CN101247714A - 散热模块 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种散热模块，用于一包覆体内。该散热模块包括：一电子元件，具有至少一接脚；一电路板，具有至少一通孔以及至少一连接部，其中该连接部用于与该电子元件的该接脚连接；以及一导热装置，嵌入并固定在该电路板的该通孔中，以形成一散热路径。其中该电子元件贴附于该导热装置，以使该电子元件产生的热量通过该散热路径散出。
Description
技术领域
本发明涉及一种散热块，尤其涉及一种可以于电路板上提供发热电子元件散热路径的散热模块。
背景技术
随着集成电路的积集化，如电源转换器或电源供应器之类的电子装置体积亦逐渐缩小，但电子装置体积缩小所带来的散热问题则愈加严重。以电源转换器为例，电源转换器在工作时其内部电路板上的电子元件(例如晶体管)会产生极高的热量，而存在于壳体内部的空气为热的不良传导介质，因此会产生热量不易散逸且累积于电源转换器壳体内部的问题。此外，电源转换器亦有逐渐朝高功率发展的趋势，因此若无法有效解决电子元件散热的问题，将使电源转换器内部的电子元件易于损坏，如此不只会降低电源转换器的使用寿命，且更会降低电源转换器的电源转换效率。
为解决这些电子元件的散热问题，通常会将安置于电路板上的电子元件与电源转换器的壳体内壁面贴附或邻近，以利用壳体来加大传热的散热面积，然而传统技术面临许多问题。参阅图1，其为示出传统电子元件散热模块的结构示意图。如图1所示，电子元件10(例如晶体管)通常是利用背面的散热片11直接贴附于壳体12侧边的内壁面，且利用固定元件13(例如螺丝或夹具)将电子元件10固定，由此利用壳体的加大的导热面积将电子元件10所产生的热量从内部转移至外部进行散热。电子元件10通常以其接脚15插置于电路板14对应的连接部上，且须设置在电路板14的边缘部分，如此方可与壳体12侧面的内壁面贴附或邻近。然而为了将电子元件10设置于壳体12侧面的内壁面，电路板14的线路布局以及电路配置将会变得复杂和困难，且易产生电磁干扰等问题。此外，将电子元件10设置在电路板14的边缘部分时，容易在电源转换器1受到外力撞击或摔落时因应力作用而造成电子元件10的接脚15断裂。更甚者，将电子元件10直立地贴附于壳体12侧面的内壁面亦会造成电源转换器1的厚度无法进一步缩小的缺限。
参阅图2，其为另一种传统电子元件散热模块的结构示意图。如图2所示，此传统方式与图1所示的方式相同，仅在电子元件10与壳体12侧面的内壁面间还设置一散热装置16，该散热装置16固定于电路板14上，但此传统方式仍存在相同的问题与缺限，而且散热装置16不易固定，这也影响到电子元件10的配置。
为避免电子元件设置在电路板的边缘部分时所产生的问题，研发了另一传统电子元件散热模块。参阅图3，其为示出另一种电子元件散热模块的结构示意图。如图3所示，电子元件20(例如晶体管)是利用背面的散热片21来贴附于壳体22底面的内壁面，由此可避免电子元件设置在电路板边缘时所造成的问题，且可以避免电子元件直立所造成的高度限制而无法使电源转换器2的厚度降低等问题。然而，此传统技术仍有缺限，例如此技术需在电路板24对应于电子元件20的位置处开设通孔23，该通孔23的大小须略大于电子元件20的大小，以便将电子元件20固定于电路板24以及贴附于壳体22底面的内壁面。但当须设置多个电子元件20时，电路板24的通孔23面积将造成电路板24布线与电路配置的困难和复杂，且同样地在电源转换器2受到外力撞击或摔落时，易造成电子元件20的接脚25断裂。
图4(a)是示出另一种传统电子元件散热模块的结构示意图。如图4(a)所示，电源转换器3的电路板34上面对电子元件30(例如晶体管)的区域具有多个导孔(via hole)33，每一导孔33贯穿电路板34且在导孔的壁面上形成一金属导层331，如图4(b)所示。此传统方式将电子元件30通过接脚35插置于电路板34对应的连接部上，并将电子元件30以其背面的散热片31贴附于电路板34且面对多个导孔33，且于电路板34相对于电子元件30的另一表面的相对位置设置一散热垫36、并使该散热垫36与壳体32底面的内壁面贴附，以通过导孔33与散热垫36将热传导至壳体32以进行散热。然而由于导孔33除内壁面具有金属导层331外，中间大部分皆存在空气，而空气为热传的不良传导介质，因此对提高电子元件30的散热效果有限。此外，导孔33的制作方式繁琐且成本高。
因此，如何发展一种可以解决传统技术所产生的问题与缺限，且适用于电路板上发热电子元件散热的散热模块，实为相关领域的人员目前所迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种电子元件的散热模块，其主要在电路板上利用嵌入的导热装置提供电子元件散热路径，以使电子元件所产生的热量可以利用该散热路径转移至包覆体(例如壳体或金属屏蔽壳)，进而提升散热效能。如此不仅可以解决散热问题，且可以使电子元件的设置与组装更简化且容易进行。此外，由于仅须对电路板开设与导热装置的本体截面相似大小的通孔，而无须开设与电子元件相同大小的通孔，因此可以减少于电路板上开设通孔的面积，以节省电路板的空间以及使线路布局和电路的配置相对地不受限制。
为实现述目的，本发明的一广义实施方式为提供一种散热模块，用于一包覆体内。该散热模块包括：一电子元件，具有至少一接脚；一电路板，具有至少一通孔以及至少一连接部，其中该连接部用于与该电子元件的该接脚连接；以及一导热装置，嵌入并固定于该电路板的该通孔中，以形成一散热路径。其中该电子元件贴附于该导热装置，以使该电子元件产生的热量通过该散热路径散出。
本发明的有益技术效果在于：可以解决现有技术中存在的散热问题，且可以使电子元件的设置与组装更简化且容易进行。此外，可以减少在电路板上开设通孔的面积，以节省电路板的空间以及使线路布局和电路的配置相对地不受限制。
附图说明
图1为传统电子元件散热模块的结构示意图。
图2为另一种传统电子元件散热模块的结构示意图。
图3为另一种传统电子元件散热模块的结构示意图。
图4(a)和图4(b)为另一种传统电子元件散热模块的结构示意图。
图5(a)为本发明优选实施例的电子元件的散热模块结构示意图。
图5(b)为图5(a)所示结构的部分结构立体图。
图6(a)至图6(c)为各种导热装置的结构示意图。
图7为本发明另一优选实施例的电子元件的散热模块的结构示意图。
其中，附图标记说明如下：
1、2、3、4电源转换器 10、20、30、40电子元件
11、21、31、41散热片 12、22、32壳体
13、49固定元件 14、24、34、44电路板
15、25、35、45接脚 16散热装置
23、43通孔 33导孔
331、431金属导层 36散热垫
46导热装置 47连接部
460本体 461第一表面
462第二表面 463凸缘
48焊接区域 42包覆体
具体实施方式
体现本发明的特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是，本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的保护范围，且其中的说明及附图本质上当作说明的用，而非用以限制本发明。
图5(a)示出本发明优选实施例的电子元件的散热模块结构示意图；以及图5(b)为图5(a)所示结构的部分结构立体示意图。如图5(a)与图5(b)所示，本发明的电子元件的散热模块可应用于一电子装置(例如电源转换器)4，且主要包括电子元件40、电路板44以及导热装置46。其中，电子元件40(例如晶体管)的背面具有一散热片41且具有至少一接脚45。在其它实施例中，电子元件40也可为完整封装体且不具有暴露的散热片，但具有接脚45。电路板44具有一通孔43以及至少一连接部47，该连接部47用于与电子元件40的对应接脚45连接。在一些实施例中，电子元件40可以是直插式元件或是表面黏着元件，因此电子元件40的接脚45可以直插方式或表面黏着方式与电路板44对应的连接部47(例如导孔或接触垫)，以焊接方式连接。
导热装置46主要由具高导热系数的金属(例如铜或铝)制成。在一些实施例中，导热装置46呈多边形柱体或圆柱体，如图6(a)至图6(c)所示，且导热装置46具有一本体460、一第一表面461、一第二表面462以及一凸缘463，其中，该凸缘463由该第一表面461或该第二表面462的至少一侧边向外延伸而成。电路板44在通孔43的边缘处可选择性地形成至少一焊接区域48。电路板44的通孔43的大小与形状大体与导热装置46的本体460的横截面大小与形状相同，以使导热装置46恰好嵌入在将其固定于电路板44上所对应的通孔43中。为进一步将导热装置46固定在电路板44上，可以以焊接方式连接导热装置46的凸缘463与通孔43边缘的焊接区域48。在导热装置46设置于电路板44的通孔43中之后，导热装置46的第二表面462可与包覆体(例如壳体或壳体内部的金属屏蔽壳)42的底面的内壁面贴附而形成一散热路径。
在一些实施例中，电子元件40可以通过接脚45以焊接方式连接于电路板44的连接部47，并通过固定元件(例如螺丝或焊锡或夹具)49(如图5(b)所示)固定和贴附在导热装置46的第一表面461上，由此便可通过导热装置46在电路板44中形成散热路径，而有利于电子元件40散热。另外，在其它实施例中，亦可在电子元件40与导热装置46之间选择性地增加绝缘垫(图中未示出)，由此便可利用固定元件(例如螺丝或夹具)将电子元件40固定和贴附于导热装置46的第一表面461上。
参阅图7，其为本发明另一优选实施例的电子元件的散热模块的结构示意图。如图7所示，在此实施例中，电子元件的散热模块的主要构件以及各构件的功能与图5(a)与图5(b)所示实施例相似，只是导热装置46可以从电路板44相对于电子元件40设置面的另一面嵌入，以使导热装置46的凸缘463抵接电路板44的通孔43的边缘部分，亦即导热装置46的凸缘463与电子元件40位于电路板44的相对面。在导热装置46设置于电路板44的通孔43上之后，导热装置46的第一表面461可与包覆体(例如壳体或壳体内部的金属屏蔽壳)42的底面的内壁面贴附而形成一散热路径。
在一些实施例中，通孔43的壁面也可进一步形成金属导层431，如此导热装置46便可通过焊接方式与通孔43的金属导层431连接而更稳固地固定于电路板44。在一些实施例中，电子元件40可以是直插式元件或是表面黏着元件，因此电子元件40的接脚45可以直插方式或表面黏着方式与电路板44对应的连接部(例如导孔或接触垫)47焊接。在一些实施例中，电子元件40可通过固定元件(例如螺丝或夹具或焊锡)固定于导热装置46的第二表面462上，由此便可通过导热装置46与电路板44形成的散热路径，而有利于电子元件40散热。另外，在其它实施例中，亦可在电子元件40与导热装置46之间选择性地增加绝缘垫(图中未示出)，由此便可利用固定元件(例如螺丝或夹具)将电子元件40固定于导热装置46的第二表面462上。
当然，在一些实施例中，可利用焊接方式(例如波焊方式(wave solderprocess)或直接回流焊方式(Direct Re-flow process))进行导热装置46与焊接区域48或通孔43的金属导层431之间的连接，以及电子元件40的接脚45与电路板44的连接部47之间的连接，且不以此为限。
综上所述，本发明的电子装置的散热模块主要是在电路板上利用嵌入的导热装置提供电子装置散热路径，使电子装置产生的热量可以利用该散热路径转移至包覆体(例如壳体或金属屏蔽壳)，进而提升散热效能。如此不仅可以解决散热问题，而且可以使电子元件的设置与组装更简化和容易地进行。此外，由于仅须对电路板形成与导热装置横截面相似大小的通孔，而无须形成与电子元件相似大小的通孔，因此可以减少于电路板上开设通孔的面积，以节省电路板的空间以及使线路布局和电路的配置相对不受限制。
本发明由本领域技术人员所进行的诸般修饰，皆不脱离如随附权利要求书所请求保护的范围。
Claims (16)
1. 一种散热模块，用在一包覆体内，所述散热模块包括：
一电子元件，具有至少一接脚；
一电路板，具有至少一通孔以及至少一连接部，其中该连接部用于与该电子元件的该接脚连接；以及
一导热装置，至少部分嵌入并固定于该电路板的该通孔中，以形成一散热路径，其中该电子元件贴附于该导热装置，以使该电子元件产生的热量经由该散热路径散出。
2. 如权利要求1所述的散热模块，其中，该电子元件为晶体管。
3. 如权利要求1所述的散热模块，其中，该电子元件的背面还具有一散热片。
4. 如权利要求1所述的散热模块，其中，该电子元件为直插式元件或表面黏着元件。
5. 如权利要求1所述的散热模块，其中，该导热装置由铜或铝制成。
6. 如权利要求1所述的散热模块，其中，该导热装置为多边形柱体或圆柱体。
7. 如权利要求1所述的散热模块，其中，该导热装置包括：
一第一表面，与该电子元件贴附；
一第二表面；以及
一凸缘，延伸于该第一表面的至少一侧边。
8. 如权利要求7所述的散热模块，其中，该电路板在该通孔的边缘处还形成至少一焊接区域，以用于与该导热装置的该凸缘连接。
9. 如权利要求7所述的散热模块，其中，该导热装置的该第二表面贴附或邻近该壳体底面的内壁面，且该导热装置的该凸缘与该电子元件位于该电路板的相同面上，其中该包覆体为壳体或金属屏蔽壳。
10. 如权利要求1所述的散热模块，其中，该电路板的该通孔的壁面还形成一金属导层，以通过焊接方式与该导热装置连接。
11. 如权利要求1所述的散热模块，其中，该导热装置包括：
一第一表面；
一第二表面，与该电子元件贴附；以及
一凸缘，延伸于该第一表面的至少一侧边。
12. 如权利要求11所述的散热模块，其中，该导热装置的该第一表面贴附或邻近该包覆体底面的内壁面，且该导热装置的该凸缘与该电子元件位于该电路板的相对面。
13. 如权利要求1所述的散热模块，其中，该电路板的通孔大小及形状实质上与该导热装置的一本体的横截面大小及形状相同，以使该导热装置嵌入并固定在该电路板的该通孔中。
14. 如权利要求1所述的散热模块，其中，该导热装置通过焊接方式固定于该电路板的该通孔中，该电子元件的该接脚通过焊接方式固定于该电路板的该连接部。
15. 如权利要求14所述的散热模块，其中，该焊接方式选自波焊方式和直接回流焊方式中的一种方式。
16. 如权利要求1所述的散热模块，其中，所述散热模块还包括一固定元件，用于将该电子元件固定并贴附于该导热装置。
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