CN113825343B - 一种应用于高压光通信设备的绝缘导热装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种应用于高压光通信设备的绝缘导热装置，包括：支架、盖板、多个连接柱及至少一个用于安装功率器件的陶瓷绝缘罐。多个连接柱的一端共同固定在盖板上，另一端共同固定在支架上。本申请实施例采用支架、盖板、连接柱及陶瓷绝缘罐共同构成功率器件的安装结构。陶瓷绝缘罐为该结构的主设备，采用新型高性能陶瓷材料，该材料可加工性好，材料强度高，导热性能和绝缘性能高。将功率器件封装在陶瓷绝缘罐内部，能够同时达到电气隔离和热传导作用，不仅可以防止功率器件在工作时对外部导体放电和爬电，还利用铜座将功率器件散发的热量传导到陶瓷绝缘罐上，并通过陶瓷绝缘罐传导到外界，实现散热。

Description

一种应用于高压光通信设备的绝缘导热装置

技术领域

本申请涉及高压设备绝缘导热技术领域，尤其涉及一种应用于高压光通信设备的绝缘导热装置。

背景技术

在跨洋通信领域中，一些光通信设备布设在海底，因此只能通过热辐射、热传导的方式进行散热。随着通信技术发展，光通信设备中各功率器件的功率越来越高，发热量越来越大，而且部分海底光通信设备需要利用高压供电，才可以保证内部各功率器件能正常工作，这就要求光通信设备的安装结构具备很高的散热性能和绝缘性能。

目前主要采用液晶高分子聚合物材料和其他绝缘材料，设计成屏蔽壳体，作为光通信设备的安装结构，达到绝缘和散热目的。

但是液晶高分子聚合物材料虽然能够满足绝缘性能和导热性能的要求，但是可加工性差，基本不能进行车削和铣削等机械加工，注塑性能差，且容易形成气孔和裂纹，这会对屏蔽壳体的电气隔离性能造成影响。

发明内容

为了同时满足海底高压光通信设备的绝缘要求及散热要求，且具备较优的电气隔离性能，本申请通过以下实施例提供了一种应用于高压光通信设备的绝缘导热装置。

第一方面，本申请公开一种应用于高压光通信设备的绝缘导热装置，包括：支架、盖板、多个连接柱及至少一个用于安装功率器件的陶瓷绝缘罐；所述多个连接柱的一端共同固定在所述盖板上，另一端共同固定在所述支架上；所述陶瓷绝缘罐固定于所述盖板与所述支架之间，所述功率器件通过铜座安装在陶瓷绝缘罐内部。

本实施例提供的一种应用于高压光通信设备的绝缘导热装置，采用支架、盖板、连接柱及陶瓷绝缘罐共同构成功率器件的安装结构。将功率器件封装在陶瓷绝缘罐内部，能够同时达到电气隔离和热传导作用，不仅可以防止功率器件在工作时对外部导体放电和爬电，还利用铜座将功率器件散发的热量传导到陶瓷绝缘罐上，并通过陶瓷绝缘罐传导到外界，实现散热。

一种实现方式中，所述陶瓷绝缘罐的开口端朝向所述盖板，封闭端朝向所述支架。

一种实现方式中，所述支架为板状支架，所述支架上开设有多个第一圆孔，所述陶瓷绝缘罐的封闭端卡接在所述第一圆孔中。

上述实现方式中，利用支架上的第一圆孔，能够将多个陶瓷绝缘罐组装在一起，提高集成度。

一种实现方式中，所述第一圆孔上设置有一圈凹槽，所述陶瓷绝缘罐封闭端的外侧设置有一圈凸起，所述陶瓷绝缘罐的封闭端通过所述凸起卡接在所述凹槽中。

一种实现方式中，还包括导热铜板；所述导热铜板固定在所述盖板的表面，所述导热铜板与所述陶瓷绝缘罐位于所述盖板的不同侧；所述盖板上开设有多个第二圆孔；所述导热铜板通过所述第二圆孔与所述陶瓷绝缘罐内部的铜座相接触；所述导热铜板用于安装电路板，所述电路板通过所述导热铜板向所述铜座散热。

上述实现方式中，可以将电路板在工作时产生的热量传播至导热铜板上，再通过铜座散发至陶瓷绝缘罐，实现对电路板的散热目的。

一种实现方式中，所述功率器件焊接于功率器件基板上，所述功率器件基板固定在所述铜座上，所述铜座固定在所述陶瓷绝缘罐的内部。

一种实现方式中，所述铜座包括底板及多个铜柱；所述底板的其中一个表面紧贴于所述陶瓷绝缘罐封闭端的内壁；所述多个铜柱位于所述底板的另一个表面上，且沿着所述底板的四周分布，所述多个铜柱均紧贴于所述陶瓷绝缘罐内壁。

上述实现方式中，能够有效增加铜座与陶瓷绝缘罐的接触面积，扩大热传导的散热面积，提高散热效果。

一种实现方式中，所述导热铜板朝向所述盖板的表面上设置有多个圆形凸台，所述多个圆形凸台正好分别嵌入所述多个第二圆孔中，并均与所述铜柱相接触。

上述实现方式中，圆形凸台的数量与陶瓷绝缘罐的数量一致，最大程度上增加导热铜板与铜柱的接触面积，增加对电路板的散热效果。

一种实现方式中，所述陶瓷绝缘罐、所述第一圆孔及所述第二圆孔的数量均为三个。

一种实现方式中，所述多个连接柱的一端通过螺钉共同固定在所述盖板上，另一端通过螺钉共同固定在所述支架上。

本申请实施例公开了一种应用于高压光通信设备的绝缘导热装置，包括：支架、盖板、多个连接柱及至少一个用于安装功率器件的陶瓷绝缘罐。多个连接柱的一端共同固定在盖板上，另一端共同固定在支架上。本申请实施例采用支架、盖板、连接柱及陶瓷绝缘罐共同构成功率器件的安装结构。陶瓷绝缘罐为该结构的主设备，采用新型高性能陶瓷材料，该材料可加工性好，材料强度高，导热性能和绝缘性能高。将功率器件封装在陶瓷绝缘罐内部，能够同时达到电气隔离和热传导作用，不仅可以防止功率器件在工作时对外部导体放电和爬电，还利用铜座将功率器件散发的热量传导到陶瓷绝缘罐上，并通过陶瓷绝缘罐传导到外界，实现散热。

附图说明

图1为本申请实施例公开的一种应用于高压光通信设备的绝缘导热装置的结构示意图；

图2为本申请实施例公开的一种应用于高压光通信设备的绝缘导热装置中，陶瓷绝缘罐内部的安装结构示意图；

图3为本申请实施例公开的一种应用于高压光通信设备的绝缘导热装置中，陶瓷绝缘罐内部安装的爆炸图；

图4为本申请实施例公开的一种应用于高压光通信设备的绝缘导热装置的爆炸图；

图5为本申请实施例公开的一种应用于高压光通信设备的绝缘导热装置的剖面图；

图6为本申请实施例公开的一种应用于高压光通信设备的绝缘导热装置的局部剖面图；

图7为本申请实施例公开的一种应用于高压光通信设备的绝缘导热装置中，支架、盖板和连接柱之间局部剖面图。

图1-图7中：

1-支架，11-第一圆孔，110-凹槽，2-盖板，21-第二圆孔，3-连接柱，4-功率器件，5-陶瓷绝缘罐，50-凸起，6-铜座，61-底板，62-铜柱，7-导热铜板，71-圆形凸台，8-电路板，9-功率器件基板。

具体实施方式

为了同时满足海底高压光通信设备的绝缘要求及散热要求，且具备较优的电气隔离性能，本申请通过以下实施例提供了一种应用于高压光通信设备的绝缘导热装置。

参见图1，本申请实施例公开了一种应用于高压光通信设备的绝缘导热装置，包括：支架1、盖板2、多个连接柱3及至少一个用于安装功率器件4的陶瓷绝缘罐5。

所述多个连接柱3的一端共同固定在所述盖板2上，另一端共同固定在所述支架1上。在一种实现方式中，可以使用螺钉将连接柱3分别与支架1、盖板2固定在一起。参见图4，支架1和盖板2的四周均留有相应的螺钉安装孔，所述多个连接柱3的一端通过螺钉共同固定在所述盖板2上，另一端通过螺钉共同固定在所述支架1上。本实施例对连接柱3的数量不做限定，实际应用中，在考虑了成本与稳固性的基础上，技术人员可以自行设置连接柱3的数量。

所述陶瓷绝缘罐5固定于所述盖板2与所述支架1之间，所述功率器件4通过铜座6安装在陶瓷绝缘罐5内部。实际应用中，功率器件4为高压光通信设备中的高电压高发热器件，本申请实施例采用支架1、盖板2、连接柱3及陶瓷绝缘罐5共同构成功率器件4的安装结构。陶瓷绝缘罐5为该结构的主设备，采用了新型的高性能陶瓷材料，所述新型的高性能陶瓷材料的主体材料采用纳米陶瓷粉末，在毛坯制作工艺中，将纳米陶瓷粉末经高压压结后烧结而制成毛坯，成型后的零件具有优良的机械性能，该材料可加工性好，材料强度高，导热性能和绝缘性能高，其中，可加工性好是指可采用常用的机加工方式可对该材料进行平面、台阶或端面加工。将功率器件4封装在陶瓷绝缘罐5内部，能够同时达到电气隔离和热传导作用，不仅可以防止功率器件4在工作时对外部导体放电和爬电，还利用铜座6将功率器件4散发的热量传导到陶瓷绝缘罐5上，并通过陶瓷绝缘罐5传导到外界，实现散热。

支架1、盖板2、连接柱3均选用非金属材料以实现电气绝缘，作为示例，可以采用PEEK材料制备，PEEK（聚醚醚酮）材料是一种具有耐高温、自润滑、易加工和高机械强度等优异性能的特种工程塑料。

在一些实施场景中，本申请的绝缘导热装置具体装配流程可以为：将功率器件4固定在陶瓷绝缘罐5的内部，然后将陶瓷绝缘罐5放在支架1上，通过盖板2压住陶瓷绝缘罐5，并用连接柱3将支架1和盖板2连接起来，最后用螺钉将支架1、盖板2和连接柱3固定在一起，实现功率器件4的安装。

在一种实现方式中，参见图2及图3，所述功率器件4焊接于功率器件基板9上，所述功率器件基板9固定在所述铜座6上，所述铜座6固定在所述陶瓷绝缘罐5的内部。实际操作中，可以将功率器件4焊接在功率器件基板9上，并通过螺钉固定在铜座6上，然后将铜座6放置于陶瓷绝缘罐5中。铜是良好的导热材料，功率器件4散发的热量通过铜座6传导到陶瓷绝缘罐5上，然后散播到外界，达到较优的散热效果

一种实现方式中，参见图4，所述陶瓷绝缘罐5的开口端朝向所述盖板2，封闭端朝向所述支架1。其中，朝向盖板2的开口端，还能够为电路板8实现散热功能。

参见图4，绝缘导热装置还包括导热铜板7。所述导热铜板7固定在所述盖板2的表面，所述导热铜板7与所述陶瓷绝缘罐5位于所述盖板2的不同侧。参见图5，盖板2的尺寸大于导热铜板7的尺寸，盖板2的表面上设有大小与导热铜板7相匹配的凹槽，导热铜板7固定在盖板2的表面时，正好嵌入该凹槽内。

所述盖板2上开设有多个第二圆孔21。所述导热铜板7通过所述第二圆孔21与所述陶瓷绝缘罐5内部的铜座6相接触。所述导热铜板7用于安装电路板8，所述电路板8通过所述导热铜板7向所述铜座6散热。实际操作中，可以使用螺钉将电路板8安装在导热铜板7上。并且，盖板2表面上设置的凹槽深度，可以等于电路板8及导热铜板7厚度之和，如此，电路板8和导热铜板7均可以正好嵌入凹槽中。

导热铜板7的形状可以与电路板8的形状相一致，当电路板8安装在导热铜板7上时，二者完全相贴合，如此电路板8在工作时产生的热量可以传播至导热铜板7上，再通过铜座6散发至陶瓷绝缘罐5，实现对电路板8的散热目的。

一种实现方式中，所述铜座6包括底板61及多个铜柱62。

所述底板61的其中一个表面紧贴于所述陶瓷绝缘罐5封闭端的内壁。在本申请实施例中，虽然所述陶瓷绝缘罐5的陶瓷材料在进行平面、台阶或端面加工机加工方面具有一定的可加工性，但是在加工螺纹的过程中，仍然会出现开裂、崩角等现象，成品率交底低，故不适宜进行螺纹加工，所以可采用压盖的方式将底板61固定在陶瓷绝缘罐5的底部。

所述多个铜柱62位于所述底板61的另一个表面上，且沿着所述底板61的四周分布，所述多个铜柱62均紧贴于所述陶瓷绝缘罐5内壁。如此，增加铜座6与陶瓷绝缘罐5的接触面积，扩大热传导的散热面积，提高散热效果。

一种实现方式中，所述导热铜板7朝向所述盖板2的表面上设置有多个圆形凸台71，圆形凸台71的数量、形状及尺寸均与第二圆孔21相匹配。所述多个圆形凸台71正好分别嵌入所述多个第二圆孔21中，并均与所述铜柱62相接触。圆形凸台71的数量与陶瓷绝缘罐5的数量一致，如此，最大程度上增加导热铜板7与铜柱62的接触面积，增加对电路板8的散热效果。

一种实现方式中，所述支架1为板状支架，所述支架1上开设有多个第一圆孔11，所述陶瓷绝缘罐5的封闭端卡接在所述第一圆孔11中。第一圆孔11的数量根据陶瓷绝缘罐5的数量设定，利用支架1上的第一圆孔11，能够将多个陶瓷绝缘罐5组装在一起，提高集成度。

参见图7，所述第一圆孔11上设置有一圈凹槽110，参见图3，所述陶瓷绝缘罐5封闭端的外侧设置有一圈凸起50，参见图5及图6，所述陶瓷绝缘罐5的封闭端通过所述凸起50卡接在所述凹槽110中，需要说明的是，在实际应用过程中，所述凹槽110的硬度低于所述陶瓷绝缘罐5的硬度，且所述凹槽110和所述陶瓷绝缘罐5的材料均具备一定的机械强度，从而保证安装强度，且避免卡接造成所述凹槽110和所述陶瓷绝缘罐5的损坏。

本申请实施例提供的应用于高压光通信设备的绝缘导热装置，将高电压器件（即功率器件4）放置于导热基材（即功率器件基板9）上，封装于新型陶瓷材料加工成的罐体（即陶瓷绝缘罐5）之中，并将多个罐体用非金属材料框架（即支架1、盖板2和多个连接柱3）支撑，形成一个结构单元，同时将发热量较低的器件（即电路板8）至于框架上部，形成一个整体功能单元，如此能够有效解决现有液晶高分子聚合物（LCP）材料存在加工缺陷，不便于大规模生产和采购成本高等问题，而且能同时满足散热和绝缘要求。

为了便于安装和调试，本申请可以根据实际场景中的要求，在一个整体功能单元中设置任意数量陶瓷绝缘罐5，例如设置三个所述陶瓷绝缘罐5，相应的，所述第一圆孔11及所述第二圆孔21的数量也为三个，使用支架1和盖板2便可以将三个陶瓷绝缘罐5连接成一组。本申请的图1、图4至图7，均是以三个陶瓷绝缘罐5组装成一个整体功能单元为基础的结构示意图，图5为该整体功能单元的整体剖面图，图6仅展示了一个陶瓷绝缘罐的剖面图。图7为支架、盖板与连接柱之间的安装结构示意图，并且为了更清楚的体现结构，图7对应第一个陶瓷绝缘罐展示了支架、盖板于连接柱之间的剖面图。

需要说明的是，进行该种模块式结构的方案不限于一组三个陶瓷绝缘罐5，可以一组一个，或一组两个，或者更多数量的配置。

本申请实施例提供的应用于高压光通信设备的绝缘导热装置，支架1、盖板2、连接柱3和陶瓷绝缘罐5共同构成一个容器，用于固定陶瓷绝缘罐5内部的功率器件4和盖板2上的电路板8，同时为功率器件4和电路板8提供绝缘散热功能，满足了海底光通信设备对绝缘性能和导热性能的要求。并且，可以通过一组支架1和盖板2，固定多组陶瓷绝缘罐5，集成度高，有利于大规模生产。

以上的具体实施方式，对本申请明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本申的具体实施方式而已，并不用于限定本申的保护范围，凡在本申的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本申的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种应用于高压光通信设备的绝缘导热装置，其特征在于，包括：支架（1）、盖板（2）、多个连接柱（3）及至少一个用于安装功率器件（4）的陶瓷绝缘罐（5），陶瓷绝缘罐5的主体材料采用纳米陶瓷粉末；

所述多个连接柱（3）的一端共同固定在所述盖板（2）上，另一端共同固定在所述支架（1）上；所述陶瓷绝缘罐（5）固定于所述盖板（2）与所述支架（1）之间，所述功率器件（4）通过铜座（6）安装在陶瓷绝缘罐（5）内部；

所述陶瓷绝缘罐（5）的开口端朝向所述盖板（2），封闭端朝向所述支架（1），所述支架（1）为板状支架，所述支架（1）上开设有多个第一圆孔（11），所述陶瓷绝缘罐（5）的封闭端卡接在所述第一圆孔（11）中；

所述应用于高压光通信设备的绝缘导热装置还包括导热铜板（7）；所述导热铜板（7）固定在所述盖板（2）的表面，所述导热铜板（7）与所述陶瓷绝缘罐（5）位于所述盖板（2）的不同侧；

所述盖板（2）上开设有多个第二圆孔（21）；所述导热铜板（7）通过所述第二圆孔（21）与所述陶瓷绝缘罐（5）内部的铜座（6）相接触；所述导热铜板（7）用于安装电路板（8），所述电路板（8）通过所述导热铜板（7）向所述铜座（6）散热。

2.根据权利要求1所述的应用于高压光通信设备的绝缘导热装置，其特征在于，所述第一圆孔（11）上设置有一圈凹槽（110），所述陶瓷绝缘罐（5）封闭端的外侧设置有一圈凸起（50），所述陶瓷绝缘罐（5）的封闭端通过所述凸起（50）卡接在所述凹槽（110）中。

3.根据权利要求1所述的应用于高压光通信设备的绝缘导热装置，其特征在于，所述功率器件（4）焊接于功率器件基板（9）上，所述功率器件基板（9）固定在所述铜座（6）上，所述铜座（6）固定在所述陶瓷绝缘罐（5）的内部。

4.根据权利要求1所述的应用于高压光通信设备的绝缘导热装置，其特征在于，所述铜座（6）包括底板（61）及多个铜柱（62）；

所述底板（61）的其中一个表面紧贴于所述陶瓷绝缘罐（5）封闭端的内壁；所述多个铜柱（62）位于所述底板（61）的另一个表面上，且沿着所述底板（61）的四周分布，所述多个铜柱（62）均紧贴于所述陶瓷绝缘罐（5）内壁。

5.根据权利要求4所述的应用于高压光通信设备的绝缘导热装置，其特征在于，所述导热铜板（7）朝向所述盖板（2）的表面上设置有多个圆形凸台（71），所述多个圆形凸台（71）正好分别嵌入所述多个第二圆孔（21）中，并均与所述铜柱（62）相接触。

6.根据权利要求1所述的应用于高压光通信设备的绝缘导热装置，其特征在于，所述陶瓷绝缘罐（5）、所述第一圆孔（11）及所述第二圆孔（21）的数量均为三个。

7.根据权利要求1所述的应用于高压光通信设备的绝缘导热装置，其特征在于，所述多个连接柱（3）的一端通过螺钉共同固定在所述盖板（2）上，另一端通过螺钉共同固定在所述支架（1）上。

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