CN114867188A - 一种元器件的导电储热传热系统 - Google Patents

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周渊
秦霄杨
朱巨华
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Abstract

本发明涉及一种元器件的导电储热传热系统，包括：基材，包括导电导热面；元器件，与所述导电导热面电连接，所述元器件的热量和电流均传导至所述基材内，所述基材传导电流，并进行储热；第一绝缘层，与所述基材固定连接；散热层，与所述第一绝缘层固定连接，所述基材内的热量经过所述第一绝缘层传导至所述散热层内。本发明的技术方案是通过在元器件和基材之间形成电流通路，尺寸较大的基材可承受更大的电流，降低导电及散热系统的电流负荷。元器件产生的热量可直接传导至基材内，尺寸较大的基材快速吸收元器件的热量并蓄热，同时基材内的热量通过第一绝缘层直接传导至散热层内，传热效率高，即可快速降低元器件的温度，加长了元器件的使用寿命。

Description

一种元器件的导电储热传热系统
技术领域
本发明涉及元器件的导电和散热领域，特别是涉及一种元器件的导电储热传热系统。
背景技术
在元器件的导电和散热领域，元器件的散热设计决定了元器件的可靠使用寿命，元器件的导电性能决定了功能模块的性能。其中，元器件常见散热方式是将热量传导至基材内，依靠基材的蓄热和散热性能进行降温，但是现有技术中，元器件的热量需要先通过绝缘层再传导至基材，导热率受绝缘层导热系数限制，导热效果较差。常见导电设计为：采用元器件电连接面导电，流经元器件的电流通过PCB铜箔或外加导电部件形成回路，由于PCB铜箔厚度较小，无法承受较大的电流。因此，现有设计中无法兼顾导热性能和导电性能，实用性较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种元器件的导电储热传热系统，所述元器件的导电储热传热系统具有可以承受较大电流、散热性较好等特点，具有较好的适用性。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种元器件的导电储热传热系统，包括：基材，包括导电导热面；元器件，与所述导电导热面电连接，所述元器件的热量和电流均传导至所述基材内，所述基材传导电流，并进行储热；第一绝缘层，与所述基材固定连接；散热层，与所述第一绝缘层固定连接，所述基材内的热量经过所述第一绝缘层传导至所述散热层内。
优选地，所述基材向外凸出形成有凸台，所述导电导热面位于所述凸台上，所述元器件与所述导电导热面电连接。
优选地，还包括第二绝缘层，所述第二绝缘层固定设置于所述基材上。
优选地，还包括导电层和引脚，所述导电层固定设置于所述第二绝缘层上，所述引脚一端与所述元器件连接，另一端与所述导电层连接。
优选地，所述凸台与所述导电层间隔设置。
优选地，还包括位于所述元器件和所述凸台之间的连接层；所述连接层具有导电性和导热性。
优选地，所述基材的厚度为0.5-3.0mm。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明采用导电导热的基材，将元器件电连接在该基材的导电导热面，元器件热量直接传导至基材，而且元器件与基材之间形成电流通路，基材替代PCB铜箔或外加导电部件，从而实现了基材既导电又导热的作用，使得性能得到大大提升。
其中，元器件内部热量直接传导至基材内，由于基材的尺寸较大，基材可以储存较多的热量，使得元器件的温升大幅降低；元器件温升的降低，可以让元器件长时间工作在其最大安全工作参数范围内，提升元器件的可靠性。
其中，导电导热的基材厚度为铜箔的几十倍，基材可以承受更大的电流，基材承担的导电功能可减少PCB尺寸及外加的导电部件，降低成本；元器件的大电流路径符合大电流走线宽、短、直的原则，降低了EMC干扰影响。
附图说明
图1为本发明实施例提供的元器件的导电储热传热系统的示意图。
图2为本发明实施例提供的元器件的导电储热传热系统的电流和热量流向示意图。
1、基材；11、凸台；2、第二绝缘层；3、导电层；4、元器件；5、引脚；6、连接层；7、散热层；8、第一绝缘层。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明进行更为详细的描述，需要说明的是，下参照附图对本发明进行的描述仅是示意性的，而非限制性的。各个不同实施例之间可以进行相互组合，以构成未在以下描述中示出的其他实施例。
请参阅图1至图2，本发明实施例中提供了一种元器件的导电储热传热系统，包括：基材1、凸台11、第二绝缘层2、导电层3、元器件4、引脚5、连接层6、散热层7、第一绝缘层8。
在优选的实施例中，所述基材1具有较好的导电性和导热性，并且由于所述基材1的尺寸较大，使得热容量较大，具有较好的储热性能。
所述基材1的一侧面为导电导热面，所述元器件4与所述基材1的导电导热面电连接。
更为优选地，所述基材1凸出形成有凸台11，所述凸台11远离所述基材1的侧面为导电导热面，所述元器件4与所述导电导热面电连接。
所述第一绝缘层8与所述基材1固定连接，所述散热层7与所述第一绝缘层8固定连接。
具体的，所述第一绝缘层8一般采用导热硅胶垫。当然，由于应用的领域不同，所述第一绝缘层8的材质并不局限于上述情况，可以根据实际情况而进行调整。
可以想到的是，通电后的所述元器件4会产生较多的热量，由于所述基材1和所述元器件4之间直接相连，且基材1的尺寸较大，具有较好的传热性能和储热性能，因此所述元器件4产生的热量可快速传导至所述基材1内，所述基材1先对热量进行储存，降低所述元器件4的温度，使得所述元器件4在正常温度范围内工作。同时，所述基材1内的热量通过所述第一绝缘层8传导至所述散热层7内，通过所述散热层7进行散热。总得来说，尺寸较大的所述基材1可以实现储热和传热的作用，继而降低所述元器件4的温度，并且所述元器件4的热量可直接传导至所述基材1内，所述基材1内的热量通过所述第一绝缘层8即可传导至所述散热层7内，热量的传导效率较高。
在优选的实施例中，所述基材1和所述元器件4可为焊接固定或者压接固定。当然，在其它的实施例中，所述基材1和所述元器件4之间的连接方式并不局限于上述情况，只要满足所述基材1和所述元器件4之间既可以形成电流通路，又可以满足热量传输的连接方式均可。
当所述基材1和所述元器件4为焊接固定或者压接固定时，可在所述凸台11和所述元器件4之间设置连接层6，所述连接层6需要具有良好的导电性和导热性。
具体的，当所述基材1和所述元器件4为焊接固定时，所述连接层6具体可以为锡层，锡层不会影响所述元器件4的电流和热量传导至所述基材1内。需要说明的是，所述连接层6的材质并不局限于上述情况，也可以是其它的具有导电性和导热性的焊接材料。
具体的，当所述基材1和所述元器件4为压接固定时，所述连接层6可以为压接材料。
可以想到的是，当所述元器件4的热量要传导至所述基材1内时，需要先通过所述连接层6，但是由于所述连接层6具有良好的导热性能，因此所述元器件4产生的热量通过所述连接层6至所述基材1内的导热性仍然较好，不会影响所述元器件4的散热。
在优选的实施例中，所述第二绝缘层2固定设置于所述导电导热面上，具体固定方式可为焊接。所述导电层3固定设置于所述第二绝缘层2上，具体固定方式可为焊接。所述凸台11与所述导电层3间隔设置，即所述凸台11与所述导电层3之间不可导电，防止短路。
所述第二绝缘层2一般采用绝缘布、导热陶瓷片、导热绝缘亚胺膜等。当然，由于应用的领域不同，所述第一绝缘层8和所述第二绝缘层2的材质并不局限于上述情况，可以根据实际情况而进行调整。
所述引脚5的一端与导电层3连接，另一端与所述元器件4连接。因此，电流可在所述导电层3、所述引脚5、所述元器件4、所述基材1之间传导形成电流回路。
在现有技术中，均通过铜箔进行导电，但是铜箔的厚度大多在0.035-0.140mm之间，厚度较小，因此较薄的铜箔只能承受较小的电流，具有一定的局限性。因此为了增强导电性能，现有技术中均需要增加外部的导电件，增加了成本。
而本申请构思巧妙，直接将所述元器件4与所述基材1进行电连接，所述元器件4和所述基材1形成电流通路，在原有的结构上做出了重大改进，解决了现有的元器件无法传导较大电流和导热性能差的两个问题，具有较好的实用性。
可以想到的是，所述基材1的尺寸较大，一般厚度为0.5-3.0mm之间，具体为1.5mm，所述基材1的厚度大约是铜箔的几十倍，因此厚度更大的所述基材1相比于厚度跟小的铜箔可以承受更大的电流，极大地降低了导电及散热系统的电流负荷，减小了发热量。并且也无需增加外部的导电件，节省了成本，其次，所述元器件4的大电流路径符合大电流走线宽、短、直的原则，降低了EMC干扰影响。
在优选的实施例中，所述元器件4具体可以为MOSFET、IGBT等，所述基材1可以为铜基材、铜铝合金基材等，但是在不同的领域中，所述元器件4和所述基材1的种类和材质并不局限于上述情况，可以根据实际情况进行调整，需要通电和散热的元件均可成为所述元器件4，具有导热性和导电性的材料均可成为所述基材1。
具体安装时，MOSFET、IGBT的漏级与所述基材1电连接，使得MOSFET、IGBT与所述基材1之间既可以导电，也可以传热。MOSFET、IGBT的栅极和源级与所述引脚5连接。
综上，本发明提供的元器件的导电储热传热系统直接将所述元器件4和所述基材1电连接，所述元器件4与所述基材1之间形成电流回路，尺寸较大的所述基材1可以承受更大的电流，极大地降低了导电及散热系统的电流负荷，减小了发热量。其次，尺寸较大的所述基材1可以起到更好的储热作用，所述元器件4产生的热量可快速传导至所述基材1内，保证所述元器件4在正常温度范围内工作。而且所述元器件4产生的热量可直接传导至所述基材1内或者只需要通过所述连接层6，所述基材1内的热量传导至所述散热层7只需经过所述第一绝缘层8，而所述连接层6具有良好的导电性和导热性，所述第一绝缘层8具有良好的导热性，因此整体的导热性能非常优异保证所述元器件4长时间工作在其最大安全工作参数范围内，提升所述元器件4的可靠性和使用寿命。
需要说明的是，附图仅作为理解使用，元器件的导电储热传热系统的各部件的尺寸、空间位置关系等并不局限于附图。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种元器件的导电储热传热系统，其特征在于，包括：
基材(1)，包括导电导热面；
元器件(4)，与所述导电导热面电连接，所述元器件(4)的热量和电流均传导至所述基材(1)内，所述基材(1)传导电流，并进行储热；
第一绝缘层(8)，与所述基材(1)固定连接；
散热层(7)，与所述第一绝缘层(8)固定连接，所述基材(1)内的热量经过所述第一绝缘层(8)传导至所述散热层(7)内。
2.如权利要求1所述的导电储热传热系统，其特征在于，所述基材(1)向外凸出形成有凸台(11)，所述导电导热面位于所述凸台(11)上，所述元器件(4)与所述导电导热面电连接。
3.如权利要求2所述的导电储热传热系统，其特征在于，还包括第二绝缘层(2)，所述第二绝缘层(2)固定设置于所述基材(1)上。
4.如权利要求3所述的导电储热传热系统，其特征在于，还包括导电层(3)和引脚(5)，所述导电层(3)固定设置于所述第二绝缘层(2)上，所述引脚(5)一端与所述元器件(4)连接，另一端与所述导电层(3)连接。
5.如权利要求4所述的导电储热传热系统，其特征在于，所述凸台(11)与所述导电层(3)间隔设置。
6.如权利要求2所述的导电储热传热系统，其特征在于，还包括位于所述元器件(4)和所述凸台(11)之间的连接层(6)；所述连接层(6)具有导电性和导热性。
7.如权利要求1所述的导电储热传热系统，其特征在于，所述基材(1)的厚度为0.5-3.0mm。
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