CN113498296A - 具有导热装置的电路结构及其散热方法与制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有导热装置的电路结构，包括：电路板，所述电路板的一侧上配置有突出的发热部件；散热部；金属垫片与导热垫，所述金属垫片与导热垫重叠地设置在所述电路板与所述散热部之间，从而可将所述发热部件产生的热量传导到所述散热部，所述金属垫片的一个端面配置为与电路板轮廓相对应的形状。通过本发明的实施例，能够降低电路板和散热部之间的热阻，增强电路板的散热效果。

Description

具有导热装置的电路结构及其散热方法与制作方法

技术领域

本公开涉及电子技术领域，尤其涉及一种可用在激光雷达中的具有导热装置的电路结构及其散热方法与制作方法。

背景技术

随着电子技术的发展，大规模集成电路和各种电子器件广泛地应用在通信、光电、人工智能等各个领域。在电路板上排布越来越密集的电子器件在工作时通常会产生大量的热量，使电路结构内部的温度迅速上升，如果不及时对电路结构散热，将会导致电子器件持续受热，温度过高会使电子器件的可靠性变差、性能下降甚至失效，严重影响电子器件的正常使用。因此，对电路结构进行散热成为在电子设计中越来越受关注的一个问题。例如在激光雷达中集成了多个电路板，例如激光雷达的上仓板、下仓板、激光器驱动电路、接收电路、信号处理电路等，如何保证有效散热是一个急需解决的问题。

在电路板上通常排布着各种高度不一的电子元器件，在一些特殊的散热工况下，需要为了兼容不同的器件高度而使用较厚的热界面材料(如导热垫)对电路结构进行散热，这导致电路结构和散热结构之间的热阻偏大。这种情况下，电路板和散热结构之间的间隙由最高的器件决定，这导致绝大部分区域的导热垫厚度较厚；或者因为结构设计或器件功能等方面的需求，电路板和散热结构之间的间隙较大也是有可能的。这些情况下，热界面材料都将带来较大的热阻，使电路结构的散热效率低下；亦或者兼容不同的器件高度时，较高的器件与导热垫连接紧密，散热效果好，而较低的器件与导热垫连接相对宽松，散热效果较差，这就导致电路结构散热不均匀。

面对上述情况，通常的处理方式是使用较柔软的导热垫或者可固化的导热胶来填充电路板和散热结构之间的间隙。当发热源和散热结构之间的间隙较大的时候，直接使用热界面材料对间隙进行填充将显著增加热阻，电路结构的散热效果依然没有得到改善。

背景技术部分的内容仅仅是发明人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。

发明内容

本发明提出一种具有导热装置的电路结构及其散热方法与制作方法，解决了现有技术中使用较柔软的导热垫或者可固化导热胶来填充电路板和导热装置之间的间隙而带来较大热阻导致的电路板散热较差以及为了兼容不同的器件高度导致的电路结构散热不均匀的问题。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种具有导热装置的电路结构，包括：

电路板，所述电路板的一侧上配置有突出的发热部件；

散热部；

导热装置，所述导热装置包括金属垫片与导热垫，所述金属垫片与导热垫重叠地设置在所述电路板与所述散热部之间，从而可将所述发热部件产生的热量传导到所述散热部，所述金属垫片的一个端面配置为与电路板轮廓相对应的形状。

根据本发明的一个方面，其中所述发热部件包括多个高度不同的电子元器件。

根据本发明的一个方面，其中所述金属垫片的材料是铜或铝或者铜、铝的混合物。

根据本发明的一个方面，其中所述金属垫片设置有贯穿其中的通孔和/或深度不同的凹陷部，用于在其中容纳所述发热部件。

根据本发明的一个方面，其中所述金属垫片设置在所述导热垫与所述电路板之间，从而所述金属垫片与所述电路板上有发热部件的一侧装配在一起，并且在所述电路板与所述金属垫片之间填充有导热胶。

根据本发明的一个方面，其中所述导热垫为柔性的，其设置在所述金属垫片与所述电路板之间，当所述金属垫片与所述电路板上有发热部件的一侧装配在一起时，所述导热垫被挤压变形，使所述导热垫具有与所述电路板轮廓相对应的形状。

根据本发明的一个方面，其中所述导热垫与所述金属垫片相比厚度较薄。

本发明还涉及一种使用如上述任一项所述的电路结构进行散热的方法。

本发明还涉及一种如上述任一项所述的电路结构的制作方法，包括以下步骤：

提供电路板，所述电路板的一侧上配置有突出的发热部件；

在电路板的上部放置导热装置，包括金属垫片与导热垫，将金属垫片与导热垫重叠地设置在所述电路板与所述散热部之间，从而可将所述发热部件产生的热量传导到所述散热部，其中所述金属垫片的一个端面配置为与电路板轮廓相对应的形状；

将散热部压紧在导热装置的上部。

根据本发明的一个方面，其中所述将金属垫片与导热垫重叠地设置在电路板与散热部之间的步骤包括：将所述金属垫片设置在所述导热垫与所述电路板之间，使得所述金属垫片与所述电路板上有发热部件的一侧装配在一起，并且在所述电路板与所述金属垫片之间填充导热胶。

根据本发明的一个方面，其中所述将金属垫片与导热垫重叠地设置在电路板与散热部之间的步骤包括：将所述导热垫设置在所述金属垫片与所述电路板之间，所述导热垫为柔性的，当所述金属垫片与所述电路板上有发热部件的一侧装配在一起时，所述导热垫被挤压变形，使所述导热垫具有与所述电路板轮廓相对应的形状。

以上实施例通过使用金属垫片配合厚度较薄的导热垫对电路板和散热部之间的间隙进行填充而减小电路板和散热部之间的热阻，提高了电路结构的散热效率；同时通过金属垫片适配不同高度的器件，使得不同高度的器件都能与金属垫片和导热垫紧密连接，从而电路结构能够均匀散热。

附图说明

构成本公开的一部分的附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明一个实施例的具有导热装置的电路结构的装配图；

图2示出了根据本发明一个实施例的金属垫片的示意图；

图3示出了图1所示的装配完成的电路结构的剖面图；

图4示出了根据本发明一个实施例的另一具有导热装置的电路结构的装配图；

图5示出了图4所示的装配完成的电路结构的剖面图；和

图6示出了根据本发明一个实施例的具有导热装置的电路结构的制作方法流程图。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"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，也可以是电连接或可以相互通讯；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

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。

本发明提出了一种具有导热装置的电路结构及其散热方法与制作方法，通过使用金属垫片和较薄的导热垫填充电路板和散热部之间的间隙，解决了因其间隙过大而带来较大热阻导致的电路结构散热差的问题。下面将结合图1和图2对该具有导热装置的电路结构进行详细说明。

图1示出了根据本发明一个实施例的具有导热装置的电路结构100的装配图。该电路结构100可用于激光雷达中，具体地例如可以用于激光雷达的上仓板、下仓板、激光器驱动电路、接收电路、信号处理电路等。如图所示，所述电路结构100包括电路板1、导热垫2、金属垫片3和散热部4，其中所述电路板1的一侧上配置有凸出的发热部件5，所述发热部件5包括高度相同或不同的各种电子元器件，所述导热垫2装配到电路板1的具有发热部件5的那一侧。导热垫2例如为柔性的导热垫，当被金属垫片3压紧在电路板1上时，其形状被挤压变形，从而与所述电路板1(以及其上的发热部件5)的形状轮廓相一致；导热垫2的材料可以为硅脂，在硅脂中掺入高导热率材料的颗粒；也可以为柔性石墨或在硅脂中掺入石墨纤维。所述金属垫片3例如为薄板状，其一个端面31配置为平面，另一个端面32配置为与电路板1的具有发热部件5那一侧的轮廓相对应的形状，包括凹陷部34(图2中示出)。根据需要，所述金属垫片3在与电路板1上最高的元器件对应的位置处还设置有贯穿其中的通孔33，凹陷部34和通孔33可用于在其中接纳所述发热部件5。所述金属垫片3装配到导热垫2上，其中非平面的一个端面32与导热垫2相对，平面的一个端面31与所述散热部4相接触。如上所述，电路结构100的装配顺序是电路板1-导热垫2-金属垫片3-散热部4，导热垫2和金属垫片3构成导热装置。该电路结构100中热量传递的方向与所述装配顺序相同，具体地，当电路结构100工作时，电路板1上的发热部件5产生热量，该热量通过与其紧密接触的导热垫2传递给金属垫片3，金属垫片3再将热量传导至散热部4，从而将热量从电路结构100中散发至外部环境。

图2示出了根据本发明一个实施例的金属垫片的示意图。如图所示，根据电路板1上凸出的发热部件5高度的不同，所述金属垫片3上分别设置有贯穿其中的通孔33和/或凹陷部34，其中所述通孔33与发热部件5中高度最高的那一个相对应，所述凹陷部34的深度根据电路板1上的发热部件5的高度不同而不同，用于在其中容纳所述发热部件5。所述金属垫片3的厚度可以参照电路板1上凸出的发热部件5上最高的那一个来设置，以使金属垫片3没有凹陷部34的那一面为平面。所述金属垫片3可选地由导热性能良好的金属制成，根据本发明的一个优选实施例，金属垫片3的材料是铜或铝或者铜、铝的混合物。

图3示出了图1所示的装配完成的电路结构100的剖面图。如图所示，所述电路结构100由下到上分别包括电路板1、发热部件5、导热垫2、金属垫片3和散热部4。其中所述导热垫2完全覆盖在电路板1上，并对电路板1上的发热部件5按其凸起的形状将其包覆起来。所述金属垫片3上的通孔33和凹陷部34与电路板1上凸出的发热部件5互相匹配，将导热垫2夹在二者之间，完成密封。所述散热部4与金属垫片3装配在一起，并压在金属垫片3的上方。

图4示出了根据本发明另一个实施例的具有导热装置的电路结构200的装配图。与图1相同，图4所示的电路结构200包括电路板1、导热垫2、金属垫片3和散热部4，其中所述电路板1的一侧上配置有凸出的发热部件5，所述发热部件5包括高度相同或不同的各种电子元器件。所述金属垫片3如图2所示，其中一个端面31配置为平面，另一个端面32配置为与电路板1的设置有发热部件5那一侧的轮廓相对应的形状，包括凹陷部34(图2中示出)。可选地，所述金属垫片3在与电路板1上最高的元器件对应的地方根据需要还设置有贯穿其中的通孔33。如图所示，该电路结构200的装配顺序为电路板1-金属垫片3-导热垫2-散热部4。其中所述金属垫片3非平面的端面32与电路板1装配，平面的端面31上覆盖有导热垫2，导热垫2同时与散热部4装配在一起。优选地，在电路板1和金属垫片3之间填充有可固化导热胶6(图5中示出)，所述导热胶6一方面进一步减小间隙，另一方面加快热传导，从而进一步减小电路板1和散热部4之间的热阻。所述电路结构200的传热方向与其装配顺序相同，即电路板1上的发热部件5产生热量并将该热量传导至金属垫片3上，再分别通过导热垫2、散热部4传递到外界环境中。

图5示出了图4所示的装配完成的电路结构200的剖面图。如图所示，所述电路结构200由下到上分别包括电路板1、发热部件5、导热胶6、金属垫片3、导热垫2和散热部4。所述导热胶6平铺在电路板1上有发热部件5的一面，所述金属垫片3有通孔33和/或凹陷部34的一面通过导热胶6与电路板1有发热部件5的一面紧密地连接在一起，两者之间的间隙很小甚至没有间隙，显著地减小了热阻。所述导热垫2覆盖在金属垫片3上，所述散热部4装配至导热垫2的上方。

以上两种装配方法都是使用金属垫片3配合导热垫2对电路板1和散热部4之间的间隙进行填充，所述金属垫片3与导热垫2重叠地设置在所述电路板与所述散热部之间，从而可将所述发热部件产生的热量传导到所述散热部，这样不但减小了间隙，而且金属垫片3的加入也使现有技术中导热垫2的厚度减小，从而减小了电路板1和散热部4之间的热阻。另外，本领域技术人员容易理解，本发明中使用的“重叠地设置”，包括金属垫片3与导热垫2完全重合的情形，也包括二者部分重合的情形，这些都在本发明的保护范围内。除此以外，金属的导热率通常是导热垫的100倍以上，远高于导热垫，由此可知金属的厚度在电路结构中占比越高，整个结构的热阻就越小。因此在所述电路结构100和200中，优选地，所述导热垫2的厚度薄于所述金属垫片3。因此，当应用于激光雷达中时，通过在激光雷达内部的电路板上设置如上所述的导热装置，能够有效减小电路板和散热部之间的热阻，提高电路结构的散热效率；同时通过金属垫片适配不同高度的器件，使得不同高度的器件都能与金属垫片和导热垫紧密连接，从而电路结构能够均匀散热。

图6示出了根据本发明一个实施例的具有导热装置的电路结构的制作方法300的流程图。该制作方法300可用于制作以上任一项所述的具有导热装置的电路结构。下面参考附图详细描述。其步骤包括：

在步骤S301：提供电路板，所述电路板的一侧上配置有凸出的发热部件。所述发热部件包括各种电子元器件，其高度可以相同或者不同。

在步骤S302：在电路板的上部放置导热装置，导热装置包括金属垫片与导热垫，将金属垫片与导热垫重叠地设置在所述电路板与所述散热部之间，从而可将所述发热部件产生的热量传导到所述散热部，其中所述金属垫片的一个端面配置为平面，另一个端面配置为与电路板轮廓相对应的形状。

在步骤S303：将散热部压紧在导热装置的上部。所述散热部将电路板产生的热量传导至周围环境中，以使整个电路结构散热。

根据本发明一个优选实施例，所述步骤S302包括：将所述金属垫片设置在所述导热垫与所述电路板之间，使得所述金属垫片与所述电路板上有发热部件的一侧装配在一起，并且在所述电路板与所述金属垫片之间填充导热胶。或者可替换的，所述步骤S302包括：将所述导热垫设置在所述金属垫片与所述电路板之间，使得所述金属垫片与所述电路板上有发热部件的一侧装配在一起，其中所述导热垫配置成具有与所述电路板轮廓相对应的形状。因此所述金属垫片和导热垫可以按照电路板-导热垫-金属垫片-散热部或者电路板-金属垫片-导热垫-散热部的顺序装配在所述电路板和所述散热部之间。电路板和金属垫片直接接触装配时，中间可以填充可固化导热胶，进一步减小间隙从而减小热阻。

本发明还涉及一种使用如上所述的电路结构进行散热的方法。

本领域技术人员容易理解，本发明的保护范围不限于上述步骤的执行顺序，其中多个步骤可以同步执行，也可以按照先后顺序执行，并且先后顺序可以根据需要进行调整。

综上所述，本发明通过对金属垫片和导热垫的结合使用对电路板和散热部之间的间隙进行填充，降低了电路结构内部的热阻，解决了使用过厚导热垫或其他热界面材料或间隙过大带来较大热阻而导致电路结构散热效果差的问题。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种具有导热装置的电路结构，包括：

电路板，所述电路板的一侧上配置有突出的发热部件；

散热部；

导热装置，所述导热装置包括金属垫片与导热垫，所述金属垫片与导热垫重叠地设置在所述电路板与所述散热部之间，从而可将所述发热部件产生的热量传导到所述散热部，所述金属垫片的一个端面配置为与电路板轮廓相对应的形状。

2.根据权利要求1所述的电路结构，其中所述发热部件包括多个高度不同的电子元器件。

3.根据权利要求1或2所述的电路结构，其中所述金属垫片的材料是铜或铝或者铜、铝的混合物。

4.根据权利要求1或2所述的电路结构，其中所述金属垫片设置有贯穿其中的通孔和/或深度不同的凹陷部，用于在其中容纳所述发热部件。

5.根据权利要求1或2所述的电路结构，其中所述金属垫片设置在所述导热垫与所述电路板之间，从而所述金属垫片与所述电路板上有发热部件的一侧装配在一起，并且在所述电路板与所述金属垫片之间填充有导热胶。

6.根据权利要求1或2所述的电路结构，其中所述导热垫为柔性的，其设置在所述金属垫片与所述电路板之间，当所述金属垫片与所述电路板上有发热部件的一侧装配在一起时，所述导热垫被挤压变形，使所述导热垫具有与所述电路板轮廓相对应的形状。

7.根据权利要求1或2所述的电路结构，其中所述导热垫与所述金属垫片相比厚度较薄。

8.一种使用如权利要求1-7中任一项所述的电路结构进行散热的方法。

9.一种具有导热装置的电路结构的制作方法，包括以下步骤：

提供电路板，所述电路板的一侧上配置有突出的发热部件；

在电路板的上部放置导热装置，所述导热装置包括金属垫片与导热垫，将金属垫片与导热垫重叠地设置在所述电路板与所述散热部之间，从而可将所述发热部件产生的热量传导到所述散热部，其中所述金属垫片的一个端面配置为与电路板轮廓相对应的形状；

将散热部压紧在导热装置的上部。

10.根据权利要求9所述的制作方法，其中所述将金属垫片与导热垫重叠地设置在电路板与散热部之间的步骤包括：将所述金属垫片设置在所述导热垫与所述电路板之间，使得所述金属垫片与所述电路板上有发热部件的一侧装配在一起，并且在所述电路板与所述金属垫片之间填充导热胶。

11.根据权利要求9所述的制作方法，其中所述将金属垫片与导热垫重叠地设置在电路板与散热部之间的步骤包括：将所述导热垫设置在所述金属垫片与所述电路板之间，所述导热垫为柔性的，当所述金属垫片与所述电路板上有发热部件的一侧装配在一起时，所述导热垫被挤压变形，使所述导热垫具有与所述电路板轮廓相对应的形状。

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