一种导热塑料散热器及其应用的制作方法

    专利查询2025-07-24  32


    本发明属于散热,具体涉及一种导热塑料散热器及其应用。


    背景技术:

    1、随着各行业的迅速发展,发热源(如:led灯,处理器pcb板)的发热量越来越大,对散热器的散热提出了更高的要求,成本低、尺寸小且散热效果好的散热器为主要研究方向。

    2、现有技术中常采用导热塑料结合铝片的结构,通过铝片快速将发热源的热量传递至导热塑料中,再由导热塑料散热。仅在导热塑料散热器的热源附近贴合铝片的散热结构,难以快速将热量导出,需要扩大铝片的面积,以提高热传导效率,然而在铝片的面积较大时,导热塑料散热器受到冷热循环交替的场景下,由于铝片与导热塑料结构的膨胀、收缩性能不同,会使得铝片容易脱落,导致产品损坏,无法使用,铝片面积越大,则脱落概率越大,通过传统的嵌合孔结构,并不能完全解决脱落问题。

    3、现有技术中通常采用将铝片制作呈碗状结构(或称折边结构),碗状结构的边缘嵌入至导热塑料散热器的壳体边缘的方案,卡住“铝片”,以防止其脱落,如公开号为cn212565352u的中国实用新型专利,公开了一种帕灯散热器及led帕灯,其说明书附图5所示,为碗状铝片结构被导热塑料的阻挡部卡住,防止脱落(即不会存在脱落问题),其传热件与“侧壁”结合为钝角,图中可以看出钝角角度较大,约为125°,其目的为了形成杯状结构,将热量传递至导热塑料上,并未考虑开裂问题设置角度。且按图中结构,其杯壁一侧的导热塑料厚度,与底部中心至边缘的厚度差异不明显,不会存在本技术所述的冷热冲击开裂的技术问题。

    4、对于其它采用导热塑料结合铝片的结构,且在水平方向上的侧壁厚度与底面中心至侧壁的边缘相差较大的情况下,在严苛的冷热冲击试验条件时,极易开裂,合格率低,如图1所示。此开裂问题为多种散热产品(如泛光灯,散热面积较大,大功率led热源发热量大,需求传热件面积较大)多年来一直无法解决的问题,严重制约着导热塑料散热器的推广使用。

    5、为了检测散热器的冷热切换过程中的使用稳定性,通常会对散热器进行冷热冲击试验:如将散热器暴露在极端的高温和低温环境中,以测试其对温度急剧变化的适应性。冷热冲击试验具体温度设置可能根据产品的特性和测试需求有所不同,通常涉及的温度范围如-40~100℃或-50℃~150℃等,通过不同冷热冲击时间、冲击循环次数等参数的设置,反映散热器的冷热冲击性能。


    技术实现思路

    1、为了改善现有技术中导热塑料散热器无法满足在冷热交替环境下或高低温环境下的使用稳定性问题,本发明的目的在于,提供一种结构简单、成本低、耐冷热冲击性能好的导热塑料散热器及其应用,具体通过以下技术方案实现:

    2、一种导热塑料散热器,包括传热件和导热塑料材质的散热件,散热件包括接触面,传热件与散热件的接触面紧密接触,所述传热件材质的导热系数大于散热件材质的导热系数,所述接触面上设有侧壁,所述传热件的边缘与侧壁贴合,所述传热件的边缘与侧壁沿水平方向上呈91°~100°的角度配合设置,所述侧壁的上端部的厚度小于下端部。

    3、可选的,所述侧壁的上端部的厚度大于等于0.2mm。

    4、可选的,所述传热件的厚度为0.1~5mm。

    5、可选的,所述传热件为导热金属、导热碳材料、导热塑料、导热合金中的一种或几种材质。

    6、可选的,所述传热件为铝、铜、石墨、石墨烯、导热塑料中的一种或几种材质。

    7、可选的,所述传热件为铝片、铜片、石墨片、石墨烯片、导热塑料片中的一种或几种,前述其它材质的传热件与本可选方案等同,包括在本方案保护范围内。

    8、可选的,所述传热件上设有若干与散热件配合的嵌合孔。

    9、可选的,所述传热件与散热件采用嵌件注塑工艺成型。

    10、可选的,所述传热件上设有定位机构。

    11、可选的,所述定位机构为定位孔。

    12、可选的,所述传热件采用导热塑料材质,所述传热件与散热件采用双色注塑工艺成型。

    13、可选的,当传热件为矩形结构时,所述传热件与所述侧壁的匹配结构,在矩形长度方向上的两侧设置;当传热件为圆形结构时,所述传热件与所述侧壁的匹配结构,在圆形的部分或全部圆弧段设置。

    14、本技术还提供了一种根据以上任一项技术方案所述的导热塑料散热器的应用,应用于pcb板上的芯片或灯珠的散热。

    15、可选的,所述传热件的部分或全部与pcb板上的芯片或灯珠对应位置贴合。

    16、与现有技术相比,本发明通过将传热件的边缘与侧壁沿水平方向上呈91°~100°的角度配合设置,所述侧壁的上端部的厚度小于下端部的设置,改善导热塑料散热器在冷热交替环境下的使用稳定性问题。此稳定性的含义指并不仅限于每个制件均发生开裂或其它损坏,而是降低发生开裂或其它损坏的概率,该概率也可以降低到0,根据不同制件结构、传热件面积等发挥不同效果。本技术结构简单、成本低、耐冷热冲击性能好。

    17、本技术虽采用的技术方案简单,但解决了行业内长期存在的,难以克服的技术问题,且不牺牲导热塑料散热器性能。为导热塑料散热器在高热源散热领域中的广泛应用,提供技术支撑。目前为止,并未发现其它解决方案可以作为替代。牺牲传热件的面积和导热塑料散热器的性能的方案,并不能用来与本技术方案比较,也突出了本方案对导热塑料散热器性能保持良好的创造性。

    18、本技术中开裂,区别于现有技术中在嵌件注塑工艺中的“开裂”问题,其原理不同,解决方案不同,嵌件注塑中的“开裂”是由于熔体降温冷却至常温时因应力集中而导致的开裂,通常会出现在如铝片边缘为直角或锐角的尖角结构中,其可以通过将铝片边缘设置为钝角或倒圆角的方式解决。本技术方案如实施例1中,将铝片边缘倒圆角并不能解决问题或者说本身倒圆角之后,经冷或热环境后仍然开裂,也说明其并非同一技术问题,原理不同,解决方案也无法适用。

    19、本技术方案改善技术问题的原理,推断为:可能由于散热面积需求较大的制件,其铝片(为了便于理解,传热件以铝片作为代表解释方案原理)与侧壁贴合处的侧壁在水平方向(或x轴方向)厚度h1,铝片与散热件贴合面在水平方向(或x轴方向)的导热塑料厚度h2(以铝片x轴方向的中心点为参照基准),h2和h1差异较大,即h2远大于h1(可参考图6中的h1和h2理解),由于材质膨胀和收缩的幅度不同(如导热尼龙塑料的常规收缩率约为0.4%膨胀系数远大于铝的膨胀系数),导致侧壁与接触面的交界处存在应力差异较大而开裂。

    20、针对于石墨片(或石墨烯片等强度不高或易碎的传热件),则膨胀和收缩可能导致石墨片内部出现裂缝或挤压导致的凸起,该裂缝或凸起,并非一定在侧壁与接触面的交界处存在,可能出现在散热件内部,如图2所示为类似的“凸起”结构,此凸起处在膨胀时可能为裂缝,图中为冷热冲击测试后的产品示意图。

    21、另,传热件如过直接缩小面积的方式避免开裂,需要通过设置较多的嵌合孔结构,防止脱落,则势必嵌入较多的嵌合孔,导致整个传热件的散热面积减小,尤其是分布在发热源处的散热面积减少,导致散热器的整体散热性能降低。由于本技术方案的设计,侧壁厚度可以很小而不会出现开裂,使得传热件的面积相对传统铝片嵌件结构而言,可以设置的较大,散热效果更好。从另一角度上说,当传热件面积相同时,也可以增加更多嵌合孔结构,降低传热件冷热冲击脱落风险。

    22、本技术通过将传热件的边缘与侧壁沿水平方向上呈91°~100°的角度配合设置,所述侧壁的上端部的厚度小于下端部的设置,缓冲侧壁与接触面的交界处存在应力差异较大而产生的问题,具体如:当受热膨胀时,h2膨胀大,h1膨胀小,膨胀导致的应力差会将传热件趋向接触面的方向偏移(该偏移可以是非常微小的趋势或距离,不影响正常使用),促使传热件与接触面的贴合更加紧密,传热件与散热件结合的牢固度,提高散热效果。当受冷收缩时,h2收缩大,h1收缩小,收缩导致的应力差会将传热件趋向接触面的反方向移动(该偏移可以是非常微小的趋势或距离,偏移量小时,传热件不会脱落),实现缓冲应力或释放应力的作用,避免开裂、裂缝或凸起(如类似于石墨片会容易产生裂缝或凸起)的产生。


    技术特征:

    1.一种导热塑料散热器,包括传热件和导热塑料材质的散热件,散热件包括接触面,传热件与散热件的接触面紧密接触,所述传热件材质的导热系数大于散热件材质的导热系数,其特征在于:所述接触面上设有侧壁,所述传热件的边缘与侧壁贴合,所述传热件的边缘与侧壁沿水平方向上呈91°~100°的角度配合设置,所述侧壁的上端部的厚度小于下端部。

    2.根据权利要求1所述的导热塑料散热器,其特征在于:所述侧壁的上端部的厚度大于等于0.2mm。

    3.根据权利要求1所述的导热塑料散热器,其特征在于:所述传热件的厚度为0.1~5mm。

    4.根据权利要求1所述的导热塑料散热器,其特征在于:所述传热件为铝片、铜片、石墨片、石墨烯片、导热塑料片中的一种或几种。

    5.根据权利要求1所述的导热塑料散热器,其特征在于:所述传热件上设有若干与散热件配合的嵌合孔。

    6.根据权利要求1~5任一项所述的导热塑料散热器,其特征在于:所述传热件与散热件采用嵌件注塑工艺成型。

    7.根据权利要求6所述的导热塑料散热器,其特征在于:所述传热件上设有定位机构。

    8.根据权利要求1所述的导热塑料散热器,其特征在于:所述传热件采用导热塑料材质,所述传热件与散热件采用双色注塑工艺成型。

    9.根据权利要求1所述的导热塑料散热器,其特征在于:当传热件为矩形结构时,所述传热件与所述侧壁的匹配结构,在矩形长度方向上的两侧设置;当传热件为圆形结构时,所述传热件与所述侧壁的匹配结构,在圆形的部分或全部圆弧段设置。

    10.一种根据权利要求1~9任一项所述的导热塑料散热器的应用,其特征在于,应用于pcb板上的芯片或灯珠的散热,所述传热件的部分或全部与pcb板上的芯片或灯珠对应位置贴合。


    技术总结
    本申请公开了一种导热塑料散热器及其应用,包括传热件和导热塑料材质的散热件,散热件包括接触面,传热件与散热件的接触面紧密接触,所述传热件材质的导热系数大于散热件材质的导热系数,所述接触面上设有侧壁,所述传热件的边缘与侧壁贴合,所述传热件的边缘与侧壁沿水平方向上呈91°~100°的角度配合设置,所述侧壁的上端部的厚度小于下端部。本申请方案改善了导热塑料散热器在冷热交替环境下的使用稳定性问题。解决了行业内长期存在的,难以克服的技术问题,且不牺牲导热塑料散热器性能。为导热塑料散热器在高热源散热领域中的广泛应用,提供技术支撑。本申请结构简单、成本低、耐冷热冲击性能好。

    技术研发人员:金慧星,巩玉钊,张振北,陈蒋狄,任晓东,黄锋
    受保护的技术使用者:杭州本松新材料技术股份有限公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/11/26
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