CN202259251U - 一种绝缘散热电子组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种绝缘散热电子组件，提出一种绝缘散热电子组件，包括发热电子器件(1)、散热基板(3)及二者中间布置的绝缘导热材料(2)；所述绝缘导热材料(2)包括绝缘膜(5)及牢固附着在绝缘膜正反两面的第一金属可焊接层(4)和第二金属可焊接层(6)；中间绝缘膜(5)厚小于100微米；第一金属可焊接层(4)和第二金属可焊接层(6)分别通过焊接连接于发热电子器件(1)和散热基板(3)。该绝缘导热材料(2)可实现可焊接，增强与发热电子器件(1)之间的固定连接性能；在实现耐高温绝缘同时实现优良的导热效果；该成本低廉，加工简单，固定效果优良，适宜大规模使用。

Description

一种绝缘散热电子组件

技术领域

本实用新型涉及一种绝缘散热电子组件。 

背景技术

随着科技的发展，越来越多的发热电子器件进入生活或工业，过多的热量产生和无法散去，成为阻碍发热电子器件保持正常高效工作的主要障碍。 

发光二极管元件LED是一种通过利用半导体的p-n结结构所注入的载流子之后，再通过少数载流子(电子和空穴)的复合而发光的新型器件。发光二极管元件LED具有低耗电量和长寿命，以及抗振特性；已经被用作显示元件和背光源。然而，根据发光二极管LED的光发生特性，输入发光二极管LED的能量只有20％被转化成光，而输入能量的剩余80％则被转化成结(junction portion)中的热量，从而增加了内部的温度，内部温度的增加使发光二极管LED的性能相当大程度地下降；当长时间使用LED时，发光二极管LED的发热量会增加，从而会缩短发光二极管LED的寿命。 

集成电路、半导体器件等在长时间的工作后，会产生大量的热量，且在工作过程中需与相邻的器件绝缘，良好的绝缘导热性能能很好地保证运行稳定及安全性能。 

太阳能光伏技术中，光伏电池在温度大于25℃后，每升高1℃，效率下降0.2％～0.5％；在现有聚光光伏电池组件技术中，由于辐照强度高，必须要求良好的散热设计；而电池片之间的组串连接以及安全规范要求又需要良好的基板电绝缘。光伏产业中较为常见的封装技术为EVA胶和TPT封装技术，主要的作用及功能是水气阻隔性、电气绝缘性、尺寸稳定性，易加工性及耐撕裂性等，整体成本高，散热效果不佳；申请号200720120801.7的聚光太阳电池组件的中国专利提出，一种聚光太阳电池组件，在散热器靠近光伏电池单体一侧的表面上紧密附着一层电绝缘层，在光伏电池单体与电绝缘层之间和导电连接片与电绝缘层之间均涂有导热硅脂；光伏表面的钢化玻璃与散热器之间通过弹性压紧装置联接。该结构绝缘层较厚，导热层粘度强度不够，且涂覆层的均匀性对绝缘 层的效果影响也很大，随着时间的推移其绝缘性也得不到良好的保证。 

发明内容

本实用新型的目的在于更好的解决发热电子器件本身的绝缘、导热及固定组装问题。 

为解决上述问题，本实用新型提供了一种绝缘散热电子组件，包括发热电子器件、散热基板及二者中间布置的绝缘导热材料；所述绝缘导热材料包括绝缘膜及牢固附着在绝缘膜正反两面的第一金属可焊接层和第二金属可焊接层；第一金属可焊接层和第二金属可焊接层分别通过焊接连接于发热电子器件和散热基板。 

进一步地，所述绝缘膜厚度小于100微米，以减少热阻，增强散热能力。 

优选地，所述绝缘膜厚度小于30微米，以进一步减少热阻，适用于更高功率密度的散热场合，减少热阻。 

进一步地，所述第一金属可焊接层和第二金属可焊接层全部或部分采用真空镀膜工艺附着在绝缘膜表面，以取消粘接层，减少总厚度，降低热阻，并获得更优良结合力。 

进一步地，所述第一金属可焊接层和第二金属可焊接层先采用真空镀膜镀一薄金属层，例如0.2-5微米；再采用湿法电镀工艺镀上相同或不同种类的金属层，例如先真空镀铬、再水镀铜。 

进一步地，所述金属可焊接层的膜层组成成分为Cr、Cu和Sn的组合，其中Cr层作为过渡结合层，直接与绝缘膜结合，在Cr层上逐渐复合沉积Cu层，在Cu层上再沉积Sn层，作为焊接界面，增强可焊性。 

进一步地，所述绝缘膜为绝缘高分子薄膜，例如PET、PC、PMMA、PP、PI及聚四氟乙烯等薄膜。 

优选地，所述绝缘膜具有良好的耐热性能，以便适应后续的焊接工序，如PP、PI及聚四氟乙烯等薄膜。 

进一步地，所述绝缘膜可以为云母薄片，具有优良的导热能力和绝缘特性，并且耐高温。 

进一步地，所述发热电子器件为光伏电池、发光二极管或三极管、集成电路器等器件。 

进一步地，所述光伏电池为砷化镓电池、单晶硅聚光电池、CIGS聚光薄膜电池等多种光电转换电池。 

进一步地，所述光伏电池、发光二极管等为阵列组串方式连接。 

进一步地，所述光伏电池的背部电极与附着在绝缘膜上面的上金属层直接焊接，增强导热性能，并提供固定力。 

进一步地，所述散热基板可固定在另外的散热装置上，以进一步提高散热能力。 

本实用新型与传统的绝缘散热电子组件相比，具有以下优点：1、绝缘膜质量稳定可靠，绝缘性能良好，且随着时间迁移无漏电可能；2、导热性能优异，由于固定方式为焊接，对绝缘膜及发热电子器件不会产生机械压力及损伤，允许使用很薄的绝缘膜，也适合薄片类器件如光伏电池，并且第一金属可焊接层和第二金属可焊接层分别与发热电子器件和散热基板直接金属连接，导热效果更好；3、采用焊接技术完成组件的固定，同时可提供一定的电路组串连接功能，方便可靠。 

附图说明

下面将参照附图对本实用新型的具体实施方案进行更详细的说明，在附 

图中： 

图1是本实用新型绝缘散热电子组件结构示意图； 

图2是本实用新型绝缘导热材料结构示意图； 

图3是本实用新型阵列组串方式连接发热电子器件的绝缘散热电子组件结构示意图； 

图4是本实用新型阵列组串方式的发热电子器件的并联连接方式； 

图5是本实用新型阵列组串方式的发热电子器件的串联连接方式。 

具体实施方式

图1是本实用新型绝缘散热电子组件结构示意图；如图1所示，该绝缘散热电子组件包括发热电子器件1、散热基板3及二者中间布置的绝缘导热材料2；该绝缘导热材料2包括绝缘膜及牢固附着在绝缘膜正反两面的第一金属可焊接层和第二金属可焊接层；中间绝缘膜厚小于100微米，例如厚度为80微米；第一金属可焊接层和第二金属可焊接层分别通过焊接连接于发热电子器件1和散热基板3。该发热电子器件1为光伏电池、发光二极管或三极管、集成电路器等器件；当发热电子器件1为光伏电池，该光伏电池可以为砷化镓电池、单晶硅聚光电池、CIGS聚光薄膜电池等多种光电转换电池；且光伏电池1还可以为光伏电池阵列串，用以接收会聚的太阳光，太阳光一部分被转变成电能，另一部 分被转化成热能；当发热电子器件1为集成电路或发光二极管或发光三极管，通电后开始做功，其中部分的电能转化成热量，通过绝缘导热材料2传导至与之相接触的第一金属可焊接层，穿过绝缘膜层，再经过第二金属可焊接层，将热量传导至散热基板3；发热电子器件1与绝缘导热材料2及绝缘导热材料2与散热基板3之间通过焊接实现全接触固定，有利于热量的快速传递。进一步，散热基板3可以再固定在另一个散热体上，以进一步加强总体散热能力。 

图2是本实用新型绝缘导热材料结构示意图；如图2所示绝缘导热材料2包括中间绝缘膜5，厚度小于30微米，例如厚度为12.5微米，在保证绝缘性能的前提下可尽量减少热阻，适用在更高散热功率密度的应用中；牢固附着在绝缘膜正反两面的第一金属可焊接层4和第二金属可焊接层6；第一金属可焊接层4连接于发热电子器件；而第二金属可焊接层6连接于散热基板。金属可焊接层采用真空镀膜技术直接附着在绝缘膜5表面或采用真空镀膜技术先直接沉积一层金属薄层(比如0.2-5微米)进行导电化处理，再采用传统湿法电镀工艺镀上相同或不同种金属层，也可以直接全部通过真空镀膜技术获得第一金属可焊接层4和第二金属可焊接层6，以取消通常制造方法中采用的粘接层，以减少绝缘部分的总厚度(通常情况下，常见的类似材料结构依次为铜箔18微米，胶粘层20微米，PI薄膜25微米，胶粘层20微米及铜箔18微米)，降低热阻，并获得更优良结合力。金属可焊接层膜层组成成分为Cr、Cu和Sn的组合，其中Cr层作为过渡结合层，直接与绝缘膜结合，在Cr层上逐渐复合沉积Cu层，在Cu层上再沉积Sn层，作为焊接界面，增强可焊性。金属膜层成分可以为Cr、Cu、Sn材料中的一种或两种。绝缘膜为高分子薄膜，例如PET、PC、PMMA、PP、PI及聚四氟乙烯等薄膜；绝缘膜5具有良好的耐热性能，以便适应后续的焊接工序，如PP、PI及聚四氟乙烯等薄膜。优选地，绝缘膜5可以为云母薄片，具有优良的导热能力和绝缘特性，并且耐高温。绝缘膜以薄的PI膜为例，厚度为12.5um，导热率大约0.6-1W/mk，但因为足够薄，其热阻很小，是优良的导热体；第一金属可焊接层4和第二金属可焊接层6整体致密，且可以与之相接触的发热电子器件和散热基板焊接连接，整体强度高，且绝缘效果，使用寿命长，取代了传统的使用EVA和TPT封装技术，避免了通过机械外力弹性压合等一系列导致绝缘导热性能不稳定及压力损坏薄片电池或绝缘薄膜等情况。 

图3是本实用新型阵列组串方式连接发热电子器件的绝缘散热电子组件结构示意图；如图3所示，多个阵列的发热电子器件例如1-1和1-3，通过绝缘导 热材料2焊接于散热基板3上，多个发热电子器件例如包括发热电子器件1-1或发热电子器件1-3形成的光伏电池阵列的背部的一极(例如正极)可以连接至绝缘导热材料的金属焊接面；增强导热性能，并提供固定力。 

图4是本实用新型阵列组串方式的发热电子器件的并联连接方式，如图4所示，绝缘导热材料2，包括连续的第一金属可焊接层4、绝缘膜5和第二金属可焊接层6，散热基板3与第二金属可焊接层6相互焊接连接，所述发热电子器件为通过绝缘膜5上面的第一金属可焊接层4进行阵列组串连接的发热电子器件组合，发热电子器件例如1-1或1-3的背部都直接焊接于第一金属可焊接层4上；在发热电子器件上通过电学连接器7，例如导线，将相邻的发热电子器件相互电学连接，可完成各发热电子器件的并联连接。 

图5是本实用新型阵列组串方式的发热电子器件的串联连接方式，如图5所示，绝缘导热材料2，包括断续的第一金属可焊接层4、连续的绝缘膜5和第二金属可焊接层6，散热基板3与第二金属可焊接层6相互焊接连接，所述发热电子器件为通过绝缘膜5上面的第一金属可焊接层4进行阵列组串连接的发热电子器件组合，发热电子器件例如1-1或1-2的背部都直接焊接于各自对应的第一金属可焊接层，例如4-1，或4-2上；发热电子器件通过电学连接器7，例如导线，连接于与之相邻发电热电子器件对应的金属可焊接层上，例如电学连接器7将发热电子器件1-1与第一金属可焊接层4-2相连，将相邻的发热电子器件例如1-1与1-2相互电学连接，可完成各发热电子器件的并联连接。 

本实用新型专利成本低廉，加工简单，固定效果优良，适宜大规模使用。 

显而易见，在不偏离本实用新型的真实精神和范围的前提下，在此描述的本实用新型可以有许多变化。因此，所有对于本领域技术人员来说显而易见的改变，都应包括在本权利要求书所涵盖的范围之内。本实用新型所要求保护的范围仅由所述的权利要求书进行限定。 

Claims (11)

1.一种绝缘散热电子组件，包括发热电子器件(1)、散热基板(3)及二者中间布置的绝缘导热材料(2)；所述绝缘导热材料(2)包括绝缘膜(5)及牢固附着在绝缘膜(5)正反两面的第一金属可焊接层(4)和第二金属可焊接层(6)；第一金属可焊接层(4)和第二金属可焊接层(6)分别通过焊接连接于发热电子器件(1)和散热基板(3)。

2.根据权利要求1所述的一种绝缘散热电子组件，其特征在于，绝缘膜(5)的厚度不超过100微米。

3.根据权利要求1所述的一种绝缘散热电子组件，其特征在于，绝缘膜(5)的厚度不超过30微米。

4.根据权利要求1所述的一种绝缘散热电子组件，其特征在于，所述第一金属可焊接层(4)和第二金属可焊接层(6)全部或部分采用真空镀膜工艺附着在绝缘膜(5)表面。

5.根据权利要求1所述的一种绝缘散热电子组件，其特征在于，所述绝缘膜(5)为绝缘高分子薄膜。

6.根据权利要求1所述的一种绝缘散热电子组件，其特征在于，所述绝缘膜(5)为PET、PC、PMMA、PP、PI及聚四氟乙烯薄膜。

7.根据权利要求1所述的一种绝缘散热电子组件，其特征在于，所述绝缘膜(5)为云母薄片。

8.根据权利要求1所述的一种绝缘散热电子组件，其特征在于，所述发热电子器件(1)为光伏电池、发光二极管或三极管或集成电路器。

9.根据权利要求8所述的一种绝缘散热电子组件，其特征在于，所述光伏电池为砷化镓电池、单晶硅聚光电池或CIGS聚光薄膜电池。

10.根据权利要求1所述的一种绝缘散热电子组件，其特征在于，所述发热电子器件(1)为通过绝缘膜(5)上面的第一金属可焊接层(4)进行阵列组串连接的发热电子器件组合。

11.根据权利要求1所述的一种绝缘散热电子组件，其特征在于，所述散热基板(3)连接固定在散热装置上。 

Images