專利名稱：一種功率器件絕緣散熱結構及電路板、電源設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電源產(chǎn)品領域，尤其涉及一種功率器件絕緣散熱結構及電路板、電源設備。
背景技術：
電源產(chǎn)品中廣泛應用了功率開關管、整流器等功率器件，其中，功率器件的安裝不僅需要滿足散熱的要求，也需要滿足絕緣的要求。功率器件的絕緣散熱結構的占用空間已成為影響電源設備功率密度的關鍵因數(shù)。在電源產(chǎn)品中，常見的一種功率器件的絕緣散熱結構由螺釘、絕緣粒、功率器件以及散熱器組成；其中，功率器件通過該螺釘和絕緣粒固定在散熱器的接觸散熱面上。常見的另一種功率器件的絕緣散熱結構由彈性壓條、功率器件以及散熱器組成；其中，功率器件通過該彈性壓條卡接在散熱器的接觸散熱面上。上述的功率器件的絕緣散熱結構中，無論是通過螺釘和絕緣粒將功率器件固定在散熱器的接觸散熱面上，還通過彈性壓條將功率器件卡接在散熱器的接觸散熱面上，均使得功率器件的絕緣散熱結構的占用空間較大，降低了電源設備的功率密度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例提供了一種功率器件絕緣散熱結構及電路板、電源設備，該絕緣散熱結構占用空間小，可以顯著提升電源設備的功率密度。一種功率器件絕緣散熱結構，包括功率器件、絕緣陶瓷片以及散熱器；所述功率器件為片狀結構，所述絕緣陶瓷片為氧化鋁陶瓷片；所述散熱器上設置有散熱器引腳，所述散熱器引腳用于機械連接電路板；所述功率器件、絕緣陶瓷片以及散熱器在橫向上依次固定；其中，所述功率器件的發(fā)熱面與絕緣陶瓷片的一面通過第一絕緣導熱膠粘接固定；所述絕緣陶瓷片的另一面與所述散熱器的接觸散熱面通過第二絕緣導熱膠粘接固定。一種電路板，包括由功率器件、絕緣陶瓷片以及散熱器組成的功率器件絕緣散熱結構；所述功率器件為片狀結構，所述絕緣陶瓷片為氧化鋁陶瓷片；所述功率器件、絕緣陶瓷片以及散熱器在橫向上依次固定；其中，所述功率器件的發(fā)熱面與絕緣陶瓷片的一面通過第一絕緣導熱膠粘接固定；所述絕緣陶瓷片的另一面與所述散熱器的接觸散熱面通過第二絕緣導熱膠粘接固定；所述散熱器上設置有散熱器引腳，所述散熱器引腳機械連接所述電路板。 一種電源設備，所述電源設備內(nèi)部設有上述電路板以及供電板；其中，所述供電板的電源輸出引腳與所述電路板的電源輸入引腳電連接。 本發(fā)明實施例提供的功率器件絕緣散熱結構中，功率器件的發(fā)熱面與絕緣陶瓷片的一面通過第一絕緣導熱膠粘接固定，而絕緣陶瓷片的另一面又與散熱器的接觸散熱面通過第二絕緣導熱膠粘接固定，滿足了功率器件的散熱和絕緣要求，而且通過絕緣導熱膠粘接固定方式可以縮小該功率器件的絕緣散熱結構用空間，從而可以顯著提升電源設備的功率密度。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明實施例的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明實施例提供的一種功率器件的絕緣散熱結構的示意圖；圖2為圖1所示功率器件的絕緣散熱結構與電路板的安裝示意圖；圖3為本發(fā)明實施例提供的相鄰二個絕緣陶瓷片的布置示意圖；圖4為本發(fā)明實施例提供的一種組合式絕緣陶瓷片的示意圖。
具體實施例方式下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。本發(fā)明實施例提供了一種功率器件絕緣散熱結構及電路板、電源設備，該絕緣散熱結構占用空間小，可以顯著提升電源設備的功率密度。以下分別進行詳細說明。實施例一請參閱圖1，圖1為本發(fā)明實施例一提供的一種功率器件絕緣散熱結構的示意圖。 如圖1所示，該功率器件絕緣散熱結構可以包括功率器件1、絕緣陶瓷片2以及散熱器3 ；其中，功率器件1為片狀結構，絕緣陶瓷片2為氧化鋁陶瓷片；散熱器3 ；其中，功率器件1、絕緣陶瓷片2以及散熱器3在橫向上依次固定；功率器件1的發(fā)熱面與絕緣陶瓷片2的一面通過第一絕緣導熱膠粘接固定；而絕緣陶瓷片2的另一面與散熱器3的接觸散熱面通過第二絕緣導熱膠粘接固定。其中，圖1所示的功率器件絕緣散熱結構可以應用于各種電源設備以及其他的例如變壓器模塊等具有電源管理功能的模塊中。以開關電源為例，開關電源的電路板中需要使用多種不同封裝類型的功率開關管、整流橋等功率器件，這些功率器件自身可以帶有引腳，其典型的封裝類型有Τ0220，Τ0Μ7，Τ0264等。其中，功率器件的內(nèi)部芯片的熱量一般通過芯片底部向外傳熱。也即是說，上述的功率器件1的發(fā)熱面可以是功率器件1的內(nèi)部芯片的芯片底部(熱量通過芯片底部向外傳熱)。如圖1所示的功率器件絕緣散熱結構中，功率器件1上可以設置有功率器件引腳 11，功率器件引腳11用于電氣連接電路板，即實現(xiàn)功率器件1與電路板的電氣互連。如圖1所示的功率器件絕緣散熱結構中，散熱器3上可以設置有散熱器弓丨腳31，散熱器引腳31用于機械連接電路板，即實現(xiàn)散熱器3與電路板的機械連接。一個實施例中，散熱器3上可以設置有多個散熱器引腳31，而電路板上可以設置相應的焊接過孔，將粘接固定有功率器件1的散熱器3插裝在電路板上，可以同時實現(xiàn)功率器件引腳11、散熱器引腳 31的在電路板上的焊接，如圖2所示。其中，圖2所示的電路板可以設置在各種電源設備內(nèi)部，從而可以顯著提升電源設備的功率密度。其中，當圖2所示的電路板設置在各種電源設備內(nèi)部時，各種電源設備內(nèi)部供電板的電源輸出引腳可以與該電路板的電源輸入引腳電連接，從而實現(xiàn)為該電路板供電。本發(fā)明實施例提供的功率器件絕緣散熱結構中，絕緣陶瓷片2的數(shù)量為至少二個，并且相鄰二個絕緣陶瓷2片之間的間距大于3mm，3mm是爬電安全間距。每一個絕緣陶瓷片2的一面粘接固定至少一個功率器件1。也即是說，多個功率器件1可同時粘接固定在一個絕緣陶瓷片2上，而一個散熱器1上可以同時粘接固定多個絕緣陶瓷片2。作為一種可選的實施方式，絕緣陶瓷片2可以為導熱系數(shù)大于20w/mk的氧化鋁陶瓷片。根據(jù)應用需求，氧化鋁陶瓷片(即絕緣陶瓷片2)的厚度通常為0. 5mm 2mm。作為一種可選的實施方式，散熱器3可以為金屬散熱器(如鋁或者銅等材質的散熱器)。一個實施例中，散熱器3也可以為微孔洞化陶瓷散熱片。由于微孔洞化結構的關系，微孔洞化陶瓷散熱片的表面積相較金屬散熱器多出約30%的孔隙，因而與對流介質空氣有更大的接觸面積，能夠在同一單位時間內(nèi)帶走更多的熱量。作為一種可選的實施方式，上述的第一絕緣導熱膠、第二絕緣導熱膠可以為導熱系數(shù)大于0.3w/mk的有機絕緣導熱膠。其中，有機絕緣導熱膠通常是在有機樹脂(比如環(huán)氧、有機硅、聚丙烯酸等)中加入一定量的絕緣導熱填料(比如氧化鋁、二氧化硅、氮化鋁、 氮化硼、氧化鋅等)構成。特別地，對于粘接固定絕緣陶瓷片2 (如氧化鋁陶瓷片)與散熱器3的第二絕緣導熱膠，由于絕緣陶瓷片2 (如氧化鋁陶瓷片)與散熱器3 (如鋁散熱器、銅散熱器)的熱膨脹系數(shù)(Coefficient Of Thermal Expansion，CTE)相差較大，第二絕緣導熱膠需要盡可能地使用導熱膠模量低的有機絕緣導熱膠。實驗表明，第二絕緣導熱膠為導熱系數(shù)大于0. 3w/ mk，并且25°C下固化后的導熱膠模量小于5GPa的有機絕緣導熱膠的粘接固定效果最佳。作為一種可選的實施方式，上述的第一絕緣導熱膠也可以為導熱系數(shù)大于0.3w/ mk,并且25°C下固化后的導熱膠模量小于5GPa的有機絕緣導熱膠。本發(fā)明實施例中，將絕緣導熱膠分別刷涂在散熱器3、絕緣陶瓷片2表面，通過輔助工具，將功率器件1、涂有絕緣導熱膠的絕緣陶瓷片2、涂有絕緣導熱膠的散熱器3依次安裝，并放入指定高溫烘烤條件下使絕緣導熱膠固化，即可實現(xiàn)散熱器3、絕緣陶瓷片2、功率器件1的粘接固定。本發(fā)明實施例一中，功率器件1的發(fā)熱面與絕緣陶瓷片2的一面通過第一絕緣導熱膠粘接固定，而絕緣陶瓷片2的另一面又與散熱器3的接觸散熱面通過第二絕緣導熱膠粘接固定，滿足了功率器件1的散熱和絕緣要求，而且通過絕緣導熱膠粘接固定方式可以縮小該功率器件1的絕緣散熱結構用空間，從而可以顯著提升電源設備的功率密度。實施例二 本發(fā)明實施例二中，假設4個T0247功率開關管使用2個絕緣陶瓷片2粘接固定， 相對于4個T0247功率開關管使用一個絕緣陶瓷片1粘接固定，2個絕緣陶瓷片2之間需增加一定的距離以滿足所需的爬電安全間距，如圖3所示。本發(fā)明實施例中，為了更大程度縮小功率器件的絕緣散熱結構的占用空間，在同一絕緣陶瓷片上粘接功率器件的數(shù)目越多，節(jié)省占用空間越顯著。共用絕緣陶瓷片的功率器件數(shù)目越多，絕緣陶瓷片尺寸越大。而絕緣陶瓷片尺寸越大，在溫度變化造成的熱應力越大，可能導致絕緣陶瓷片應力開裂或者陶瓷片與散熱器之間出現(xiàn)脫落，導致電源產(chǎn)品失效。 本發(fā)明實施例二提供了一個組合式絕緣陶瓷片方案，該組合式絕緣陶瓷片不明顯增加占用空間，同時不降低絕緣陶瓷片的粘接可靠性。以8個T0247開關功率管共用一個絕緣陶瓷片為例，絕緣陶瓷片尺寸過大，其粘接可靠性風險大。本發(fā)明實施例中，可以使用圖4所示的組合絕緣陶瓷片來替代單片絕緣陶瓷片。圖4所示的組合式絕緣陶瓷片相對于整張絕緣陶瓷片而言，其熱應力只有整張絕緣陶瓷片的一半，同時不會增加占用空間。實施例三本發(fā)明實施例三中，上述的第一絕緣導熱膠、第二絕緣導熱膠可以是有機絕緣導熱薄膜，這樣可避免手工刷涂絕緣導熱膠，提升生產(chǎn)效率。其中，有機絕緣導熱薄膜的中間部分可以是玻璃纖維布基材，或PI絕緣耐壓薄膜，或PEN絕緣耐壓薄膜，而雙面設有預固化的導熱膠。有機絕緣導熱薄膜也可以是不帶基材，為已經(jīng)涂布成片材狀的導熱膠薄膜。有機絕緣導熱薄膜經(jīng)過高溫加熱，可進行二次固化，實現(xiàn)對功率器件1、絕緣陶瓷片2以及散熱器3的粘接固定。相對于現(xiàn)有功率器件絕緣散熱結構，本發(fā)明實施例可以降低單個功率器件的絕緣散熱結構的占用空間50%左右，顯著提升整個電源產(chǎn)品的功率密度。以上對本發(fā)明實施例所提供的功率器件的絕緣散熱結構進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明；同時，對于本領域的一般技術人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式
及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應理解為對本發(fā)明的限制。
權利要求
1.一種功率器件絕緣散熱結構，其特征在于，包括功率器件、絕緣陶瓷片以及散熱器；所述功率器件為片狀結構，所述絕緣陶瓷片為氧化鋁陶瓷片；所述散熱器上設置有散熱器引腳，所述散熱器引腳用于機械連接電路板；所述功率器件、絕緣陶瓷片以及散熱器在橫向上依次固定；其中，所述功率器件的發(fā)熱面與絕緣陶瓷片的一面通過第一絕緣導熱膠粘接固定；所述絕緣陶瓷片的另一面與所述散熱器的接觸散熱面通過第二絕緣導熱膠粘接固定。
2.根據(jù)權利要求1所述的絕緣散熱結構，其特征在于，所述絕緣陶瓷片的導熱系數(shù)大于 20w/mk，厚度為 0. 5mm 2mm。
3.根據(jù)權利要求1所述的絕緣散熱結構，其特征在于，所述散熱器為金屬散熱器。
4.根據(jù)權利要求1所述的絕緣散熱結構，其特征在于，所述第一絕緣導熱膠是導熱系數(shù)大于0. 3w/mk,并且25°C下固化后的導熱膠模量小于5GPa的有機絕緣導熱膠。
5.根據(jù)權利要求1所述的絕緣散熱結構，其特征在于，所述第一絕緣導熱膠是有機絕緣導熱薄膜，所述有機絕緣導熱薄膜為已經(jīng)涂布加工為片狀的導熱膠。
6.根據(jù)權利要求1所述的絕緣散熱結構，其特征在于，所述第二絕緣導熱膠是導熱系數(shù)大于0. 3w/mk,并且25°C下固化后的導熱膠模量小于5GPa的有機絕緣導熱膠。
7.根據(jù)權利要求1所述的絕緣散熱結構，其特征在于，所述第二絕緣導熱膠是有機絕緣導熱薄膜，所述有機絕緣導熱薄膜為已經(jīng)涂布加工為片狀的導熱膠。
8.根據(jù)權利要求1所述的絕緣散熱結構，其特征在于，所述絕緣陶瓷片為組合式絕緣陶瓷片。
9.根據(jù)權利要求1所述的絕緣散熱結構，其特征在于，所述功率器件上設置有功率器件引腳，所述功率器件弓I腳用于電氣連接電路板。
10.根據(jù)權利要求1 9任一項所述的絕緣散熱結構，其特征在于，所述絕緣陶瓷片的數(shù)量為至少二個，并且相鄰二個所述絕緣陶瓷片之間的距離滿足爬電安全間距的要求。
11.根據(jù)權利要求10所述的絕緣散熱結構，其特征在于，每一個所述絕緣陶瓷片的一面粘接固定至少一個所述功率器件。
12.—種電路板，其特征在于，包括由功率器件、絕緣陶瓷片以及散熱器組成的功率器件絕緣散熱結構；所述功率器件為片狀結構，所述絕緣陶瓷片為氧化鋁陶瓷片；所述功率器件、絕緣陶瓷片以及散熱器在橫向上依次固定；其中，所述功率器件的發(fā)熱面與絕緣陶瓷片的一面通過第一絕緣導熱膠粘接固定；所述絕緣陶瓷片的另一面與所述散熱器的接觸散熱面通過第二絕緣導熱膠粘接固定；所述散熱器上設置有散熱器引腳，所述散熱器引腳機械連接所述電路板。
13.根據(jù)權利要求12所述的電路板，其特征在于，所述絕緣陶瓷片的導熱系數(shù)大于 20w/mk,厚度為 0. 5mm 2_。
14.根據(jù)權利要求12所述的電路板，其特征在于，所述散熱器為金屬散熱器。
15.根據(jù)權利要求12所述的電路板，其特征在于，所述第一絕緣導熱膠是導熱系數(shù)大于0. 3w/mk,并且25°C下固化后的導熱膠模量小于5GPa的有機絕緣導熱膠。
16.根據(jù)權利要求12所述的電路板，其特征在于，所述第一絕緣導熱膠是有機絕緣導熱薄膜，所述有機絕緣導熱薄膜為已經(jīng)涂布加工為片狀的導熱膠。
17.根據(jù)權利要求12所述的電路板，其特征在于，所述第二絕緣導熱膠是導熱系數(shù)大于0. 3w/mk,并且25°C下固化后的導熱膠模量小于5GPa的有機絕緣導熱膠。
18.根據(jù)權利要求12所述的電路板，其特征在于，所述第二絕緣導熱膠是有機絕緣導熱薄膜，所述有機絕緣導熱薄膜為已經(jīng)涂布加工為片狀的導熱膠。
19.根據(jù)權利要求12 18任一項所述的電路板，其特征在于，所述功率器件上設置有功率器件弓I腳，所述功率器件弓I腳電氣連接所述電路板。
20.一種電源設備，其特征在于，所述電源設備內(nèi)部設有權利要求11 17任一項所述的電路板以及供電板；所述供電板的電源輸出引腳與所述電路板的電源輸入引腳電連接。
全文摘要
一種功率器件絕緣散熱結構及電路板、電源設備，該功率器件絕緣散熱結構包括功率器件、絕緣陶瓷片以及散熱器；所述功率器件為片狀結構，所述絕緣陶瓷片為氧化鋁陶瓷片；所述散熱器上設置有散熱器引腳，所述散熱器引腳用于機械連接電路板；所述功率器件、絕緣陶瓷片以及散熱器在橫向上依次固定；其中，所述功率器件的發(fā)熱面與絕緣陶瓷片的一面通過第一絕緣導熱膠粘接固定；所述絕緣陶瓷片的另一面與所述散熱器的接觸散熱面通過第二絕緣導熱膠粘接固定。該功率器件絕緣散熱結構占用空間小，可以顯著提升電源產(chǎn)品的功率密度。
文檔編號H01L23/367GK102569223SQ20121000707
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月11日 優(yōu)先權日2012年1月11日
發(fā)明者徐焰, 趙國源, 陳保國 申請人:華為技術有限公司