CN220191313U - 用于电子元件的散热装置、电力转换器及车辆 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种用于电子元件的散热装置，该电子元件连接至印刷电路板，散热装置包括：散热部件，其布置在印刷电路板的连接有电子元件的第一侧；按压部件，其布置在印刷电路板的与第一侧相对的第二侧，并穿过印刷电路板，与电子元件接触；压板，其布置为使得按压部件位于压板和印刷电路板之间，压板连接至固定结构，以通过按压部件向电子元件施加朝向散热部件的压力。本公开还提出了一种包括上述散热装置的电力转换器以及包括上述电力转换器的车辆。

Description

用于电子元件的散热装置、电力转换器及车辆

技术领域

本公开涉及一种用于电子元件的散热装置，特别是涉及装备在车辆中的用于交流-直流转换器或直流-交流转换器或直流-直流转换器的电子元件的散热装置，确保散热装置与电子元件之间良好的热接触。

背景技术

电子元件的工作温度直接影响其自身的可靠性。例如，在交流-直流转换器或直流-交流转换器或直流-直流转换器的功率转换电路中，功率半导体器件承担着重要的功能，其工作状态直接影响整个设备运行的可靠性。功率半导体器件在使用过程中会消耗一部分能量并转换成热量，导致功率半导体器件发热、结温升高。当结温超过安全阈值时，电流将急剧增大，甚至造成晶体管烧毁。因此，需要借助散热装置将热量快速地释放到周围环境中，降低电子元件的工作温度。为确保散热装置的稳定运行，需要保持散热装置与电子元件之间的良好热接触。

现有技术中已知通过印刷电路板散热的方式对电子元件进行散热。具体地，将电子元件的裸露的金属焊盘安装到印刷电路板的一侧的覆铜区，将印刷电路板的另一侧安装到散热部件上，从而电子元件的热量通过印刷电路板进行传播。这种散热设计需要在印刷电路板上修剪大量空间来放置电子元件，这样减少了印刷电路板上通过电流的面积，增加了印刷电路板的无效面积。如果占用印刷电路板的面积较大，需要将电子元件放置在印刷电路板的边缘，这限制了印刷电路板布局的自由度，无法满足多样化的客户需求。

实用新型内容

本公开的目的在于提出一种用于电子元件的散热装置，从而至少克服现有技术的上述缺陷，该散热装置使得印刷电路板布局的设计自由度更高，有利于根据不同的设计要求在印刷电路板中合理布置电子元件。而且，本公开提供的散热装置对印刷电路板占用的空间较小，只需在印刷电路板上钻几个小孔供按压部件穿过，节省了印刷电路板上的空间，提高了印刷电路板的利用率。

本公开至少一个实施例提供一种用于电子元件的散热装置，电子元件连接至印刷电路板，散热装置包括：散热部件，其布置在印刷电路板的连接有电子元件的第一侧；按压部件，其布置在印刷电路板的与第一侧相对的第二侧，并穿过印刷电路板，与电子元件接触；压板，其布置为使得按压部件位于压板和印刷电路板之间，压板连接至固定结构，以通过按压部件向电子元件施加朝向散热部件的压力。

在本公开至少一个实施例提供的散热装置中，按压部件包括至少一个弹性元件和元件支架，元件支架中设置有至少一个腔体以容纳弹性元件。

在本公开至少一个实施例提供的散热装置中，腔体的底部朝向印刷电路板形成至少一个突起部，突起部穿过印刷电路板，与电子元件接触，腔体的形状与弹性元件的形状相匹配。

在本公开至少一个实施例提供的散热装置中，压板包括第一定位结构，用于与元件支架的第二定位结构配合。

在本公开至少一个实施例提供的散热装置中，第一定位结构包括压板中的接收部，第二定位结构包括设置在元件支架上且朝向压板延伸的凸起，凸起的至少一部分被构造为接收在压板的接收部中。

在本公开至少一个实施例提供的散热装置中，凸起包括钩状部，钩状部穿过接收部并抵靠在压板上。

在本公开至少一个实施例提供的散热装置中，固定结构是散热部件的一部分或印刷电路板的一部分。

在本公开至少一个实施例提供的散热装置中，压板通过紧固件连接至固定结构。

在本公开至少一个实施例提供的散热装置中，弹性元件包括弹簧。

在本公开至少一个实施例提供的散热装置中，压板包括朝向电子元件延伸的侧壁，以与压板的底部形成腔体，从而容纳按压部件至少一部分，元件支架的外侧面包括凸起，以与侧壁的内表面紧密贴合。

本公开至少一个实施例提供的散热装置还包括电绝缘片，电绝缘片布置在散热部件和电子元件之间。

在本公开至少一个实施例提供的散热装置中，电子元件包括MOSFET。

本公开的另一个实施例还提供了一种电力转换器，所述电力转换器为交流-直流转换器或直流-交流转换器或直流-直流转换器，电力转换器包括本公开至少一个实施例提供的散热装置。

在本公开的另一个实施例提供的电力转换器中，电力转换器具有壳体，且其中，固定结构为壳体的一部分，或固定结构为散热部件的一部分且散热部件连接至壳体。

本公开的再一个实施例还提供一种车辆，其包括本公开至少一个实施例提供的电力转换器。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，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，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在没有做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。以下附图并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制，重点在于示出本公开的主旨。

图1为根据本公开至少一个实施例提供的用于电子元件的散热装置的剖视图；

图2为根据本公开至少一个实施例提供的按压部件的结构示意图；

图3为根据本公开至少一个实施例提供的用于电子元件的散热装置的结构示意图；

图4为根据本公开至少一个实施例提供的一种散热装置和电子元件的安装示意图；

图5为根据本公开至少一个实施例提供的另一种散热装置和电子元件的安装示意图。

在所有附图中，相同或相似的部件用相同的编号指示。

具体实施方式

为了使本公开的实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图对本公开的实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。

除非另作定义，本文使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内普通技术人员所理解的通常意义。本公开专利申请说明书以及权利要求书中使用的“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同物，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

为了便于描述，本公开附图相应地简化或省略了本领域常用的部件，例如外部连接线等其他与本公开描述无关的部件。这些省略或简化的部件不影响本领域技术人员理解本公开的内容。

图1示出了根据本公开的用于电子元件1的散热装置。所述电子元件1是电子设备的电路组成部分。在一些实施例中，所述电子设备例如是车载交流-直流转换器或直流-交流转换器或直流-直流转换器，这些电子设备在运行过程中往往伴随着高电流产生的大量热量。然而，应当理解，根据本公开的散热装置也可以应用于包括消费电子、家用电器、工程机械、电气设备等其它工业领域中。

如图1所示，至少一个电子元件1例如通过引脚电连接至印刷电路板3。在图1中，电子元件1的数量例如为4个。电子元件1例如为功率半导体器件，诸如MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管，Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)，其在使用过程中会消耗一部分能量并转换成大量热量，导致电子元件1发热、结温升高。为此，为至少一个电子元件1配备有散热装置，如下详述。

散热装置包括散热部件20，也称热沉，其布置在印刷电路板3的连接有电子元件1的第一侧。与现有技术的通过印刷电路板散热不同的是，在本公开的实施例中，电子元件的散热不是贴合印刷电路板进行的。具体地，电子元件1的一侧安装在印刷电路板3上，另一侧暴露电子元件1的引线框架并和散热部件20贴合。散热部件20能够与电子元件1进行热交换并吸收所述电子元件1在运行过程中产生的热量，降低电子元件1的温度。在一些实施例中，散热部件20形成为壳体(图1中未示出)的一部分，在另一些实施例中，散热部件20与壳体形成分立的部件。

散热装置可以包括布置在散热部件20和电子元件1之间的电绝缘片10，以促进散热部件20和电子元件1之间的热交换。

如图1所示，散热装置还包括按压部件30和压板40，按压部件30布置在印刷电路板3的与第一侧相对的第二侧，并穿过印刷电路板3，与电子元件1接触。压板40布置为使得按压部件30位于压板40和印刷电路板3之间，压板40连接至固定结构，以通过按压部件30向电子元件1施加朝向散热部件的压力。

图2示出了本公开至少一个实施例提供的按压部件30的结构示意图。

如图2所示，按压部件30包括至少一个弹性元件50和元件支架60。在图2中，弹性元件50的数量例如为4个，与电子元件1的数量相对应，即每个弹性元件50对应一个电子元件1。元件支架60中设置有至少一个(例如4个)腔体以容纳弹性元件50，腔体的底部朝向印刷电路板3形成至少一个(例如4个)突起部70，突起部70穿过印刷电路板3，与电子元件1接触，以向电子元件1施加朝向散热部件20的压力。

根据本公开的这种配置可以避免直接向电子元件施加刚性的作用力，防止电子元件产生局部集中应变而受到损坏。此外，由于压板连接至固定结构，随着时间的推移，弹性元件仍能够向电子元件1施加足够的弹性作用力，从而在电子元件与散热部件之间形成稳定可靠的热接触。

使用元件支架60具有以下优点：第一，元件支架60可以均匀弹性元件50向电子元件1施加的力；第二，元件支架60采用绝缘材料制成，可以起到电子元件1和弹性元件50之间绝缘的作用。

例如，在本公开的一些实施例中，弹性元件50为弹簧，其例如由金属材料制成。

普通弹簧的价格较低，不需要开发专门的弹簧成型模具，从而节省了成本。而且，弹簧具有良好的机械强度，可以很好地满足机动车辆的疲劳强度要求。

需要说明的是，弹簧仅仅是一个示例，弹性元件50还可以为弹片等，本公开对弹性元件50不作限制。

例如，在本公开的一些实施例中，腔体的形状与弹性元件50的形状相匹配。例如，腔体为圆柱体，突起部70的横截面为圆形。

需要说明的是，以上腔体和突起部的形状仅仅是一个示例，腔体设计成圆柱体以及突起部的横截面为圆形是为了适应弹性元件的形状，本公开对此不作限制。

在本公开中，突起部70穿过印刷电路板3向电子元件1施加压力，从而向散热部件20施加压力，由于突起部70的横截面为圆形，只需在印刷电路板3上钻几个圆形通孔供突起部70穿过，节省了印刷电路板3上的空间，提高了印刷电路板3的利用率。

如图2所示，元件支架60还具有6个梯形凸起和2个子弹头凸起，这些凸起将在图3中进行详细描述。

如图2所示，元件支架60的外侧面包括多个竖状凸起62，本公开对竖状凸起的形状和数量不作限制。

例如，在本公开的一些实施例中，压板40包括第一定位结构41，用于与元件支架60的第二定位结构61配合。由此，弹性元件50能够被保持就位并在压板40和电子元件1之间被压缩，从而向电子元件1施加稳定的弹性作用力，从而确保电子元件1和散热部件20的良好热接触。此外，第一定位结构41和第二定位结构61的配合还使得弹性元件50和压板40的装配工作能够更加容易地进行。

例如，如图3所示，第一定位结构41包括压板40中的接收部，第二定位结构61包括设置在元件支架60上且朝向压板40的凸起，凸起的至少一部分被构造为接收在压板40的接收部中。第二定位结构61可以包括梯形凸起或子弹头凸起或两者均包括。梯形凸起包括钩状部，钩状部穿过接收部并抵靠在压板40上，从而起到固定的作用。子弹头凸起可以和压板40的接收部相配合从而起到定位的作用。由此，弹性元件50的位置能够相对于压板40被保持，由于压板40相对于壳体或散热部件20固定，弹性元件50相对于散热部件20也不容易发生移动，从而可以向电子元件1施加稳定的作用力。

例如，如图3所示，压板40可以包括朝向电子元件1延伸的侧壁42，以与压板40的底部形成腔体，从而容纳按压部件30的至少一部分。侧壁42的具体结构还可以参考图4和图5。

压板40的侧壁42可以与元件支架60的外侧面的竖状凸起62紧密贴合，从而可以防止元件支架60晃动。

例如，在本公开的一些实施例中，压板40由金属制成，例如采用301不锈钢。

在一些实施例中，固定结构可以是印刷电路板3的一部分，即压板40连接至印刷电路板3的一部分。

在一些实施例中，固定结构可以是电子设备的壳体的一部分，即压板40连接至壳体的一部分。

在一些实施例中，固定结构可以是散热部件20的一部分，且该散热部件20可以连接至电子设备的壳体，即压板40连接至散热部件20的一部分且散热部件20连接至壳体。

固定结构作为电子设备的壳体的一部分或者固定结构作为散热部件的一部分，且散热部件可以连接至电子设备的壳体。在这两种配置下，压板40直接或间接地固定至电子设备的壳体。这在电子设备为车载电子设备，例如车载交流-直流转换器或直流-交流转换器或直流-直流转换器的情况下是特别有利的。车辆的运行会伴随着车载电子设备的振动，这种振动可能会导致电子元件1和散热部件20之间的热接触发生松动从而削弱散热效果。压板40直接或间接地固定至电子设备的壳体能够使压板地定位更加牢靠，从而抵御振动对热接触的不利影响。

根据本公开提供的这种散热装置使得印刷电路板布局的设计自由度更高，本公开没有将电子元件限制在指定的位置，有利于根据不同的设计要求在印刷电路板中合理布置电子元件。而且，本公开对印刷电路板占用的空间较小，只需在印刷电路板上钻几个小孔供按压部件穿过，节省了印刷电路板上的空间，提高了印刷电路板的利用率。

图4和图5为本公开提供的散热装置和电子元件的安装示意图。如图4和图5所示，按照从下到上的顺序依次为散热部件20、电绝缘片10、电子元件1、按压部件30(包括弹性元件50和元件支架60)、压板40。

在一些实施例中，将压板40紧固连接至固定结构。可以使用几乎永久的连接(例如，焊接连接、粘合剂、铆接等)，或使用一个或多个紧固件(例如，螺钉、螺栓、卡扣连接等)的可移除连接。如图4所示，压板40通过螺栓80固定至固定结构，如图5所示，压板40通过螺钉90固定至固定结构，可以通过调节螺栓80或螺钉90来调整按压部件30向电子元件1施加的作用力。

本公开至少一个实施例还提供一种电力转换器，电力转换器包括交流-直流转换器或直流-交流转换器或直流-直流转换器，电力转换器包括本公开至少一个实施例提供的散热装置。

例如，在本公开至少一个实施例提供的电力转换器中，电力转换器具有壳体，且其中，固定结构为壳体的一部分，或固定结构为散热部件20的一部分且散热部件20连接至壳体。

本公开至少一个实施例还提供一种车辆，其包括本公开至少一个实施例提供的电力转换器。所述车辆可以是电气化车辆(Electrified Vehicle)，例如纯电动车(BEV，Battery Electric Vehicle)、混合动力车(HEV，Hybrid Electric Vehicle)、插电式混合动力车(PHEV，Plug-in Hybrid Electric Vehicle)、增程式电动车(Range extended EV)、燃料电池车(FCEV，Fuel Cell Electric Vehicle)。所述车辆也可以是氢能源车辆。

本公开的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

上面是对本公开的说明，而不应被认为是对其的限制。尽管描述了本公开的若干示例性实施例，但本领域技术人员将容易地理解，在不背离本公开的新颖教学和优点的前提下可以对示例性实施例进行许多修改。因此，所有这些修改都意图包含在权利要求书所限定的本公开范围内。应当理解，上面是对本公开的说明，而本公开不应被认为是限于所公开的特定实施例，并且对所公开的实施例以及其他实施例的修改意图包含在本公开的范围内。

Claims (15)

1.一种用于电子元件(1)的散热装置，其中，所述电子元件(1)连接至印刷电路板(3)，所述散热装置包括：

散热部件(20)，其布置在所述印刷电路板(3)的连接有所述电子元件(1)的第一侧；

按压部件(30)，其布置在所述印刷电路板(3)的与所述第一侧相对的第二侧，并穿过所述印刷电路板(3)，与所述电子元件(1)接触；

压板(40)，其布置为使得所述按压部件(30)位于所述压板(40)和所述印刷电路板(3)之间，所述压板(40)连接至固定结构，以通过所述按压部件(30)向所述电子元件(1)施加朝向所述散热部件(20)的压力。

2.根据权利要求1所述的散热装置，其中，所述按压部件(30)包括至少一个弹性元件(50)和元件支架(60)，所述元件支架(60)中设置有至少一个腔体以容纳所述弹性元件(50)。

3.根据权利要求2所述的散热装置，其中，所述腔体的底部朝向所述印刷电路板(3)形成至少一个突起部(70)，所述突起部(70)穿过所述印刷电路板(3)，与所述电子元件(1)接触，所述腔体的形状与所述弹性元件(50)的形状相匹配。

4.根据权利要求3所述的散热装置，其中，所述压板(40)包括第一定位结构(41)，用于与所述元件支架(60)的第二定位结构(61)配合。

5.根据权利要求4所述的散热装置，其中，所述第一定位结构(41)包括所述压板(40)中的接收部，所述第二定位结构(61)包括设置在所述元件支架(60)上且朝向所述压板(40)延伸的凸起，所述凸起的至少一部分被构造为接收在所述压板(40)的接收部中。

6.根据权利要求5所述的散热装置，其中，所述凸起包括钩状部，所述钩状部穿过所述接收部并抵靠在所述压板(40)上。

7.根据权利要求1至6任一项所述的散热装置，其中，所述固定结构是所述散热部件(20)的一部分或所述印刷电路板(3)的一部分。

8.根据权利要求1至6任一项所述的散热装置，其中，所述压板(40)通过紧固件连接至所述固定结构。

9.根据权利要求2至6任一项所述的散热装置，其中，所述弹性元件(50)包括弹簧。

10.根据权利要求2至6任一项所述的散热装置，其中，所述压板(40)包括朝向所述电子元件(1)延伸的侧壁(42)以与所述压板(40)的底部形成腔体，从而容纳所述按压部件(30)至少一部分，

其中所述元件支架(60)的外侧面包括凸起(62)，以与所述侧壁(42)的内表面紧密贴合。

11.根据权利要求1至6任一项所述的散热装置，其中，还包括电绝缘片(10)，所述电绝缘片(10)布置在所述散热部件(20)和所述电子元件(1)之间。

12.根据权利要求1至6任一项所述的散热装置，其中，所述电子元件(1)为MOSFET。

13.一种电力转换器，所述电力转换器为交流-直流转换器或直流-交流转换器或直流-直流转换器，所述电力转换器包括如权利要求1-12中任一项所述的散热装置。

14.根据权利要求13所述的电力转换器，其中，所述电力转换器具有壳体，且其中，所述固定结构为所述壳体的一部分，或所述固定结构为所述散热部件(20)的一部分且所述散热部件(20)连接至所述壳体。

15.一种车辆，其包括如权利要求13或14所述的电力转换器。