CN104812193B - 一种灌胶电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种灌胶电源，包括主电路板及外壳，其中所述主电路板容置于所述外壳内，所述主电路板上设置有至少一元件，所述元件与主电路板之间具有安装间隙，该灌胶电源还包括密封材料及灌胶材料，其中所述密封材料填充所述主电路板表面与所述元件侧表面之间的间隙或覆盖所述元件上的裸露电气单元以形成具有密闭空间的封闭层，所述外壳上开设有第一灌胶孔，所述灌胶材料通过所述第一灌胶孔填充所述外壳并覆盖所述主电路板及密封材料。本发明的灌胶电源中采用的密封材料能阻挡灌胶材料流动或渗透进入元件，以保证元件的电学特性，提高灌胶电源的稳定性和可靠性。

Description

一种灌胶电源

技术领域

本发明涉及一种灌胶电源，尤其涉及一种免受温度变化影响的灌胶电源。

背景技术

目前应用的电源模块均需要防尘、防潮，以避免其功能受到影响。为了有效地对电源模块进行防尘和防潮，需要对其加外壳封闭，并进行灌胶达到将内部电路与外界环境相隔离的目的，从而避免该电路与外界环境直接接触。采用上述灌胶工艺制备的电源模块统称为灌胶电源。其结构如图1及图2所示，其中图1为灌胶电源结构分解图，图2为灌胶电源封装图。如图1及图2所示，灌胶电源包括主电路板1及外壳2，其中主电路板1容置于外壳2内，主电路板1上具有至少一元件，主电路板1上还开设有第一灌胶孔。另外，灌胶电源还可包括副电路板3，副电路板3固定连接于主电路板1上，且与外壳2相扣合，主电路板1介于外壳2和副电路板3之间。副电路板3上对应于第一灌胶孔的位置处开设有第二灌胶孔，灌胶材料通过第一灌胶孔与第二灌胶孔填充外壳2并覆盖主电路板1。此类灌胶电源广泛应用在过程控制和自动化、交通、数据交换机和电信设备、测试设备以及化工原件和设备等领域。

在现有的灌胶电源制备工艺中，灌胶材料一般采用硅胶或环氧树脂等流动性较佳的材料，但也因此会发生灌胶材料进入元件内部缝隙或元件与电路板之间缝隙后固化的情况。灌胶电源在制备过程和使用过程中均会有较大的温度变化，由于灌胶材料和元件的热膨胀系数不同，固化后灌胶材料受热膨胀将会造成元件的焊脚断裂或元件之间距离发生变化等状况，进而导致元件性质不良或失效。因此如何避免灌胶材料在温度变化时对元件产生影响，提高灌胶电源的稳定性，是本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的为提供一种免受温度变化影响的灌胶电源及其制备方法。

为实现上述目的，本发明提供如下的技术方案：

一种灌胶电源，包括主电路板及外壳，其中所述主电路板容置于所述外壳内，所述主电路板上设置有至少一元件，所述元件与主电路板之间具有安装间隙，且所述主电路板设置有第一灌胶孔。该灌胶电源还包括密封材料及灌胶材料，其中所述密封材料填充所述主电路板表面与所述元件侧表面之间的间隙或覆盖所述元件上的裸露电气单元以形成具有密闭空间的封闭层，所述灌胶材料通过所述第一灌胶孔填充所述外壳并覆盖所述主电路板及密封材料。

在本发明中，所述“密闭空间”为密封且闭合的空间，即密封材料阻挡灌胶材料进入而形成的空隙。即使在灌胶电源制备或使用过程中的最高温度时，该空隙虽变小但始终存在。

进一步地，该灌胶电源还包括与所述主电路板固定连接的副电路板，其中所述外壳设置于所述主电路板下方，所述副电路板设置于主电路板上方，所述副电路板具有对应于所述第一灌胶孔设置的第二灌胶孔。

进一步地，所述主电路板与副电路板均具有排气孔。

进一步地，所述副电路板与外壳扣合连接。

进一步地，所述密封材料形态为凝脂状，具有不固化性且无自然流动性。其中所述无自然流动性即指在无外力作用下材料自身不发生流动。优选地，所述密封材料为硅脂。

进一步地，所述密封材料与主电路板和元件之间的粘附性低，以此降低密封材料热胀冷缩施加于元件和/或主电路板的作用力。

进一步地，所述灌胶材料具有低粘度性及流动性，优选地，所述灌胶材料为硅胶或环氧树脂。

进一步地，所述元件包括平面变压器或电流互感器、电抗器。

本发明同时还提供一种灌胶电源的制备方法，其步骤包括：

提供一开设有第一灌胶孔的外壳及容置于所述外壳内的一主电路板，其中所述主电路板上设置有至少一元件；

将一密封材料填充所述主电路板表面与所述元件侧表面之间的间隙或覆盖所述元件上的裸露电气单元以形成封闭层，所述封闭层与所述元件和/或主电路板形成密闭空间；

将一灌胶材料通过所述第一灌胶孔填充所述外壳并覆盖所述主电路板及密封材料。

进一步地，当所述主电路板两面均设置有元件时，在所述主电路板上与所述第一灌胶孔相应的位置开设第二灌胶孔。

进一步地，还包括提供一与所述主电路板固定连接的副电路板，其中所述外壳设置于所述主电路板下方，所述副电路板设置于主电路板上方。

进一步地，还包括在所述外壳与副电路板开设排气孔。

进一步地，还包括将所述副电路板与外壳扣合连接。

进一步地，所述密封材料形态为凝脂状，具有不固化性且无自然流动性。优选地，所述密封材料为硅脂。

进一步地，所述灌胶材料具有低粘度性及流动性。优选地，所述灌胶材料为硅胶或环氧树脂。

进一步地，所述元件包括平面变压器、电流互感器或电抗器。

本发明的有益效果在于，使用密封材料填充元件与电路板之间的间隙和/或覆盖元件上裸露电气单元，并预留出供密封材料受热膨胀的空间，阻挡了灌胶材料进入元件与电路板之间的间隙或元件内部，避免灌胶材料受热膨胀后对元件的损害，从而使灌胶电源的稳定性和可靠性增强。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详细说明：

图1为灌胶电源结构分解图；

图2为灌胶电源封装图；

图3为本发明的灌胶电源主电路板结构图；

图4为本发明的灌胶电源中密封平面变压器剖视图；

图5-1为本发明的灌胶电源中密封电流互感器剖视图一；

图5-2为本发明的灌胶电源中密封电流互感器剖视图二；

图6为本发明的灌胶电源中密封电抗器剖视图；

图7为本发明的灌胶电源制备流程图。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

本发明提供的一种灌胶电源包括外壳和容置于外壳中的主电路板。主电路板上设置有至少一元件，所述元件与主电路板之间具有安装间隙。该灌胶电源还包括密封材料及灌胶材料，其中所述密封材料填充所述主电路板表面与所述元件侧表面之间的间隙以形成封闭层，所述封闭层与主电路板及元件之间形成密闭空间，所述灌胶材料通过外壳上开设的第一灌胶孔填充所述外壳并覆盖所述主电路板及密封材料。当主电路板上下两面均设置有元件时，主电路板还可具有对应于所述第一灌胶孔而设置的第二灌胶孔。另外，对于具有裸露电气单元的元件，所述密封材料覆盖所述裸露电气单元形成封闭层，该封闭层与元件和/或主电路板形成密闭空间。该灌胶电源还可包括与所述主电路板固定连接的副电路板，其中所述外壳设置于所述主电路板下方，所述副电路板设置于主电路板上方。该外壳与副电路板可具有排气孔，用以灌胶作业时排放气体。副电路板与外壳可通过扣合、卡合等方式连接，但本发明并于限于此。

在本发明中，密封材料应具有以下特性：

1、防潮，耐高温；

2、耐众多化学品腐蚀，如矿物油植物油、稀释酸/碱、水溶液等；

3、电绝缘；

4、优良的作业性及密封性；

5、高温形态下也维持为凝脂状，不会固化，无自然流动性。

另外，密封材料与主电路板和元件之间的粘附性低，以此降低密封材料热胀冷缩施加于元件和/或主电路板的作用力。优选地，密封材料为硅脂。

在本发明中，灌胶材料可为硅胶或环氧树脂等材料。此类灌胶材料具有如下特性：

1、具有较低的粘度及灌胶时优异的流动性；

2、对金属无腐蚀；

3、有较高的防火等级。

而正因为优异的流动性可使灌胶材料充分包裹元件，填充主电路板与外壳之间的空间。

在本发明中，元件包括平面变压器或电流互感器。

一般情况下，电源的主电路板上设置有各种元件，本发明在此分别以常见的平面变压器和电流互感器为例说明本发明的技术方案。

如图3及图4所示，当平面变压器4应用于灌胶电源的主电路板时，平面变压器4包括主电路板上开设的铁芯槽11及上铁芯41、下铁芯42，其中上铁芯41与下铁芯42穿过铁芯槽11相互连接。上铁芯41侧表面与主电路板1上表面之间以及下铁芯42侧表面与主电路板1下表面之间均有安装间隙。在本发明中，使用硅脂将上铁芯41侧表面与主电路板1上表面之间的安装间隙以及下铁芯42侧表面与主电路板1下表面之间的安装间隙填充进而形成封闭层5，封闭层5与主电路板1及上铁芯41、下铁芯42之间共同围成一密闭空间6，即填充硅脂形成的封闭层5阻挡灌胶材料(硅胶或环氧树脂)进入密闭空间6，也就是平面变压器4的内部。当该灌胶电源制备或使用过程中达到较高温度时，硅脂受热膨胀至最大也不会充满该密闭空间。

如图5-1所示，主电路板上还可能具有一些通过焊脚与主电路板连接的元件，本发明以电流互感器8为例，但本发明并不限于此。为防止灌胶材料直接进入电流互感器8与主电路板1之间的安装间隙后固化并受热膨胀造成焊脚81断裂，也可采用硅脂填充这些元件与主电路板之间的安装间隙并形成封闭层5，封闭层5与电流互感器8下部及主电路板1之间形成密闭空间6。当该灌胶电源制备或使用过程中的较高温度时，封闭层5的硅脂受热膨胀至最大也不会充满该密闭空间6，从而避免这些元件焊脚受外力挤压而断裂。如图5-2所示，硅脂具有凝脂特性，可具有一定力学支撑效果，因此在本发明中，也可使用硅脂将电流互感器8完全覆盖形成封闭层5，封闭层5与主电路板1共同形成密闭空间6，进而实现本发明所要达到阻隔灌胶材料进入的技术效果。

另外，如图3及6所示，主电路板上还可能设置一些如电抗器等具有裸露电气单元的元件，所述裸露电气单元包括但不限于线圈、电线、引脚等。其中图3中所示为密封材料部分覆盖裸露电气单元的形式，图6所示为密封材料全覆盖裸露电气单元的形式。在本发明中以电抗器7为例说明，在电抗器7中裸露电气单元71为铜线圈71。硅脂覆盖铜线圈形成封闭层5，封闭层5与主电路板1形成密闭空间6，用以阻挡灌胶材料直接进入铜线圈71之间，当该灌胶电源制备或使用过程中的较高温度时，硅脂向内受热膨胀至最大也不会充满该密闭空间6，从而避免这些铜线圈71之间由于外力影响而产生位移影响电感特性。

本发明附图中所示封闭层仅示填充或覆盖的形式，但并不具体限定封闭层的形状。

本发明中灌胶电源还可根据需要装配副电路板3，该副电路板3安装方式及作用与现有技术中副电路板基本相同。不同之处在于，该副电路板3靠近主电路板的一侧也可设置有采用本发明所述的密封材料形成封闭层结构的元件。

本发明的另一方面提供了一种灌胶电源的制作方法。该制作方法如图7所示，包括：

步骤1：提供一开设有第一灌胶孔的外壳及容置于该外壳内的一主电路板，其中主电路板上设置有至少一元件。具体操作为：在电源模块中一些表面贴装元件(surface-mounted device SMD)，因此，为实现基本的电源转换功能，在主电路板上需要安装SMD，即步骤1a：将若干表面贴装元件焊接至所述主电路板上。通常在主电路板上安装这些SMD可采用波峰焊或回流焊的工艺制作。在本发明中，元件可以是SMD，也可以是其他类型的元件，例如平面变压器。这种平面变压器的铁芯需要单独安装至主电路板上的铁芯槽内。该平面变压器的铁芯通常会包括上铁芯和下铁芯，那么安装平面变压器的铁芯包括：步骤1b:将上铁芯与主电路板铁芯槽固定连接；步骤1c:将所述下铁芯与所述上铁芯固定连接。步骤1b和步骤1c中所涉及的固定连接是采用粘黏的方式实现固定连接。例如采用环氧树脂加上烘烤实现上铁芯与主电路板的固定连接以及下铁芯与上铁芯的固定连接。

如以上灌胶电源的实施例中所描述的，若存在副电路板，因此对副电路上需安装的元件也需实施安装步骤。该安装步骤大体和主电路板上安装步骤所采用的工艺相同或类似。当主电路板和副电路板都基本制作完成之后，就可实施主电路和副电路板电气连接的步骤。在此例举一种灌胶电源的制作方法的实施例中，主电路板和副电路板是通过焊接的方式实现电气连接的。

步骤2：将一密封材料填充所述主电路板表面与所述元件侧表面之间的间隙或覆盖所述元件上的裸露电气单元以形成封闭层，所述封闭层与所述元件和/或主电路板形成密闭空间。在此例举的灌胶电源的制作方法的实施例中，密封材料可通过点胶的方式的填充至元件侧表面和主电路板表面之间的间隙或通过涂抹的方式覆盖元件上的裸露电气单元。若以上描述的灌胶电源的制作方法的实施例中主电路板和副电路板之间的连接给此步骤2造成不便，可将主电路板与副电路板的电气连接步骤放在步骤2之后。

例如，对于安装有平面变压器的主电路板和副电路板的灌胶电源，由于平面变压器的上铁芯和下铁芯分布于主电路板相对的两表面，因此主电路两面与平面变压器上下铁芯之间的间隙均需要填充密封材料，或者同时也在铁芯的表面也涂上密封材料。在此种灌胶电源的制作方法的实施例中，因此需要实施完步骤2之后，才便于再去实施主电路板和副电路板之间的电气连接。然后将主电路板放置于外壳中，通常此封装外壳包括一上壳和一下板，上壳和下板可以完全扣合为主电路板提供一密闭的空间与外界环境隔离。如以上实施例中所提及到的，若该灌胶电源存在副电路板，可将副电路板作为下板，将副电路板与上壳扣合形成该封装外壳，而使得整个灌胶电源模块结构紧凑。若该灌胶电源存在副电路板，则还包括步骤C:将若干表面贴装元件焊接至所述副电路板上。步骤C只需在步骤3之前完成即可，不作其它顺序要求。在此种副电路板作为下扣板的情况下，在步骤3中还包括：步骤3a:将焊接好表面贴装元件的副电路板焊接至所述主电路板；步骤3b:将所述主电路板置于所述上壳内，所述副电路板与所述外壳扣合。在上述步骤中，通常需要副电路板上的所有元件安装在副电路板的同一面。与以上例举的带有副电路板的灌胶电源的实施例相同，此副电路板与主电路板呈楼层样焊接实现主副电路板之间的电气连接。这样在副电路板作为下板的同时，将主电路板容置于上壳内。

步骤3：将一灌胶材料通过第一灌胶孔填充所述外壳并覆盖所述主电路板及密封材料。

为实施步骤3，通常会在封装外壳上开设第一灌胶孔。对于灌胶电源内主电路板双面都安装有元件的实施例，其主电路板上也需要开设有第二灌胶孔，利于灌胶材料覆盖所有元件的表面。因此，本发明的方法有时还包括：步骤A：在所述主电路板上制作第二灌胶孔；步骤B:在所述封装外壳上制作第一灌胶孔。步骤A和步骤B只需在步骤4之前完成即可，不作其它顺序要求。而为了方便制作，比较好的选择是先进行步骤B，然后进行步骤A，再进行其它步骤，实际操作时根据需要确定。由于灌胶材料是通过第一灌胶孔及第二灌胶孔实施，因此会要求灌胶材料具有良好的流动性，这样可以较好的填充主电路板与封装外壳之间的空间。而步骤2中的密封材料的性状则不同于灌胶材料。对于密封材料的特点在以上内容中有作描述，不在这重复叙述。此类凝脂状的密封材料可阻挡流动性较好的灌胶材料进入元件内部或元件与主电路板之间的间隙，且密封材料与主电路板和元件之间的粘附性也较低。在向第一及第二灌胶孔注入液态状的灌胶材料后，会将该灌胶电源静置排气。静置排气口，再烘烤所注入的灌胶材料，使该灌胶材料固化。在灌胶电源的制作和/或测试过程中，密封材料始终维持凝脂状态，不固化也不会发生流动。外壳与副电路板上也可开设排气孔，以便提高灌胶效果。

灌胶材料为环氧树脂或硅胶。密封材料为硅脂。环氧树脂或硅胶的特性符合以上内容介绍的灌胶材料的特点。硅脂也符合以上所介绍的密封材料的特点。然而在此例举的密封材料为硅脂并非仅限定为此一种材料。此处例举的硅脂与主电路板和/或元件只要经过实验证明，采用的绝缘材料在灌胶电源的制作和/或测试过程中一直维持凝脂状态，即不固化也不流动的性状，阻挡液态状的灌胶材料进入元件内部或元件与主电路板之间的间隙。密封材料与主电路和元件之间的粘附性低可降低密封材料热胀冷缩给其接触的元件和/或主电路板的作用力。

采用以上制作方法制作的灌胶电源，其元件不易受灌胶制程的影响，因此可整体提高整个灌胶电源的功能的稳定性。

本发明的技术方案已由优选实施例揭示如上。本领域技术人员应当意识到在不脱离本发明所附的权利要求所揭示的本发明的范围和精神的情况下所作的更动与润饰，均属本发明的权利要求的保护范围之内。

Claims (19)

1.一种灌胶电源，包括主电路板及外壳，其中所述主电路板容置于所述外壳内，所述主电路板上设置有至少一元件，其特征在于，所述外壳设有第一灌胶孔，还包括密封材料及灌胶材料，其中所述密封材料填充所述主电路板表面与所述元件侧表面之间的间隙或覆盖所述元件上的裸露电气单元以形成封闭层，所述封闭层与所述元件和/或主电路板形成密闭空间，所述灌胶材料通过所述第一灌胶孔填充所述外壳并覆盖所述主电路板及密封材料，其中所述灌胶材料灌胶时流动性高于所述密封材料。

2.如权利要求1所述的灌胶电源，其特征在于，所述主电路板两面均设置有元件，一第二灌胶孔开设于所述主电路板上与所述第一灌胶孔相应位置。

3.如权利要求2所述的灌胶电源，其特征在于，还包括与所述主电路板固定连接的副电路板，其中所述外壳设置于所述主电路板下方，所述副电路板设置于主电路板上方。

4.如权利要求3所述的灌胶电源，其特征在于，所述外壳与副电路板均具有排气孔。

5.如权利要求3所述的灌胶电源，其特征在于，所述副电路板与外壳扣合连接。

6.如权利要求1至5中任一项所述的灌胶电源，其特征在于，所述密封材料形态为凝脂状，具有不固化性且无自然流动性。

7.如权利要求6所述的灌胶电源，其特征在于，所述密封材料为硅脂。

8.如权利要求1所述的灌胶电源，其特征在于，所述灌胶材料为硅胶或环氧树脂。

9.如权利要求1至5中任一项所述的灌胶电源，其特征在于，所述元件包括平面变压器、电流互感器或电抗器。

10.一种灌胶电源的制备方法，其特征在于，包括：

提供一开设有第一灌胶孔的外壳及容置于所述外壳内的一主电路板，其中所述主电路板上设置有至少一元件；

将一密封材料填充所述主电路板表面与所述元件侧表面之间的间隙或覆盖所述元件上的裸露电气单元以形成封闭层，所述封闭层与所述元件和/或主电路板形成密闭空间；

将一灌胶材料通过所述第一灌胶孔填充所述外壳并覆盖所述主电路板及密封材料，其中所述灌胶材料灌胶时流动性高于所述密封材料。

11.如权利要求10所述的制备方法，其特征在于，当所述主电路板两面均设置有元件时，在所述主电路板上与所述第一灌胶孔相应的位置开设第二灌胶孔。

12.如权利要求11所述的制备方法，其特征在于，还包括：

提供一与所述主电路板固定连接的副电路板，其中所述外壳设置于所述主电路板下方，所述副电路板设置于主电路板上方。

13.如权利要求12所述的制备方法，其特征在于，还包括在所述外壳与副电路板开设排气孔。

14.如权利要求12所述的制备方法，其特征在于，还包括将所述副电路板与外壳扣合连接。

15.如权利要求10至14中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述密封材料形态为凝脂状，具有不固化性且无自然流动性。

16.如权利要求15所述的制备方法，其特征在于，所述密封材料为硅脂。

17.如权利要求10至14中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述灌胶材料具有低粘度性及流动性。

18.如权利要求17所述的制备方法，其特征在于，所述灌胶材料为硅胶或环氧树脂。

19.如权利要求10至14中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述元件包括平面变压器、电流互感器或电抗器。