CN219457595U - 芯片散热结构及激光雷达 - Google Patents

Abstract

本申请属于芯片散热技术领域，提供一种芯片散热结构及激光雷达，其中芯片散热结构包括：板体、芯片和散热器，板体上设置有铜层，铜层的非电子元器件安装区域上设置有阻焊层，板体的边沿为第一露铜区域，芯片具有塑封外壳且封装于铜层上，散热器与第一露铜区域、塑封外壳连接；其中激光雷达包括上述芯片散热结构。本申请通过“双通道”导热路径，将芯片所产生的热量由热结传递至散热器，与外界冷空气进行对流换热，从而达到快速散热降温的目的。

Description

芯片散热结构及激光雷达

技术领域

本申请属于芯片散热技术领域，更具体地说，是涉及一种芯片散热结构及激光雷达。

背景技术

随着激光雷达应用场景的丰富及对产品性能的追求，电路板上集成越来越多的芯片，电路板热功耗也随之大幅增加。据统计，近六成以上的激光雷达失效要归咎于电子元器件的高热现象。

对于与外壳相对静止的发热电路板而言，可通过导热、强迫对流、辐射等方式进行散热；但对于在密闭空间内与外壳相对运动的电路板来说，由于其无法与外壳接触，因此仅能通过与外壳内腔空气的对流换热及自身高温辐射进行散热，因此如何增大与腔内空气的对流换热成为该类产品散热关键，且由于空间限制，常见的做法为在芯片上粘贴散热器来进行被动散热。

当有热量在物体上传输时，在热流路径上遇到的阻力一般称为热阻，热阻用于反映介质或介质间的传热能力的大小。对于封装后的芯片而言，发热芯片的热结到封装外壳之间的热阻为Rjc，热结与电路板之间的热阻为Rjb，热结到周围冷却空气之间的总热阻为Rja。当对芯片使用散热器时，通常忽略Rja，且芯片所产生的热量由热结通过封装外壳、填缝材料传向散热器，再由散热器向空气中换热。

而且针对常规电路板，通常芯片为塑封结构，Rjc值要比Rjb大很多，因此上述方案导出热结热量的效率较慢，需使用较大尺寸的散热器方可产生一定的降温效果。而当前激光雷达对于尺寸控制较为严格，内部器件堆叠紧凑，对于成品电路板亦有严格的空间尺寸要求，因此常规设计的电路板很难满足芯片的快速降温需求，故而有待改进。

实用新型内容

本申请实施例的目的在于提供一种芯片散热结构及激光雷达，以解决常规设计的电路板很难满足芯片的快速降温需求的技术问题。

为实现上述目的，第一方面，本申请采用的技术方案是：

提供一种芯片散热结构，包括：板体、芯片和散热器，所述板体上设置有铜层，所述铜层的非电子元器件安装区域上设置有阻焊层，所述板体的边沿为第一露铜区域，所述芯片具有塑封外壳且封装于所述铜层上，所述散热器与所述第一露铜区域、所述塑封外壳连接。

在本申请的一种可实现的技术方案中，所述第一露铜区域与所述散热器之间、所述塑封外壳与所述散热器之间的缝隙内均设置有高导热填缝材料层。

在本申请的一种可实现的技术方案中，所述散热器包括基板和多个鳍片，所述鳍片一体成型于所述基板远离所述板体的侧面。

在本申请的一种可实现的技术方案中，相邻两个所述鳍片之间形成有气流通道，所述气流通道具有气流入口和气流出口，所述气流入口和所述气流出口分别位于所述鳍片的两端。

在本申请的一种可实现的技术方案中，所述气流出口与障碍物之间具有间隙，所述障碍物包括所述芯片和所述板体上的电子元器件，所述气流出口的出风方向与所述障碍物倾斜布置。

在本申请的一种可实现的技术方案中，所述鳍片为圆弧条状结构，且多个所述鳍片绕所述板体的转动轴线同圆心布置，且多个所述鳍片于径向上间隔布置。

在本申请的一种可实现的技术方案中，于所述气流入口处位于最外圈的所述鳍片的端部长度大于其他所有所述鳍片的端部长度。

在本申请的一种可实现的技术方案中，每一个所述鳍片上设置有若干个断槽并形成至少两个鳍片段。

在本申请的一种可实现的技术方案中，多个所述断槽在所述基板上形成有沿径向间隔布置的多个径向槽。

为实现上述目的，第二方面，本申请采用的技术方案是：

提供一种激光雷达，包括外壳和如上述的芯片散热结构，所述芯片散热结构安装于所述外壳的内部。

综上所述，本申请至少包括以下有益的技术效果：

由于散热器同时与铜层和塑封外壳相接触，而且增加设计的高导热填缝材料层，可以有效降低接触热阻，所以本方案中的热量传递通道有两条：“热结—塑封外壳—高导热填缝材料—散热器”和“热结—焊料—铜层—高导热填缝材料—散热器”，通过上述“双通道”导热路径，将芯片所产生的热量由热结传递至散热器，与外界冷空气进行对流换热，从而达到快速散热降温的目的；

进一步设计的方案中，散热器的结构设计更有利于热量交换，具有更加优异的散热效果，达到加速芯片降温的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例一提供的芯片散热结构的剖视结构示意图。

图2为本申请实施例一提供的芯片散热结构的平面结构示意图。

图3为本申请实施例一提供的芯片散热结构的等效热阻模型示意图。

图4为本申请实施例一中散热器的正面结构示意图。

图5为本申请实施例一中散热器的背面结构示意图。

图6为本申请实施例二提供的散热器的结构示意图。

图7为本申请实施例三提供的散热器的结构示意图。

图8为本申请实施例四提供的激光雷达的结构示意图。

其中，图中各附图标记：

1、板体；11、铜层；12、阻焊层；

2、芯片；

3、散热器；31、基板；311、凸台；32、鳍片；300、径向槽；

4、塑封外壳；

5、高导热填缝材料层；

6、外壳；

7、电磁屏蔽壳。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请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申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，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。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请一并参阅图1-图8，现对本申请实施例提供的芯片散热结构和激光雷达进行说明。

实施例一

本申请实施例一提供一种芯片散热结构，请参阅图1和图2，包括：板体1、芯片2和散热器3，板体1上设置有铜层11，铜层11的非电子元器件安装区域上设置有阻焊层12，板体1的边沿为第一露铜区域，板体1用于安装芯片2的位置为第二露铜区域，芯片2具有塑封外壳4且封装于第二露铜区域上，散热器3与位于第一露铜区域、塑封外壳4连接，且散热器3通过螺钉固定于板体1上。

在本实施例中，芯片2设置有三个，且每个芯片2的高低、大小和形状尺寸均可以有所不同，并在板体1上形成芯片群。

基于上述总的技术思路，本实施例的进一步方案中，为了有效降低接触热阻，第一露铜区域与散热器3之间、塑封外壳4与散热器3之间的缝隙内均设置有高导热填缝材料层5，高导热填缝材料具有导热性能好，可压缩性能好等有效，以便高导热填缝材料层5更薄，一般为0.2mm甚至更薄。

请参阅图1和图3，图3为本实施例的等效热阻模型示意图，其中R_jc为塑封外壳4的热阻，R_TIM为高导热填缝材料的热阻，R_jb为将芯片2固定于铜层11上所用焊料的热阻，R_cu为铜层11的热阻。

请参阅图1和图4，本实施例的进一步方案中，为减少二次热阻引入，散热器3包括基板31和多个鳍片32，鳍片32一体成型于基板31远离板体1的侧面，而且散热器3的材质为导热系数高的金属，如铝合金等，同时为了增强辐射换热效果，散热器3加工完成后，表面进行氧化发黑处理。

请参阅图1和图4，在板体1可以被带动转动的前提下，本实施例的进一步方案中，相邻两个鳍片32之间形成有气流通道，气流通道具有气流入口和气流出口，气流入口和气流出口分别位于鳍片32的两端，板体1转动工作时，内部气流稳定后，沿转动方向在鳍片32尾部(即鳍片32的另一端)形成尾流及紊流，除贴近电子元器件的近场区气流紊乱外，其它空间气流相对较为稳定。

请参阅图1和图4，本实施例的进一步方案中，气流出口与障碍物之间具有间隙，障碍物包括芯片2和板体1上的电子元器件，气流出口的出风方向与障碍物倾斜布置，有效避免障碍物阻挡气流，甚至产生反冲作用。

请参阅图1和图4，本实施例的进一步方案中，为了增强鳍片32间距内的风道气流量，气流入口的迎风切角大于90度。

请参阅图1和图4，本实施例的进一步方案中，为了有效降低鳍片32对气流的阻力，鳍片32为圆弧条状结构，且多个鳍片32绕板体1的转动轴线同圆心布置，且多个鳍片32于径向上间隔布置。

请参阅图1和图4，本实施例的进一步方案中，为增加散热器3上的气流来流流量，于气流入口处位于最外圈的鳍片32的端部长度大于其他所有鳍片32的端部长度。

请参阅图1和图4，本实施例的进一步方案中，由于风道路程长，气流通过时风阻较大，为降低气流压损并增大换热效率，每一个鳍片32上设置有若干个断槽并形成多个鳍片段，多个断槽在基板31上形成有沿径向间隔布置的多个径向槽300，于径向上相邻的两个鳍片段临近径向槽300的一端径向齐平，于径向上相邻的两个鳍片段远离径向槽300的一端为一长一短的错峰结构，从气流入口进入或上一程流过的气流，在断槽处进行汇聚并再次以高压力进入下一程风道，从而确保气流能够在鳍片32间充分流动。

请参阅图1和图4，本实施例的进一步方案中，鳍片32和基板31之间的夹角等于90度，即鳍片32和基板31垂直布置。

请参阅图1和图5，本实施例的进一步方案中，为了方便基板31与塑封外壳4更贴合，以便于热量交换及散热器3牢固安装，基板31临近板体1的侧面设置有与塑封外壳4抵接的凸台311。

综上描述，本申请实施例一提供的芯片散热结构的工作原理和预期技术效果为：

由于散热器3同时与铜层11和塑封外壳4相接触，而且增加设计的高导热填缝材料层5，可以有效降低接触热阻，所以本方案中的热量传递通道有两条：“热结—塑封外壳4—高导热填缝材料—散热器3”和“热结—焊料—铜层11—高导热填缝材料—散热器3”，通过上述“双通道”导热路径，将芯片2所产生的热量由热结传递至散热器3，与外界冷空气进行对流换热，从而达到快速散热降温的目的；散热器3的结构设计更有利于热量交换，具有更加优异的散热效果，达到加速芯片2降温的目的。

实施例二

本申请实施例二提供一种散热器3，请参阅图1和图6，与实施例一中散热器的区别之处在于：

鳍片32为直线结构，而且鳍片32和基板31之间夹角的小于90度，且相邻两个鳍片32之间的间距由临近基板31边沿的一端朝向另一端逐渐变小。

本申请实施例二提供的散热器3的工作原理和预期技术效果为：

鳍片32呈一定弧形散开，具有一定的偏转角度，进入散热器3的气流被引导上升，将热量快速传递给外界，同时，沿板体1的旋转中心轴向外，散热器3上各部切向速度逐渐增大，对应流过的气流速度也逐渐增大，而发热芯片2也位于鳍片32远离边沿的一侧，相较于边沿区域温度也更高，因此芯片2上方气流压力更大，因此气流压力分布、流向，更改散热鳍片32间距由密到疏，散热效果更好。

实施例三

本申请实施例三提供一种散热器3，请参阅图1和图7，与实施例二的区别之处在于：

鳍片32为非同心圆弧结构，这种设计同样符合板体1运动轨迹的运动状态，当板体1改变运动状态时，散热器3上的鳍片32结构也应进行相应调整，主要设计思想即是：考虑气流流动形态，确保鳍片32能够引入更多风量，鳍片32间距风道风阻小，适当进行中断及错峰引流设计，有效增大鳍片32与空气的对流换热效率即可。

实施例四

本申请实施例四提供一种激光雷达，请参阅图1和图8。

激光雷达包括外壳6和如实施例一中所描述的芯片散热结构，芯片散热结构安装于外壳6的内部，且外壳6的内部还设置有驱动件，驱动件可以优选为伺服电机以及连接于两者间的传动结构，驱动件与芯片散热结构驱动连接，用于驱使芯片散热结构转动，由于视角遮挡的缘故，驱动件未在图8中具体示出。

当然于其他实施例中激光雷达还可以为带有上述芯片散热结构的其他电子产品。

本实施例的进一步方案中，芯片散热结构上还设置有电磁屏蔽壳7，散热器3位于板体1的边沿内侧，散热器3的高度低于或等于电磁屏蔽壳7的高度，电磁屏蔽壳7、板体1的边沿均与外壳6的内壁之间有间隙。

上述间隙可以有效降低外壳6对鳍片32流出气流的阻挡作用甚至引起的反冲作用，而且气流流出方向也应与电磁屏蔽壳7的侧面成一定角度，有效利用电磁屏蔽壳7位置以起到尾端引流作用。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种芯片散热结构，其特征在于，包括：板体(1)、芯片(2)和散热器(3)，所述板体(1)上设置有铜层(11)，所述铜层(11)的非电子元器件安装区域上设置有阻焊层(12)，所述板体(1)的边沿为第一露铜区域，所述芯片(2)具有塑封外壳(4)且封装于所述铜层(11)上，所述散热器(3)与所述第一露铜区域、所述塑封外壳(4)连接。

2.如权利要求1所述的芯片散热结构，其特征在于，所述第一露铜区域与所述散热器(3)之间、所述塑封外壳(4)与所述散热器(3)之间设置有高导热填缝材料层(5)。

3.如权利要求1所述的芯片散热结构，其特征在于，所述散热器(3)包括基板(31)和多个鳍片(32)，所述鳍片(32)一体成型于所述基板(31)远离所述板体(1)的侧面。

4.如权利要求3所述的芯片散热结构，其特征在于，相邻两个所述鳍片(32)之间形成有气流通道，所述气流通道具有气流入口和气流出口，所述气流入口和所述气流出口分别位于所述鳍片(32)的两端。

5.如权利要求4所述的芯片散热结构，其特征在于，所述气流出口与障碍物之间具有间隙，所述障碍物包括所述芯片(2)和所述板体(1)上的电子元器件，所述气流出口的出风方向与所述障碍物倾斜布置。

6.如权利要求4所述的芯片散热结构，其特征在于，所述鳍片(32)为圆弧条状结构，且多个所述鳍片(32)绕所述板体(1)的转动轴线同圆心布置，且多个所述鳍片(32)于径向上间隔布置。

7.如权利要求6所述的芯片散热结构，其特征在于，于所述气流入口处位于最外圈的所述鳍片(32)的端部长度大于其他所有所述鳍片(32)的端部长度。

8.如权利要求7所述的芯片散热结构，其特征在于，每一个所述鳍片(32)上设置有若干个断槽并形成至少两个鳍片段。

9.如权利要求8所述的芯片散热结构，其特征在于，多个所述断槽在所述基板(31)上形成有沿径向间隔布置的多个径向槽(300)。

10.一种激光雷达，其特征在于，包括外壳(6)和如权利要求1至9中任一项所述的芯片散热结构，所述芯片散热结构安装于所述外壳(6)的内部。