CN220733332U - 电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电子设备，该电子设备(1)包括：电路板(10)；至少一个半导体器件(20)，该至少一个半导体器件(20)布置在电路板(10)上，并且其热量传导至电路板(10)；散热结构(30)，该散热结构(30)配置为适于对电路板(10)进行散热；和包括石墨烯纸的导热器件(40)，该导热器件(40)布置在散热结构(30)与电路板(10)之间并且配置为适于将热量从电路板(10)传导至散热结构(30)，其中，石墨烯纸与电路板(10)平行地取向。通过本实用新型的实施例能够显著提高界面热量传导效率并且有效地改善散热效果，从而提高半导体器件的使用寿命并且确保电子设备的性能和可靠运行。

Description

电子设备

技术领域

本实用新型涉及半导体领域，具体而言涉及一种电子设备，尤其是控制器。

背景技术

随着电子设备的小型化、高性能的发展，电子设备广泛应用于车辆、工业设备、家用电器等领域中。随着半导体器件的功率密度不断提高，电子设备的发热量也显著增大。

为了避免或至少减少发热所造成的不利影响，需要将半导体器件产生的热量传导到热沉(英文：Heat Sink)，然后例如通过对流和/或辐射方式将其冷却。

在热量传导过程中，通常可以使用热界面材料(英文：Thermal InterfaceMaterial，缩写：TIM)、例如导热硅胶垫、导热硅脂和导热凝胶来填充热量传导表面之间的间隙。热界面材料是布置在两个部件之间的导热材料，用于提高这两个部件之间(例如集成电路与散热器之间)的热耦合。然而，在热界面材料与两个部件接触的每个界面上，都存在阻碍散热效果的热阻，这导致散热效果不佳。

此外，在界面处的持续过热和大的热应力下，半导体器件的性能和寿命急剧下降。当半导体器件的温度升高10℃至15℃时，其相应的使用寿命将减少50％。这严重影响半导体器件的性能并从而无法确保电子设备的可靠运行。

因而，针对现有技术中的诸多不足之处，仍存在对上述电子设备的散热方案的改进需求。

实用新型内容

为了克服上述缺点之一和/或本文未提及到的现有技术中可能的其它缺点，本实用新型的目的是提出一种改进的电子设备。

根据本实用新型，提供一种电子设备，所述电子设备包括：

电路板；

至少一个半导体器件，所述至少一个半导体器件布置在所述电路板上，并且其热量传导至所述电路板；

散热结构，所述散热结构配置为适于对所述电路板进行散热；和

包括石墨烯纸的导热器件，所述导热器件布置在所述散热结构与所述电路板之间并且配置为适于将热量从所述电路板传导至所述散热结构，其中，石墨烯纸与所述电路板平行地取向。

与现有技术相比，通过本实用新型的技术方案能够显著地提高导热界面的导热性能，从而能够将由半导体器件发出的热量经由电路板更高效地传导至散热结构(热沉)。这显著降低了电子设备的运行温度并且确保电子设备的功能可靠性与使用寿命。

本实用新型的技术方案的有利构型能够从以下可选的实施例中获得。

根据本实用新型的电子设备的一个可选实施例，所述导热器件与所述电路板和所述散热结构分别面式地接触。

根据本实用新型的电子设备的一个可选实施例，所述石墨烯纸包括至少两个石墨烯层和布置在所述至少两个石墨烯层之间的碳化硅纳米线。

根据本实用新型的电子设备的一个可选实施例，所述导热器件具有在10.9W/m·k与17.6W/m·k之间的纵向导热系数。

根据本实用新型的电子设备的一个可选实施例，所述散热结构包括壳体，所述电路板布置在所述壳体中，所述导热器件布置在所述壳体的内壁与所述电路板之间。

根据本实用新型的电子设备的一个可选实施例，所述散热结构还包括冷却器，所述冷却器布置在所述壳体上并且配置为适于与所述壳体进行热交换。

根据本实用新型的电子设备的一个可选实施例，所述导热器件具有矩形形状并且与所述电路板和所述壳体的内壁整面地接触。

根据本实用新型的电子设备的一个可选实施例，在所述冷却器上构造有多个翅片。

根据本实用新型的电子设备的一个可选实施例，在所述冷却器中构造有液体管路。

根据本实用新型的电子设备的一个可选实施例，所述冷却器包括风扇。

根据本实用新型的电子设备的一个可选实施例，所述电子设备还包括预紧器件，所述导热器件被预紧器件预紧在所述散热结构与所述电路板之间。

根据本实用新型的电子设备的一个可选实施例，所述预紧器件构造为夹紧元件，所述夹紧元件沿垂直于所述电路板的方向将所述电路板与所述散热结构夹紧。

根据本实用新型的电子设备的一个可选实施例，所述至少一个半导体器件以焊接或粘接的方式布置在所述电路板上。

根据本实用新型的电子设备的一个可选实施例，设置有多个半导体器件，所述半导体器件形成集成电路。

根据本实用新型的电子设备的一个可选实施例，所述电子设备构造为控制器，尤其是域控制器。

本实用新型的更多的特征从权利要求、附图和附图的描述中变得显而易见的。在上述说明中提到的特征和特征组合以及在下文的附图描述中提到的和/或只在附图中示出的特征和特征组合不仅可以以相应指定的组合使用，而且可以在不脱离本实用新型的范围的情况下以其它组合使用。因此，下述内容也视作被本实用新型涵盖和公开：这些内容未在附图中明确示出并未被明确解释，而是源自由来自所解释的内容的分离的特征所组成的组合并由这些组合产生。下述内容和特征组合也被视作是被公开的：其不具有原始撰写的独立权利要求的所有特征。此外，下述内容和特征组合被视作尤其被上文内容所公开：其超出或偏离权利要求的引用关系中所限定的特征组合。

附图说明

由在下面对在附图中示意性示出的优选实施例的描述得到本实用新型的其它可选的细节和特征。

图1示出了根据本实用新型的电子设备的一个实施例的示意图；和

图2示出了根据本实用新型的电子设备的另一实施例的示意图。

附图标记列表

1 电子设备

10 电路板

20 半导体器件

21 引线

30 散热结构

31 壳体

32 冷却器

33 凸台

40 导热器件

50 预紧器件

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案以及有益的技术效果更加清楚明白，以下将结合附图以及多个示例性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用于解释本实用新型，而不用于限定本实用新型的保护范围。

在不冲突的情况下，本实用新型的实施例中的特征可以相互组合。在不同的附图中，相同的部件用相同的附图标记表示，且为了简要起见，省略了其它的部件，但这并不表明本实用新型的技术方案不能包括其它部件。应理解，附图中各部件的尺寸、比例关系以及部件的数目均不作为对本实用新型的限制。

下面，结合图1至图2详细描述本实用新型的电子设备1的实施例。

图1示出了根据本实用新型的电子设备1的一个实施例的示意图。在该实施例中，电子设备1构造为控制器，尤其是用于车辆的域控制器。电子设备1包括电路板10，电路板10上敷设有金属覆层，金属覆层例如是铜覆层或铝覆层。此外，电子设备1还包括半导体器件20。在图1中，为了简化，示例性地仅示出了一个半导体器件20。然而，在该电子设备1中包括多个半导体器件20，它们可以是二极管、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、晶闸管等半导元件，并且间隔开地布置在电路板10上，形成集成电路。

根据一个实施例，半导体器件20以焊接方式布置在电路板10上，半导体器件20的引线21焊接固定在电路板10的金属覆层上。

替代地，也可以将半导体器件20以粘接的方式固定在电路板10上。因此，在半导体器件20与电路板101之间设置粘接剂。

这些半导体器件20用于功率控制和电能转换并且在运行中产生热量。产生的热量被传导至电路板10。为了降低电子设备1的温度并且确保电子设备1的正常运行，电子设备1还包括散热结构30。

根据一个实施例，如图1所示，散热结构30包括壳体31，电路板10布置在壳体31中，其中，壳体31构造为金属壳体。在壳体31的内壁与电路板10之间布置有导热器件40，导热器件40包括石墨烯纸，用于将热量从电路板10传导至壳体31，该石墨烯纸与电路板10平行地取向。根据另一实施例，导热器件40也可以构造为石墨烯纸。石墨烯纸与电路板10和散热结构30分别面式地接触，这显著提高了接触面的热量传导面积。示例性地，石墨烯纸具有矩形形状并且分别与电路板10和壳体31的内壁整面地接触，这可以在空间受限的情况下使热量传导面积最大化并进一步提高热量传导效率。

根据该实施例，石墨烯纸包括至少两个石墨烯层和布置在该至少两个石墨烯层之间的碳化硅纳米线。导热器件40的纵向导热系数达到约10.9W/m·k并且热量能够特别有效地从电路板10经由导热器件40传导至壳体31。壳体31例如通过辐射的方式将热量传导至周围空气中，从而实现对电子设备1或者说半导体器件20的散热。

图2示出了根据本实用新型的电子设备1的另一实施例的示意图。与图1类似地，电子设备1是控制器、尤其是用于车辆的域控制器并且也包括电路板10、至少一个半导体器件20、散热结构30和导热器件40。至少一个半导体器件20布置在电路板10上，并且其热量传导至电路板10。散热结构30包括壳体31，并且导热器件40布置在电路板10与壳体31的内壁之间并且面式地分别与电路板10和壳体31的内壁接触，用于将热量从电路板10传导至壳体31并经由壳体31进行散热。

在该实施例中，导热器件40同样构造为石墨烯纸，该石墨烯纸与电路板10平行地取向。石墨烯纸包括至少两个石墨烯层和布置在该至少两个石墨烯层之间的碳化硅纳米线。示例性地，石墨烯纸具有矩形形状并且分别与电路板10和壳体31的内壁整面地接触。

与图1的实施例不同，电子设备1还包括预紧器件50，导热器件40被预紧器件50预紧在散热结构30与电路板10之间。

根据一个实施例，预紧器件50构造为夹紧元件，夹紧元件沿垂直于电路板10的方向将电路板10与散热结构30夹紧，从而夹紧元件将预紧力或者说夹紧力施加到导热器件40上。

示例性地，夹紧元件是螺钉。相应地，在电路板10上开设有通孔，并且在导热器件40上开设有与之对应的通孔。在壳体31的底部上相应地构造具有内螺纹的凸台33。螺钉穿过电路板10的通孔和导热器件40的通孔与凸台33螺纹连接，从而一方面将电路板10以及导热器件40固定在壳体31的内壁(在该视图中是壳体31的底壁)上，并且另一方面通过旋拧螺钉来调节施加于导热器件40上的预紧力。

由于导热器件40构造为石墨烯纸，该石墨烯纸包括至少两个石墨烯层和布置在该至少两个石墨烯层之间的碳化硅纳米线。在施加预紧力的情况下，石墨烯纸的纵向导热系数随着压应力的增大而增大。例如在75psi的压应力下，该石墨烯纸的纵向导热系数能够达到17.6W/m·k。

因此，通过设置预紧器件50能够在不增加导热器件40的尺寸的情况下进一步提高导热器件40的导热性能并进一步提高电子设备1的散热效果，与此同时实现了电子设备1的紧凑结构。

根据另一未示出的实施例，预紧器件50可以构造为热膨胀元件，其布置在壳体31的顶壁(也参见图2)与导热器件40之间并且将导热器件40卡紧在壳体31的底壁上。该热膨胀元件与导热器件40导热接触并且随着热量的传导和温度升高而逐渐膨胀，从而将预紧力(压应力)逐渐地施加到导热器件40上。导热器件40的纵向导热系数因而随着热量的传导适应性地调节。这进一步提高了电子设备1的运行可靠性和性能。

当然，还可以设想其他类型的预紧器件50，只要能够满足对导热器件40施加压应力即可。

此外，根据另一实施例，如图2所示，散热结构30除了包括壳体31以外还包括冷却器32，冷却器32由金属制成并且布置在壳体31上，用于与壳体31进行热量交换。在图2中，冷却器32布置在壳体31的外表面上，壳体31的与该外表面相对置的内表面(内壁)与导热器件40直接接触。因此，热量经由电路板10、导热器件40、壳体31的内表面、壳体31的外表面传导至冷却器32。

示例性地，在冷却器32上构造有多个翅片，这些翅片沿着冷却器32的纵长方向构造。由此进一步提高了冷却器32的散热面积。

进一步地，冷却器32包括风扇，风扇加速冷却器32上的空气流动并且进一步提高散热效果。

替代地或附加地，在冷却器32中构造有流体通道，冷却介质、例如冷却水在流体通道中流动。冷却器32与壳体31接触并且进行热量交换，从而有效地确保电子设备1的散热效果。

在本说明书中，除非另有明确的规定和限定，术语“布置”、“连接”、“联接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，或可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或通过中间件间接相连，或两个元件内部的连通。表述“第一”、“第二”等仅用于描述性目的，而不应理解为指示或暗示相对重要性，也不应理解为隐含指明所指示的技术特征的数量。限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地表示包括至少一个该特征。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据情况理解上述术语在本实用新型中的含义。

Claims (10)

1.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备(1)包括：

电路板(10)；

至少一个半导体器件(20)，所述至少一个半导体器件(20)布置在所述电路板(10)上，并且其热量传导至所述电路板(10)；

散热结构(30)，所述散热结构(30)配置为适于对所述电路板(10)进行散热；和

包括石墨烯纸的导热器件(40)，所述导热器件(40)布置在所述散热结构(30)与所述电路板(10)之间并且配置为适于将热量从所述电路板(10)传导至所述散热结构(30)，其中，石墨烯纸与所述电路板(10)平行地取向。

2.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述导热器件(40)与所述电路板(10)和所述散热结构(30)分别面式地接触。

3.根据权利要求1或2所述的电子设备，其特征在于，

所述石墨烯纸包括至少两个石墨烯层和布置在所述至少两个石墨烯层之间的碳化硅纳米线；和/或

所述导热器件(40)具有10.9W/m·k与17.6W/m·k之间的纵向导热系数。

4.根据权利要求1或2所述的电子设备，其特征在于，所述散热结构(30)包括壳体(31)，所述电路板(10)布置在所述壳体(31)中，所述导热器件(40)布置在所述壳体(31)的内壁与所述电路板(10)之间。

5.根据权利要求4所述的电子设备，其特征在于，

所述散热结构(30)还包括冷却器(32)，所述冷却器(32)布置在所述壳体(31)上并且配置为适于与所述壳体(31)进行热交换；和/或

所述导热器件(40)具有矩形形状并且与所述电路板(10)和所述壳体(31)的内壁整面地接触。

6.根据权利要求5所述的电子设备，其特征在于，

在所述冷却器(32)上构造有多个翅片；和/或

在所述冷却器(32)中构造有液体管路；和/或

所述冷却器(32)包括风扇。

7.根据权利要求1或2所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备还包括预紧器件(50)，所述导热器件(40)被预紧器件(50)预紧在所述散热结构(30)与所述电路板(10)之间。

8.根据权利要求7所述的电子设备，其特征在于，

所述预紧器件(50)构造为夹紧元件，所述夹紧元件沿垂直于所述电路板(10)的方向将所述电路板(10)与所述散热结构(30)夹紧。

9.根据权利要求1、2、5、6和8中任一项所述的电子设备，其特征在于，

所述至少一个半导体器件(20)以焊接或粘接的方式布置在所述电路板(10)上；和/或

设置有多个半导体器件(20)，所述半导体器件(20)形成集成电路。

10.根据权利要求1、2、5、6和8中任一项所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备(1)构造为控制器。