CN208923103U - 半导体开关管散热结构及直流变换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种半导体开关管散热结构及直流变换器，所述半导体开关管焊接到印制电路板的上表面，所述印制电路板安装于壳体内，所述散热结构包括陶瓷基片、导热凝胶层以及位于所述壳体的凸台，其中：所述陶瓷基片固定在所述凸台的顶面上，所述导热凝胶层设于所述陶瓷基片的表面；所述印制电路板通过螺钉固定到所述壳体或凸台，且所述印制电路板的所述半导体开关管所在位置处的下表面贴于所述导热凝胶层表面。本实用新型通过陶瓷基片实现印制电路板与机壳之间的绝缘和导热，不仅提高了导热效率，而且由于陶瓷基片不易损坏，提高了半导体开关管绝缘的可靠性。

Description

半导体开关管散热结构及直流变换器

技术领域

本实用新型涉及电力电子设备领域，更具体地说，涉及一种半导体开关管散热结构及直流变换器。

背景技术

在汽车电子领域中，直流变换器(即DC/DC变换器)用于将动力电池中的高压直流电变换成低压直流电，以实现对辅助蓄电池的充电。半导体开关管，例如MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)，作为直流变换器中的开关器件，不断地快速开启和关断，在其工作过程中会产生大量的热。半导体开关管的高效的散热结构是保证直流变换器正常工作的关键结构之一。并且，在直流变换器中，由于半导体开关管原边的电压较高，还需要考虑其绝缘要求。

当前常见的半导体开关管的散热结构如图1所示，半导体开关管11焊接在印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)12上，在印制电路板12与壳体的凸台15之间有一层导热凝胶13和一层绝缘散热垫14，并且上述印制电路板12、导热凝胶13、绝缘散热垫14通过螺钉紧固在凸台15上，实现印制电路板12、导热凝胶13、绝缘散热垫14和凸台15之间的紧密贴合。导热凝胶13可以降低导热过程中的界面热阻，绝缘散热垫14除了实现半导体开关管11与壳体的绝缘要求，还与导热凝胶13一起将半导体开关管11产生的热量传导至壳体凸台15上，热量最终由壳体上的散热器或者水道传递至直流变换器外部。

然而，在上述半导体开关管的散热结构中，半导体开关管11产生的热量主要通过导热凝胶13和绝缘散热垫14传导至壳体上，但是导热凝胶13和绝缘散热垫14的导热系数较低，一般只有1～3W/m·K，导热能力较差。并且上述散热结构组装较为繁琐，需要先将绝缘散热垫14贴至凸台15，再在绝缘散热垫14上涂导热凝胶13，不利于自动化生产。此外，绝缘散热垫14与凸台15接触容易造成破损，一旦损坏，半导体开关管11的绝缘要求将无法保证。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对上述半导体开关管散热能力较差、不利于自动化生产的问题，提供一种新的半导体开关管散热结构及直流变换器。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案是，提供一种半导体开关管散热结构，所述半导体开关管焊接到印制电路板的上表面，所述印制电路板安装于壳体内，所述散热结构包括陶瓷基片、导热凝胶层以及位于所述壳体的凸台，其中：所述陶瓷基片固定在所述凸台的顶面上，所述导热凝胶层设于所述陶瓷基片的表面；所述印制电路板通过螺钉固定到所述壳体或凸台，且所述印制电路板的所述半导体开关管所在位置处的下表面贴于所述导热凝胶层表面。

在本实用新型所述的半导体开关管散热结构中，所述陶瓷基片以与所述凸台一体压铸成型的方式固定在所述凸台的顶面。

在本实用新型所述的半导体开关管散热结构中，所述凸台的顶面具有定位件，且所述定位件突出于所述凸台的顶面；所述陶瓷基片上具有与所述定位件对应的定位缺口或定位孔，且在所述陶瓷基片固定到所述凸台的顶面时，所述定位件嵌入所述定位缺口或定位孔。

在本实用新型所述的半导体开关管散热结构中，所述定位件突出于所述凸台顶面的高度小于所述陶瓷基片的厚度。

在本实用新型所述的半导体开关管散热结构中，所述定位件位于所述半导体开关管的正投影区域之外。

在本实用新型所述的半导体开关管散热结构中，所述壳体上具有多个凸台，且每一所述凸台的顶面具有陶瓷基片；所述印制电路板的上表面焊接有多个半导体开关管，且每一所述陶瓷基片上方的正投影区域具有至少一个所述半导体开关管。

在本实用新型所述的半导体开关管散热结构中，所述凸台之间具有螺母柱，且所述印制电路板上具有与所述螺母柱对应的安装孔；用于固定所述印制电路板的螺钉穿过所述安装孔并与所述螺母柱螺纹连接。

在本实用新型所述的半导体开关管散热结构中，所述半导体开关管为金属-氧化物半导体场效应晶体管。

本实用新型还提供一种直流变换器，包括壳体、印制电路板以及半导体开关管；其特征在于，所述直流变换器还包括如上所述的半导体开关管散热结构。

本实用新型的半导体开关管散热结构及直流变换器具有以下有益效果：通过陶瓷基片实现印制电路板与机壳之间的绝缘和导热，不仅提高了导热效率，而且由于陶瓷基片不易损坏，提高了半导体开关管绝缘的可靠性。

本实用新型还提供将陶瓷基片以与所述凸台一体压铸成型的方式固定在所述凸台的顶面，提高了半导体开关管散热结构的组装效率，并已于实现自动化生产，降低成本。

附图说明

图1是现有半导体开关管散热结构示意图；

图2是本实用新型半导体开关管散热结构实施例的示意图；

图3是本实用新型半导体开关管散热结构实施例的局部剖面示意图；

图4是图3中A部的放大示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图2-3所示，是本实用新型半导体开关管散热结构实施例的示意图，该半导体开关管散热结构可应用于直流变换器，并实现直流变换器内半导体开关管的高效散热。在本实施例中，半导体开关管21焊接到印制电路板22的上表面，印制电路板22安装于壳体内，且本实施例的半导体开关管散热结构包括导热凝胶层23、陶瓷基片24以及位于壳体的凸台25。上述陶瓷基片24固定在凸台25的顶面上，导热凝胶层23则设于陶瓷基片24的表面；印制电路板22通过螺钉固定到壳体或凸台25，且半导体开关管21所在位置处的印制电路板22的下表面贴于导热凝胶层23的表面，即半导体开关管21位于导热凝胶层23、陶瓷基片24上方的正投影区域内。

上述半导体开关管21具体可以是金属-氧化物半导体场效应晶体管。上述导热凝胶层23具有弹性，且在印制电路板22固定到壳体或凸台25时压紧，以保证能分别与印制电路板22和陶瓷基片24充分接触，实现高效导热。上述凸台25可与机壳一体，并与机壳上的散热器或散热水道进行热交换，从而将半导体开关管21经印制电路板22、导热凝胶层23、陶瓷基片24传导的热量快速散去，实现快速散热。

与绝缘散热垫相比，陶瓷基片24具有更高的导热系数，散热效果更优，上述半导体开关管散热结构通过陶瓷基片24实现印制电路板22与机壳之间的绝缘和导热，不仅提高了导热效率，而且由于陶瓷基片24不易损坏，可大大提高半导体开关管21绝缘的可靠性。

优选地，上述陶瓷基片24以与凸台25一体压铸成型的方式固定在凸台25的顶面。压铸成型时，陶瓷基片24可以完全嵌入凸台25，保证陶瓷基片24与凸台25的连接强度。在组装时，只需在陶瓷基片24表面涂覆导热凝胶层23，然后装上焊好半导体开关管21的印制电路板22，最后通过螺钉将印制电路板22固定到凸台25或机壳。通过该结构，无需放置绝缘散热垫，可以节省一道工序，简化了半导体散热结构的组装过程，而且有利于自动化组装的实现，提高生产效率。

为便于陶瓷基片24的固定并提高陶瓷基片24固定的稳定性，上述凸台25的顶面具有定位件251，且该定位件251突出于凸台25的顶面。相应地，陶瓷基片24上具有与该定位件251对应的定位缺口或定位孔，且在陶瓷基片24固定到凸台25的顶面时，定位件251嵌入陶瓷基片24上的定位缺口或定位孔。

如图4所示，为防止定位件251干涉到导热凝胶层23的涂覆，上述定位件251突出于凸台25顶面的高度H小于陶瓷基片24的厚度D。相应地，为避免定位件251影响导热效率，上述定位件251位于凸台25的四周边缘，即位于半导体开关管21的正投影区域之外，相应地，定位缺口也位于陶瓷基片24的四周。

在具体应用中，壳体上可具有多个凸台25，且每一凸台25的顶面具有陶瓷基片24；印制电路板22的上表面焊接有多个半导体开关管21，且每一陶瓷基片24上方的正投影区域具有至少一个半导体开关管21。通过上述结构，可实现多个半导体开关管21的散热。

并且，为保证印制电路板22、导热凝胶层23、陶瓷基片24充分贴合，相邻的凸台25之间具有螺母柱26，且印制电路板22上具有与螺母柱26对应的安装孔。用于固定印制电路板22的螺钉穿过安装孔并与螺母柱26螺纹连接，这样，可避免因印制电路板22变形而导致无法压紧下方的导热凝胶层23、陶瓷基片24，减小接触热阻。

本实用新型还提供一种直流变换器，该直流变换器可应用于电动汽车等设备，该直流变换器包括壳体、印制电路板、半导体开关管以及如上所述的半导体开关管散热结构。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，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，可轻易想到的变化或替换，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该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种半导体开关管散热结构，所述半导体开关管焊接到印制电路板的上表面，所述印制电路板安装于壳体内，其特征在于，所述散热结构包括陶瓷基片、导热凝胶层以及位于所述壳体的凸台，其中：所述陶瓷基片固定在所述凸台的顶面上，所述导热凝胶层设于所述陶瓷基片的表面；所述印制电路板通过螺钉固定到所述壳体或凸台，且所述印制电路板的所述半导体开关管所在位置处的下表面贴于所述导热凝胶层表面。

2.根据权利要求1所述的半导体开关管散热结构，其特征在于，所述陶瓷基片以与所述凸台一体压铸成型的方式固定在所述凸台的顶面。

3.根据权利要求2所述的半导体开关管散热结构，其特征在于，所述凸台的顶面具有定位件，且所述定位件突出于所述凸台的顶面；所述陶瓷基片上具有与所述定位件对应的定位缺口或定位孔，且在所述陶瓷基片固定到所述凸台的顶面时，所述定位件嵌入所述定位缺口或定位孔。

4.根据权利要求3所述的半导体开关管散热结构，其特征在于，所述定位件突出于所述凸台顶面的高度小于所述陶瓷基片的厚度。

5.根据权利要求3所述的半导体开关管散热结构，其特征在于，所述定位件位于所述半导体开关管的正投影区域之外。

6.根据权利要求1所述的半导体开关管散热结构，其特征在于，所述壳体上具有多个凸台，且每一所述凸台的顶面具有陶瓷基片；所述印制电路板的上表面焊接有多个半导体开关管，且每一所述陶瓷基片上方的正投影区域具有至少一个所述半导体开关管。

7.根据权利要求6所述的半导体开关管散热结构，其特征在于，所述凸台之间具有螺母柱，且所述印制电路板上具有与所述螺母柱对应的安装孔；用于固定所述印制电路板的螺钉穿过所述安装孔并与所述螺母柱螺纹连接。

8.根据权利要求1所述的半导体开关管散热结构，其特征在于，所述半导体开关管为金属-氧化物半导体场效应晶体管。

9.一种直流变换器，包括壳体、印制电路板以及半导体开关管；其特征在于，所述直流变换器还包括如权利要求1-8中任一项所述的半导体开关管散热结构。