集成功率驅動芯片散熱保護裝置的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種集成功率驅動芯片散熱保護裝置，用于解決現有芯片散熱裝置散熱效率低的技術問題。技術方案是該散熱保護裝置包括石墨貼片、金屬相變材料、散熱焊盤、溫度傳感器、舵系統控制器和舵系統控制盒。所述的石墨貼片平整的貼在舵系統控制盒內表面，電路板上散熱焊盤與電路板安裝凸臺上石墨貼片之間放置金屬相變材料，溫度傳感器和集成功率驅動芯片與舵系統控制盒凸臺上石墨貼片之間放置金屬相變材料，所述的散熱焊盤相對于集成功率驅動芯片的位置設置若干散熱過孔。由于石墨貼片將集成功率驅動芯片產生熱量迅速向四周擴散，金屬相變材料填充石墨貼片與散熱焊盤之間的縫隙，散熱焊盤將集成功率驅動芯片產生熱量迅速擴散，提高了散熱效率。
【專利說明】
集成功率驅動芯片散熱保護裝置
技術領域
[0001] 本發明涉及一種芯片散熱裝置，特別是涉及一種集成功率驅動芯片散熱保護裝 置。
【背景技術】
[0002] 功率驅動器是由大功率電力電子器件構成的功率變換裝置，主要作用是對功率電 進行整流、逆變、調頻、調壓等變換，從而驅動電動舵機運轉。隨著電力電子技術的發展，功 率驅動器領域出現了集成功率驅動芯片，這種芯片體積小、效率高、可靠性高，但在工作過 程中功率驅動芯片的電流大，輸出功率高，使得功率驅動芯片的結溫迅速升高，而小型化舵 系統受限于體積重量散熱能力較弱，有可能出現燒壞功率器件的情況。因此，設計合理的散 熱與保護裝置來延長器件壽命、提高系統可靠性十分必要。
[0003] 文獻"申請公開號是CN105280589A的中國發明專利"公開了一種芯片散熱組件及 其芯片電路板。該系統包括底座、散熱鰭片、彈簧、調節桿組件、鎖緊螺釘、緊固螺釘和導熱 襯墊。該系統的特點是通過鎖緊螺釘和緊固螺釘將調節桿組件、底座、彈簧、散熱鰭片和電 路板緊固在一起并進行鎖緊，通過調節桿的上下移動來調節彈簧壓力，避免過度擰緊壓壞 芯片，通過散熱鰭片將芯片產生的熱量釋放到外界，通過導熱襯墊可以將底座與芯片之間 的縫隙填滿并吸收機械應力。該系統可以在不損傷芯片的情況下實現散熱鰭片與芯片的無 縫貼合，但是該系統使用了導熱襯墊來填充底座與芯片之間的縫隙，導熱膠墊的導熱系數 相對金屬來說非常低（導熱襯墊在l_3W/mK之間，鋁約237W/mK)，所以大幅增加了芯片與底 座之間的熱阻，使得散熱效率較低，同時該系統缺少對于芯片的主動降熱措施，不利于芯片 盡快散熱，因此，該系統很難滿足集成功率驅動芯片的散熱要求。

【發明內容】

[0004] 為了克服現有芯片散熱裝置散熱效率低的不足，本發明提供一種集成功率驅動芯 片散熱保護裝置。該散熱保護裝置包括石墨貼片、金屬相變材料、散熱焊盤、溫度傳感器、舵 系統控制器和舵系統控制盒。所述的舵系統控制盒兩端是電路板安裝凸臺，中間部分是舵 系統控制盒凸臺，所述的石墨貼片平整的貼在舵系統控制盒內表面，所述的電路板下表面 固定散熱焊盤，所述的舵系統控制器焊接在電路板的上表面，溫度傳感器和集成功率驅動 芯片通過散熱焊盤焊接在電路板的下表面。電路板放置在舵系統控制盒兩端的電路板安裝 凸臺上，電路板上散熱焊盤與電路板安裝凸臺上石墨貼片之間放置金屬相變材料，溫度傳 感器和集成功率驅動芯片與舵系統控制盒凸臺上石墨貼片之間放置金屬相變材料，所述的 散熱焊盤相對于集成功率驅動芯片的位置設置若干散熱過孔。由于石墨貼片將集成功率驅 動芯片產生熱量迅速向四周擴散，金屬相變材料填充石墨貼片與集成功率驅動芯片之間的 縫隙、石墨貼片與溫度傳感器之間的縫隙以及石墨貼片與散熱焊盤之間的縫隙，散熱焊盤 將集成功率驅動芯片產生熱量通過電路板擴散，提高了散熱效率。
[0005] 本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:一種集成功率驅動芯片散熱保護裝 置，其特點是包括石墨貼片1、金屬相變材料2、散熱焊盤3、溫度傳感器4、舵系統控制器5和 舵系統控制盒8。所述的舵系統控制盒8兩端是電路板安裝凸臺10,中間部分是舵系統控制 盒凸臺9,所述的石墨貼片1平整的貼在舵系統控制盒8內表面，所述的電路板7下表面固定 散熱焊盤3,散熱焊盤3與電路板7等大，所述的舵系統控制器5焊接在電路板7的上表面，溫 度傳感器4和集成功率驅動芯片6通過散熱焊盤3焊接在電路板7的下表面。電路板7放置在 舵系統控制盒8兩端的電路板安裝凸臺10上，電路板7上散熱焊盤3與電路板安裝凸臺10上 石墨貼片1之間放置金屬相變材料2,溫度傳感器4和集成功率驅動芯片6與舵系統控制盒凸 臺9上石墨貼片1之間放置金屬相變材料2,所述的散熱焊盤3相對于集成功率驅動芯片6的 位置設置若干散熱過孔11。
[0006] 所述舵系統控制盒8的材料是金屬鋁。
[0007] 將所述舵系統控制盒8加熱，使金屬相變材料2由固態變為液態，使得金屬相變材 料2與集成功率驅動芯片6之間、金屬相變材料2與溫度傳感器4之間以及金屬相變材料2與 散熱焊盤3之間緊密貼合。
[0008] 本發明的有益效果是:該散熱保護裝置包括石墨貼片、金屬相變材料、散熱焊盤、 溫度傳感器、舵系統控制器和舵系統控制盒。所述的舵系統控制盒兩端是電路板安裝凸臺， 中間部分是舵系統控制盒凸臺，所述的石墨貼片平整的貼在舵系統控制盒內表面，所述的 電路板下表面固定散熱焊盤，所述的舵系統控制器焊接在電路板的上表面，溫度傳感器和 集成功率驅動芯片通過散熱焊盤焊接在電路板的下表面。電路板放置在舵系統控制盒兩端 的電路板安裝凸臺上，電路板上散熱焊盤與電路板安裝凸臺上石墨貼片之間放置金屬相變 材料，溫度傳感器和集成功率驅動芯片與舵系統控制盒凸臺上石墨貼片之間放置金屬相變 材料，所述的散熱焊盤相對于集成功率驅動芯片的位置設置若干散熱過孔。由于石墨貼片 將集成功率驅動芯片產生熱量迅速向四周擴散，金屬相變材料填充石墨貼片與集成功率驅 動芯片之間的縫隙、石墨貼片與溫度傳感器之間的縫隙以及石墨貼片與散熱焊盤之間的縫 隙，散熱焊盤將集成功率驅動芯片產生熱量通過電路板擴散，提高了散熱效率。
[0009] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作詳細說明。
【附圖說明】
[0010] 圖1是本發明集成功率驅動芯片散熱保護裝置示意圖。
[0011] 圖2是圖1中散熱焊盤的零件圖。
[0012] 圖中，1-石墨貼片，2-金屬相變材料，3-散熱焊盤，4-溫度傳感器，5-舵系統控制 器，6-集成功率驅動芯片，7-電路板，8-舵系統控制盒，9-舵系統控制盒凸臺，10-電路板安 裝凸臺，11-散熱過孔。
【具體實施方式】
[0013] 以下實施例參照圖1~2。
[0014] 本發明集成功率驅動芯片散熱保護裝置包括石墨貼片1、金屬相變材料2、散熱焊 盤3、溫度傳感器4和舵系統控制器5。
[0015] 電動舵機系統工作時，集成功率驅動芯片6產生的熱量通過金屬相變材料2傳遞給 石墨貼片1，利用石墨貼片1超高的橫向導熱率將熱量迅速向四周擴散，最后通過舵系統控 制盒8釋放掉，溫度傳感器4可以實時檢測集成功率驅動芯片6的溫度，將溫度信息反饋給舵 系統控制器5,舵系統控制器5產生PWM波，并根據溫度信息來調節PWM波最大占空比，最后將 PWM波發送給集成功率驅動芯片6，調節集成功率驅動芯片6的平均輸出功率電壓，主動降低 發熱功耗。
[0016] 表1金屬相變材料、石墨貼片、溫度傳感器型號與主要技術參數
[0017]
[0018] 具體實施過程如下：
[0019] 第一步：用酒精將石墨貼片1、溫度傳感器4、集成功率驅動芯片6、舵系統控制盒8 表面擦拭干凈。
[0020] 第二步:將石墨貼片1平整的貼在舵系統控制盒8內表面，將舵系統控制盒凸臺9覆 蓋，趕走石墨貼片1與舵系統控制盒8之間的氣泡。利用石墨貼片1所具有的超高橫向導熱能 力將集成功率驅動芯片6產生熱量迅速向四周擴散，最后通過舵系統控制盒8向外界環境釋 放，舵系統控制盒的材質為鋁。
[0021] 第三步:將兩片適當大小的金屬相變材料2平整貼在與集成功率驅動芯片6、溫度 傳感器4對應的石墨貼片1位置上，另取兩片適當大小的金屬相變材料2平整的貼在散熱焊 盤3兩端與電路板安裝凸臺10之間的石墨貼片1位置上。散熱焊盤3負責將集成功率驅動芯 片6產生熱量通過電路板7擴散，并且散熱焊盤3上與集成功率驅動芯片6對應的位置上具有 散熱過孔11，有助于將熱量釋放到電路板7另一面。
[0022] 第四步:將焊接有溫度傳感器4、集成功率驅動芯片6、舵系統控制器5的電路板7輕 緩的安裝在舵系統控制盒8內。通過專用熱吹風將舵系統控制盒8加熱到65°C，
[0023] 持續lmin，確保金屬相變材料2由固態變為液態，使得金屬相變材料2與集成功率 驅動芯片6之間、金屬相變材料2與溫度傳感器4之間以及金屬相變材料2與散熱焊盤3之間 緊密貼合。
[0024] 第五步:溫度傳感器4負責檢測集成功率驅動芯片6的工作溫度，發送給舵系統控 制器5。舵系統控制器5產生PWM波，并接收集成功率驅動芯片6的溫度信息，當檢測到的溫度 達到80°C以后開始按照檢測溫度逐級降低ΠΜ波最大占空比，以此來調節集成功率驅動芯 片6的平均輸出功率電壓，主動降低發熱功耗。
[0025]表2集成功率驅動芯片溫度與P麗波最大占空比關系
[0027]本發明未作詳細描述的內容屬于本領域專業技術人員公知的現有技術。
【主權項】
1. 一種集成功率驅動芯片散熱保護裝置，其特征在于:包括石墨貼片（1)、金屬相變材 料(2)、散熱焊盤(3)、溫度傳感器(4)、舵系統控制器(5)和舵系統控制盒(8);所述的舵系統 控制盒(8)兩端是電路板安裝凸臺（10)，中間部分是舵系統控制盒凸臺（9)，所述的石墨貼 片（1)平整的貼在舵系統控制盒(8)內表面，所述的電路板(7)下表面固定散熱焊盤(3)，散 熱焊盤(3)與電路板(7)等大，所述的舵系統控制器(5)焊接在電路板(7)的上表面，溫度傳 感器(4)和集成功率驅動芯片(6)通過散熱焊盤(3)焊接在電路板(7)的下表面；電路板(7) 放置在舵系統控制盒(8)兩端的電路板安裝凸臺（10)上，電路板(7)上散熱焊盤(3)與電路 板安裝凸臺（10)上石墨貼片（1)之間放置金屬相變材料(2)，溫度傳感器(4)和集成功率驅 動芯片(6)與舵系統控制盒凸臺（9)上石墨貼片（1)之間放置金屬相變材料(2)，所述的散熱 焊盤(3)相對于集成功率驅動芯片(6)的位置設置若干散熱過孔(11)。2. 根據權利要求1所述的集成功率驅動芯片散熱保護裝置，其特征在于:所述舵系統控 制盒(8)的材料是金屬鋁。3. 根據權利要求1所述的集成功率驅動芯片散熱保護裝置，其特征在于:將所述舵系統 控制盒(8)加熱，使金屬相變材料(2)由固態變為液態，使得金屬相變材料(2)與集成功率驅 動芯片(6)之間、金屬相變材料(2)與溫度傳感器(4)之間以及金屬相變材料(2)與散熱焊盤 (3)之間緊密貼合。
【文檔編號】H05K7/20GK106028743SQ201610397843
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月7日
【發明人】高智剛, 周軍, 李朋, 李磊, 張佼龍, 劉立威
【申請人】西北工業大學