散热结构及车载充电机的制作方法

本发明涉及功率器件散热技术领域，更具体地说，是涉及一种水冷式的散热结构及车载充电机。

背景技术：

随着电子技术的发展，电子设备得到了日益广泛的应用，同时电子设备的功率密度持续提升，发热功率也随之增大。因此，散热问题已经成为制约电子技术进一步发展的主要瓶颈。大量实践表明：温度是造成电子设备失效的主因之一，并且随着温度的增加，器件失效的概率呈指数增长。电子设备需要长时间在接近满负荷的情况下工作，在有限的条件下，解决这类电子设备的散热问题面临着极大的挑战。在诸如电动汽车等应用领域，比如电机控制器、车载充电机的环境温度很高，由于这些零部件中内部包括了igbt、mos管、电容等功能元件，对温度非常敏感，尤其在高温环境下，轻则会影响零部件的性能发挥，重则将产生爆炸等事故。

目前，车载充电机功率传输系统中用到的大功率转换器件大部分为插件类型，功率器件直接贴合在金属基板（铝基板或者铜基板）上，然后金属基板固定在平面（与水平面平行）水道上。参照图1，采用传统平面化水道对功率器件进行散热，金属基板、水道、水道盖板6均与水平面平行设置，导致水道散热结构的平面及空间利用率低，同时传统的金属基板上众多的功率转接接口占据金属基板上大量的面积，金属基板用于散热的有效面积及利用率低。

因此，传统的平面化水道的功率器件的散热结构及车载充电机，其结构整体的空间利用率低，不利于功率密度的提高及产品集成小型化的要求是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明为了解决现有的平面化水道的功率器件的散热结构及车载充电机，其散热结构整体的空间利用率低，不利于功率密度的提高及产品集成小型化的要求的技术问题，提出一种空间利用率、功率密度高的水冷式的适用于功率器件的散热结构及车载充电机。

为解决问题，本发明采用的技术方案是：提供一种散热结构，包括底座，设于底座上的散热水道，位于散热水道上方且与功率器件电连接的pcb板，还包括：位于散热水道的侧面且利用散热水道进行散热的基板，功率器件安装在基板上。

进一步地，基板平行于散热水道的侧面，基板与pcb板相互垂直。

进一步地，散热水道包括水道本体，设于水道本体上的入水口和出水口，设于水道本体内且用于容纳冷却液的水道内腔，水道内腔连接入水口和出水口。

优选地，水道本体的一侧设有与水道内腔连通的开口，基板覆盖开口且通过密封圈将水道内腔密封。

优选地，水道本体至少有一个侧面为安装面，基板的散热面与安装面贴合安装，散热面和安装面之间填充有导热层。

进一步地，基板的顶端设有与功率器件电连接的至少一个插接端口，pcb板设有允许插接端口插入的槽孔，槽孔中布置有用于与插接端口电连接的导体。

进一步地，基板通过压件压紧于散热水道的侧面，压件设有与功率器件位置对应的缺口。

进一步地，底座设有至少一个支柱，基板设有与支柱对应的且向支柱延伸的支撑铜排，支撑铜排的一端夹持安装在支柱的顶部和pcb板之间，支撑铜排的另一端连接于基板上。

进一步地，基板为金属基板，基板远离散热水道的一面为工作面、靠近散热水道的一面为散热面，工作面上设有功率器件及与功率器件对应电连接的控制电路，散热面安装在散热水道的侧面。

本发明还提供一种车载充电机，包括上述的散热结构。

与现有技术相比，本发明提供的散热结构及车载充电机具有以下有益效果：

本发明提供的散热结构及车载充电机，其散热水道采用与基板垂直、与pcb板平行的立体化设计，有效提升了水道的平面和空间利用率，结合金属基板较强的导热性能及紧凑的板面体积，保证了信号传输、整体功率密度的同时提高了对功率器件的散热效率及整体空间利用率，有利于车载充电机的整体集成化、小型化和轻量化；功率器件以贴片化取代插件，使得功率器件的一致性更好；通过金属基板的顶端面直接设置引脚以实现功率的传输，节省了金属基板工作面的面积，做到最大化的利用金属基板的有效散热面积。

附图说明

图1为现有的散热结构的整体结构示意图；

图2为本发明提供的散热结构的一种实施例的爆炸结构示意图；

图3为本发明提供的散热结构的一种实施例的基板与pcb板连接示意图；

图4为本发明提供的散热结构的一种实施例的整体结构示意图；

图5为本发明提供的散热结构的一种实施例的爆炸结构示意图；

图6为本发明提供的散热结构的一种实施例的基板与pcb板连接示意图；

图7为本发明提供的散热结构的一种实施例的整体结构示意图；

图8为本发明提供的散热结构的另一种实施例的爆炸结构示意图。

其中，图中各附图主要标记：

1-pcb板；11-第一槽孔；12-第二槽孔；13-钻孔；2-基板；21-功率器件；22-控制电路；23-引脚；231-焊盘；24-信号端子；25-支撑铜排；26-功率铜排；3-散热水道；31-支柱；32-水道内腔；33-密封圈；34-底座；4-压件；41-缺口；5-螺钉；6-水道盖板。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图2-8及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

本发明提供一种散热结构，包括底座34，该底座34优选为板状件，装配时与车载充电机的壳体的底板连成一体；设于底座34上的散热水道3，该散热水道3从底座34向上延伸，该散热水道3由导热材料制成，包括：水道本体，该水道本体设于底座34上，优选为与底座34一体成形；设于水道本体上的入水口和出水口（图中未示出），设于水道本体内且连接入水口和出水口的用于容纳冷却液的水道内腔32。

位于散热水道3上方且与功率器件21电连接的pcb板1，位于散热水道3的侧面且利用散热水道3进行散热的基板2，该基板2设有至少一个功率器件21，该基板2优选为金属基板2，如铝基板2或铜基板2；功率器件21优选为功率管。作为一种实施例，散热水道3的水道本体为与底座34垂直的矩形，基板2垂直于底座34、平行于水道本体的侧面；pcb板1平行于底座34，即基板2平行于散热水道3的水道本体，且垂直于pcb板1。

散热水道3的水道本体至少有一个侧面为安装面，基板2的散热面与安装面贴合安装。作为一种实施方式，散热水道3和基板2之间填充有导热层。该导热层优选为通过导热硅脂构成，导热硅脂填充于散热水道3的安装面和基板2的散热面的缝隙，使安装面和散热面的接触面积增加，同时散热水道3和基板2之间的导热硅脂构成的导热层加强散热水道3和基板2之间的导热性能，从而提高了散热水道3对基板2的散热效率。作为优选的实施方式，散热水道3的水道本体的两个侧面均为安装面，在散热水道3的水道本体的两侧的底座34上均设有基板2，在少量增加结构体积的前提下成倍增加了基板2面积及功率器件21的数量，提高了散热水道3对功率器件21的散热效率、空间利用率及整体功率密度。

作为一种实施例，基板2通过压件4压紧于散热水道3，压件4优选为由连续的底板和侧板构成的l形板状件，其底板通过螺钉5固定于底座34，侧板将基板2压向散热水道3并夹紧与散热水道3和基板2之间。作为优选的实施方式，功率器件21等元件设于基板2的与散热面相对的一面，压件4的侧板设有与功率器件21对应的缺口41，用于增强对功率器件21的散热能力，及通过缺口41限制功率器件21及基板2在平行与散热水道3的方向上的位移，即起到定位基板2的作用。

作为一种实施例，底座34设有至少一个支柱31，基板2设有与支柱31对应的且向支柱31延伸的支撑铜排25，支撑铜排25的一端夹持安装在支柱31的顶部和pcb1板之间，支撑铜排25的另一端连接于基板2上。作为一种实施方式，支撑铜排25的一端的顶部连接于pcb板1，支撑铜排25的一端的底部连接于支柱31的顶部，支撑铜排25的另一端连接于基板2上，螺钉5穿过pcb板1、支撑铜排25的对应安装孔并旋入支柱31顶部的螺纹孔，支撑铜排25和支柱31对pcb板1起到支撑作用。

基板2的顶端设有与功率器件21电连接的至少一个插接端口，pcb板1设有允许插接端口插入的槽孔，槽孔中布置有用于与插接端口电连接的导体，导体优选为铜、铝等金属制成的金属件，通过回流焊焊接于槽孔中。

作为一种实施方式，插接端口为设在基板2的顶端面并向上延伸的引脚23，引脚23优选为与基板2一体成形；pcb板1设有与引脚23对应功率连接的第一槽孔11。引脚23的一个侧壁设有焊盘231，第一槽孔11的一个侧壁设有与焊盘231对应的导体。通过在金属基板2的顶端面直接设置引脚23以实现功率的传输，节省了引脚23占用金属基板2的面积，做到最大化利用金属基板2的有效散热面积。

作为一种实施方式，插接端口为设在基板2的顶部的至少一个功率铜排26，功率铜排26优选为通过回流焊焊接于基板2远离散热水道3的一面的顶部；pcb板1设有与功率铜排26功率连接的第二槽孔12，第二槽孔12的四个侧壁均由导体制成并与功率铜排26的端口的四个侧壁一一对应功率连接。

作为一种实施方式，基板2远离散热水道3的一面设有功率器件21及与功率器件21对应电连接的控制电路22，功率器件21焊接于基板2上；基板2顶部设有与控制电路22对应电连接且与pcb板1电连接的至少一个信号端子24，信号端子24优选为通过回流焊焊接于基板2远离散热水道3的一面的顶部；pcb板1设有与信号端子24对应连接的钻孔13，钻孔13的侧壁设有与信号端子24对应的导体。

作为一种实施方式，基板2为金属基板2，具有良好的热传导能力及紧凑的板面体积，实现功率器件21到散热水道3的热量的快速传导，并提高散热水道3的空间利用率及整体功率密度。基板2远离散热水道3的一面为工作面、靠近散热水道3的一面为散热面，工作面上设有功率器件21、功率铜排26及与功率器件21对应电连接的控制电路22，散热面安装在散热水道3的侧面。

作为优选的一种实施例，散热水道3的水道本体靠近基板2的一侧设有与水道内腔32连通的开口，基板2连接于水道本体且通过密封圈33将水道内腔32密封。密封圈33优选为密封胶圈，也可以是塑料制成，用于将基板2与水道内腔32在水道本体靠近基板2的一侧的开口的结合处密封。

本发明还提供一种车载充电机，包括如上述的功率器件21散热结构。车载的电机控制器也可以使用本发明提供的上述功率器件21散热结构。

本发明提供的功率器件21散热结构及车载充电机在装配时：

先在金属基板2上一体成形引脚23，在金属基板2的工作面上通过回流焊焊接功率器件21（功率器件21以贴片化、回流焊取代插件的形式，使得功率器件21的一致性更好）、功率铜排26及控制电路22、信号端子24、支撑铜排25，此时先在散热水道3的水道本体的安装面涂覆导热硅脂，然后将金属基板2贴近于散热水道3的安装面并置于底座34，再通过螺钉5将压件4固定安装在底座34上，压件4将金属基板2压紧于散热水道3。之后将pcb板1的孔槽的或钻孔13的导体与基板2上的插接端口对应焊接（其中引脚23的焊盘231通过波峰焊焊接于第一槽孔11中的对应侧壁上的导体），实现功率及控制信号的传输。同时将支撑铜排25置于支柱31的顶端，支撑铜排25的顶端支撑于pcb板1的底端，将螺钉5穿过pcb板1、支撑铜排25的对应安装孔并旋入支柱31顶部的螺纹孔，实现对pcb板1的支撑。

本发明提供的功率器件21散热结构及车载充电机在工作时：

当pcb板1和金属基板2上的功率电路工作时，从散热水道3的水道本体的入水口通入冷却液充入水道内腔32，使冷却液在水道内腔32内流动并通过水道本体上的出水口流出水道本体，此时金属基板2上的功率器件21产生的热量通过金属基板2、导热层传递到散热水道3，最后通过散热水道3的水道内腔32的冷却液带走热量，实现对所述散热方案中功率器件21的散热。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。