CN205648176U - 线路板发热元件的导热结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种线路板发热元件的导热结构，它包括位于线路板上所装配的发热元件附近的导热柱，导热柱介于线路板与导热绝缘基板之间，导热柱的一端通过设于线路板上的覆铜线路与发热元件的导热体相连，导热柱的另一端通过设于导热绝缘基板上的覆铜线路与导热绝缘基板相连。本实用新型形成了全金属的导热系统，可高效率地将热量导出，导热性能好，对外绝缘性好。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种线路板发热元件的导热结构，属于线路板散热技术领域。
背景技术
大功率需求已成为电源行业的主要趋势，但受器件、材料的限制，内阻引起的严重发热如今已成为电源设计者需要攻克的重要问题。
电源内部的热源主要为功率回路中的芯片、电磁元件等。如图1，图中示出了针对芯片设计的传统导热结构。芯片一般包括装配在金属片33上的芯片电路31，带有引脚的塑封壳32封装芯片电路31，金属片33的一部分外露。如图1，对于焊接在线路板50上的芯片，传统做法为令金属片33通过导热垫12与外壳11连接，并利用灌封硅胶13的方式来增强导热效果。但这种做法存在以下缺点：
第一，导热垫12的导热率不高(一般为0.9W/m-K)，且为满足耐压要求，其无法减小厚度，这就会造成导热垫12位置的热阻较高。
第二，导热垫12在安装过程中容易破损而造成高压击穿。
第三，硅胶13的导热率同样较低(一般为0.58W/m-K)，其对热传导作用不显著，且增加了产品的重量。
第四，硅胶13的热膨胀可能会对芯片造成破坏，如果导热对象是电磁元件的话，会对电磁元件的磁芯有涨裂的破坏影响。
第五，无论是导热垫12还是灌封硅胶13，都无法避免手工组装的低效率弊端。
在电子产品中，热传导的作用占导热回路的60-80％，由上可见，导热垫12和硅胶13是导热回路的最大瓶颈，它们造成了导热效率的低下，是目前急需解决的问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种线路板发热元件的导热结构，其形成了全金属的导热系统，可高效率地将热量导出，导热性能好，对外绝缘性好。
为了实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：
一种线路板发热元件的导热结构，其特征在于：它包括位于线路板上所装配的发热元件附近的导热柱，导热柱介于线路板与导热绝缘基板之间，导热柱的一端通过设于线路板上的覆铜线路与发热元件的导热体相连，导热柱的另一端通过设于导热绝缘基板上的覆铜线路与导热绝缘基板相连。
所述发热元件可为芯片，芯片的金属片焊接在所述线路板的对应焊盘上，金属片所在焊盘通过设于所述线路板上的所述覆铜线路与所述导热柱相应一端连接。所述芯片为针脚式芯片或表贴式芯片。
所述发热元件可为电磁元件，电磁元件焊接在所述线路板上的正或负极性针脚通过设于所述线路板上的所述覆铜线路与所述导热柱相应一端连接。
在实际设计中，所述导热柱由紫铜制成。所述导热绝缘基板为铝基板。
所述导热柱的两端分别与设于所述线路板上的所述覆铜线路、设于所述导热绝缘基板上的所述覆铜线路通过焊锡焊接。
本实用新型的优点是：
1、本实用新型形成了全金属的导热系统，可高效率地将发热元件的内部热量导出，导热性能好，热阻远远小于传统的导热垫，有效提高了产品的功率密度。
2、本实用新型装配工序简单，可全部在SMT工艺中完成，无需手工参与，装配效率高，且可确保产品质量。
3、本实用新型完全免去了硅胶，解决了对发热元件，特别是电磁元件的损伤问题，同时节省了材料，产品重量也被大大减轻。
4、本实用新型借由导热绝缘基板的设计，可有效确保全金属的导热系统对外的绝缘性能。
5、本实用新型为电源产品的散热设计提供了一个新的思路，可适用于电源等各种大功率器件的导热。
附图说明
图1是针对芯片设计的传统导热结构示意图。
图2是本实用新型应用于芯片时的结构示意图。
图3是本实用新型的一应用实例示意图。
具体实施方式
参照图2和图3，本实用新型线路板发热元件的导热结构包括位于线路板50上所装配的发热元件30附近的导热柱40，导热柱40介于线路板50与导热绝缘基板20之间，发热元件30、导热柱40、导热绝缘基板20位于线路板50的同一侧，导热柱40的一端通过设于线路板50上的覆铜线路61与发热元件30的导热体相连，导热柱40的另一端通过设于导热绝缘基板20(可作为产品外壳)上的覆铜线路63与导热绝缘基板20相连。
在实际设计中，发热元件30可为芯片。图2、图3中分别示出了针脚式芯片、表贴式芯片的情形，当然芯片种类可各式各样，并不局限于此。如图，芯片包括装配在金属片33上的芯片电路31，带有引脚的塑封壳32封装芯片电路31于其内并使金属片33的一部分外露。芯片的金属片33(导热体)焊接在线路板50的对应焊盘(图中未标出)上，金属片33所在焊盘通过设于线路板50上的覆铜线路61与导热柱40相应一端连接。
在实际设计中，发热元件30还可为电磁元件，电磁元件焊接在线路板50上的正或负极性针脚(导热体)通过设于线路板50上的覆铜线路61与导热柱40相应一端连接。在本实用新型中，未给出针对电磁元件设计的导热结构图示，其可根据芯片的导热结构来理解。
当然，在实际应用时，发热元件30还可为其它热源，并不局限于芯片和电磁元件。
在实际制作中，导热柱40可由导热率远远高于所有类型导热垫12的紫铜(导热率为397W/m-K)制成，紫铜热阻低，同时具有良好的可焊性。
在实际制作中，导热绝缘基板20可为铝基板，即由铝材质制成，铝基板的绝缘指标可达到1分钟AC 2500V漏电流小于2mA，符合大多数产品的需求。
如图2，较佳地，导热柱40的两端分别与设于线路板50上的覆铜线路61、设于导热绝缘基板20上的覆铜线路63通过焊锡62焊接。
在实际应用时，线路板50可为电源线路板等各种需要导热处理的线路板。
使用时，如图2，本实用新型导热结构形成了全金属的导热回路：发热元件30→覆铜线路61→导热柱40→覆铜线路63→导热绝缘基板20(外壳)，导热回路中的焊接均采用锡焊，热阻远远小于导热垫12，可高效率地将发热元件30内部的热量导出，导热性能好，且借由导热绝缘基板20的设计，有效确保了导热回路的绝缘性能。
如图3所示，图中示出了本实用新型应用于多层板电源的情形。多层板电源中的器件全部为表贴封装，功率器件也是如此，这样的结构便使得热量全部集中在线路板50上。如图3，在无强制风冷条件下，在多层板电源上应用本实用新型导热结构，以便将热量有效散掉。
如图3，散热器70作为散热面，在散热器70上安装导热绝缘基板20，确定线路板50上的热点后，针对每个热点，在热点附近设置导热柱40，令导热柱40作为线路板50与导热绝缘基板20之间的热桥，从而建立导热通道：发热元件30(图3中示出的是表贴式芯片的情形)→覆铜线路61→导热柱40→覆铜线路63→导热绝缘基板20→散热器70。导热柱40、散热器70分别位于导热绝缘基板20的相异两侧，散热器70与导热绝缘基板20和线路板50一起经由紧固件80(如螺栓)相固定。
如图3，经由本实用新型实现的导热通道全部为金属材料构成，各导热部件之间的温度差极小，热传导效率很高。
在实际使用中对采用导热垫12实现的传统导热结构与本实用新型导热结构进行实验比较后，可以得出如下结论：
同在55℃的环境下，传统导热结构带载功率为100W，而本实用新型导热结构带载功率为175W。
同在70℃的环境下，传统导热结构带载功率为135W，需增加强制风冷，而本实用新型导热结构带载功率为150W，无需增加强制风冷。
由此可见，本实用新型导热结构的导热效果显著。
本实用新型的优点是：
1、本实用新型形成了全金属的导热系统，可高效率地将发热元件的内部热量导出，导热性能好，热阻远远小于传统的导热垫，有效提高了产品的功率密度。
2、本实用新型装配工序简单，可全部在SMT工艺中完成，无需手工参与，装配效率高，且可确保产品质量。
3、本实用新型完全免去了硅胶，解决了对发热元件，特别是电磁元件的损伤问题，同时节省了材料，产品重量也被大大减轻。
4、本实用新型借由导热绝缘基板的设计，可有效确保全金属的导热系统对外的绝缘性能。
5、本实用新型为电源产品的散热设计提供了一个新的思路，可适用于电源等各种大功率器件的导热。
以上所述是本实用新型的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本实用新型的精神和范围的情况下，任何基于本实用新型技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本实用新型保护范围之内。
Claims (9)
1.一种线路板发热元件的导热结构，其特征在于：它包括位于线路板上所装配的发热元件附近的导热柱，导热柱介于线路板与导热绝缘基板之间，导热柱的一端通过设于线路板上的覆铜线路与发热元件的导热体相连，导热柱的另一端通过设于导热绝缘基板上的覆铜线路与导热绝缘基板相连。
2.如权利要求1所述的线路板发热元件的导热结构，其特征在于：
所述发热元件为芯片，芯片的金属片焊接在所述线路板的对应焊盘上，金属片所在焊盘通过设于所述线路板上的所述覆铜线路与所述导热柱相应一端连接。
3.如权利要求2所述的线路板发热元件的导热结构，其特征在于：
所述芯片为针脚式芯片或表贴式芯片。
4.如权利要求1所述的线路板发热元件的导热结构，其特征在于：
所述发热元件为电磁元件，电磁元件焊接在所述线路板上的正或负极性针脚通过设于所述线路板上的所述覆铜线路与所述导热柱相应一端连接。
5.如权利要求1至4中任一项所述的线路板发热元件的导热结构，其特征在于：
所述导热柱由紫铜制成。
6.如权利要求1至4中任一项所述的线路板发热元件的导热结构，其特征在于：
所述导热绝缘基板为铝基板。
7.如权利要求1至4中任一项所述的线路板发热元件的导热结构，其特征在于：
所述导热柱的两端分别与设于所述线路板上的所述覆铜线路、设于所述导热绝缘基板上的所述覆铜线路通过焊锡焊接。
8.如权利要求1至4中任一项所述的线路板发热元件的导热结构，其特征在于：
所述导热绝缘基板上相异于所述导热柱的一侧面安装有散热器，散热器与所述导热绝缘基板和所述线路板一起经由紧固件相固定。
9.如权利要求1所述的线路板发热元件的导热结构，其特征在于：
所述线路板为电源线路板。
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|---|---|---|---|---|
| CN108337801A (zh) * | 2018-04-16 | 2018-07-27 | 昆山市华涛电子有限公司 | 具有高导热双面铝基板的电路板 |
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