空气进行热交换，进一步使得芯片温升加大，对芯片造成损伤。
因此，发明一种新型高性能散热底座的优化设计很有必要。
发明内容
为此，本发明提供一种新型高性能散热底座的优化设计，通过缩短传输路径，取消转接板，让芯片直接与散热底盘的基板接触，同时为了保证芯片与散热底盘基板在安装时界面间不会有间隙，所以在交界面处增加导热硅胶，以解决传导到散热底盘基板的热量无法快速的传输到肋片上与空气进行热交换，进一步使得芯片温升加大，对芯片造成损伤的问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种新型高性能散热底座的优化设计，包括散热座基板，所述散热座基板一侧固定连接有多个第一散热座肋片，所述第一散热座肋片一侧设有多个第三散热座肋片，多个所述第三散热座肋片均与散热座基板固定连接，所述第一散热座肋片另一侧设有多个第二散热座肋片，多个所述第二散热座肋片均与散热座基板固定连接，所述散热座基板一侧设有连接组件。
优选的，所述散热座基板一侧开设有凹槽，所述凹槽一侧固定开设有穿线孔。
优选的，所述散热座基板外侧开设有多个第一通孔，多个所述第一通孔呈等距状分布于散热座基板一侧。
优选的，所述凹槽一侧分别固定设有第一芯片本体和第二芯片本体，所述第二芯片本体设于第一芯片本体一侧。
优选的，所述第一芯片本体和第二芯片本体一侧设有多个散热硅胶，多个所述散热硅胶均与凹槽固定连接。
优选的，连接组件包括连接块，所述连接块固定设于散热座基板一侧，所述连接块一侧开设有第二通孔。
优选的，所述连接组件包括连接柱，所述连接柱固定设于散热座基板一侧，所述连接柱一侧开设有第三通孔。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过第一芯片本体和第二芯片本体与散热座基板在安装时界面间不会有间隙，所以在交界面处增加散热硅胶，热路优化为芯片外壳-散热硅胶-散热座基板-第三散热座肋片、第一散热座肋片和第二散热座肋片，路径上包含两个交界面，三个零件，传输路径上减少了两个交界面，两个零件，大大的降低了传输热阻；
2、本发明通过将散热座基板一侧的第三散热座肋片、第一散热座肋片和第二散热座肋片间距从13.5mm变更为9mm，第三散热座肋片、第一散热座肋片和第二散热座肋片厚度从2mm更改为1.5mm，取消电池线路安装槽，取消肋片凹槽，通过缩短传输路径，节约了成本，减轻了产品重量，而且提高了热传导和热交换能力，有效了保护了芯片和产品。
附图说明
图1为本发明提供的整体结构示意图；
图2为本发明提供的后视立体图；
图3为本发明提供的后视图；
图4为本发明提供的前视图；
图5为本发明提供的实施列2结构示意图
图中：1散热座基板、2第一散热座肋片、3第二散热座肋片、4第一通孔、5连接块、6第二通孔、7第三散热座肋片、8穿线孔、9散热硅胶、10第一芯片本体、11第二芯片本体、12凹槽、13连接柱、14第三通孔。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1，参照附图1-4，本发明提供的一种新型高性能散热底座的优化设计，包括散热座基板1，所述散热座基板1一侧固定连接有多个第一散热座肋片2，所述第一散热座肋片2一侧设有多个第三散热座肋片7，多个所述第三散热座肋片7均与散热座基板1固定连接，所述第一散热座肋片2另一侧设有多个第二散热座肋片3，多个所述第二散热座肋片3均与散热座基板1固定连接，所述散热座基板1一侧设有连接组件，散热座基板1直接与第一芯片本体10和第二芯片本体11相接触，提高第一芯片本体10和第二芯片本体11的散热能力，第一散热座肋片2、第二散热座肋片3和第三散热座肋片7间距从13.5mm变更为9mm，肋片厚度从2mm更改为1.5mm，提高了芯片的散热能力，有效的保护了第一芯片本体10和第二芯片本体11。
进一步地，所述散热座基板1一侧开设有凹槽12，所述凹槽12一侧固定开设有穿线孔8，凹槽12缩短芯片与散热座基板1的接触面积，穿线孔8方便线路穿透。
进一步地，所述散热座基板1外侧开设有多个第一通孔4，多个所述第一通孔4呈等距状分布于散热座基板1一侧，第一通孔4方便散热。
进一步地，所述凹槽12一侧分别固定设有第一芯片本体10和第二芯片本体11，所述第二芯片本体11设于第一芯片本体10一侧。
进一步地，所述第一芯片本体10和第二芯片本体11一侧设有多个散热硅胶9，多个所述散热硅胶9均与凹槽12固定连接，散热硅胶9具有导热作用。
进一步地，所述散热硅胶9由硅酸凝胶材质制成。
进一步地，所述连接组件包括连接块5，所述连接块5固定设于散热座基板1一侧，所述连接块5一侧开设有第二通孔6。
本发明的使用过程如下：在使用本发明时，热阻是指在热路中，各种介质及接触状态，对热量的传递表现出的不同阻碍作用，对于单一均匀材质，材料的热阻与材料的厚度成正比，对于非单一材料，材料热阻随厚度的增加而增加，而不是纯粹的线性关系，影响热阻的还有接触面的平整度，接触面间的孔隙会导致接触面间为点接触而非面接触，空隙处会被空气填充，因为空气的热传导系数很小，约0.02W/m2.K，所以会在不良的接触面处形成显著的热传导阻力，另一个重要因素就是散热器与芯片间的压紧力，因为芯片与散热器表面不是绝对的平面，中间总会存在气隙，但是随着两表面间接触力的增加，接触表面之间的接触点数量也会增加，从而形成一个更低的芯片外壳到散热器的热阻，力与热阻之间的这种关系并不是一条线性曲线，随着接触力增加，接触热阻降低，直至达到一个发生热阻降低收益递减的点并且达到封装可承受的最大接触力，所以需要利用导热膏或是弹性体或胶带来填充两个表面之间的气隙，
热量从芯片外壳传导到散热座基板时，热量与温度满足如下关系：经过该N层平壁的导热量的一般表达式为：
Figure BDA0003034020320000061
Figure BDA0003034020320000062
为传导热阻，℃/W
式中：t1为最内层平壁温度，℃
tn+1为最外层平壁温度，℃
δi为各平壁的厚度，m
Ai为各层平壁的导热面积m2
ki为各层平壁材料的导热系数W/m·℃
由公式可知，内外层温差越大，导热量越大，同时各平壁厚度越薄，各平壁导热系数越大，导热面积越大，热阻越小，从而导热量越大，基于此，为可以更好的增大传热效率和导热速率，本发明设计时从减少热阻、增加热传导能力，增加散热底座热交换能力出发进行优化设计，首先缩短传输路径，取消转接板，让第一芯片本体10和第二芯片本体11直接与散热底盘的散热座基板1接触，同时为了保证第一芯片本体10和第二芯片本体11与散热座基板1在安装时界面间不会有间隙，所以在交界面处增加散热硅胶9，热路优化为芯片外壳-散热硅胶9-散热座基板1-第三散热座肋片7、第一散热座肋片2和第二散热座肋片3，路径上包含两个交界面，三个零件，传输路径上减少了两个交界面，两个零件，大大的降低了传输热阻，同时在传输路径上选择导热系数大的材料，并将散热座基板1一侧的第三散热座肋片7、第一散热座肋片2和第二散热座肋片3间距从13.5mm变更为9mm，第三散热座肋片7、第一散热座肋片2和第二散热座肋片3厚度从2mm更改为1.5mm，取消电池线路安装槽，取消肋片凹槽，通过缩短传输路径，解决传导到散热座基板1的热量无法快速的传输到第三散热座肋片7、第一散热座肋片2和第二散热座肋片3上与空气进行热交换，进一步使得第一芯片本体10和第二芯片本体11温升加大，对第一芯片本体10和第二芯片本体11造成损伤的问题。
实施例2：
参照附图5，本发明提供的一种新型高性能散热底座的优化设计，所述连接组件包括连接柱13，所述连接柱13固定设于散热座基板1一侧，所述连接柱13一侧开设有第三通孔14。
本发明的使用过程如下：在使用本发明时，热阻是指在热路中，各种介质及接触状态，对热量的传递表现出的不同阻碍作用，对于单一均匀材质，材料的热阻与材料的厚度成正比，对于非单一材料，材料热阻随厚度的增加而增加，而不是纯粹的线性关系，影响热阻的还有接触面的平整度，接触面间的孔隙会导致接触面间为点接触而非面接触，空隙处会被空气填充，因为空气的热传导系数很小，约0.02W/m2.K，所以会在不良的接触面处形成显著的热传导阻力，另一个重要因素就是散热器与芯片间的压紧力，因为芯片与散热器表面不是绝对的平面，中间总会存在气隙，但是随着两表面间接触力的增加，接触表面之间的接触点数量也会增加，从而形成一个更低的芯片外壳到散热器的热阻，力与热阻之间的这种关系并不是一条线性曲线，随着接触力增加，接触热阻降低，直至达到一个发生热阻降低收益递减的点并且达到封装可承受的最大接触力，所以需要利用导热膏或是弹性体或胶带来填充两个表面之间的气隙，
热量从芯片外壳传导到散热座基板时，热量与温度满足如下关系：经过该N层平壁的导热量的一般表达式为：
Figure BDA0003034020320000081
Figure BDA0003034020320000082
为传导热阻，℃/W
式中：t1为最内层平壁温度，℃
tn+1为最外层平壁温度，℃
δi为各平壁的厚度，m
Ai为各层平壁的导热面积m2
ki为各层平壁材料的导热系数W/m·℃
由公式可知，内外层温差越大，导热量越大，同时各平壁厚度越薄，各平壁导热系数越大，导热面积越大，热阻越小，从而导热量越大，基于此，为可以更好的增大传热效率和导热速率，本发明设计时从减少热阻、增加热传导能力，增加散热底座热交换能力出发进行优化设计，首先缩短传输路径，取消转接板，让第一芯片本体10和第二芯片本体11直接与散热底盘的散热座基板1接触，同时为了保证第一芯片本体10和第二芯片本体11与散热座基板1在安装时界面间不会有间隙，所以在交界面处增加散热硅胶9，热路优化为芯片外壳-散热硅胶9-散热座基板1-第三散热座肋片7、第一散热座肋片2和第二散热座肋片3，路径上包含两个交界面，三个零件，传输路径上减少了两个交界面，两个零件，大大的降低了传输热阻，同时在传输路径上选择导热系数大的材料，并将散热座基板1一侧的第三散热座肋片7、第一散热座肋片2和第二散热座肋片3间距从13.5mm变更为9mm，第三散热座肋片7、第一散热座肋片2和第二散热座肋片3厚度从2mm更改为1.5mm，取消电池线路安装槽，取消肋片凹槽，通过缩短传输路径，解决传导到散热座基板1的热量无法快速的传输到第三散热座肋片7、第一散热座肋片2和第二散热座肋片3上与空气进行热交换，进一步使得第一芯片本体10和第二芯片本体11温升加大，对第一芯片本体10和第二芯片本体11造成损伤的问题，连接柱13和第三通孔14安装固定更加方便牢靠。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案对本发明加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种新型高性能散热底座的优化设计，包括散热座基板(1)，其特征在于：所述散热座基板(1)一侧固定连接有多个第一散热座肋片(2)，所述第一散热座肋片(2)一侧设有多个第三散热座肋片(7)，多个所述第三散热座肋片(7)均与散热座基板(1)固定连接，所述第一散热座肋片(2)另一侧设有多个第二散热座肋片(3)，多个所述第二散热座肋片(3)均与散热座基板(1)固定连接，所述散热座基板(1)一侧设有连接组件。
2.根据权利要求1所述的一种新型高性能散热底座的优化设计，其特征在于：所述散热座基板(1)一侧开设有凹槽(12)，所述凹槽(12)一侧固定开设有穿线孔(8)。
3.根据权利要求1所述的一种新型高性能散热底座的优化设计，其特征在于：所述散热座基板(1)外侧开设有多个第一通孔(4)，多个所述第一通孔(4)呈等距状分布于散热座基板(1)一侧。
4.根据权利要求2所述的一种新型高性能散热底座的优化设计，其特征在于：所述凹槽(12)一侧分别固定设有第一芯片本体(10)和第二芯片本体(11)，所述第二芯片本体(11)设于第一芯片本体(10)一侧。
5.根据权利要求2所述的一种新型高性能散热底座的优化设计，其特征在于：所述第一芯片本体(10)和第二芯片本体(11)一侧设有多个散热硅胶(9)，多个所述散热硅胶(9)均与凹槽(12)固定连接。
6.根据权利要求1所述的一种新型高性能散热底座的优化设计，其特征在于：所述散热硅胶(9)由硅酸凝胶材质制成。
7.根据权利要求1所述的一种新型高性能散热底座的优化设计，其特征在于：所述连接组件包括连接块(5)，所述连接块(5)固定设于散热座基板(1)一侧，所述连接块(5)一侧开设有第二通孔(6)。
8.根据权利要求1所述的一种新型高性能散热底座的优化设计，其特征在于：所述连接组件包括连接柱(13)，所述连接柱(13)固定设于散热座基板(1)一侧，所述连接柱(13)一侧开设有第三通孔(14)。
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Application publication date: 20210910