CN115579338A - 一种高压插件mos管的散热结构及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压插件MOS管的散热结构及其安装方法，属于PCBA板制作技术领域，方法包括：弯折MOS管的管脚；将MOS管插孔端嵌入式安装于散热块盖板与底板之间，并使MOS管插孔端上的插孔、第一通孔处于同一轴线，形成组合结构；将组合结构放置于主板上，并使MOS管插孔端上的插孔、第一通孔、主板上的第三通孔处于同一轴线；采用固定器通过第一通孔、MOS管插孔端上的插孔、第三通孔实现MOS管、散热块与主板的固定。本发明将MOS管嵌入式安装于散热块中，散热块能够对MOS管进行支撑，波峰焊时无需额外引入支撑治具，波峰焊完成后也无需在MOS管底部固定新的散热块，大大简化了工艺制作流程。

Description

一种高压插件MOS管的散热结构及其安装方法

技术领域

本发明涉及PCBA板制作技术领域，尤其涉及一种高压插件MOS管的散热结构及其安装方法。

背景技术

在PCBA板设计与制造过程中，由于部分器件如(MOSFET器件)，需要使用高压大电流的高功率型号，高功率的器件在持续运行时发热量特别大，器件的热量需要及时散出。散热方式一般有介质导热、风扇散热或水冷散热等，不能安装风扇或者水冷的主板就只能通过介质导热实现散热。

在通过介质导热散热的场景下，PCBA板设计师一般会将插件式的MOS管尽量选型为SMD封装形式的器件，通过焊膏或胶水实现MOS管与主板固定连接，以将器件产生的热量部分传导给PCBA主板进而实现快速散热，从而减少热量的聚集，避免损伤发热器件及周围器件。然而通过锡膏直接将器件与主板进行焊接，需要在PCB板表面预留焊盘。同时，部分MOS管由于在PCBA板设计时必须采用高压大电流的型号，这类器件在SMD封装形式的选择上极为罕见，或者没有合适的大功率SMD型号，所以在器件选型只能选择插件式的MOS管进行电路设计。这种器件的发热量大，及时散热很难实现。由于PCBA板有严苛的整板厚度要求，当不允许安装风扇、水冷机构等辅助散热装置时，尤其大功率的MOS管插件安装后还需安装辅助散热块，大大增加了整板的厚度和占用空间，无法满足设计要求。

进一步地，在插件和SMT两种安装器件的混装工艺中，针对插件器件的卧倒式安装，需要弯折管脚，并且需要在器件与主板间紧密安装散热结构如散热块。然而由于电路设计原因，无法在主板的最上层单独设计一个与散热块焊接使用的露铜焊盘，此时器件、散热块、主板的固定依赖于额外固定器完成，即一般安装方式为：先弯折器件（MOS管）管脚，在通过治具支撑进行波峰焊，以将管脚进行焊接，波峰焊后再取出支撑治具，最后在主板与器件间插入散热块，再通过外部固定器将三者锁紧固定。然而由于主板线路的布线紧密，且器件本身的留孔位置已经无法更改，因此当连接通孔与主板周围器件排布紧密时，额外固定器固定于主板上时，易与线路接触而导致主板短路，或者因应力作用损伤主板。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的问题，提供一种高压插件MOS管的散热结构及其安装方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种高压插件MOS管的散热结构，所述散热结构包括散热块与固定器；所述散热块包括底板，底板上设有两侧板，两侧板上设有盖板，底板、两侧板与盖板形成的空间与MOS管插孔端适配，进而使MOS管插孔端嵌入式安装于所述空间内；盖板、底板上对应设有第一通孔，MOS管插孔端上的插孔与两个第一通孔处于同一轴线；

固定器通过第一通孔、MOS管插孔端上的插孔、主板上的第三通孔实现MOS管、散热块与主板的固定。

在一示例中，MOS管腹部涂覆有散热介质。

在一示例中，所述底板上设有支撑板，支撑板、底板上对应设有第二通孔。

在一示例中，所述支撑板底部凸出底板设置。

在一示例中，所述固定器包括螺丝、连接杆，连接杆内开设盲孔，盲孔内壁设有与螺丝适配的螺纹。

在一示例中，所述连接杆为塑料材质的连接杆。

需要进一步说明的是，上述散热结构各示例对应的技术特征可以相互组合或替换构成新的技术方案。

本发明还包括一种高压插件MOS管的安装方法，所述方法基于上述任一项或多项示例组成形成的所述散热结构进行安装，包括以下步骤：

弯折MOS管的管脚；

将MOS管插孔端嵌入式安装于散热块盖板与底板之间，并使MOS管插孔端上的插孔、第一通孔处于同一轴线，形成组合结构；

将组合结构放置于主板上，并使MOS管插孔端上的插孔、第一通孔、主板上的第三通孔处于同一轴线；

采用固定器通过第一通孔、MOS管插孔端上的插孔、第三通孔实现MOS管、散热块与主板的固定。

在一示例中，所述弯折MOS管的管脚步骤前还包括：

在主板上印刷锡膏；

贴装器件；

进行回流焊。

在一示例中，所述将MOS管插孔端嵌入式安装于散热块盖板与底板之间前还包括：

在MOS管腹部涂覆散热介质。

在一示例中，所述实现MOS管、散热块与主板的固定后还包括：

保护主板，露出MOS管的管脚进行波峰焊接，实现MOS管与主板的连接。

需要进一步说明的是，上述方法各示例对应的技术特征可以相互组合或替换构成新的技术方案。

与现有技术相比，本发明有益效果是：

1.在一示例中，将插件式MOS管插孔端嵌入式安装至散热块后，可直接安装至主板，实现了插件MOS管的卧式安装，大大降低了整板设计厚度；同时MOS管可经散热块传导热量，散热效率高，且MOS管腹部裸露在空气中，同样利于散热；通过MOS管的插孔、散热块上的第一通孔配合主板上预留的第三通孔即可实现三者的固定，无需预留焊盘，避免因焊接甩锡或者流锡导致的短路风险，提升了PCBA板设计的可靠性。同时，相较于将MOS管安装于散热块上，螺丝锁紧时直接接触受力点在MOS管和主板上，MOS管不存在被高温以及锁紧力造成损伤的风险，本发明通过将MOS管内嵌于散热块内，器件的插孔只被通过，不受力，MOS管损伤失效点产生，大大降低了MOS管损伤的风险。

2.在一示例中，MOS管腹部涂覆散热介质，能够进一步提升MOS管的散热效率，保证其工作稳定性、可靠性。

3.在一示例中，通过第二通孔能够进一步提升散热块与主板之间的连接稳定性，另一方面能辅助第一通孔与主板间进行定位配合。

4.在一示例中，支撑板底部凸出底板设置，支撑板与主板接触连接，在实现介质热量传递的同时，热量还通过散热块与主板间的有效空间向周围环境均匀散出。

5.在一示例中，连接杆为塑料材质，其硬度低于金属材质器件或主板，能够降低其对主板以及器件的损伤，保证了整个PCBA制作的可靠性；同时与螺钉旋拧时的力度也相应降低，减少了对整个主板的结构应力。

6.在一示例中，通过在连接杆底部预留有凹槽，通过螺丝刀等外部工具抵接于凹槽，能够防止连接杆在锁紧时转动，利于固定操作的顺利实施。

7.在一示例中，将MOS管嵌入式安装于散热块中，散热块能够对MOS管进行支撑，波峰焊时无需额外引入支撑治具，波峰焊完成后也无需在MOS管底部固定新的散热块，大大简化了工艺制作流程。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明一示例中的MOS管示意图；

图2为本发明一示例中的散热块示意图；

图3为本发明一示例中的螺丝示意图；

图4为本发明一示例中的连接杆示意图；

图5为本发明一示例中的安装方法流程图。

图中：11-插孔端；12-腹部；13-管脚；21-底板；22-侧板；23-盖板；24-支撑板；25-第一通孔；26-第二通孔；31-螺丝；32-连接杆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系为基于附图所述的方向或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，使用序数词 (例如，“第一和第二”、“第一至第四”等 )是为了对物体进行区分，并不限于该顺序，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

在一示例中，一种高压插件MOS管的散热结构，如图1所示，MOS管包括插孔端11、腹部12以及管脚13，插孔端11上设有插孔，腹部12内集成有芯片，管脚13与主板（PCB板）上其他器件连接。

进一步地，该散热结构包括散热块与固定器。如图2所示，该散热块包括底板21，底板21侧边设有两侧板22，两侧板22通过盖板23进行连接，底板21、两侧板22与盖板23围成一容纳MOS管插孔端11的空间，优选地底板21、两侧板22与盖板23形成的空间与MOS管插孔端11大小形状适配，即此时两侧板22之间的间距与MOS管插孔端11宽度适配，盖板23与底板21之间的间距与MOS插孔端11高度适配，使MOS管插孔端11嵌入式适配安装于底板21、两侧板22与盖板23形成的空间内，在放置MOS管插孔端11的同时最大程度降低了散热块+MOS管的高度，实现了整板的扁平化设计，同时底板21能够对MOS管进行支撑，不使MOS管下坠，无需使用额外支撑治具。

进一步地，MOS管腹部12裸露于空气中，利于腹部12内芯片散热。同时，MOS管腹部12内芯片产生的热量还通过散热块底板21进行传导，优选底板21尺寸与MOS管腹部12结合其插孔端11的尺寸适配，以最大程度将热量经散热块传递至主板进行散热，散热效率高。对应地，主板上预留有散热块的安装位置，优选基于散热块的具体尺寸进行预留。

本示例中，将MOS管插孔端11直接插入散热块的底板21与盖板23之间（内扣于散热块内部，嵌入式安装）后，直接固定在主板对应位置，实现了插件MOS管的卧式安装，大大降低了整板设计厚度；同时，匹配MOS管插孔端11的嵌入式设计使后续工艺制作更简单。

进一步地，盖板23、底板21上对应设有第一通孔25，MOS管插孔端11上的插孔与两个第一通孔25处于同一轴线，即两个第一通孔25与插孔对齐设置，固定器通过第一通孔、MOS管插孔端上的插孔、主板上的第三通孔实现MOS管、散热块与主板的固定。相较于焊接，无需预留焊盘，避免甩锡或者流锡导致的短路风险，且不易损伤周围器件，固定可靠性高；同时，相较于焊接或者胶水粘接，无需涂覆胶水或者锡膏等，减少了用于固定散热块的胶水烘箱设备及烘烤时间的浪费，简化了工艺流程，操作更加简单方便，大大节约了成本开销。另外，相较于将MOS管安装于散热块上，固定器锁紧时直接接触受力点在MOS管和主板上，MOS管不存在被高温以及锁紧力造成损伤的风险，本发明通过将MOS管内嵌于散热块内，器件的插孔只被通过，不受力，MOS管损伤失效点产生，大大降低了MOS管损伤的风险。

在一示例中，在MOS管腹部12涂覆散热介质，如散热硅脂、散热膏等，优选为散热硅脂，以进一步提升散热效率。

在一示例中，散热块为金属材质的散热块，即底板21、侧板22以及盖板23均为铝材质，优选为铝材质的散热块，价格便宜，质量轻，易加工，且导热性能好，利于高压插件MOS管的散热，保证了MOS管的工作稳定性。当然，作为一选项，底板21、侧板22以及盖板23也可选用不同金属材质或者其他导热材质。

在一示例中，底板21上设有支撑板24，优选在两个侧板22外侧分别设置一支撑板24，支撑板24的高度可略高于侧板22。支撑板24（至少一支撑板）、底板21上对应设有第二通孔26，此时主板上对应预留有第四通孔，第二通孔26、第四通孔对齐设置，外部固定器如铆钉穿过第二通孔26、第四通孔，实现主板与散热块的二次固定，提升了散热块与主板之间的连接稳定性，在不使用固定胶水的情况下也能保证散热块不偏移，避免碰伤周围器件；另一方面还能辅助第一通孔25与主板间进行定位配合，提高固定配合定位精准性。

在一示例中，支撑板24底部凸出底板21设置（图中未示出），两块支撑板24底部均凸出底板21设置，此时仅支撑板24与主板接触连接，其余部分镂空，主板上的热量经支撑板24传导至主板，同时MOS管产生的热量还通过散热块与主板之间的有效空间向周围环境均匀散出，减少热量直接导向主板而使主板过度发热，同时避免其他器件受热影响其性能。

在一示例中，如图3-图4所示，固定器为螺丝螺帽式结构的固定器，包括螺丝31、连接杆32（销轴结构），连接杆32内开设盲孔，盲孔内壁设有与螺丝31适配的螺纹。

在一示例中，连接杆32为塑料材质的连接杆32，其硬度低于金属材质器件或主板，能够降低对主板以及器件的损伤，保证了整个PCBA制作的可靠性；同时与螺钉旋拧时的力度也相应降低，减少了对整个主板的结构应力。进一步地，螺丝31为金属材质的螺丝31，与塑料材质的连接杆32连接，能够进一步提升固定稳定性。

在一示例中，连接杆32底部设有凹槽，可以为贯穿连接杆32的通槽，该凹槽与外部工具的工作面（如螺丝刀刀口）适配，连接杆32从主板底部依次穿过第三通孔、底板21上的第一通孔、MOS管的插孔、盖板23上的第一通孔，上部使用金属螺丝31实现锁紧，此时通过螺丝刀抵紧凹槽，能够防止连接杆32转动，利于固定操作的顺利实施。

将上述示例进行组合，得到本发明散热结构优选示例，该散热结构包括散热块和固定器，其中，散热块为上述优选示例中的散热块。固定器为螺丝螺帽式结构的固定器，包括螺丝31、连接杆32（连接杆32），连接杆32内开设盲孔，盲孔内壁设有与螺丝31适配的螺纹。其中，连接杆32为塑料材质的连接杆32，螺丝31为金属材质的螺丝，连接杆32底部设有凹槽。PCBA板制作过程中，将MOS管插孔端11插入底板21、两侧板22与盖板23形成的空间内，并使MOS管插孔端11上的插孔与两个第一通孔25处于同一轴线，形成组合结构；将组合结构放置于主板上，并使MOS管插孔端11上的插孔、第一通孔25、主板上的第三通孔处于同一轴线，连接杆32从主板底部依次穿过第三通孔、底板21上的第一通孔、MOS管的插孔、盖板23上的第一通孔，上部使用金属螺丝31与连接杆锁紧，进而实现三者的固定锁紧，以此完成主板上MOS管的安装。本发明将市场可选的插件式MOS管运用在PCBA制造过程中，实现卧倒式插装设计，并且做能及时散热处理，并降低了主板整体厚度，减少特定设备（如焊接设备等）的使用，提高了制造效率。

本发明还包括一种高压插件MOS管的安装方法，基于上述任一项或多项示例组成形成的散热结构进行安装，如图5所示，该方法包括以下步骤：

S1：弯折MOS管的管脚13；

S2：将MOS管插孔端11嵌入式安装于散热块盖板23与底板21之间，并使MOS管插孔端11上的插孔、第一通孔25处于同一轴线，形成组合结构（MOS管+散热块）；

S3：将组合结构放置于主板上，并使MOS管插孔端11上的插孔、第一通孔25、主板上的第三通孔处于同一轴线；

S4：采用固定器通过第一通孔25、MOS管插孔端11上的插孔、第三通孔实现MOS管、散热块与主板的固定。

其中，管脚13的弯折通过专门设备和治具实现。组合结构放置于主板上对应位置，使MOS管脚13能与对应器件（配合执行目标电子功能的器件）连接，且插孔、第一通孔25、第三通孔需对齐设置。

进一步地，采用固定器进行固定，具体包括以下子步骤：

S41：连接杆32从主板底部依次穿过第三通孔、底板21上的第一通孔、MOS管的插孔、盖板23上的第一通孔；

S42：采用工具刀抵紧连接杆32底部的凹槽；

S43：采用金属螺丝31与连接杆32内螺纹进行锁紧，进而实现主板、散热块与MOS管三者的固定。

本发明将MOS管嵌入式安装于散热块中，散热块能够对MOS管进行支撑，波峰焊时无需额外引入支撑治具，波峰焊完成后也无需为MOS管增加新的散热块，大大简化了高压插件式MOS管PCBA板的工艺制作流程。

优选地，在步骤S4前或者步骤S4后，还包括：使支撑板上的第二通孔、主板上的第四通孔对齐，进而通过铆钉固定散热块与主板，以提升固定性能，同时配合固定器锁紧第一通孔、第三通孔，实现散热块、MOS管的共同定位，防止MOS管、散热块偏移。进一步地，第二通孔位置根据主板布线的空隙位置和散热块的可打孔位置随意而定。

在一示例中，弯折MOS管的管脚13步骤前还包括：

S01：在主板上印刷锡膏，包括单面印刷锡膏和双面印刷锡膏；

S02：在PCB板上贴装SMD器件；

S03：进行回流焊，以将SMD器件安装在PCB板上，实现电路连接。

在一示例中，将MOS管插孔端11置于散热块盖板23与底板21之间前还包括：

在MOS管腹部12涂覆散热介质，优选涂覆散热硅脂，进一步提升器件的散热效率。

在一示例中，实现MOS管、散热块与主板的固定后还包括：

S5：保护主板，露出MOS管的三个管脚13进行波峰焊接，实现MOS管与主板的连接。其中，主板的保护即对主板进行遮盖。MOS管与主板连接完成后，对管脚13进行修改，避免信号串扰，最后进行外观检测与检查，至此，完成整个PCBA板的制作。

将上述示例进行组合，得到本发明优选高压插件MOS管的安装方法，包括以下步骤：

S1’：在主板上印刷锡膏；

S2’：在PCB板上贴装SMD器件；

S3’：进行回流焊；

S4’：弯折MOS管的管脚13；

S5’：在MOS管的腹部12涂覆散热硅脂；

S6’：将MOS管插孔端11嵌入式安装于散热块盖板23与底板21之间，并使MOS管插孔端11上的插孔、第一通孔25处于同一轴线，形成组合结构（MOS管+散热块）；

S7’：将组合结构放置于主板上，并使MOS管插孔端11上的插孔、第一通孔25、主板上的第三通孔处于同一轴线

S8’：采用固定器通过第一通孔25、MOS管插孔端11上的插孔、第三通孔实现MOS管、散热块与主板的固定

S9’：保护主板，露出MOS管的三个管脚13进行波峰焊接，实现MOS管与主板的连接

S10’：修剪管脚13，进行外观检测。

以上具体实施方式是对本发明的详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演和替代，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高压插件MOS管的散热结构，其特征在于：其包括散热块与固定器；

所述散热块包括底板，底板上设有两侧板，两侧板上设有盖板，底板、两侧板与盖板形成的空间与MOS管插孔端适配，进而使MOS管插孔端嵌入式安装于所述空间内；盖板、底板上对应设有第一通孔，MOS管插孔端上的插孔与两个第一通孔处于同一轴线；

固定器通过第一通孔、MOS管插孔端上的插孔、主板上的第三通孔实现MOS管、散热块与主板的固定。

2.根据权利要求1所述的一种高压插件MOS管的散热结构，其特征在于：MOS管腹部涂覆有散热介质。

3.根据权利要求1所述的一种高压插件MOS管的散热结构，其特征在于：所述底板上设有支撑板，支撑板、底板上对应设有第二通孔。

4.根据权利要求1所述的一种高压插件MOS管的散热结构，其特征在于：所述支撑板底部凸出底板设置。

5.根据权利要求1所述的一种高压插件MOS管的散热结构，其特征在于：所述固定器包括螺丝、连接杆，连接杆内开设盲孔，盲孔内壁设有与螺丝适配的螺纹。

6.根据权利要求5所述的一种高压插件MOS管的散热结构，其特征在于：所述连接杆为塑料材质的连接杆。

7.一种高压插件MOS管的安装方法，其特征在于：所述方法基于权利要求1-6任一项所述散热结构进行安装，包括以下步骤：

弯折MOS管的管脚；

将MOS管插孔端嵌入式安装于散热块盖板与底板之间，并使MOS管插孔端上的插孔、第一通孔处于同一轴线，形成组合结构；

将组合结构放置于主板上，并使MOS管插孔端上的插孔、第一通孔、主板上的第三通孔处于同一轴线；

采用固定器通过第一通孔、MOS管插孔端上的插孔、第三通孔实现MOS管、散热块与主板的固定。

8.根据权利要求7所述的一种高压插件MOS管的安装方法，其特征在于：所述弯折MOS管的管脚步骤前还包括：

在主板上印刷锡膏；

贴装器件；

进行回流焊。

9.根据权利要求7所述的一种高压插件MOS管的安装方法，其特征在于：所述将MOS管插孔端嵌入式安装于散热块盖板与底板之间前还包括：

在MOS管腹部涂覆散热介质。

10.根据权利要求7所述的一种高压插件MOS管的安装方法，其特征在于：所述实现MOS管、散热块与主板的固定后还包括：

保护主板，露出MOS管的管脚进行波峰焊接，实现MOS管与主板的连接。

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