TWI389272B - 電子元件之散熱模組及其組裝方法 - Google Patents

Description

電子元件之散熱模組及其組裝方法

本案係關於一種散熱模組，尤指一種電子元件之散熱模組及其組裝方法。

隨著電腦工業迅速發展，在電子裝置要求多元化及小型化的趨勢下，電路板上電子元件的積集度日益增加，使得電子元件之絕緣與散熱問題更加重要，尤其是在許多電源供應裝置、控制設備、量測儀器、電器設備、電腦週邊設備等裝置中必須使用的功率電晶體，因為其主要功能係為訊號處理或功率驅動，且通常是處理較大功率的信號，因此所發出的熱量較大，更需要處理絕緣與散熱之問題。

一般來說，功率電晶體通常會被鎖固在散熱片上以提高功率電晶體之散熱效果。請參閱第一圖及第二圖，其係分別為習知功率電晶體元件鎖固於散熱片之結構爆炸圖及側剖面圖。如第一圖所示，於習知技術中，功率電晶體13係透過螺絲11、墊圈15及螺帽16將其鎖固於散熱片14上，並利用結構中的塑膠襯套12將功率電晶體13與螺絲11及散熱片14阻隔開來，藉此阻絕了產生火花效應的路徑，亦避免了其間產生電壓擊穿現象。

習知功率電晶體13鎖固於散熱片14上時必須完全依靠人工，作業人員必須先將螺絲11套設於塑膠襯套12中，再將組合後的構件依序對應穿過功率電晶體13之絕緣封裝結構131的孔洞132及散熱片14之貫穿通道141，以使螺絲11的部分結構貫穿透過功率電晶體13的另一側面，最後與墊圈15及螺帽16相鎖固，需組裝的元件眾多且隨著小型化的趨勢下功率電晶體13及所有組裝元件的尺寸將會隨著縮小，習知使用人工組裝的困難度將提升且組裝過程複雜。

功率電晶體13鎖固於散熱片14上後需藉由其接腳133對應插植於電路板之孔洞(未圖示)中，但是由於習知使用螺絲11配合螺帽16鎖固的方式會因作業人員鎖固時施工的力量不平均而造成功率電晶體13傾斜，造成接腳133偏移而無法與電路板之孔洞對應設置，進而使接腳133無法正確插植入所對應之孔洞中，且習知以人工組裝的方式須增加人力成本，且無法自動化生產。

隨著電子裝置日趨小型化的情形下，電路板上電子元件的數量將更多，彼此之間排列也更為緊密，而於習知技術中，當組裝完成時螺絲11之頭部結構111裸露在塑膠襯套12外而不被任何絕緣元件所保護(如第二圖所示)，因此容易使螺絲11外露之頭部結構111與相鄰之其他電子元件接觸，進而於使用電子裝置時發生短路甚至造成元件損壞。

為防止上述情形發生，習知的改善方法係於螺絲11外以人工方式放置一絕緣片，以阻絕其他電子元件與螺絲11發生任何接觸，不過由於傳統之人工放置方式並沒有將絕緣片定位，一旦電子裝置不慎搖晃或碰撞將容易使絕緣片脫離原來放置的位置而無法達到阻絕其他電子元件與螺絲11發生接觸，因此習知以人工放置絕緣片的方式須增加人力成本、程序及風險，又無法有效使螺絲11與相鄰之其他元件絕緣，故其改善效果亦不彰。

因此，如何發展一種可改善上述習知技術缺失之電子元件之散熱模組及其組裝方法，實為目前迫切需要解決之問題。

本案之主要目的在於提供一種電子元件之散熱模組及其組裝方法，俾解決習知以人工配合螺絲與螺帽將功率電晶體鎖固於散熱片上的組裝方式，組裝不易、功率電晶體之接腳與電路板之孔洞對位不易、增加人力成本以及螺絲與周圍其它電子元件容易接觸而發生短路或故障等缺點。

為達上述目的，本案之一較廣義實施態樣為提供一種電子元件之散熱模組，其係包含：散熱裝置；電子元件，其係具有複數個導接腳；導熱黏著介面，其係設置於散熱裝置與電子元件之間，用以使電子元件固定於散熱裝置上；以及電路板，其係具有複數個孔洞，用以供電子元件之複數個導接腳插設連接。

為達上述目的，本案另提供一種電子元件之散熱模組之組裝方法，包含步驟：提供散熱裝置；於散熱裝置上設置導熱黏著介面；將電子元件黏著於導熱黏著介面上，以使電子元件固定於散熱裝置上，其中電子元件係具有複數個導接腳；以及提供電路板，其中電路板具有複數個孔洞，使電子元件之複數個導接腳設置於複數個孔洞中。

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖示在本質上係當作說明之用，而非用以限制本案。

請參閱第三圖，其係為本案較佳實施例之電子元件之散熱模組的分解結構示意圖，如圖所示，本案之電子元件之散熱模組2至少包含散熱裝置21、導熱黏著介面22、電子元件23以及電路板24(如第四圖A所示)，其中電子元件23具有複數個導接腳231，電路板24上則具有複數個孔洞241，且導熱黏著介面22設置於散熱裝置21與電子元件23之間，可使電子元件23藉由導熱黏著介面22固定於散熱裝置21上，以將電子元件23所發出的熱量經由導熱黏著介面22傳遞到散熱裝置21。如第四圖A所示，當電子元件23固定於散熱裝置21上時，電子元件23之導接腳231將與電路板24上的孔洞241對應設置(如第四圖A所示)，使得複數個導接腳231可插植入對應之孔洞241中，以使電子元件23與電路板24連接(如第四圖B所示)。

請參閱第四圖B，於一些實施例中，電路板24之孔洞241可為例如導孔(via hole)，當電子元件23之導接腳231經由孔洞241貫穿電路板24後，可藉由過錫爐的方式利用銲料25將電子元件23之導接腳231與電路板24連接。

請再參閱第三圖，散熱裝置21可為但不限於散熱片，於一些實施例中，散熱裝置21係與電路板24垂直設置。另外，散熱裝置21之本體211的頂部可具有複數個交錯設置之散熱鰭片212，以增加散熱面積，另外，於一些實施例中，本體211底部的左右兩側邊可分別設置一插接部213，主要用來插設於電路板24之孔洞242中，以使散熱裝置21固定於電路板24上。於一些實施例中，電子元件23可為但不限為一固態電子元件，例如：功率電晶體。

請再參閱第三圖，導熱黏著介面22係為一具有導熱、耐熱、絕緣以及黏著功效之物質，除了可使電子元件23固定於散熱裝置21外，更可將電子元件23所產生之熱量傳導至散熱裝置21，且可以承受電子元件23所產生之高溫。於一些實施例中，導熱黏著介面22之耐熱溫度係為例如150度以上，且以介於150度至300度間為較佳。導熱黏著介面22可作為電子元件23與散熱裝置21之間隔絕的媒介，藉此阻絕了產生火花效應的路徑，亦避免其間產生電壓擊穿現象。

第五圖A係為本案導熱黏著介面之一示範性結構示意圖。如第三圖以及第五圖A所示，於一些實施例中，導熱黏著介面22可為但不限為一雙面膠，其雙面係分別黏貼散熱裝置21與電子元件23，且包含複數個黏著層221以及至少一導熱層222，其中導熱層222設置於複數個黏著層221之間。於一些實施例中，複數個黏著層221包含第一黏著層221a以及第二黏著層221b，該第一黏著層221a以及第二黏著層221b係為導熱黏著界面22之兩相對外表層，且分別用於與散熱裝置21及電子元件23黏貼。此外，導熱黏著介面22可藉由導熱層221將電子元件23所產生之熱量傳遞至散熱裝置21。請參閱第五圖B，於一些實施例中，導熱黏著介面22更可包含至少一金屬層223，其係設置於複數個黏著層221之間且與至少一導熱層222相連接，俾增加導熱黏著介面22導熱的效果。

於一些實施例中，導熱黏著介面22更可為一液態膠，例如：熱固性導熱黏著塑料，可藉由一自動化機器先將導熱黏著介面22黏著於散熱裝置21上，再進行加熱以使電子元件23固定於散熱裝置21。

於一些實施例中，導熱黏著介面22組成成分的實施態樣可包含聚亞醯胺(polyimide)、聚酯纖維(polyester)、聚醯亞胺(kapton)、鋁(AL)、氫氧化鋁、氮化硼，及其組合。

請參閱第六圖並配合第三圖及第四圖A，其中第六圖係為本案電子元件之散熱模組的組裝流程圖，如圖所示，首先，先提供一散熱裝置21(步驟S61)，接著，利用一自動化機器將導熱黏著介面22黏貼於散熱裝置21的表面上(步驟S62)；後續，同樣利用自動化機器將一個或是複數個電子元件23黏貼於導熱黏著介面22上，以使電子元件23藉由導熱黏著介面22固定於散熱裝置21上，其中電子元件23具有複數個導接腳231(步驟S63)；於步驟S63之後，提供具有複數個孔洞241之電路板24，由於導熱黏著介面22及電子元件23係由自動化機器定位設置，因此可使散熱裝置21與電路板24垂直設置，且電子元件23之導接腳231與電路板24上之孔洞241相對應設置，最後，將電子元件23的複數個導接腳231插植入電路板24的複數個孔洞241中(步驟S64)。

綜上所述，本案之電子元件之散熱模組及其組裝方法係藉由具有導熱、耐熱、絕緣以及黏著功效之導熱黏著介面來作為電子元件與散熱裝置之間黏著的媒介，可以自動化生產的方式將電子元件固定於散熱裝置上，使電子元件可準確地與電路板上之孔洞定位，採用自動化生產可節省生產成本以及增加製程速度，另外電子元件以黏貼的方式固定於散熱裝置上可解決習知技術之螺絲的頭部結構會與周圍其它電子元件接觸的問題。

本案得由熟知此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

11．．．螺絲

111．．．頭部結構

12．．．塑膠襯套

13．．．功率電晶體

131．．．絕緣封裝結構

132．．．孔洞

133．．．接腳

14．．．散熱片

141．．．貫穿通道

15．．．墊圈

16．．．螺帽

2．．．電子元件之散熱模組

21．．．散熱裝置

211．．．本體

212．．．散熱鰭片

213．．．插接部

22．．．導熱黏著介面

221．．．黏著層

222．．．導熱層

223．．．金屬層

23．．．電子元件

231．．．導接腳

24．．．電路板

241、242．．．孔洞

221a．．．第一黏著層

221b．．．第二黏著層

25．．．銲料

S61-S64．．．電子元件之散熱模組的組裝流程

第一圖：其係為習知功率電晶體元件鎖固於散熱片之結構爆炸圖。

第二圖：其係為第一圖組裝完成後之結構側剖面圖。

第三圖：其係為本案較佳實施例之電子元件之散熱模組的分解結構示意圖。

第四圖A：其係為第三圖所示之結構與電路板分解之結構示意圖。

第四圖B：其係為第四圖A組裝完成後之結構側剖面圖。

第五圖A：其係為本案導熱黏著介面之一示範性結構示意圖。

第五圖B：其係為本案導熱黏著介面之另一結構示意圖。

第六圖：其係為本案電子元件之散熱模組的組裝流程圖。

21．．．散熱裝置

213．．．插接部

22．．．導熱黏著介面

23．．．電子元件

231．．．導接腳

24．．．電路板

241．．．孔洞

25．．．銲料

Claims (15)

1. 一種電子元件之散熱模組，其係包含：一散熱裝置，具有一本體，該本體包括複數個插接部，且該複數個插接部係分別設置於該本體之一底部之兩相對側邊；一電子元件，其係具有複數個導接腳；一導熱黏著介面，其係設置於該散熱裝置與該電子元件之間，用以使該電子元件固定於該散熱裝置上；以及一電路板，其係具有複數個孔洞，用以供該電子元件之該複數個導接腳插設連接；其中，該散熱裝置之該本體之該複數個插接部係分別插設於該電路板之該複數個孔洞之一，俾固定該散熱裝置於該電路板上。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電子元件之散熱模組，其中該散熱裝置係與該電路板垂直設置。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電子元件之散熱模組，其中該電子元件為一固態電子元件。
4. 如申請專利範圍第3項所述之電子元件之散熱模組，其中該電子元件係一功率電晶體。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電子元件之散熱模組，其中該導熱黏著介面為一雙面膠。
6. 如申請專利範圍第5項所述之電子元件之散熱模組，其中該導熱黏著介面包含複數個黏著層以及至少一導熱層，該至少一導熱層係設置於該複數個黏著層之間，該複數個黏著層係分別與該散熱裝置及該電子元件黏貼。
7. 如申請專利範圍第6項所述之電子元件之散熱模組，其中該導熱黏著介面包含一第一黏著層以及一第二黏著層，該第一黏著層以及該第二黏著層為該導熱黏著界面之兩相對外表層，且分別與該散熱裝置及該電子元件黏貼。
8. 如申請專利範圍第6項所述之電子元件之散熱模組，其中該導熱黏著介面更包含至少一金屬層，其係設置於該複數個黏著層之間且與該至少一導熱層相連接。
9. 如申請專利範圍第8項所述之電子元件之散熱模組，其中該導熱黏著介面之組成成分係包含聚亞醯胺、聚酯纖維、聚醯亞胺、鋁、氫氧化鋁、氮化硼及其組合。
10. 如申請專利範圍第1項所述之電子元件之散熱模組，其中該導熱黏著介面為一液態膠。
11. 如申請專利範圍第10項所述之電子元件之散熱模組，其中該液態膠為一熱固性導熱黏著塑料。
12. 如申請專利範圍第1項所述之電子元件之散熱模組，其中該導熱黏著介面之耐熱溫度係為攝氏150度以上。
13. 如申請專利範圍第12項所述之電子元件之散熱模組，其中該導熱黏著介面之耐熱溫度範圍係介於攝氏150度至300度間。
14. 如申請專利範圍第1項所述之電子元件之散熱模組，其 中該散熱裝置係固定於該電路板上。
15. 一種電子元件之散熱模組之組裝方法，包含步驟：提供具有一本體之一散熱裝置，該本體包括複數個插接部，且該複數個插接部係分別設置於該本體之一底部之兩相對側邊；於該散熱裝置上設置一導熱黏著介面；將一電子元件黏著於該導熱黏著介面上，以使該電子元件固定於該散熱裝置上，其中該電子元件係具有複數個導接腳；以及提供一電路板，其中該電路板具有複數個孔洞，使該電子元件之該複數個導接腳以及該散熱裝置之該本體之該複數個插接部插設於該複數個孔洞中。