CN206322540U - 高功率电流侦测器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高功率电流侦测器，包括电阻体，两电极端头、保护层和散热结构，两电极端头分别设置在电阻体两端并与电阻体形成电连接，保护层覆盖在电阻体上，两电极端头整体厚度大于电阻体厚度，散热结构设置于电阻体下方两电极端头之间，散热结构包括导热片和分别设置在导热片两面的导热胶层，散热结构的其中一面与电阻体紧密接触，另一面与金属焊盘紧密接触。本实用新型具有微小的片式外形，更短的热传递路径，在不增加电流侦测器尺寸的条件下具有良好的散热效果，从而具备更低的产品温升，可实现在更高的功率下应用、更准确地对电流大小进行实时反馈。

Description

高功率电流侦测器

技术领域

本发明属于电子元件技术领域，涉及一种电流侦测器，特别是一种带散热结构且可以用于表面贴装的电流侦测器。

背景技术

表面贴装电流侦测器主要用于电路中电流的侦测，能够及时、准确地反馈电路中电流的大小，电路系统再对所侦测出的过大或过小的电流采用相应的措施。但一般的表面贴装电流侦测器在大功率通电下电流较大，电阻体自身产生的热能也相应增大，如果内部的热能无法及时传递出去会带来侦测器阻值的偏差甚至损坏。目前行业较流行的做法是将电阻体的宽度增宽，电极尺寸加大，这样就增大了电阻体向电极散热的通道以及电极向焊盘的散热面积进而增大散热的效率，但是这样就会需要额外的电路板空间，不利于元件体积的缩小。

中国专利201380067037.X公开了一种表面贴装电流侦测器，包括一个电阻体及其两端电极，电极通过焊接的方式连接到PCB板上，一个电绝缘的散热器及其两个端头，端头可以是绝缘的或导电的，散热器通过导热胶紧密贴合在电阻体上方，散热器端头通过导热胶或焊接的方式连接于电极的上方。这种方式制作工艺简单，但是散热路径太长，必须通过电阻体传递到上方的散热器，散热器再传输到其端头，再通过端头传输到电极头，最后通过电极头传输到PCB板上，此外，电极和散热器的端头需要较大的尺寸设计，否则会成为整个散热路径中的瓶颈区域。

而中国专利02130724.5公开了一种微型低电压低阻值电流感测器，将散热机构设置在电阻体的下方，散热机构下方和电阻体的上方都设置保护层，两端设置电极端头，电阻体产生的热量通过散热机构传递到端头再传递到PCB板上。专利中描述通过电铸技术将电极加厚，从而抬高散热机构，增加散热效果，实际使用中，因为设置了保护层，保护层外是空气，导热效果非常差，热量不能由散热机构直接传递出去，反而加厚了电极使热量传递的路径更长。

综上所述，现有技术中表面贴装电流侦测器在不增大电阻体宽度的情况下，因其结构限制，散热效果均不够理想，从而制约了其应用功率。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种高功率电流侦测器，具有微小的片式外形，更短的热传递路径，在不增加电流侦测器尺寸的条件下具有良好的散热效果，从而具备更低的产品温升，可实现在更高的功率下应用、更准确地对电流大小进行实时反馈。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高功率电流侦测器，包括电阻体，两电极端头、保护层和散热结构，所述两电极端头分别设置在电阻体两端并与电阻体形成电连接，所述保护层覆盖在电阻体上，所述两电极端头整体厚度大于电阻体厚度，所述散热结构设置于电阻体下方两电极端头之间，所述散热结构包括导热片和分别设置在导热片两面的导热胶层，散热结构的其中一面与电阻体紧密接触，另一面与金属焊盘紧密接触。

进一步的，电极端头和电阻体的厚度差小于或等于1mm，所述导热胶层的厚度在0.01mm到0.1mm之间，所述导热片厚度为0.04mm到0.4mm之间。

进一步的，所述散热结构还包括两片金属散热片，所述金属散热片设置在散热结构底部，两片金属散热片之间不产生电连接，所述散热结构通过金属散热片与金属焊盘连接。

进一步的，所述两片金属散热片之间的间隙宽度大于或等于0.2mm。

进一步的，所述两片金属散热片沿电阻体的侧面边界向上延伸到电阻体顶面之上，金属散热片与电阻体之间不产生电连接。

进一步的，所述电极端头为两相对设置的Z形，电极支撑段和电阻体之间角度为30°～150°。

进一步的，所述两电极端头和电阻体为一体结构。

进一步的，所述两电极端头和电阻体焊接在一起。

进一步的，所述两电极端头为长方体或L形，所述两电极端头和电阻体焊接在一起。

进一步的，所述导热胶层包括导热胶带

或

包括以下重量份数的组分：硅油或硅胶10～15份，滑石0～40份，氮化铝0～40份，云母0～5份，氧化锆0～3份，氧化铝0～3份。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

1.本发明中散热结构一面与电阻体紧密接触，另一面与PCB板上的金属焊盘紧密接触，电阻体产生的热可以通过散热结构直接传输到焊盘上，缩短了热传输的路径，增加了热传输的效率，相比较于以往采用大的两端电极的电流侦测器，散热效率更高,以尺寸为6.5mmx3.5mmx1.5mm的电流侦测器为例，现有技术功率最多只能做到2W，本发明的结构使电流侦测器功率最高达到7W。且本发明的电流侦测器具有较小的片式外形，节省了电路板上的空间。

2.本发明预先制作好具有一定的台阶结构电极和电阻体，一次成型不需要后续的机械加工，在此基础上将散热结构粘附在两个台阶面之间以及电阻体之下，工艺流程简单，对电极和散热结构的损伤较小。

3.散热结构上的导热胶层很薄，能够很好的浸润并附着在两个固体界面之间，实现散热界面的面与面之间的接触，能弥补固体与固体界面之间接触的紧密性不足的问题，使接触面不产生孔洞、缝隙，减小了界面传热的热阻，粘附力强，长期稳定性好。导热胶填充有滑石，氮化铝，云母，氧化锆，氧化铝等导热优良的无机非金属颗粒，具有优秀的导热性能，或采用Bergquist Bond Ply系列导热胶带，两种方式均具有优良的导热性能和粘结强度。

4.本发明中的散热结构还可以增加额外的金属散热片，金属散热片还能从整个散热结构的底部延伸出来向上弯折到电阻体的顶面上，令散热结构更为牢固，散热性能更为优越。

附图说明

图1为实施例一中高功率电流侦测器整体剖视图。

图2为实施例一散热结构剖视图。

图3为实施例二散热结构剖视图。

图4为实施例三的高功率电流侦测器整体结构示意图。

图5为实施例四中高功率电流侦测器整体剖视图。

图6为实施例五中高功率电流侦测器整体剖视图。

图7为实施例六中高功率电流侦测器整体剖视图。

图8为实施例六中高功率电流侦测器整体剖视图。

附图标记列表：

1-散热结构，2-导热片，3-上端导热胶层，4-下端导热胶层，5-第一金属散热片，6-第二金属散热片，7-电阻体，8-电极端头，8-1-电阻体连接段，8-2-电极支撑段，8-3-金属焊盘接触段，10-保护层，11-焊缝，14-金属焊盘，15-PCB板，17-顶部折痕。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例一：

如图1所示，一种高功率电流侦测器，包含电阻体7、电极端头8、散热结构1和保护层10，两电极端头8分别设置在电阻体7的两端并与电阻体7形成电连接，保护层10覆盖在电阻体7上，散热结构1设置于电阻体7的底部，电极端头8的整体厚度比电阻体7厚，因此两电极端头、电阻体、PCB基板15的金属焊盘14之间形成空腔，散热结构1置于该空腔中，整个电流侦测器焊接在PCB基板15的金属焊盘14上。电极端头8与电阻体7之间的厚度差也就是容纳散热结构的空腔的高度应小于或等于1mm，以保证散热结构与电阻体和金属焊盘的紧密接触。保护层覆盖在电阻体上表面和侧面，不覆盖电极和散热结构，将电极和散热结构对PCB板的散热窗口之外的电阻体部分进行包封保护，从而避免外界的侵蚀和破坏。

图2为散热结构1的一种结构，包括导热片2、上端导热胶层3和下端导热胶层4。导热片2由导热和电绝缘性能良好且具有一定支撑强度的材料制成，如聚酰亚胺薄膜、氧化铝陶瓷片、氮化铝陶瓷片等。导热片2的厚度为0.04mm到0.4mm之间(包括两端点值)，导热片2的长度和宽度可以与电阻体7的尺寸一样，也可以超出电阻体7的尺寸。导热片2的上下两面分别涂附有上端导热胶层3和下端导热胶层4，上端导热胶层3用于连接电阻体7和导热片2，下端导热胶层4位于导热片2另一面，用于将导热片2与金属焊盘粘结在一起。上端导热胶层3和下端导热胶层4的厚度在0.01mm到0.1mm之间(包括两端点值)。导热胶层材料的主要成分为硅油或硅胶10～15份、滑石0～40份、氮化铝0～40份、云母0～5份、氧化锆0～3份、氧化铝0～3份。导热胶层3和下端导热胶层4也可用导热胶带来代替，导热胶带可以采用Bergquist Bond Ply系列。散热结构上的导热胶层很薄，能够很好的浸润并附着在两个固体界面之间，实现散热界面的面与面之间的接触，能弥补固体与固体界面之间接触的紧密性不足的问题，使接触面不产生孔洞、缝隙，减小了界面传热的热阻，粘附力强，长期稳定性好。导热胶填充有滑石，氮化铝，云母，氧化锆，氧化铝等导热优良的无机非金属颗粒，具有优秀的导热性能，或采用Bergquist Bond Ply系列导热胶带，两种方式均具有优良的导热性能和粘结强度。本实施例中散热结构一面与电阻体紧密接触，另一面与PCB板上的金属焊盘紧密接触，电阻体产生的热可以通过散热结构直接传输到焊盘上，缩短了热传输的路径，增加了热传输的效率，相比较于以往采用大的两端电极的电流侦测器，散热效率更高，例如尺寸为6.5mmx3.5mmx1.5mm的电流侦测器，现有技术功率最多只能做到2W，本发明的结构使这个尺寸的电流侦测器功率最高达到3W。

实施例二：

作为实施例一的改进，本例中的散热结构1在第一实施例的基础上增加了两片金属散热片5、6，如图3所示，第一金属散热片5和第二金属散热片6设置在散热结构的最底部，它们通过下端导热胶层4和导热片2连接，金属散热片5和6可以有一部分焊接到金属焊盘14上。两金属散热片不与两端电极或电阻体形成电连接，两金属散热片之间也不形成电连接，对于尺寸为6.5mmx3.5mm的电流侦测器，优选的金属散热片5、6厚度要小于或等于0.2mm，两金属散热片之间的间距应大于或等于0.2mm，才能使两金属散热片之间不形成电导通。金属散热片5和6的长宽一样，其宽度(以两电极之间的连线为长度方向，与长度方向垂直即为宽度方向)可以与电阻体7的宽度一样，也可以超出电阻体7的宽度。本实施例在第一实施例的散热结构基础上增加了两个金属散热片，并且金属散热片可以通过焊接与金属焊盘相连，大大提升了散热效率，并且在电路使用当中电流侦测器与PCB板的连接更牢固可靠。

本实施例中尺寸为6.5mmx3.5mmx1.5mm的电流侦测器，现有技术功率最多只能做到2W，本发明的结构使电流侦测器功率最高达到5W。

实施例三：

为了进一步增强散热效果，作为实施例二的改进，如图4所示，在第二实施例的基础上令第一金属散热片5和第二金属散热片6可以分别沿其宽度方向延伸，并均沿电阻体7的侧面边界向上弯折两次后延伸到电阻体顶面之上，此时第一金属散热片5和第二金属散热片6完全包覆或部分包覆住电阻体7顶面，电阻体7顶面和侧面与金属散热片5、6接触的部位事先喷涂有绝缘的保护层10，对于尺寸为6.5mmx3.5mm的电流侦测器，保护层10的厚度大于或等于0.03mm，保证金属散热片5和6与电阻体7的电绝缘。保护层10除了隔开电阻体和散热片之外，也对电阻体暴露在空气中的其余部分进行包封保护。本实施例的金属散热片从整个散热结构的底部延伸出来向上弯折到电阻体的顶面上，令散热结构更为牢固，散热性能更为优越。例如尺寸为6.5mmx3.5mmx1.5mm的电流侦测器，现有技术功率最多只能做到2W，本发明的结构使电流侦测器功率最高达到7W。

实施例四：

作为实施例一至实施例三的优选方案，如图5所示，电阻体7和两边电极端头8是一体结构，由同一片金属片制成，分别通过折弯机器将两端电极分别沿不同方向折两次，与电阻体7在两边分别形成一个台阶面，该台阶面也可由冲压机一次冲压而成。两电极端头台阶面、电阻体7的下端面以及金属焊盘之间形成空腔。两边电极端头8包括了两边的台阶面及其相邻部位，如图1所示相当于两个相对的Z形，包括电阻体连接段8-1、电极支撑段8-2、金属焊盘接触段8-3，电极端头8与金属焊盘14相接触的部分即金属焊盘接触段8-3和电阻体7平行，电极支撑段8-2与金属焊盘接触段8-3之间形成的角度α(等于8-2和电阻体7之间形成角度)应为30°～150°。对于尺寸为6.5mmx3.5mm的电流侦测器，优选的方案是如图中所示的电极支撑段8-2与电阻体垂直，使容纳散热结构的空腔高度，也就是电阻体7下端面与电极端头8下端面之间的垂直距离H应小于或等于1mm，能够保证散热结构与PCB板贴紧。将第一实施例、第二实施例或第三实施例的散热结构1置于空腔中，在110℃～150℃下加热5～30min，实现散热结构1与电阻体7和焊盘紧密连接，起到热传输的作用。

本实施例预先制作好具有一定的台阶结构电极和电阻体，一次成型不需要后续的机械加工，在此基础上将散热结构粘附在两个台阶面之间以及电阻体之下，工艺流程简单，对电极和散热结构的损伤较小。

实施例五：

作为实施例一至实施例三的另一个优选方案，如图6所示，本例中电阻体7和电极端头8非一体结构，可以分别用不同材料制成。电阻体7与电极端头8通过电子束焊接在一起，之间分别形成两个焊缝11，电阻体7与电极端头8宽厚尺寸一致。随后通过折弯机器将两端电极端头8分别沿不同方向折两次，形成两个相对的Z形。该形状也可利用冲压机一次冲压形成。除上述工艺以外，也可以先通过折弯机器将两端电极端头8分别沿不同方向折两次，形成两个相对的Z形后再与电阻体7焊接。电极端头8具体包括电阻体连接段8-1、电极支撑段8-2、金属焊盘接触段8-3，其中电阻体7与连接段8-1在一个水平面上，平行于金属焊盘接触段8-3，电极支撑段8-2与电阻体7和与接触段8-3均呈一定的角度。对于尺寸为6.5mmx3.5mm的电流侦测器，电极端头8顶部折痕17与焊缝11之间的距离应大于或等于0.5mm，避免折弯过程中损害到焊缝11。电极支撑段8-2与金属焊盘接触段8-3之间形成的角度α(等于8-2和电阻体7之间形成角度)应为30°～150°，电阻体7下端面与电极端头8下端面之间的垂直距离H应小于或等于1mm，能够让散热结构贴紧PCB板。电阻体与两电极端头之间形成空腔，第一实施例、第二实施例或第三实施例的散热结构1置于该空腔中，在110℃～150℃下加热5～30min，实现散热结构1与电阻体7和焊盘紧密连接，起到热传输的作用。

实施例六：

作为实施例一至实施例三的另一个优选方案，如图7所示，电阻体7和电极端头8非一体结构，可以分别用不同材料制成。两电极端头8为长方体形，与电阻体7通过电子束焊接在一起，两边各形成焊缝11。电阻体7下端面与电极端头8下端面之间的垂直距离H应小于或等于1mm。两端的电极端头8上端面和电阻体7的顶面平齐，电阻体7底面与电极端头8之间形成一个空腔，散热结构1置于该空腔内，在110℃～150℃下加热5～30min，实现散热结构1与电阻体7和焊盘紧密连接，起到热传输的作用。

实施例七：

作为实施例一至实施例三的另一个优选方案，如图8所示，电阻体7和电极端头8非一体结构，可以分别用不同材料制成。先通过折弯机器将两端电极端头8弯折一次成L形，再与电阻体7通过电子束焊接在一起，两边各形成焊缝11。两电极端头8包括电极支撑段8-2、金属焊盘接触段8-3，电极端头8与金属焊盘14相接触的部分即金属焊盘接触段8-3和电阻体7平行，电极支撑段8-2与金属焊盘接触段8-3之间形成的角度α(等于8-2和电阻体7之间形成角度)应为30°～150°，本例中优选90°。电阻体7下端面与电极端头8下端面之间的垂直距离H应小于或等于1mm。两端的电极端头8上端面和电阻体7的顶面平齐，电阻体7底面与电极端头8之间形成一个空腔，散热结构1置于该空腔内，在110℃～150℃下加热5～30min，实现散热结构1与电阻体7和焊盘紧密连接，起到热传输的作用。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高功率电流侦测器，包括电阻体，两电极端头、保护层和散热结构，所述两电极端头分别设置在电阻体两端并与电阻体形成电连接，所述保护层覆盖在电阻体上，其特征在于：所述两电极端头整体厚度大于电阻体厚度，所述散热结构设置于电阻体下方两电极端头之间，所述散热结构包括导热片和分别设置在导热片两面的导热胶层，散热结构的其中一面与电阻体紧密接触，另一面与金属焊盘紧密接触。

2.根据权利要求1所述的高功率电流侦测器，其特征在于：所述电极端头和电阻体的厚度差小于或等于1mm，所述导热胶层的厚度在0.01mm到0.1mm之间，所述导热片厚度为0.04mm到0.4mm之间。

3.根据权利要求1所述的高功率电流侦测器，其特征在于：所述散热结构还包括两片金属散热片，所述金属散热片设置在散热结构底部，两片金属散热片之间不产生电连接，所述散热结构通过金属散热片与金属焊盘连接。

4.根据权利要求3所述的高功率电流侦测器，其特征在于：所述两片金属散热片之间的间隙宽度大于或等于0.2mm。

5.根据权利要求4所述的高功率电流侦测器，其特征在于：所述两片金属散热片沿电阻体的侧面边界向上延伸到电阻体顶面之上，金属散热片与电阻体之间不产生电连接。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的高功率电流侦测器，其特征在于：所述电极端头为两相对设置的Z形，电极支撑段和电阻体之间角度为30°～150°。

7.根据权利要求6所述的高功率电流侦测器，其特征在于：所述两电极端头和电阻体为一体结构。

8.根据权利要求6所述的高功率电流侦测器，其特征在于：所述两电极端头和电阻体焊接在一起。

9.根据权利要求1-5中任意一项所述的高功率电流侦测器，其特征在于：所述两电极端头为长方体或L形，所述两电极端头和电阻体焊接在一起。

10.根据权利要求1所述的高功率电流侦测器，其特征在于：所述导热胶层包括导热胶带。