CN116321883B - 一种应用于深海的高水密性大功率器件散热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于深海的高水密性大功率器件散热装置，所述散热装置包括散热组件和树脂胶模具；所述散热组件上设置有散热段、密封段和安装段，安装段下设置有大功率器件，大功率器件上设置有散热面，散热面与安装段紧贴设置；所述密封段、安装段和大功率器件设置在树脂胶模具里；所述散热段设置在树脂胶模具外，且直接与海水接触，散热段上设置有通孔和沟槽，通孔和沟槽内充满树脂胶；所述树脂胶模具与散热组件、大功率器件均没有直接接触，且树脂胶模具内充满树脂胶。本发明解决了现有电子器件密封装置的体积大、形状规则、成本高、密封性差和震动强的问题；解决了现有电子器件散热难，容易出现卡顿、死机等现象的问题。

Description

一种应用于深海的高水密性大功率器件散热装置

技术领域

本发明涉及一种高水密性电子器件散热技术领域，具体涉及一种应用于深海的高水密性大功率器件散热装置。

背景技术

随着现代工程技术不断进步，应对日益严峻的资源匮乏，人类对于海洋的探索不断深入。美、俄、日本以及欧洲各海洋强国持续加大力度发展海洋探测系统，通过网络实现与其他海、陆、空、天及水下平台的网络化信息联接，提高海洋探测能力。因此，研发一种空间利用率达大，成本低，密封性能好，震动极轻和散热效果好的密封散热装置是极其重要的。

现有技术中，电子设备一般都具有严格的防水要求，通常需要将裸露的电子设备设置在圆柱形的密封舱里，导致成本和加工难度都是相对较高的；并且现有技术中的水下密封设备体积大，无法方便携带和安装，乃至无法安装在空间狭小的地方；现有技术中的水下密封舱重量重，导致密封舱在水下无法实现零浮力，需要进行浮力配平。

现有技术中的密封舱与外部或其它密封舱进行连接需要采用水密接插件，水密接插件的体积巨大，对于安装空间有限制和体积小的密封舱都是无法使用的；现有技术中的水密接插件价格昂贵，对于水下密封舱的应用造成困难。

现有技术中，水下密封设备内的电子设备受到的震动影响是非常大的，会严重影响到探测器的探测和电子设备的正常工作。

现有技术中，水下大功率器件因为被密封在耐压腔体里面，其与水之间的热阻往往决定其的工作温度，发热功率过大时，可以在密封腔体里充填绝缘散热液体帮助散热，但也带来被保护器件被散热液溶解的问题。水下大功率器件如果不能达到良好的散热效果，在长时间工作下，容易出现大功率器件过热、卡顿、死机和数据丢包等现象。现有技术中，电子设备的灌封方法不仅无法满足高水压下的密封要求，也无法解决电子设备的发热问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的不足，提供一种应用于深海的高水密性大功率器件散热装置，解决了现有电子器件密封装置的体积大，形状规则，成本高，密封性差和震动强的问题；解决了现有电子器件散热难，容易出现卡顿、死机等现象的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种应用于深海的高水密性大功率器件散热装置，包括散热组件、树脂胶模具、大功率器件和树脂胶；所述散热组件上设置有散热段、密封段和安装段；所述大功率器件上设置有散热面；所述散热面与安装段紧贴设置；所述密封段、安装段和大功率器件设置在树脂胶模具里；所述散热段设置在树脂胶模具外；所述树脂胶模具内充满树脂胶；所述树脂胶为灌封胶材料；所述散热段上设置有通孔和沟槽；所述通孔和沟槽内充满树脂胶。

进一步地，所述散热面与安装段之间设置有导热脂，所述散热面与安装段紧贴固定在一起。

进一步地，所述散热组件的密封段通过磨削、滚压、抛光、电镀、车削或喷砂工艺增加表面粗糙度。

进一步地，所述散热段和密封段的形状为圆柱、中空圆柱或三角柱。

进一步地，所述散热段直接与海水接触。

进一步地，通过调整通孔的大小和形状以增加散热组件和树脂胶的粘接强度。

进一步地，所述散热组件的材料包括银、铜、金和铝。

进一步地，所述灌封胶材料还包括环氧树脂灌封胶和硫化胶。

进一步地，该装置还包括螺栓，所述散热面与安装段通过螺栓固定在一起。

进一步地，该装置还包括电缆,所述电缆将大功率器件与外部设备连接。

本发明的有益效果是：通过减少形状规则的钢制外壳密封舱，使用树脂胶将裸露的电子设备与水环境隔开，进而实现本发明外形结构的可变性，使本发明可以在狭窄的不规则空间中使用，充分利用四周空间，有效的提高了空间利用率；本发明减少使用体积巨大和价格昂贵的密封舱和水密接插件，进而减少密封面，降低成本，减少整体重量，提高了水密性、经济性和可靠性，减轻了设计要求。本发明用树脂胶包裹所有的电子设备，极大地减轻了各种电子设备的震动，增强它们的稳定性；本发明充分利用金属的高导热率来对大功率器件进行散热，增强大功率器件的稳定性，减少因长时间工作而容易出现的大功率器件过热、卡顿、死机和数据丢包等现象；本发明为电子设备和大功率器件提供了一个空间利用率达到最大，成本低，密封性能好，震动极轻，散热效果好的环境，提高了水下高水密性散热装置的经济性、水密性、散热性和耐久性。

附图说明

图1为本发明实施例1组合结构示意图；

图2为本发明实施例1剖视结构示意图；

图3为本发明实施例1爆炸结构示意图；

图4为本发明实施例1中大功率器件的结构详图；

图5为本发明实施例1中散热组件的结构详图；

图6为本发明实施例1散热组件局部放大的结构详图；

图7为本发明实施例2组合结构示意图；

图8为本发明实施例2剖视结构示意图；

图9为本发明实施例2爆炸结构示意图；

图10为本发明实施例2中散热组件的结构详图；

图11为本发明实施例2散热组件局部放大的结构详图。

图中，1-散热组件；2-树脂胶模具；3-大功率器件；4-树脂胶；5-螺栓；6-电缆；7-密封胶；11-散热段；12-密封段；13-安装段；14-散热流道；121-通孔；122-沟槽；123-密封延长段；31-散热面。

具体实施方式

为了使本发明实施例的目的、技术方案更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常，在附图中所描述和示意出的发明实施例的组件可以以其他不同细节结构和尺寸变化来实现。在本发明的具体实施例附图中，为了更清楚地描述本发明装置中各元件的工作原理，并不能理解为对结构内部各零部件的大小、尺寸、形状的限定。

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”、“轴向”、“径向”、“周向” 等指示的方位或位置关系为附图所示的方位或位置关系，仅是为了方便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。

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本发明可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；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，除非另有明确的限定。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“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，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”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

下面结合附图，对本发明进行详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。

实施例1

参见图1-图6，本发明实施例1提供的一种应用于深海的高水密性大功率器件散热装置，包括散热组件1和树脂胶模具2；所述散热组件1上设置有散热段11、密封段12和安装段13；所述安装段13下设置有大功率器件3；所述大功率器件3上设置有散热面31，散热面31与安装段13通过螺栓5牢牢固定在一起；所述散热面31紧贴在安装段13的下面，所述散热组件1上的密封段12、安装段13和大功率器件3设置在树脂胶模具2里；所述散热段11设置在树脂胶模具2外，且散热段11直接与海水接触；所述树脂胶模具2与其它部件都没有直接接触，所述树脂胶模具2内充满树脂胶4，所述散热段11上设置有通孔121和沟槽122，通过调整通孔121的大小和形状以增加散热组件1和树脂胶的粘接强度；所述通孔121和沟槽122内充满树脂胶4，其中树脂胶4为灌封胶材料；灌封胶材料还包括环氧树脂灌封胶和硫化胶。

本发明装置还包括螺栓5、电缆6；所述散热面31与安装段13通过螺栓5固定在一起；所述电缆6将大功率器件3与外部设备连接；所述大功率器件3可以是电源模块、大功率芯片等。

参见图5和图6，所述散热组件1采用铝合金材料制作；铝合金属于轻金属材料之一，其密度只有2.63～2.85g/cm3，约为钢密度的三分之一；相比于其它金属，使用铝合金制作的散热组件1能极大地减小本发明装置的质量；有利于减小本发明装置整体在海下重浮力配平工作的难度。

参见图1和图2，所述散热组件1上的散热段11，密封段12，安装段13和密封延长段123通过3次折弯加工而成；散热组件1的材料还可以包括银、铜、金；散热组件1的密封段12通过磨削、滚压、抛光、电镀、车削或喷砂工艺增加表面粗糙度；散热段11和密封段12的形状为圆柱、中空圆柱或三角柱。

所述散热组件1上的通孔121和沟槽122通过机加工而成。通孔121内充满树脂胶4，通孔121内的树脂胶4能拉住密封段12两端树脂胶4，通孔121内的树脂胶4能增强散热组件1和树脂胶4的粘接强度；所述散热组件1上的沟槽122内充满树脂胶4，沟槽122能极大增加树脂胶4和散热组件1的粘接面积；在散热组件1上设置通孔121和沟槽122能有效防止高水密性大功率器件散热装置整体在承受变化的压力时散热组件1和树脂胶4分离，进而极大提高本发明装置的水密性和最大安全工作水深；而本发明采用的铝合金材料的比强度接近高合金钢，它的比刚度超过钢；其良好的铸造性能和塑性加工性能有利于将铝合金原料进行二次机加工和弯曲加工，有利于本发明所需形状的散热组件1，可以更简便地在不规则空间或狭小空间使用本发明装置。

所述散热组件1上的散热段11和密封段12需要经过喷砂工艺进行加工处理，而安装段13不需要经过喷砂工艺进行加工处理；所述散热组件1的安装段13需要保持光滑，保持光滑的好处是可以增加安装段13和散热面31的金属接触面积，进而提高本发明装置的散热性能；经过喷砂加工处理后的散热段11和密封段12表面凹凸不平，这极大地增加了树脂胶4和散热组件1的粘接面积，进而增强散热组件1与树脂胶4的粘接强度。

所述散热组件1需要进行阳极氧化处理，经过阳极氧化处理之后的散热组件1可以极大提高自身的防腐蚀能力，进而防止散热组件1上的散热段11被海水腐蚀；而本发明使用的铝合金的特性之一是接触空气时表面会形成一层致密的氧化膜，这层膜能防止散热组件1上的散热段11被海水腐蚀，耐蚀性能好；所以散热组件1有着良好的耐腐蚀性能，有利于延长本发明高水密性大功率器件散热装置整体在海下的使用寿命，进而减少成本。

如图1所示，所述大功率器件3上设置有电缆6，电缆6连接着外部设备；由于未经过砂纸打磨的电缆6表皮是非常光滑的，所以包含在树脂胶4里面的电缆6表皮需要经过砂纸打磨，本发明使用砂纸打磨过的电缆6表皮能非常好的与树脂胶4粘接在一起。

参见图1和图2，经过阳极氧化工艺处理过后的散热组件1表面是不具有导电性的；而散热组件1使用的铝合金具有着良好的导电性能；散热组件1通过螺栓5连接大功率器件3的接地层端子；所述散热组件1在装上螺栓5之前需要打磨掉螺栓5接触处的阳极氧化层，进而通过螺栓5与大功率器件3紧密连接；所述散热组件1上的散热段11直接与海水接触；所述大功率器件3的接地状态良好；大功率器件3的良好接地极大减少了大功率器件3所受到的干扰，进而极大提高了大功率器件3的输出稳定性和通讯稳定性。

参见图3，所述大功率器件3的散热面31紧贴在安装段13的下面，导热脂均匀涂在大功率器件3的散热面31上，所述大功率器件3和安装段13通过螺栓5牢牢固定在一起，把散热面31和安装段13之间多余的导热脂挤出接触的地方，尽量使散热面31和安装段13的接触面积达到最大，而导热脂只是填充在散热面31和安装段13表面凹凸不平的地方。所述大功率器件3的散热面31和安装段13可能是弯曲的和凹凸不平的。

参见图1和图2，所述散热组件1和大功率器件3设置在树脂胶模具2里，实施例1中的树脂胶模具2的形状是和大功率器件3类似的长方形壳体，树脂胶模具2的形状可以根据大功率器件3形状和高水密性大功率器件散热装置外部空间形状来改变，树脂胶模具2可通过3D打印机直接打印出来。首先用夹具夹紧散热组件1的散热段11和电缆6，使散热组件1、电缆6和大功率器件3都固定不动；然后移动树脂胶模具2，使散热组件1和大功率器件3正好在树脂胶模具2中间，使散热段11、大功率器件3和电缆6完全不与树脂胶模具2接触，并且使树脂胶模具2与散热段11、大功率器件3和电缆6保持2mm以上的距离。

所述散热组件1、树脂胶模具2和大功率器件3都安装好之后，使用抽真空灌胶机把树脂胶4灌注到树脂胶模具2里，树脂胶模具2内充满树脂胶4，通孔121和沟槽122内充满树脂胶4，树脂胶4可以采用环氧树脂灌封胶和3M硫化胶，其中环氧树脂灌封胶只灌封到安装段13和大功率器件3最高点向上10毫米处，而硫化胶需要把密封延长段123覆盖，并完全充满树脂胶模具2的剩余空间；树脂胶4内的空气使用抽真空灌胶机抽出。

实施例2

参见图7-图11，本发明实施例2提供的一种应用于深海的高水密性大功率器件散热装置，包括散热组件1和树脂胶模具2；所述散热组件1上设置有散热段11、密封段12和安装段13；所述安装段13下设置有大功率器件3；所述大功率器件3上设置有散热面31，散热面31与安装段13通过螺栓5牢牢固定在一起；所述散热面31紧贴在安装段13的下面，所述散热组件1上的密封段12、安装段13和大功率器件3设置在树脂胶模具2里；所述散热段11设置在树脂胶模具2外，且散热段11直接与海水接触；所述树脂胶模具2与其它部件都没有直接接触，所述树脂胶模具2内充满树脂胶4，所述散热段11上设置有通孔121和沟槽122，所述通孔121和沟槽122内充满树脂胶4。

参见图10和图11，所述散热组件1采用铝合金材料制作，散热组件1上的安装段13、散热段11和密封段12通过焊接加工连接而成；所述散热组件1上的通孔121、沟槽122和散热流道14通过机加工而成；所述通孔121内充满树脂胶4；散热组件1上的沟槽122内充满树脂胶4。

所述散热组件1上的散热段11直接与海水接触；所述散热段11和密封段12内存在散热流道14，所述散热流道14内存在海水，所述散热流道14内的海水时刻与外部海水进行交换。所述铝合金制作的散热组件1有良好的焊接性能，有利于减少本发明装置内散热组件1的加工难度、加工时间和加工成本，有利于提高安装段13和密封段12之间的接触面积，进而加强安装段13和密封段12之间的导热速度。

所述散热组件1上的散热段11和密封段12需要经过喷砂工艺进行加工处理；其中散热组件1需要进行阳极氧化处理.

参见图7和图8，大功率器件3上的电缆6连接外部设备，包含在树脂胶4里面的电缆6表皮需要经过砂纸打磨。

参见图9，大功率器件3的散热面31紧贴在安装段13的下面，导热脂均匀涂在大功率器件3的散热面31上，大功率器件3和安装段13通过螺栓5牢牢固定在一起；散热组件1通过螺栓5连接大功率器件3的接地层端子；所述散热组件1在装上螺栓5之前需要打磨掉螺栓5接触处的阳极氧化层。

参见图7和图8，散热组件1和大功率器件3设置在树脂胶模具2里，树脂胶模具2的形状是和散热组件1类似的异形体，所述树脂胶模具2通过3D打印机直接打印出来。

安装本发明实施例2的装置时，用夹具夹紧散热组件1的散热段11和电缆6，使散热组件1、电缆6和大功率器件3都固定不动；然后移动树脂胶模具2，使散热段11从树脂胶模具2下方伸出，使大功率器件3和电缆6完全不与树脂胶模具2接触，树脂胶模具2和散热段11之间使用速干密封胶7密封；并且使树脂胶模具2与大功率器件3和电缆6保持2mm距离以上；所述散热段11处于树脂胶模具2外。

参见图1和图2，散热组件1、树脂胶模具2和大功率器件3都安装好之后，使用抽真空灌胶机把树脂胶4灌注到树脂胶模具2里，树脂胶模具2内充满树脂胶4，通孔121和沟槽122内充满树脂胶4，其中树脂胶4采用环氧树脂灌封胶和3M硫化胶，环氧树脂灌封胶只灌封到安装段13和大功率器件3最高点向上10毫米处，硫化胶完全充满树脂胶模具2的剩余空间；这样整个高水密性大功率器件散热装置完成。

本发明装置通过使用树脂胶和独特的散热组件，可以不使用形状规则的钢制外壳密封舱，而使用树脂胶将裸露的电子设备与水环境隔开，进而实现本发明外形结构的可变性，使本发明可以在狭窄的不规则空间使用，充分利用四周空间，有效的提高了空间利用率；本发明减少使用体积巨大和价格昂贵的密封舱和水密接插件，进而减少密封面，降低成本，减少整体重量，提高了水密性、经济性和可靠性，减轻了设计要求；本发明用树脂胶充分包裹电子设备，极大减轻了电子设备的震动，增强其稳定性；本发明充分利用金属的高导热率来对大功率器件3进行散热，增强大功率器件3的稳定性，极大减少长时间工作容易出现的大功率器件过热、卡顿、死机和数据丢包等现象。本发明为电子设备和大功率器件3提供了一个空间利用率达到最大，成本低，密封性能好，震动极轻，散热效果好的环境，提高了水下的高水密性散热装置的经济性，水密性，散热性和耐久性。本发明结构巧妙，操作便捷，且简单可靠，是水下的高水密性散热装置的较优选择。

以上所述，仅为本发明的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、改进或修改，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的内容后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。

Claims (10)

1.一种应用于深海的高水密性大功率器件散热装置，其特征在于，包括散热组件（1）、树脂胶模具（2）、大功率器件（3）和树脂胶（4）；所述散热组件（1）上设置有散热段（11）、密封段（12）和安装段（13）；所述大功率器件（3）上设置有散热面（31）；所述散热面（31）与安装段（13）紧贴设置；所述密封段（12）、安装段（13）和大功率器件（3）设置在树脂胶模具（2）里；所述散热段（11）设置在树脂胶模具（2）外；所述树脂胶模具（2）内充满树脂胶（4）；所述树脂胶（4）为灌封胶材料；所述散热段（11）上设置有通孔（121）和沟槽（122）；所述通孔（121）和沟槽（122）内充满树脂胶（4）；

所述散热组件（1）上的散热段（11）直接与海水接触；所述散热段（11）和密封段（12）内存在散热流道（14），所述散热流道（14）内存在海水，所述散热流道（14）内的海水时刻与外部海水进行交换。

2.根据权利要求1所述的应用于深海的高水密性大功率器件散热装置，其特征在于，所述散热面（31）与安装段（13）之间设置有导热脂，所述散热面（31）与安装段（13）紧贴固定在一起。

3.根据权利要求1所述的应用于深海的高水密性大功率器件散热装置，其特征在于，所述散热组件（1）的密封段（12）通过磨削、滚压、抛光、电镀、车削或喷砂工艺增加表面粗糙度。

4.根据权利要求1所述的应用于深海的高水密性大功率器件散热装置，其特征在于，所述散热段（11）和密封段（12）的形状为圆柱、中空圆柱或三角柱。

5.根据权利要求1所述的应用于深海的高水密性大功率器件散热装置，其特征在于，所述散热段（11）直接与海水接触。

6.根据权利要求1所述的应用于深海的高水密性大功率器件散热装置，其特征在于，通过调整通孔（121）的大小和形状以增加散热组件（1）和树脂胶的粘接强度。

7.根据权利要求1所述的应用于深海的高水密性大功率器件散热装置，其特征在于，所述散热组件（1）的材料包括银、铜、金和铝。

8.根据权利要求1所述的应用于深海的高水密性大功率器件散热装置，其特征在于，所述灌封胶材料还包括环氧树脂灌封胶和硫化胶。

9.根据权利要求1所述的应用于深海的高水密性大功率器件散热装置，其特征在于，该装置还包括螺栓（5），所述散热面（31）与安装段（13）通过螺栓（5）固定在一起。

10.根据权利要求1所述的应用于深海的高水密性大功率器件散热装置，其特征在于，该装置还包括电缆（6）,所述电缆（6）将大功率器件（3）与外部设备连接。