CN104465419A - 一种用于封装晶体管的压紧固定组件 - Google Patents

Abstract

本发明是一种用于封装晶体管的压紧固定组件，包括PCBA板和晶体管，该压紧固定组件包括组合在一起的金属弹片和塑胶固定件，塑胶固定件内由侧壁和底壁形成容腔，容腔内侧壁和/或内底壁上设有内卡扣和支撑筋，金属弹片通过插入内卡扣和支撑筋之间来固定在塑胶固定件上，容腔内侧壁和/或内底壁处设有支撑阶台，容腔外底壁上设有沿金属弹片反方向向外延伸的外卡扣。采用本发明技术方案，PCBA板凳尺寸大大缩小，整机尺寸也得到缩小，对整机材料成本有明显的降低，并且散热稳定性和可靠性高，压紧固定组件成本较低，可以极大降低焊接过程的工艺复杂度，减少工艺时间，降低过程中的不良品率，降低了生产管理成本。

Description

一种用于封装晶体管的压紧固定组件

技术领域

本发明属于开关电源、及光伏逆变器技术领域，应用于目前交直流转换中用到的T0247封装或者类似封装晶体管的散热压紧固定，具体涉及一种用于封装晶体管的压紧固定组件。

背景技术

目前在光伏逆变器的领域中，晶体管和PCBA板的装配散热压紧和固定的方式主要有以下几种：

1、PCBA 开孔，晶体管正装，波峰焊接，如图1所示，即为此种结构，晶体管5机器焊接，一致性、质量以及成本上有一定优势，但需要增加中间过渡散热片3，这样导热热阻增加，晶体管5散热性能下降，另外PCBA板2需要开孔或者边缘留出足够空间安装空间，极大增加成本和整机尺寸；PCBA板2强度降低，晶体管5过波峰焊需要增加治具（即夹具），此类型结构目前有一定应用。

2、PCBA开孔，晶体管反装，手工二次焊接，如图2所示，即为此种结构，晶体管5二次手工焊接，一致性以及成本上相比机器焊接略差，但无需中间过渡散热片，晶体管5散热性能提升，另外PCBA板2开孔或者边缘安装空间尺寸可以略微缩小，成本有明显降低，整机尺寸变化不大，PCBA板强度降低,此类型结构目前有一定应用。

3、PCBA不开孔，晶体管反装，手工二次焊接，如图3所示，即为此种结构，晶体管5二次手工焊接，一致性以及成本上相比机器焊接略差，不需要增加中间过渡散热片，晶体管5散热性能提升，PCBA板2仅开螺丝安装过孔，PCBA板2的尺寸减少，成本有明显降低，整机尺寸可缩小19.5%（69/335）以上，PCBA板2强度不会降低，因为不开孔安装，晶体管5焊接需要置于预加工段，而且需要专门的治具，预加工过程中，金属弹片7需要固定在治具上，以保证晶体5管焊接后的高度和位置，焊接完成后拆卸，然后重新组装固定在整机中，因为是反装，必须保证弹片、晶体管和PCBA的相对位置不能偏移，否者组装时金属弹片孔和散热器螺丝孔很难对正，但此种结构设计，金属弹片7和晶体管5没有可以限位的结构，二者的预固定非常难实现，即使采用专门治具也加工困难，而且涉及到PCBA板2其他插件针脚和金属弹片7的电气安全，需要增加绝缘片14，导致整个组装工艺非常复杂，工序时间很长，后期维护和更换困难，此类型结构目前很少应用。

4、PCBA不开孔，晶体管反装，手工二次焊接，如图4所示，即为此种结构，晶体管5二次手工焊接，一致性以及成本上相比机器焊接略差，不需要增加中间过渡散热片，晶体管5散热性能提升，PCBA板2仅开螺丝安装过孔，PCBA板2尺寸减少，成本有明显降低，整机尺寸可缩小20%以上，PCBA强度不会降低，因为不开孔安装，晶体管5焊接需要置于预加工段，需要治具，预加工过程中，塑胶压紧件6需要固定在治具上，以保证晶体管5焊接后的高度和位置，焊接完成后拆卸，然后重新组装固定在整机中，此种结构塑胶压紧件6和晶体管5的固定需要小心，而且高度公差较大（0-0.6）；采用塑胶件无需考虑PCBA板2插件针脚的电气安全，但采用塑胶件作为压紧零件，弹性很差，变形量很小，运输震动以及晶体管的冷热冲击下，可靠性差；另外塑胶在长时间的高温高湿的环境下，寿命较金属弹片差很多；而且塑胶件在螺丝固定时，必须严格控制扭力，否者会造成塑胶件开裂，而且很难检查，组装工艺比较复杂，此种结构国内光伏逆变器以前有较多的应用，目前正逐渐采用金属弹片结构。

   综上，目前光伏逆变器或者其他电源行业，基本上都是采用上述结构方案，或者以上述结构所衍生的单一优化改善结构，但是从成本、尺寸、工艺、可靠性、寿命等综合性能来看，上述方案或者单一优化方案，都不能很好的解决这些问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种用于封装晶体管的压紧固定组件。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种用于封装晶体管的压紧固定组件，包括PCBA板和晶体管，该压紧固定组件包括组合在一起的金属弹片和塑胶固定件，塑胶固定件内由侧壁和底壁形成容腔，容腔内侧壁和/或内底壁上设有内卡扣和支撑筋，金属弹片通过插入内卡扣和支撑筋之间来固定在塑胶固定件上，容腔内侧壁和/或内底壁处设有支撑阶台，容腔外底壁上设有沿金属弹片反方向向外延伸的外卡扣。

进一步的，还包括该压紧固定组件与PCBA板、晶体管之间的装配步骤和装配方式，其装配步骤和装配方式如下：

步骤1.组装压紧固定组件，将金属弹片通过插入内卡扣和支撑筋之间来固定在塑胶固定件上，形成压紧固定组件；

步骤2.压紧固定组件和PCBA板的固定，压紧固定组件通过塑胶固定件上的外卡扣与PCBA板扣接固定在一起；

步骤3.晶体管固定和定位，将晶体管置于塑胶固定件的容腔内，并轻压至容腔内的支撑阶台上或者和容腔侧壁的最高面平齐为止，前者适合晶体管高度尺寸较大时，后者适合体管高度尺寸较小时；

步骤4.晶体管焊接， 晶体管直接通过二次手工焊接在PCBA板上；

步骤5.金属弹片的预紧，金属弹片上的孔通过螺丝及垫片与PCBA板预紧。

进一步的，所述金属弹片与内卡扣之间设有可调间隙，其间隙大小为0-0.5mm，金属弹片与塑胶固定件的内侧壁形之间形成限位，并且之间设有0-0.2mm间隙。

进一步的，所述支撑阶台的高度不低于金属弹片。

进一步的，所述PCBA板与外卡扣的扣接处设有异型孔，异型孔与外卡扣之间形成限位。

本发明的有益效果是:

1、相对于传统单一金属弹片压紧的方案，PCBA尺寸可以缩小15-20%，整机尺寸也得到缩小，对整机材料成本有明显的降低，对目前商业型光伏逆变器体积小型化有积极地意义。

2、相对于塑胶件压紧的方案，因为目前塑胶材料的寿命考核指数RTI值都是以7年作为依据的（UL黄卡），尤其是光伏逆变器，工作环境相对传统电源，更为恶劣，另外逆变器的寿命要求也更长，目前很多小型光伏逆变器已经提供10年质保，晶体管作为最关键和核心的器件，散热稳定性和可靠性都是影响逆变器寿命重要因素，金属弹片压紧方式相对塑胶件压紧方案更为可靠和稳定。

3、采用塑胶件和金属弹片组件，成本上增加很小（塑胶件单价小于0.5元），但可以极大焊接过程的工艺复杂度，减少工艺时间，降低过程中的不良品率，降低了生产管理成本。

附图说明

图1为现有技术中PCBA 开孔，晶体管正装，波峰焊接的结构图；

图2为现有技术中PCBA开孔，晶体管反装，手工二次焊接结构图；

图3为现有技术中PCBA不开孔，晶体管反装，手工二次焊接结构图（局部）；

图4为现有技术中PCBA不开孔，晶体管反装，手工二次焊接结构图（局部）；

图5为本发明中金属弹片结构示意图；

图6为本发明中塑胶固定件结构示意图（分别为正面和背面视图结构）；

图7为金属弹片和塑胶固定件组合形成的压紧固定组件结构示意图（立体）；

图8为金属弹片和塑胶固定件组合形成的压紧固定组件主剖视图；

图9为压紧固定组件（外卡扣）与PCBA板扣接结构示意图（局部）；

图10为晶体管与压紧固定组件（塑胶固定件）预装位置结构示意图（局部）；

图11为晶体管与PCBA板之间的手工焊接示意图（局部）；

图12为金属弹片与PCBA板的预紧结构示意图（局部）；

图13为金属弹片与塑胶固定件的内侧壁形之间形成限位结构；

图14为PCBA板、金属弹片和塑胶固定件之间预装结构图（爆炸图）。

图中标号说明：1、散热器，2、PCBA板，3、中间过渡散热片，4、导热绝缘片，5、晶体管，6、塑胶压紧件，7、金属弹片，8、塑胶固定件，9、内卡扣，10、支撑筋，11、支撑阶台，12、外卡扣，13、异型孔，14、绝缘片。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

参照图1所示，一种用于封装晶体管的压紧固定组件，包括PCBA板2和晶体管5，该压紧固定组件包括组合在一起的金属弹片7和塑胶固定件8，塑胶固定件8内由侧壁和底壁形成容腔，容腔内侧壁和/或内底壁上设有内卡扣9和支撑筋10，金属弹片7通过插入内卡扣9和支撑筋10之间来固定在塑胶固定件8上，容腔内侧壁和/或内底壁处设有支撑阶台11，容腔外底壁上设有沿金属弹片7反方向向外延伸的外卡扣12。

还包括该压紧固定组件与PCBA板2、晶体管5之间的装配步骤和装配方式，其装配步骤和装配方式如下：

步骤1.组装压紧固定组件，如图7至图8所示，将金属弹片7通过插入内卡扣9和支撑筋10之间来固定在塑胶固定件8上，形成压紧固定组件；

步骤2.压紧固定组件和PCBA板2的固定，如图9所示，压紧固定组件通过塑胶固定件8上的外卡扣12与PCBA板2扣接固定在一起；

步骤3.晶体管5固定和定位，如图10所示，将晶体管5置于塑胶固定件8的容腔内，并轻压至容腔内的支撑阶台11上或者和容腔侧壁的最高面平齐为止，前者适合晶体管5高度尺寸较大时，后者适合体管5高度尺寸较小时，通过塑胶固定件8限位面的功能，考虑晶体管5的公差，理论上晶体管5的高度公差在±0.2mm，晶体管5因为高度公差而受力不均得到控制，一致性和可靠性也得到提高；

步骤4.晶体管5焊接，如图11所示，晶体管5直接通过二次手工焊接在PCBA板2上，无需采用螺丝迫紧金属弹片7来固定晶体管5的高度，没有治具的拆装过程，减少预加工工序时间，极大降低工艺难度；

步骤5.金属弹片7的预紧，如图12所示，金属弹片7上的孔通过螺丝及垫片与PCBA板2预紧，此处金属弹片7在螺丝预紧过程中，旋转的螺丝头部平垫片和金属弹片7接触时会产生摩擦力，如果没有其他限位结构或者治具，金属弹片7将会跟随螺丝头部一起旋转，金属弹片7和晶体管5的接触的位置就会偏移，晶体管本体实际受力点变化，导致晶体管基板和散热片接触面受力不均，影响晶体管5的整体散热均匀性；在本发明中，塑胶固定件8的两个侧壁正好起到对金属弹片7的限制作用，而塑胶固定件8卡在PCBA板2上，PCBA板2的异型孔13限制了塑胶固定件8的旋转自由度，所以金属弹片7旋转的角度限制在装配间隙做提供的范围内部。

所述金属弹片7与内卡扣9之间设有可调间隙，继续参照图8，其间隙大小为0-0.5mm，如图13所示，金属弹片7与塑胶固定件8的内侧壁形之间形成限位，并且之间设有0-0.2mm间隙，此结构搭配普通治具，更容易实现PCBA板2的正面焊接，而且能够保证晶体管5焊接高度公差更小（0 -0.2mm以内），工序时间略微加长。

所述支撑阶台11的高度不低于金属弹片7。

继续参照图12所示，所述PCBA板2与外卡扣12的扣接处设有异型孔13，异型孔13与外卡扣12之间形成限位。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于封装晶体管的压紧固定组件，包括PCBA板（2）和晶体管（5），其特征在于，该压紧固定组件包括组合在一起的金属弹片（7）和塑胶固定件（8），塑胶固定件（8）内由侧壁和底壁形成容腔，容腔内侧壁和/或内底壁上设有内卡扣（9）和支撑筋（10），金属弹片（7）通过插入内卡扣（9）和支撑筋（10）之间来固定在塑胶固定件（8）上，容腔内侧壁和/或内底壁处设有支撑阶台（11），容腔外底壁上设有沿金属弹片（7）反方向向外延伸的外卡扣（12）。

2.根据权利要求1所述的用于封装晶体管的压紧固定组件，其特征在于，还包括该压紧固定组件与PCBA板（2）、晶体管（5）之间的装配步骤和装配方式，其装配步骤和装配方式如下：

步骤1.组装压紧固定组件，将金属弹片（7）通过插入内卡扣（9）和支撑筋（10）之间来固定在塑胶固定件（8）上，形成压紧固定组件；

步骤2.压紧固定组件和PCBA板（2）的固定，压紧固定组件通过塑胶固定件（8）上的外卡扣（12）与PCBA板（2）扣接固定在一起；

步骤3.晶体管（5）固定和定位，将晶体管（5）置于塑胶固定件（8）的容腔内，并轻压至容腔内的支撑阶台（11）上或者和容腔侧壁的最高面平齐为止，前者适合晶体管（5）高度尺寸较大时，后者适合体管（5）高度尺寸较小时；

步骤4.晶体管（5）焊接， 晶体管（5）直接通过二次手工焊接在PCBA板（2）上；

步骤5.金属弹片（7）的预紧，金属弹片（7）上的孔通过螺丝及垫片与PCBA板（2）预紧。

3.根据权利要求1或2所述的用于封装晶体管的压紧固定组件，其特征在于，所述金属弹片（7）与内卡扣（9）之间设有可调间隙，其间隙大小为0-0.5mm，金属弹片（7）与塑胶固定件（8）的内侧壁形之间形成限位，并且之间设有0-0.2mm间隙。

4.根据权利要求1或2所述的用于封装晶体管的压紧固定组件，其特征在于，所述支撑阶台（11）的高度不低于金属弹片（7）。

5.根据权利要求2所述的用于封装晶体管的压紧固定组件，其特征在于，所述PCBA板（2）与外卡扣（12）的扣接处设有异型孔（13），异型孔（13）与外卡扣（12）之间形成限位。