CN109219315A - 具有半导体功率器件散热底座的机箱及组装方法 - Google Patents
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Abstract
一种具有半导体功率器件散热底座的机箱，所述散热底座由组合后呈现为“L”形的座台和座背组成，散热底座的座台上具有嵌缝，用于嵌入压紧弹片的尾部。所述散热底座具有多个结构相同的单元，每个单元用于安装一个半导体功率器件，每个单元的结构均呈现为“L”，单元与单元之间有筋板用于隔离，所述散热底座如同单个单元排列后组合而成。
Description
技术领域
本发明属于电力驱动技术领域，特别涉及一种具有半导体功率器件散热底座的机箱及组装方法。
背景技术
目前新能源汽车、轨道交通、工业控制等领域，如车载充电机、直流交换器、交流交换器，以及前述系统的二合一系统集成及三合一系统集成等，都会使用MOSFET、IGBT半导体功率电子器件集合到PCB板上，从而实现电路的开关控制。由于MOSFET，IGBT电子器件在实现电路的开关控制中可靠，精确，寿命长，工作频率高等优点，因而得到广泛的使用。然而MOSFET、IGBT电子器件本身的功率损耗会带来严重的发热，如何解决器件温升，保证电路正常工作，成为了在电路系统设计中必须解决的问题。
MOSFET、IGBT功率电子器件集合到PCB板上时，现有的解决散热问题的方法大多采用将功率器件用螺钉与散热部件贴合固定，这样在结构设计上就需要留有用来锁紧螺钉的扳手工具的作业空间。该设计限制了机箱结构的有效利用，导致机箱体积变大，重量增加，以致于材料和组装成本都会增加。
发明内容
本发明提供一种具有半导体功率器件散热底座的机箱以及组装方法，以解决现有功率电子器件散热不佳的问题。
本发明实施例之一，一种具有半导体功率器件散热底座的机箱，该散热底座由组合后呈现为“L”形的座台和座背组成，散热底座的座台上具有嵌缝，用于嵌入压紧弹片的尾部。所述散热底座具有多个结构相同的单元，每个单元用于安装一个半导体功率器件，每个单元的结构均呈现为“L”，单元与单元之间有筋板用于隔离，所述散热底座如同单个单元排列后组合而成。
散热底座与机箱底板或机箱壳体一体成型。所述机箱底板的外表面具有用于冷却的水道，该水道用于流通冷却机箱温度的冷却液。
本发明实施例之一，一种半导体功率器件散热底座组装方法，所述的散热底座组装方法包括以下步骤：
S101，在半导体功率器件的散热面涂抹上导热硅脂，将高分子绝缘垫片与半导体功率器件组装；
S102，将半导体功率器件倒置后，从上往下组装到散热底座中；
S103，然后将压紧弹片从上往下固定到散热底座导引角中做好预装固定；
S104，然后用工装治具将压紧弹片从上往下压紧，知道听到“啪”的一声响后，表示压紧弹片与散热底座组装完成，其中，
压紧弹片与散热底座在组装后，压紧弹片头部和尾部的卡扣用于压紧弹片限位，防止压紧弹片松脱；
S105，然后将电路板从上往下穿过所述半导体功率器件的焊接脚后完成焊接操作。
本发明所采用的技术方案，功能上实质是一种半导体功率电子器件散热压紧结构，包括散热底座、高分子绝缘垫片、压紧弹片及其需要散热处理的MOSFET或IGBT等电子器件。
散热底座结构采用铝合金材质，成本低，制造生产工艺成熟，且散热性高。高分子绝缘垫片结构，其材料采用高分子聚合物材料，具有成本低，通用性高，绝缘性高。所述压紧弹片结构，其材料为不锈钢材质，弹性好，强度高，抗腐蚀性好，MOSFET或IGBT等电子器件集合到PCB板上作为功率器件使用。
在本发明中，散热底座可以为压铸件，采用压铸模具生产，具有生产工艺成熟，适合大批量生产，生产效率高，精度高，成本低，便于后续加工等优点。
高分子绝缘垫片为模切件，采用大批量卷装，然后使用冲压模具裁切而成，具有生产效率高，产量大，产量高，成本低，通用性好以便于标准化使用等优点。
压紧弹片为钣金件，采用冲压模具，便于大批量生产，具有生产效率高，精度高，良品高，成本低等优点。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果:
1、节约购买螺钉成本，同时可以简化后续组装制造工艺中的螺钉组装人力及设备成本，从而同时减少螺钉数量，降低了螺钉松动后引起的压紧固定不牢靠而影响MOSFET或者IGBT等电子器件的散热效果，影响器件的使用寿命及产品的功率和工作频率等。
2、由于不使用螺钉固定，因而不需要考虑螺钉组装时候需要的扳手或者自动螺钉设备的操作空间，从而简化了结构设计，优化了结构空间使用效率，缩小了体积，降低了重量和成本。
3、散热底座可以和产品的整个机箱壳体集成为一个整体结构，从散热方式(热传导，热辐射，热对流)中的热传导来考虑，由于集成为一个整体结构设计，从而散热效率更高，散热效果更好。在机箱的壳体上设置水道可以进一步提高冷却效果。
4、结构组装简单可靠，不需要投入大的工装设备，在结构上采用两处限位固定，从而在结构上双保险的方式保证结构的牢靠性。
5、本发明结构设计兼容性好，压紧弹片可以根据实际需要进行优化设计，同时也可以采用与结构胶水辅助的方式，从而增加本结构设计的牢靠性。
附图说明
通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，其中：
图1本发明实施例中半导体功率器件散热底座的正视图。
图2本发明实施例中半导体功率器件散热底座的分解示意图。
图3本发明实施例中半导体功率器件散热底座侧面剖视图。
图4本发明实施例中半导体功率器件散热底座的装配示意图。
图5本发明实施例中半导体功率器件散热底座的立体结构示意图。
图6本发明实施例中半导体功率器件散热底座的压紧弹片的示意图。
图7本发明实施例中机箱内部结构的立体示意图。
图8本发明实施例中机箱底板外部的立体示意图。
图9本发明实施例中机箱底板水道结构的立体示意图。
其中，1——电路板，2——压紧弹片，3——散热底座，4——高分子绝缘垫，5——半导体功率器件(MOSFET或IGBT)，
101——第一限位，102——第二限位，
20——机箱，201——散热底座，202——机箱底板，203——水道。
具体实施方式
如图1所示为一种本发明的半导体功率器件散热底座在组装后的结构示意图。如图2所示为半导体功率器件散热底座的分离状态的结构示意图。其中，半导体功率器件散热底座包括PCB电路板，压紧弹片，散热底座，高分子绝缘垫以及安装在其中的功率电子器件MOSFET或IGBT元件。
根据一个或多个实施例，如图3和图5所示。半导体功率器件散热底座，该散热底座由组合后呈现为“L”形的座台和座背组成，散热底座的座台上具有嵌缝，用于嵌入压紧弹片的尾部。所述散热底座具有多个结构相同的单元，每个单元用于安装一个半导体功率器件，每个单元的结构均呈现为“L”，单元与单元之间有筋板用于隔离，所述散热底座如同单个单元排列后组合而成。
半导体功率器件被管脚朝上后倒置插入所述散热底座的单元内，并且，半导体功率器件的散热面与散热底座的座背面之间贴有绝缘垫。
根据一个或多个实施例，绝缘垫是高分子绝缘垫片。
根据一个或多个实施例，如图6所示。压紧弹片呈现为“S”形，在“S”形的压紧弹片头部和尾部设有卡扣，该压紧弹片的头部紧抵所述半导体功率器件的封装面，压紧弹片的尾部嵌入散热底座的座台上的嵌缝内。半导体功率器件的管脚穿过电路板的过孔，并且与电路板焊接固定。散热底座的座台呈现为凹字形。
根据一个或多个实施例，具有半导体功率器件散热底座的机箱，该机箱内具有如前例描述的半导体功率器件散热底座，散热底座的底面与机箱底板紧密贴合，或者，散热底座与机箱底板或机箱壳体一体成型。如图7和图8所示。机箱底板的外表面可以具有用于冷却的水道，该水道用于流通冷却机箱温度的冷却液。如图9所示。
根据一个或多个实施例，具有半导体功率器件散热底座的机箱，该半导体功率器件散热底座组装方法，如图4所示。在对应MOSFET或IGBT元件的位置轻轻涂抹上一次0.10-0.20mm后的导热硅脂，然后将高分子绝缘垫片与MOSFET或IGBT元件贴合组装。
组装后，将高分子绝缘垫片与MOSFET或IGBT元件的组件从上往下组装到散热底座中，然后将压紧弹片从上往下固定到散热底座导引角中做好预装固定。
然后用工装治具将压紧弹片从上往下压紧，在听到“啪”的一声响后，表示压紧弹片与散热底座组装完成，其中压紧弹片与散热底座在组装后会有两处卡扣做限位，避免在冲击测试或振动测试等可靠性测试后压紧弹片松脱和滑落的风险，进而影响电子器件MOSFET或IGBT元件的散热。
然后将PCB板从上往下组装穿过MOSFET或IGBT元件的焊接脚后完成焊接操作。这种电子器件散热压紧结构由于结构简单，提高了产品体积使用效率，从而降低了产品的重量和成本。
值得说明的是，虽然前述内容已经参考若干具体实施方式描述了本发明创造的精神和原理，但是应该理解，本发明并不限于所公开的具体实施方式，对各方面的划分也不意味着这些方面中的特征不能组合，这种划分仅是为了表述的方便。本发明旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同布置。
Claims (11)
1.一种具有半导体功率器件散热底座的机箱，其特征在于，所述散热底座由组合后呈现为“L”形的座台和座背组成，
散热底座的座台上具有嵌缝，用于嵌入压紧弹片的尾部。
2.根据权利要求1所述的具有半导体功率器件散热底座的机箱，其特征在于，所述散热底座具有多个结构相同的单元，每个单元用于安装一个半导体功率器件，每个单元的结构均呈现为“L”，单元与单元之间有筋板用于隔离，所述散热底座如同单个单元排列后组合而成。
3.根据权利要求2所述的具有半导体功率器件散热底座的机箱，其特征在于，所述半导体功率器件被管脚朝上后倒置插入所述散热底座的单元内，并且，半导体功率器件的散热面与散热底座的座背面之间贴有绝缘垫。
4.根据权利要求3所述的具有半导体功率器件散热底座的机箱，其特征在于，所述的绝缘垫是高分子绝缘垫片。
5.根据权利要求4所述的具有半导体功率器件散热底座的机箱，其特征在于，所述压紧弹片呈现为“S”形，在“S”形的压紧弹片头部和尾部设有卡扣，该压紧弹片的头部紧抵所述半导体功率器件的封装面，压紧弹片的尾部嵌入散热底座的座台上的嵌缝内。
6.根据权利要求5所述的具有半导体功率器件散热底座的机箱，其特征在于，所述半导体功率器件的管脚穿过电路板的过孔，并且与电路板焊接固定。
7.根据权利要求2所述的具有半导体功率器件散热底座的机箱，其特征在于，散热底座的座台呈现为凹字形。
8.根据权利要求1所述的具有半导体功率器件散热底座的机箱，其特征在于，所述的散热底座的底面与机箱底板紧密贴合。
9.根据权利要求1所述的具有半导体功率器件散热底座的机箱，其特征在于，所述的散热底座与机箱底板或机箱壳体一体成型。
10.根据权利要求8或9所述的机箱，其特征在于，所述机箱底板的外表面具有用于冷却的水道，该水道用于流通冷却机箱温度的冷却液。
11.一种半导体功率器件散热底座组装方法，其特征在于，所述的散热底座所述散热底座由组合后呈现为“L”形的座台和座背组成，散热底座的座台上具有嵌缝，用于嵌入压紧弹片的尾部，
所述散热底座具有多个结构相同的单元，每个单元用于安装一个半导体功率器件，每个单元的结构均呈现为“L”，单元与单元之间有筋板用于隔离，所述散热底座如同单个单元排列后组合而成，
所述的散热底座组装方法包括以下步骤：
S101，在半导体功率器件的散热面涂抹上导热硅脂，将高分子绝缘垫片与半导体功率器件组装；
S102，将半导体功率器件倒置后，从上往下组装到散热底座的各个单元中；
S103，然后将压紧弹片从上往下固定到散热底座导引角中做好预装固定；
S104，然后用工装治具将压紧弹片从上往下压紧，知道听到“啪”的一声响后，表示压紧弹片与散热底座组装完成，其中，
压紧弹片与散热底座在组装后，压紧弹片头部和尾部的卡扣用于压紧弹片限位，防止压紧弹片松脱；
S105，然后将电路板从上往下穿过所述半导体功率器件的焊接脚后完成焊接操作，
所述压紧弹片呈现为“S”形，在“S”形的压紧弹片头部和尾部设有卡扣，该压紧弹片的头部紧抵所述半导体功率器件的封装面，压紧弹片的尾部嵌入散热底座的座台上的嵌缝内。
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