CN216250711U - 一种用于贴片式功率电子器件的局部冷却结构 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于贴片式功率电子器件的局部冷却结构。该用于贴片式功率电子器件的局部冷却结构包括功率电子器件、液冷板和PCB板，液冷板与PCB板相贴合的部位设置有第一光滑导热层，PCB板与第一光滑导热层相对应的部位设置有第二光滑导热层，液冷板作为PCB板的电极，并通过第一光滑导热层和第二光滑导热层焊接连接；液冷板与功率电子器件相贴合的部位设置有第三光滑导热层，功率电子器件与第三光滑导热层相对应的部位设置有第四光滑导热层，液冷板与功率电子器件通过第三光滑导热层和第四光滑导热层焊接连接。液冷板与功率电子器件和PCB板之间的接触部位更加贴合，减少了接触部位之间的空气量提高了功率电子器件的散热效率。

Description

一种用于贴片式功率电子器件的局部冷却结构

技术领域

本申请涉及传热技术领域，特别涉及一种用于贴片式功率电子器件的局部冷却结构。

背景技术

温度对功率电子器件的可靠性，工作性能和安全都有着显著的影响。现有的主流功率电子器件冷却方案，只有风冷和水冷两种思路。风冷主要通过将热沉紧贴在功率电子器件表面增大换热面积，之后再通过风扇或空气自然对流换热的方式带走产生的热量；水冷主要通过在需要散热的功率电子器件或者PCB板面上紧贴液冷板，再通过水流带走热量。但是，水冷的散热模式中由于液冷板与PCB板或者功率电子器件之间存在空气，而空气的导热性能差，从而导致了散热效率低。

因此，如何提高功率电子器件的散热效率，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本申请实施例提出了用于贴片式功率电子器件的局部冷却结构。

第一方面，本申请实施例提供了一种用于贴片式功率电子器件的局部冷却结构，包括液冷板、PCB板和功率电子器件，其中，液冷板上与PCB板相贴合的部位设置有第一光滑导热层，PCB板上与第一光滑导热层相对应的部位设置有第二光滑导热层，液冷板作为PCB板的电极，液冷板与PCB板通过第一光滑导热层和第二光滑导热层焊接连接；液冷板上与功率电子器件相贴合的部位设置有第三光滑导热层，功率电子器件上与第三光滑导热层相对应的部位设置有第四光滑导热层，液冷板与功率电子器件通过第三光滑导热层和第四光滑导热层焊接连接。

在一些实施例中，第一光滑导热层设置在液冷板靠近PCB板的端面的全部或者部分；

第三光滑导热层设置在液冷板靠近功率电子器件的端面的全部或者部分。

在一些实施例中，液冷板的端面设置有第一台阶面和第二台阶面，其中第一光滑导热层设置在第一台阶面，第三光滑导热层设置在第二台阶面。

在一些实施例中，液冷板设置在PCB板的上表面或者PCB板的下表面。

在一些实施例中，液冷板的内部设置有微通道以及与微通道连通的进液口和出液口。

在一些实施例中，PCB板设置有镂空孔，液冷板的全部或者部分置于镂空孔中。

在一些实施例中，第二光滑导热层设置在镂空孔的第一侧，镂空孔的第二侧设置有引脚孔。

在一些实施例中，功率电子器件的数量为多个，液冷板的数量为多个，一个液冷板与一个功率电子器件连接。

在一些实施例中，多个功率电子器件呈阵列排布在PCB板上。

在一些实施例中，所述第一光滑导热层、所述第二光滑导热层、所述第三光滑导热层和所述第四光滑导热层为喷锡层。

本申请实施例提供的用于贴片式功率电子器件的局部冷却结构，液冷板作为PCB板的电极，并通过第一光滑导热层和第二光滑导热层焊接连接；液冷板与功率电子器件通过第三光滑导热层和第四光滑导热层焊接连接。因此，液冷板与功率电子器件和PCB板之间的接触部位更加贴合，减少了接触部位之间的空气量，从而提高了功率电子器件的散热效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图，而且还可以根据提供的附图将本申请应用于其它类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。

图1是本申请的一个实施例的用于贴片式功率电子器件的局部冷却结构的一个示意图；

图2是本申请的一个实施例的用于贴片式功率电子器件的局部冷却结构的主视图；

图3是本申请的一个实施例的液冷板的仰视立体结构图；

图4是本申请的一个实施例的液冷板的俯视立体结构图；

图5是本申请的一个实施例的用于贴片式功率电子器件的局部冷却结构的一个示意图；

图6是本申请的一个实施例的用于贴片式功率电子器件的局部冷却结构的主视图；

图7是本申请的一个实施例的液冷板的俯视立体结构图；

图8是本申请的一个实施例的PCB板的俯视图；

图9是本申请的一个实施例的PCB板局部的仰视图；

图10是本申请的一个实施例的功率电子器件的立体结构图；

图11是本申请的一个实施例的液冷板与功率电子器件组合在一起时的立体结构图；

图12是本申请的一个实施例的用于贴片式功率电子器件的俯视图；

图13是本申请的一个实施例的用于贴片式功率电子器件的立体图；

图14是本申请的一个实施例的用于贴片式功率电子器件的立体图。

其中：100为液冷板、200为PCB板、300为功率电子器件；101 为第一光滑导热层、102为第三光滑导热层、201为第二光滑导热层、202为镂空孔、203为引脚孔、204为引脚、301为第四光滑导热层、200a为上表面、200b为下表面。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关申请，而非对该申请的限定。所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关申请相关的部分。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应当理解，本申请中使用的“系统”、“装置”、“单元”和/或“模块”是用于区分不同级别的不同组件、元件、部件、部分或装配的一种方法。然而，如果其他词语可实现相同的目的，则可通过其他表达来替换该词语。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

其中，在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“/”表示或的意思，例如，A/B可以表示A或B；本文中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，在本申请实施例的描述中，“多个”是指两个或多于两个。

以下，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

本申请中使用了流程图用来说明根据本申请的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或后面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各个步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。

发明人经过研究发现，在贴片式功率电子器件的局部冷却结构，因为功率电子器件的壁面本身的不光滑，如果直接使热沉或者液冷板与功率电子器件壁面接触，二者壁面之间不可避免会有空气，而由于空气的导热率极低，散热性能会极大地受到限制，另一方面，部分功率电子器件对绝缘也有较高的要求，所以也需要将液冷板或热沉这一类的金属制品与功率电子器件通过绝缘材料隔开以避免短路。因此，现有的主流功率电子器件冷却方案，无论是风冷还是水冷方案，都需要依赖导热硅脂等绝缘材料将液冷板或者热沉紧贴在功率电子器件的表面再进行冷却，而由于绝缘材料本身往往导热率也较低，冷却工质和发热器件之间的热阻无法得到有效的控制，这使得现有散热方案的上限受到了较大的制约。

另一方面，最近发展出的下一代换热技术有将微流道直接嵌入 PCB板的趋势，这种思路大大减小了换热工质与发热器件之间的热阻，使得换热上限和性能大大提高，特别是针对局部温度较高而大部分区域温度接近常温状况，比如装载功率电子器件的PCB板，这一类方案可以只针对有效的发热点进行冷却，从而节省了大量的空间。然而，以目前的加工技术，这种附带微流道的PCB板难以做到量产，并且这种方案往往对功率电子器件的封装有特殊的要求，导致目前主流的功率电子器件封装尚不能得到很好的配合。

如图1至图14所示，本申请实施例提供的一种用于贴片式功率电子器件300的局部冷却结构，包括液冷板100、PCB板200和功率电子器件300。其中，液冷板100上与PCB板200相贴合的部位设置有第一光滑导热层101，PCB板200上与第一光滑导热层101相对应的部位设置有第二光滑导热层201，液冷板100作为PCB板200 的电极，液冷板100与PCB板200通过第一光滑导热层101和第二光滑导热层201焊接连接。液冷板100上与功率电子器件300相贴合的部位设置有第三光滑导热层102，功率电子器件300上与第三光滑导热层102相对应的部位设置有第四光滑导热层301，液冷板 100与功率电子器件300通过第三光滑导热层102和第四光滑导热层301焊接连接。

本申请实施例提供的用于贴片式功率电子器件300的局部冷却结构，液冷板100作为PCB板200的电极，液冷板100与PCB板200 通过第一光滑导热层101和第二光滑导热层201焊接连接；液冷板 100与功率电子器件300通过第三光滑导热层102和第四光滑导热层301焊接连接。因此，液冷板100与功率电子器件300和PCB 板200之间的接触部位更加贴合，减少了接触部位之间的空气量，从而提高了功率电子器件300的散热效率。

在一些实施例中，第一光滑导热层101设置在液冷板100靠近 PCB板200的端面的全部或者部分。例如，图3中第一光滑导热层 101设置在液冷板100的靠近PCB板200的端面的全部；图7中第一光滑导热层101设置在液冷板100的靠近PCB板200的端面的部分。

第三光滑导热层102设置在液冷板靠近功率电子器件300的端面的全部或者部分。例如，图4中第三光滑导热层102设置在液冷板100的靠近功率电子器件300的端面的全部；图7中第三光滑导热层102设置在液冷板100的靠近功率电子器件300的端面的部分。

在一些实施例中，液冷板100的端面设置有第一台阶面和第二台阶面，其中第一光滑导热层101设置在第一台阶面，第三光滑导热层102设置在第二台阶面，如图7所示。

在一些实施例中，液冷板100设置在PCB板200的上表面200a 或者PCB板200的下表面200b。其中，如图1和图2所示，液冷板100设置在PCB板200的上表面200a；如图5和图6所示，液冷板100设置在PCB板200的下表面200b。

为了进一步提高散热效率，液冷板100的内部设置有微通道以及与微通道连通的进液口和出液口。通过在液冷板100通入循环的冷却剂来达到降低温度的目的。

为了减小整个结构的体积，PCB板200设置有镂空孔202，液冷板100的全部或者部分置于镂空孔202中，如图5至图9所示。此种结构下，为了进一步减小整个结构的体积，第二光滑导热层201 设置在PCB板200的下表面200b，而第一光滑导热层101设置在第一台阶面上。液冷板100的大部分置于镂空孔202中，从而减小了液冷板100的占用体积。

进一步的，为了优化结构第二光滑导热层201设置在镂空孔 202的第一侧，镂空孔202的第二侧设置有引脚孔203。功率电子器件300下方的平面经过表面处理的第三光滑导热层102，是为了做贴片准备的焊锡芯片贴装，这种封装是大功率电子器件300最常见的选择。同时，贴装部分也充当功率电子器件300的一极，引脚 204部分则为其他极。常规情况下功率电子器件300会被直接贴片至PCB板200上。

液冷板100分别对两处指定部位进行相同的表面处理，并将液冷板100焊接至PCB板200上，再将功率电子器件300焊接至液冷板100上，液冷板100则和功率电子器件300底面的贴装共同充当一极。液冷板100内部选择常见的绝缘流体作为换热工质(如氟代烃)即可。通过将PCB板200加工中常见的喷锡工艺移植到微型液冷板100加工上，可以实现在最小化供应链调整的情况下量产的一体化散热方案。

在一些实施例中，功率电子器件300的数量为多个，液冷板100 的数量为多个，一个液冷板100与一个功率电子器件300连接。

由于功率电子器件300，如MOSFET，IGBT等通常在PCB板 200上成阵列式排布，本申请也给出了如图14所示的组装方式。图中所使用的并联转接管都是在现阶段的液冷技术种常用的部件，液冷板100出入口使用绝缘材质的软管进行连接。

在一些实施例中，第一光滑导热层101、第二光滑导热层201、第三光滑导热层102和第四光滑导热层301为喷锡层，或者涂锡层。

本申请的与传统的水冷方式相比，将PCB板200设置镂空孔 202，并将液冷板100与PCB板200焊接在一起，相当于同时去除了功率电子器件300与液冷板100之间的PCB板200与导热垫两层热阻，大大降低了热阻，并且在设计阶段无需再担心PCB板200 的温度过高的问题。

另外，第一光滑导热层101、第二光滑导热层201、第三光滑导热层102和第四光滑导热层301为喷锡层，且第一光滑导热层100 与第二光滑导热层201之间通过回流焊连接，第三光滑导热层102 和第四光滑导热层301通过回流焊连接，其改进不是激进的改动，所以现有的工艺很容易做到，从而在量产方面具有优势。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存 (flash RAM)。存储器是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体，可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质 (包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。本申请中所涉及的申请范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述申请构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于) 具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种用于贴片式功率电子器件的局部冷却结构，其特征在于，包括液冷板、PCB板和功率电子器件，其中，所述液冷板上与所述PCB板相贴合的部位设置有第一光滑导热层，所述PCB板上与所述第一光滑导热层相对应的部位设置有第二光滑导热层，所述液冷板作为所述PCB板的电极，所述液冷板与所述PCB板通过所述第一光滑导热层和所述第二光滑导热层焊接连接；所述液冷板上与所述功率电子器件相贴合的部位设置有第三光滑导热层，所述功率电子器件上与所述第三光滑导热层相对应的部位设置有第四光滑导热层，所述液冷板与所述功率电子器件通过所述第三光滑导热层和所述第四光滑导热层焊接连接。

2.如权利要求1所述的用于贴片式功率电子器件的局部冷却结构，其特征在于，所述第一光滑导热层设置在所述液冷板靠近所述PCB板的端面的全部或者部分；

所述第三光滑导热层设置在所述液冷板靠近所述功率电子器件的端面的全部或者部分。

3.如权利要求1所述的用于贴片式功率电子器件的局部冷却结构，其特征在于，所述液冷板设置有第一台阶面和第二台阶面，其中所述第一光滑导热层设置在所述第一台阶面，所述第三光滑导热层设置在所述第二台阶面。

4.如权利要求2所述的用于贴片式功率电子器件的局部冷却结构，其特征在于，所述液冷板的端面设置在所述PCB板的上表面或者所述PCB板的下表面。

5.如权利要求1至4中任一项所述的用于贴片式功率电子器件的局部冷却结构，其特征在于，所述液冷板的内部设置有微通道以及与所述微通道连通的进液口和出液口。

6.如权利要求5所述的用于贴片式功率电子器件的局部冷却结构，其特征在于，所述PCB板设置有镂空孔，所述液冷板的全部或者部分置于所述镂空孔中。

7.如权利要求6所述的用于贴片式功率电子器件的局部冷却结构，其特征在于，所述第二光滑导热层设置在所述镂空孔的第一侧，所述镂空孔的第二侧设置有引脚孔。

8.如权利要求1所述的用于贴片式功率电子器件的局部冷却结构，其特征在于，所述功率电子器件的数量为多个，所述液冷板的数量为多个，一个所述液冷板与一个所述功率电子器件连接。

9.如权利要求8所述的用于贴片式功率电子器件的局部冷却结构，其特征在于，多个所述功率电子器件呈阵列排布在所述PCB板上。

10.如权利要求1至4以及6至9中任一项所述的用于贴片式功率电子器件的局部冷却结构，其特征在于，所述第一光滑导热层、所述第二光滑导热层、所述第三光滑导热层和所述第四光滑导热层为喷锡层。

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