CN208159088U - 一种散热封装装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种散热封装装置，包括电子元件、液态金属片、密封圈和散热装置；其中，在所述散热装置的基板上设有凹槽，所述液态金属片放置在所述凹槽内，在所述金属片上放置所述密封圈，将电子元件固定安装在散热装置的凹槽内；所述电子元件、密封圈和散热装置形成密闭空间，所述液态金属片密封在所述密闭空间内。本实用新型提供的一种散热封装装置，采用液态金属作为界面材料，利用其高热导率、良好的流动性及寿命长的特点，能够很好的降低发热元件与散热器间的接触热阻，极大地提高了散热装置的散热效率，使电子元件的温度处于安全规范以内，保证了设备的正常运行。

Description

一种散热封装装置

技术领域

本实用新型涉及电子散热技术领域，尤其涉及一种散热封装装置。

背景技术

随着电子技术的发展，电子产品中的电子元件功能越来越强，但是其发热量也越来越大，发热量大会导致是电子元件温度升高，当电子元件的温度超过其耐温上限时会造成元件损坏。因此，需要对元件进行散热。电子元件往往是安装在散热装置表面进行散热。元件的热量将会通过散热装置由空气或冷却液带走。但是电子元件与散热器或水冷板接触面间会存在间隙，间隙内充满空气。由于空气的热导率非常低，约0.03w·m^-1·K^-1，导致器件与散热器接触面之间的热阻很大。接触面间的热阻被称为接触热阻，接触热阻很大会导致元件的热量不能高效的传导到散热器或水冷板上，从而阻碍元件散热。降低接触热阻的常用手段主要在接触面间添加具有流动性的固态导热膏，例如硅脂，或者是具有柔性的高导热弹性垫片例如硅胶垫片后在通过压紧装置将电子元件压紧在散热器表面，利用膏体的流动性或垫片的弹性形变去填充接触面的空气间隙，降低接触热阻。但是无论是硅脂还是垫片都存在以下缺点：

1)由于自身材料特性导致它们不能充分的将接触面填满，导致元件和散热器间仍然存在空气间隙，接触热阻大；

2)固态导热膏或弹性垫片的热导率较低；

3)利用固态导热膏作为界面材料时，封装方式复杂，导热膏厚度控制困难，且随着时间推移，导热膏容易脱水失去流动性，不能填充间隙，反而增加接触热阻；

4)利用硅胶垫片作为界面材料时，硅胶垫片由于被反复的加热冷却，更容易老化。这些缺点会导致电子元件和散热装置间的接触热阻仍然较大，不利于元件散热。

即常规的导热膏作为界面材料存在热阻大、流动性不好导致接触热阻增大以及长时间的加热冷却后易老化导致界面热阻增加等缺陷，使用导热膏不利于电子元件的散热。

实用新型内容

本实用新型提供了一种散热封装装置，利用液态金属的高热导率、良好的流动性以及寿命长安全无害的特点，有效提高电子元件的散热。

本实用新型提供一种散热封装装置，包括电子元件、液态金属片、密封圈和散热装置；其中，在所述散热装置的基板上设有凹槽，所述液态金属片放置在所述凹槽内，在所述金属片上放置所述密封圈，将电子元件固定安装在散热装置的凹槽内；所述电子元件、密封圈和散热装置形成密闭空间，所述液态金属片密封在所述密闭空间内。

在本实用新型提供的散热封装装置中，所述凹槽的形状与电子元件的外轮廓形状相同，所述电子元件的尺寸小于凹槽的尺寸，两者之间形成间隙。

在本实用新型提供的散热封装装置中，所述密封圈为耐高温弹性橡胶圈。

在本实用新型提供的散热封装装置中，所述密封圈的厚度大于所述间隙的尺寸，所述密封圈在所述电子元件和凹槽之间形成过盈填充，形成密闭空间。

在本实用新型提供的散热封装装置中，所述散热装置为风冷散热器。

在本实用新型提供的散热封装装置中，所述散热装置为水冷板。

在本实用新型提供的散热封装装置中，所述液态金属片为60℃及以上为液态，60℃以下为固态的高导热液态金属材料。

在本实用新型提供的散热封装装置中，所述散热装置由铝合金或高导热塑料制成。

在本实用新型提供的散热封装装置中，所述电子元件为IGBT、电阻及整流桥中的一种或多种。

在本实用新型提供的散热封装装置中，所述电子元件通过螺丝固定在所述散热装置上。

本实用新型提供的一种散热封装装置，采用液态金属作为界面材料，利用其高热导率、良好的流动性及寿命长的特点，能够很好的降低发热元件与散热器间的接触热阻，极大地提高了散热装置的散热效率，使电子元件的温度处于安全规范以内，保证了设备的正常运行。发热电子元件与散热装置间的良好接触使散热装置的整体散热效率更高，在已有的温升标准下可以将散热器尺寸做小，节省了散热成本。本实用新型的封装方式简单，操作快捷，无需额外的封装工具，使得设备更容易维护。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种散热封装装置的结构示意图；

图2为图1所示散热封装装置的封装示意图；

图3为图1所示散热封装装置的剖面图；

图4为本实用新型实施例提供的一种散热封装装置的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的一种散热封装装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「侧面」等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本实用新型，而非用以限制本实用新型。

在图1至图5中，结构相似或相同的结构是以相同标号表示。

请参阅图1至图3，图1为本实施例中散热封装装置的结构示意图，图2为图1所示散热封装装置的封装示意图，图3为图1所示散热封装装置的剖面图。该散热封装装置包括电子元件1、液态金属片2、密封圈3、散热装置5。其中，在散热装置5的基板上设有凹槽4，用以放置电子元件。液态金属片2放置在凹槽4内，其上放置密封圈3，将电子元件1固定安装在散热装置5的凹槽4内。电子元件1、密封圈3和散热装置5形成密闭空间，液态金属片2密封在所述密闭空间内。

在一实施例中，凹槽4的形状与电子元件1的外轮廓形状相同，可以为矩形，也可以为圆形或椭圆形，在此不做具体限制。

凹槽4的尺寸比电子元件1的外轮廓尺寸稍大，在一些实施例中，凹槽4的尺寸比电子元件1的外轮廓尺寸大1mm左右，在电子元件1和凹槽4之间存在一定大小的间隙，便于放置密封圈，形成密闭空间。

电子元件1可通过螺丝固定安装在散热装置5的基板上，也可以通过卡扣等压紧装置或其他方式固定在散热装置5上，在此不做具体限制。

在一实施例中，密封圈5为耐高温且具有弹性的橡胶圈，橡胶圈的厚度比上述电子元件1和凹槽4之间的间隙大，通过橡胶圈的弹性作用，在电子元件1和凹槽之间形成过盈填充，形成密闭空间，将液态金属片2密封在电子元件1和散热装置5的凹槽4内。

在一实施例中，液态金属片为60℃及以上为液态，60℃以下为固态的高导热液态金属材料，电子元件1的温度达到60℃上时，液态金属片发生相变，由固态变为液态，由于发生相变时吸收大量相变潜热而基本不发生温度变化(实际使用中可能会存在轻微的温度上升)，因此可以避免电子元件1剧烈的温升。尤其适用于对短时高发热量的电子元件1或者周期性高发热的电子元件1进行散热，可大幅降低散热成本。

本实用新型采用的液态金属片当其温度在60℃及以上时会由固态转化为液态。室温下液态金属为固态，方便将电子元件1、液态金属片2、散热装置5组装在一起；当达到液态金属片2的相变温度点时会由固态转化为液态，利用液体优异的流动性充分填充满电子元件与散热装置间的接触缝隙；作为界面材料，液态金属的热导率远高于硅脂和硅胶垫片，能有有效提高散热装置整体的散热效率，在已有的温升标准下可以将散热器尺寸做小，节省了散热成本；循环性能好，使用寿命长。

本实施例采用液态金属片作为传热材料，利用液态金属的高热导率、良好的流动性以及寿命长安全无害的特点，降低电子元件1和散热装置5之间的界面热阻，增大电子元件1对散热装置5的传热能力，避免因电子元件1的温度不能及时传导到散热装置5而导致电子元件1急速升温，损坏电子元件1。

本实用新型实施例提出的散热封装装置，通过在散热装置5的表面设置凹槽4，利用弹性密封圈3的过盈作用将液态金属片2封装在电子元件1、散热装置5上的凹槽4及密封圈3围成的密闭空间内，防止因高温时液态金属片2变为液态泄露出去，避免因液态金属泄露导致电子元件1短路、腐蚀、超温的发生，确保电子设备的安全可靠。同时，该本实用新型实施例的封装方式操作简单，方便维护。

在一实施例中，散热装置5为风冷散热器，在散热器的基板上背对散热翅片的一面设置凹槽4，当然，也可以在散热器的侧面背对散热翅片的一面设置凹槽4，参见图4，对于凹槽4及电子元件1的安装位置在此不作具体限制。

请参阅图5，图5为本实用新型实施例提供的一种散热封装装置的结构示意图，在其他实施例中，散热装置5为液冷散热器，即水冷板。在水冷板的主散热面上设置凹槽4，用来安装电子元件1。

在一实施例中，电子元件1为IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，即绝缘栅双极型晶体管)、电阻、整流桥等元件中的一种或多种，由于液态金属作为界面材料适用于多种电子元件，在此不做具体限制。

在一实施例中，散热装置5可通过型材、压铸、插片、CNC等方式加工。为了将电子元件1产生的热量散发出去，该散热装置由导热材质组成。具体地，在一实施例中，该散热装置可以为金属散热材质，譬如，为铝合金、铜等散热材质，也可以为其他导热材料，如高导热塑料。

在某些应用场景中，本实用新型实施例提出的散热封装装置适用于电子元件发热量较大的风冷设备当中，例如给变频器的IGBT模块散热。通常变频器里的IGBT开关频率较高，发热量较大，需要通过风扇吹散热器来降低安装在散热器上的IGBT元件的温度。故可用本实用新型来降低IGBT与散热器间的接触热阻，提升散热效果。且采用本封装方式还能够实现快速检修设备或元件更换。

在另一些应用场景中，本实用新型实施例提出的散热封装装置适用于新能源汽车辅控系统中IGBT元件的散热。新能源汽车辅控系统中IGBT随着汽车的启停等操作切换频率很快，发热量非常大。此类元件往往采用水冷散热。同样的，在水冷板上开出凹槽，以液态金属作为界面材料，用密封圈进行密封。即本实用新型的封装方式同样适用于水冷板。IGBT元件安装在水冷板上的凹槽内，通过螺丝固定在水冷板上。IGBT元件的底部与水冷板间采用液态金属作为界面材料。并通过密封圈嵌入到IGBT元件侧面与水冷板凹槽侧面间的间隙当中。利用过盈配合将密封圈压缩从而达到密封的目的。

本实用新型提供的一种散热封装装置，采用液态金属作为界面材料，利用其高热导率、良好的流动性及寿命长的特点，能够很好的降低发热元件与散热器间的接触热阻，极大地提高了散热装置的散热效率，使电子元件的温度处于安全规范以内，保证了设备的正常运行。发热电子元件与散热装置间的良好接触使散热装置的整体散热效率更高，在已有的温升标准下可以将散热器尺寸做小，节省了散热成本。本实用新型的封装方式简单，操作快捷，无需额外的封装工具，使得设备更容易维护。

本实用新型的通过弹性密封圈的过盈配合将液态金属片密封在封闭空间内，防止因电子元件散热温度较高时，液态金属发生相变变成液态泄露出去，避免电子短路、腐蚀及超温的发生，提高液态金属使用的安全性及电子设备的可靠性。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，尚且本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种散热封装装置，其特征在于，包括电子元件、液态金属片、密封圈和散热装置；其中，在所述散热装置的基板上设有凹槽，所述液态金属片放置在所述凹槽内，在所述金属片上放置所述密封圈，将电子元件固定安装在散热装置的凹槽内；所述电子元件、密封圈和散热装置形成密闭空间，所述液态金属片密封在所述密闭空间内。

2.根据权利要求1所述的散热封装装置，其特征在于，所述凹槽的形状与电子元件的外轮廓形状相同，所述电子元件的尺寸小于凹槽的尺寸，两者之间形成间隙。

3.根据权利要求2所述的散热封装装置，其特征在于，所述密封圈为耐高温弹性橡胶圈。

4.根据权利要求3所述的散热封装装置，其特征在于，所述密封圈的厚度大于所述间隙的尺寸，所述密封圈在所述电子元件和凹槽之间形成过盈填充，形成密闭空间。

5.根据权利要求1所述的散热封装装置，其特征在于，所述散热装置为风冷散热器。

6.根据权利要求1所述的散热封装装置，其特征在于，所述散热装置为水冷板。

7.根据权利要求1所述的散热封装装置，其特征在于，所述液态金属片为60℃及以上为液态，60℃以下为固态的高导热液态金属材料。

8.根据权利要求1所述的散热封装装置，其特征在于，所述散热装置由铝合金或高导热塑料制成。

9.根据权利要求1所述的散热封装装置，其特征在于，所述电子元件为IGBT、电阻及整流桥中的一种或多种。

10.根据权利要求1所述的散热封装装置，其特征在于，所述电子元件通过螺丝固定在所述散热装置上。