CN202160362U

CN202160362U - 嵌入式高绝缘高可靠电源结构

Info

Publication number: CN202160362U
Application number: CN2011202170136U
Authority: CN
Inventors: 王刚
Original assignee: Aerospace Changfeng Chaoyang Power Supply Co Ltd
Current assignee: Aerospace Changfeng Chaoyang Power Supply Co Ltd
Priority date: 2011-06-24
Filing date: 2011-06-24
Publication date: 2012-03-07
Anticipated expiration: 2021-06-24

Abstract

本实用新型公开了一种嵌入式高绝缘高可靠电源结构，所述结构由刚性成型金属外壳、承载电路板、承载陶瓷基板和固定螺丝构成，承载陶瓷基板上安装有功率元件，承载陶瓷基板通过软性导热胶粘和层与刚性成型金属外壳连接，承载电路板为与金属外壳对应的嵌入式结构，通过螺丝与金属外壳固定，与承载陶瓷基板上的功率元件进行焊接固定。本实用新型实现了在体积基本不增加情况下提高电源结构的散热能力、绝缘能力和抗振能力，可系列化设计，转化周期短。

Description

嵌入式高绝缘高可靠电源结构

技术领域

本实用新型涉及一种嵌入式高绝缘高可靠电源结构。

背景技术

通常情况下，为保证散热、高绝缘和高可靠要求，电源结构基本采用如图1和图2所示的固定和散热。

其中图1为在电源行业中最常用的一次成型基板结构，一次成型基板1-5由金属基板1-1、绝缘层1-2和覆铜层1-3构成，在覆铜层上安装功率元件1-4；金属基板一般为氮化铝，绝缘层为玻璃纤维或陶瓷粉末构成，覆铜层为金属铜。

该结构有如下优点：

1、基板层可实现SMD机器贴装，生产快速；

2、基板层可以布局电路，节省空间。

但是该结构有如下缺点：

1，绝缘层无法在满足散热和绝缘上达到良好的折中，只能按满足一般需要，不能满足高散热和高绝缘的要求，一般导热系数为0.7-1.3左右，绝缘电压也限于DC3000V；

2，由于结构原因，基板不可以做的面积很大，否则因绝缘层和基板层的物理结构特性不同容易开裂。

3，绝缘层仅能为玻璃纤维和陶瓷粉末，不能为导热能力极强的纯陶瓷片，否则无法一体成型，散热能力大打折扣。

图2的方式在电源行业中使用不多，仅少数几家实力较强的大公司使用此方案，由金属基板2-1、绝缘陶瓷板2-2、覆铜层2-3、粘和层2-4构成，在覆铜层上安装功率元件2-5；金属基板为纯铝，绝缘层为陶瓷基板，粘和层为金属基板和绝缘陶瓷板之间的粘和胶。

该结构有如下优点：

1、散热能力和绝缘能力强，导热率可超过1.2，绝缘能力可超过DC9000V；

2、可实现管芯级别焊接，节省空间；

3、仅功率元件与基板粘接，非绝缘层和基板曾一体成型，不存在开裂问题。

但是该结构有如下缺点：

1，生产工艺要求较高，不能大范围推广；

2，粘和层为特制硬性粘和胶，具有高的粘和力和导热能力，非货架产品，不能大范围推广。

3，除粘和层外无其他固定方式，在绝缘层和基板层开裂后(如强振动条件)无法保证粘接质量，也就无法保证散热，容易损坏。

4，绝缘层和承载电路板为高度匹配方式，绝缘层开裂容易破坏承载电路板。

因此，尽管目前采用以上两种方式可以满足大部分需要，但是在一些高要求的场合还是存在缺陷。

实用新型内容

本实用新型需要解决的技术问题就在于克服现有技术的缺陷，提供一种嵌入式高绝缘高可靠电源结构，它实现了在体积基本不增加情况下提高电源结构的散热能力、绝缘能力和抗振能力，可系列化设计，转化周期短。

为解决上述问题，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型提供了一种嵌入式高绝缘高可靠电源结构，所述结构由刚性成型金属外壳、承载电路板、承载陶瓷基板和固定螺丝构成，承载陶瓷基板上安装有功率元件，承载陶瓷基板通过软性导热胶粘和层与刚性成型金属外壳连接，承载电路板为与金属外壳对应的嵌入式结构，通过螺丝与金属外壳固定，与承载陶瓷基板上的功率元件进行焊接固定。

承载陶瓷基板的上表面复合有元件覆铜层，功率元件安装于元件覆铜层上；承载陶瓷基板的下表面复合有抗裂覆铜层，抗裂覆铜层通过软性导热胶粘和层与刚性成型金属外壳连接。

本实用新型针对无货架特种硬性粘和胶的情况，采用通用的软性导热胶粘和层，粘和厚度稍厚，导热能力更强，容易推广。因粘和胶变软性，在陶瓷基板底面增加抗裂覆铜层。

因粘和胶为软性，使陶瓷基板与金属金属外壳间存在微小可变行程，虽然此举可以提高抗振性能，但存在行程会使影响其上电路板在振动时增加破坏性。故本实用新型在刚性成型金属外壳上对其上嵌入的承载电路板进行多个螺丝刚性固定，同时张力固定承载陶瓷基板上的功率元件，这样既保证了整体的刚性，又让内部允许一定的行程，无论是承载电路板还是陶瓷基板及其上的功率元件的抗振性都大大加强，也可以避免粘和陶瓷基板与金属外壳接触不良的情况。

因承载电路板为悬空嵌入固定方式，故承载电路板和陶瓷基板上功率元件的连接平面方向连接允许一定偏差，不需要特殊的工艺要求和专用高精度设备，便于转化为实际产品。

嵌入式承载电路板和承载陶瓷基板非分体结构二次连接方式，且由于有刚性成型金属外壳与承载电路板刚性螺丝固定，对承载陶瓷基板存在张力固定，故承载陶瓷基板与金属外壳脱离连接的可能性极低。即使承载陶瓷基板与金属外壳的连接发生问题也不会破坏承载电路板。

本实用新型嵌入式承载电路板为架空设计，上下空间可依要求设定，容易选择元件和电路布局。

附图说明

图1为本实用新型背景技术部分所述采用一次成型基板电源结构示意图。

图2为本实用新型背景技术部分所述采用粘和层电源结构示意图。

图3为本实用新型所述嵌入式高绝缘高可靠电源结构示意图。

具体实施方式

如图3所示，本实用新型提供了一种嵌入式高绝缘高可靠电源结构，所述结构由刚性成型金属外壳1、承载电路板2、承载陶瓷基板3和固定螺丝4构成，承载陶瓷基板上安装有功率元件5，承载电路板为与金属外壳对应的嵌入式结构，通过螺丝与金属外壳固定，与承载陶瓷基板上的功率元件进行焊接固定。

承载陶瓷基板的上表面复合有元件覆铜层6，功率元件安装于元件覆铜层上；承载陶瓷基板的下表面复合有抗裂覆铜层7，抗裂覆铜层通过软性导热胶粘和层8与刚性成型金属外壳连接。

金属外壳为单一金属或合金，散热率、材料特性均可按需选择，无一次成型基板的复合基板材料限制，导热率和平面张曲率可很高，经过选择其导热率可以达到4以上。

承载陶瓷基板具有先天的高导热和高绝缘特性，可应用与各种高散热要求的产品中，其散热能力和绝缘能力远高于一次成型基板。

一般0.2毫米的陶瓷基板就可以让绝缘能力达到DC4000V，经实测试验中1毫米的陶瓷基板在DC15000V的绝缘测试中未发现问题。

陶瓷基板的导热率很高，为1.6-2左右，在此结构对功率元件的整体导热率也可以达到1.5。

由于承载陶瓷基板的材料特性较脆，容易开裂，故不能做大面积的单块陶瓷板，故本结构中所有陶瓷承载板均为针对单体功率元件的小面积基板，另复合抗裂覆铜层进行防裂处理。小面积陶瓷基板和软性导热胶粘和层也避免了金属金属外壳与陶瓷材料差异导致的因形变张力而变形开裂的情况。

金属外壳为刚性成型，电路板为嵌入螺丝固定方式，陶瓷基板与金属外壳为软性粘接，功率元件和电路板间存在自身张力反馈设定(除自身张力外也可以填充其它张力材料实现)。在振动条件下，软性粘接和板壳间的软粘接馈允许一定的行程，起到缓冲作用，通过刚性螺丝固定和板间张力反馈又避免了外界振动产生的谐振，抗振能力大大加强。

本实用新型具有下列优点：

1、散热能力好；

2、绝缘能力强；

3，抗振性能好；

4，嵌入高度可变，空间可以充分利用；

5，可扩展性强，在DC/DC变换器、AC/DC变换器和电源产品中都可以使用；

6，不需要额外专用设备和特种工艺，易于转化到生产，缩短研发周期。

本实用新型产品的整体设计采用集成一体化设计，将散热、绝缘和抗振综合考虑一体化设计。在散热、绝缘和抗振的综合性能方面达到最优，并使空间得到有效利用，不仅可以在电源模块中使用此结构，在一些电源产品中也可以使用此结构。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。

Claims

1.一种嵌入式高绝缘高可靠电源结构，其特征在于：所述结构由刚性成型金属外壳、承载电路板、承载陶瓷基板和固定螺丝构成，承载陶瓷基板上安装有功率元件，承载陶瓷基板通过软性导热胶粘和层与刚性成型金属外壳连接，承载电路板为与金属外壳对应的嵌入式结构，通过螺丝与金属外壳固定，并与承载陶瓷基板上的功率元件焊接固定。

2.如权利要求1所述的嵌入式高绝缘高可靠电源结构，其特征在于：所述承载陶瓷基板的上表面复合有元件覆铜层，所述功率元件安装于元件覆铜层上；承载陶瓷基板的下表面复合有抗裂覆铜层，抗裂覆铜层通过软性导热胶粘和层与刚性成型金属外壳连接。