CN217059097U - 高压功率铜排测温封装结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种高压功率铜排测温封装结构，通过底部开口的封装壳体将测温组件中的导热基板以及布置于所述导热基板上的一或多个NTC电阻、导通电路以及信号端子封装于高压功率铜排上；本实用新型的封装结构具有测量范围宽、热阻小和体积小等优势。

Description

高压功率铜排测温封装结构

技术领域

本实用新型涉及一种变压器漏感检测领域，特别是涉及高压功率铜排测温封装结构。

背景技术

根据发布的《节能与新能源汽车技术路线图2.0》预测，到2035年中国燃料电池汽车保有量将达到100万辆左右，商用车将实现由石油和电能驱动向氢动力转型。随着人们对氢燃料电池系统的需求越来越大，燃料电池中大功率DC-DC变换器的也逐步实现高集成化、高功率密度、高频化发展，随着电堆端输入电流逐步提升以及能耗的不断增加导致铜排温度逐步上升。因此，大功率DC-DC变换器中铜排的散热问题以及温度采样技术开始得到了工程人员的的关注。

电动汽车/燃料电池系统中大功率DC-DC变换器的运行过程实质上是一种将燃料电池电压平台转换为动力蓄电池电压平台的转换单元，在这一转换过程中铜排发挥着至关重要的传输电流作用。DC-DC系统本身是一个相对密封，且体积相对较小的空间。系统内部主要热源有：功率电感、IGBT模块、铜排。其中功率电感和IGBT模块一般采用底部涂抹导热硅脂结合水冷方式散热。铜排在传输电流过程中产生的热量通过热辐射形式传递到空气中，同时由于铜排设计过程中需要考虑绝缘，一般会在铜排上增加绝缘材料，绝缘材料降低了铜排散热效率。因此系统在运行过程中极易产生高温问题，结合商用车复杂和严苛的使用工况，高温持续状态如果缺乏有效的探测和预警机制并采取措施改善和缓解发热情况。就会进一步导致环境温度升高，从而导致系统内部电子气件性能受损，造成设备死机以及毁坏，给用户带来严重的影响。为了进一步延长DC-DC系统寿命，确保系统稳定可靠运行，提升系统效率，采取有效的技术对铜排温度进行探测显得十分必要。

我国目前电动汽车/燃料电池系统中大功率DC-DC变换器的铜排温度采样一般采用将温度采样传感器封装在OT端子尾部，然后通过螺纹连接将OT端子紧固在铜排上；或是采用水滴头结构将温度采样传感器封装在水滴头内部，采用耐高温线绑扎形式固定在铜排上。以上封装方案，受导热材料、结构布局等影响存在热阻高、测温范围小、体积大等弊端。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型解决的技术问题在于，现有的高压功率铜排受导热材料、结构布局等影响存在精度低、热阻高、测温范围小、体积大等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种高压功率铜排测温封装结构，包括：测温组件，包括：导热基板以及布置于所述导热基板上的一或多个NTC电阻、导通电路以及信号端子；其中，各NTC电阻通过所述导通电路与信号端子的公端连接；底部开口的封装壳体，罩盖于所述测温组件上，用于将所述测温组件封装于高压功率铜排上。

于本实用新型的一实施例中，所述封装壳体包括：罩盖部，用于罩盖于所述测温组件上；分别位于所述罩盖部两侧的平板部，其上分别设置有一或多个铜排固定部，用于将所述封装壳体固定于所述高压功率铜排上。

于本实用新型的一实施例中，所述罩盖部包括：一端子开口，供所述信号端子的母端向所述高压功率铜排测温封装结构外引线。

于本实用新型的一实施例中，所述罩盖部的壳体内部对应罩盖在其内的所述信号端子顶部位置设置有外凸的顶端压力固定部，用于与所述信号端子顶端接触以对测温组件施加向下的压力。

于本实用新型的一实施例中，所述罩盖部的壳体内部对应罩盖在其内的导热基板的四周位置设置有外凸的四周压力固定部，用于与所述导热基板四周接触以对测温组件的四周施加压力。

于本实用新型的一实施例中，所述顶端压力固定部为圆凸台。

于本实用新型的一实施例中，所述四周压力固定部为台阶面。

于本实用新型的一实施例中，所述导热基板包括：器件固定面，用于安装所述导通电路、各NTC电阻以及信号端子；其中，所述各NTC电阻设于所述导通电路上；所述导通电路连接所述信号端子的公端；涂覆有硅脂铜排接触面，用于与所述高压功率铜排接触。

于本实用新型的一实施例中，所述导热基板为DBC板。

于本实用新型的一实施例中，所述铜排固定部包括：螺纹孔。

如上所述，本实用新型的高压功率铜排测温封装结构，具有以下有益效果：本实用新型通过底部开口的封装壳体将测温组件中的导热基板以及布置于所述导热基板上的一或多个 NTC电阻、导通电路以及信号端子封装于高压功率铜排上；本实用新型具有测量范围宽、热阻小和体积小等优势。

附图说明

图1显示为本实用新型一实施例中高压功率铜排测温封装结构的爆炸结构示意图。

图2a显示为本实用新型一实施例中导热基板的器件固定面结构示意图。

图2b显示为本实用新型一实施例中导热基板的侧面结构示意图。

图2c显示为本实用新型一实施例中导热基板的铜排接触面结构示意图。

图3显示为本实用新型一实施例中器件固定面部件固定示意图。

图4显示为本实用新型一实施例中高压功率铜排测温封装结构的结构示意图。

图5显示为本实用新型一实施例中封装壳体的内部透视图。

图6显示为本实用新型一实施例中台阶面的结构示意图。

图7显示为本实用新型一实施例中测温组件各部件固定示意图

图8a显示为本实用新型一实施例中测温组件的正视尺寸图。

图8b显示为本实用新型一实施例中测温组件的左视尺寸图。

图9a显示为本实用新型一实施例中封装壳体的正视尺寸图。

图9b显示为本实用新型一实施例中封装壳体的左视尺寸图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，在下述描述中，参考附图，附图描述了本实用新型的若干实施例。应当理解，还可使用其他实施例，并且可以在不背离本实用新型的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、电气以及操作上的改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，并且本实用新型的实施例的范围仅由公布的专利的权利要求书所限定。这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本实用新型。空间相关的术语，例如“上”、“下”、“左”、“右”、“下面”、“下方”、““下部”、“上方”、“上部”等，可在文中使用以便于说明图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“固持”等术语应做广义理解，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，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

其中提到的第一、第二及第三等术语是为了说明多样的部分、成分、区域、层及/或段而使用的，但并非限定于此。这些术语只用于把某部分、成分、区域、层或段区别于其它部分、成分、区域、层或段。因此，以下叙述的第一部分、成分、区域、层或段在不超出本实用新型范围的范围内，可以言及到第二部分、成分、区域、层或段。

再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。

本实用新型通过底部开口的封装壳体将测温组件中的导热基板以及布置于所述导热基板上的一或多个NTC电阻、导通电路以及信号端子封装于高压功率铜排上；本实用新型具有测量范围宽、热阻小和体积小等优势。

下文，将结合说明书附图，来对高压功率铜排测温封装结构的具体实现方式进行说明。

如图1所示，为高压功率铜排测温封装结构的结构爆炸图；所述高压功率铜排测温封装结构包括：测温组件11，包括：导热基板111以及布置于所述导热基板上的一或多个NTC电阻112、导通电路113以及信号端子；信号端子包括：公端1141以及母端1142；其中，各 NTC电阻112通过所述导通电路113与信号端子的公端1141连接；所述封装结构还包括：底部开口的封装壳体12，罩盖于所述测温组件11上，用于将所述测温组件11封装于高压功率铜排上。

需要说明的是，所述高压功率铜排测温封装结构中的NTC电阻以及信号端子的端口的数量可根据需求而设定，不仅以图1显示的个数为限。

下文，将结合说明书附图1至3，来对测温组件的具体实现方式进行说明。

在一实施例中，如图2a、图2b以及图2c所示，所述导热基板为双面板状，其包括：器件固定面21以及铜排接触面22；如图3所示，所述器件固定面21上可以焊接NTC电阻32、导通电路33以及信号端子34；其中，所述NTC电阻32设置在导通电路33，各NTC电阻 31通过所述导通电路33与信号端子34的公端连接。如图1所示，所述铜排接触面可涂覆导热硅脂115，用于与高压功率铜排接触。

在一实施例中，所述导热基板为DBC板。其中，DBC(陶瓷覆铜基板)作为耐高温且绝缘介质，双面覆铜，整体厚度＜1mm；优选的，选用的DBC板中材质有AL2O3(导热系数＞24W/m.k)，ZTA(导热系数＞27W/m.k)，ALN(导热系数＞170W/m.k)等，相较于目前市面上的绝缘接触材PA66(导热系数0.22W/m.k)以及环氧材质(导热系数0.2W/m.k)性能更好；因此，利用DBC板具有热响应快的有点，能够快速捕捉温度变化，实现实时响应，保护整个功率系统的安全。

下文，将结合说明书附图4至图6，来对封装壳体的具体实现方式进行说明。

在一实施例中，如图4所示，为高压功率铜排测温封装结构图；所述封装壳体包括：罩盖部41，用于罩盖于所述测温组件上；需要说明的是，所述罩盖部41内具有一容纳空间，该容纳空间可以容纳所述测温组件；并且该罩盖部41的形状可以根据测温组件的形状确定，例如图4中的阶梯坡面，大大节省了体积。

分别位于所述罩盖部两侧的平板部42，其上分别设置有一或多个铜排固定部42，用于将所述封装壳体42以及其内封装的测温组件固定于所述高压功率铜排上；其中，所述固定部固定所述封装结构的方式包括但不仅限于用于螺栓连接、销连接、键连接、铆接、焊接以及胶接等方式。所述固定部可以根据具体需求设置为任一种形状，对此在本申请中不作限定。

其中，所述罩盖部41外凸于平板部42，此种结构不仅可以大大的节省空间，还可使得测温组件更稳固的固定于所述封装壳内。

在一实施例中，所述罩盖部包括：一端子开口410，供所述信号端子的母端向所述高压功率铜排测温封装结构外引线。优选的，所述罩盖部一侧面具有一端子开口410，用于暴露所述信号端子的母端；其中，所述端子开口的形状及其大小根据信号端子的形状与大小确定。所述信号端子的母端引线，通过线束将信号传递到控制板PCBA中，以进行温度采样。

在一实施例中，为了更好的将测温组件固定于所述封装壳内，并且避免导热基板开裂以及保证底面充分接触，如图4所示，所述罩盖部41的壳体内部对应罩盖在其内的所述信号端子顶部位置设置有外凸的顶端压力固定部411，用于与所述信号端子顶端接触以对测温组件施加向下的压力。需要说明的是，所述顶端压力固定部的形状可根据需求而设定，对此不作限定。

在一实施例中，为了更好的将测温组件固定于所述封装壳内，并且避免导热基板开裂以及保证底面充分接触，如图4所示，所述罩盖部41的壳体内部对应罩盖在其内的导热基板的四周位置还可设置有外凸的四周压力固定部412，用于与所述导热基板四周接触以对测温组件的四周施加压力。需要说明的是，所述四周压力固定部的形状可根据需求而设定，对此不作限定。

在一实施例中，如图5所示，为所述封装壳体的内部透视图，所述顶端压力固定部为圆凸台51。在对封装壳体以及测温组件进行预固定时，所述圆凸台51与所述信号端子顶端接触以对测温组件施加向下的压力。需要说明的是，所述圆凸台51的高度以及直径根据具体需求而设定，对此不作限定。

在一实施例中，如图5所示，所述四周压力固定部为外凸的台阶面52；其中，如图6所示，为台阶面的部分示意图，所述台阶面的凸出台阶61给处于凹陷位置的导热基板62的边缘施加压力。需要说明的是，所述台阶面的宽度以及大小根据具体需求而设定，对此不作限定。

在一实施例中，如图1所示，所述铜排固定部为螺纹孔121，螺栓13可以通过所述螺纹孔121将高压功率铜排测温封装结构固定于所述高压功率铜排上。

优选的，所述螺栓13通过所述螺纹孔121与封装壳体预埋金属嵌套14结合，将高压功率铜排测温封装结构固定于所述高压功率铜排上。

为便于本领域技术人员理解，现结合具体实施例来对高压功率铜排测温封装结构做进一步说明。

实施例1：一种高压功率铜排测温封装结构。

所述高压功率铜排测温封装结构包括：

如图7所示，测温部件包括：DBC(陶瓷覆铜基板)、焊接在DBC上的两款不同温度系数的NTC-R1,NTC-R2测温电阻和2pin插座；底部开口的材质为PPS-GF40的封装壳体，罩盖于以部件上；所述封装壳体还包括：端口开口，用于2pin插座暴露母端，以便于插座向外引线；

其中，具体的安装过程包括：将封装壳体与焊接后的测温组件进行预固定，封装壳体中的台阶面和圆凸台能够从四周和中间对DBC施加均匀的下压力，避免DBC开裂并保证底面充分接触；，在测温封装底部涂抹硅脂，通过螺栓紧固的方式将其固定在待进行温度检测的零部件表面；最后通过线束端子将信号传递到控制板PCBA中。

DBC(陶瓷覆铜基板)作为耐高温且绝缘介质，适用温度范围(-55℃～+800℃)，即便在H2氛围中，耐温已经能满足＞400℃；选用的NTC-R，可测量范围(-40℃～+200℃)；选用连接端子，适用温度范围(-55℃～+150℃)；封装外壳材质PPS-GF40，RTI适用温度220℃；综上该款测温封装适用温度范围(-40℃～+150℃)，测量范围远大于目前市面上可以买到的成品NTC(适用温度范围，-40℃～+110℃)。

并且如图8a、图8b、图9a和图9b，测温组件尺寸为17.2mm*14mm*7.4mm以及封装壳体尺寸为32mm*20.6mm*9.6mm；相较于燃料电池行业大功率DC/DC功率变换器，能够在需要监测温度的主回路铜排上布置，并且占用体积小。

实施例2：一种高压功率铜排测温封装系统；

所述系统包括：多个如实施例1所述的高压功率铜排测温封装结构，分别布置于不同的高压功率铜排上；即在产品中需要温度监控的铜排上安装此方案的测温封装，安装前在各封装结构底部DBC表面涂覆导热硅脂，将测温组件封装通过螺栓锁紧在需要温度监测的铜排端面上。例如，如图1所示，其中一个高压功率铜排测温封装结构封装于一输出负铜排上，其中一个封装于输入正铜排上，其封装的方向及位置可根据具体需求来确定。

综上所述，本实用新型高压功率铜排测温封装结构，通过底部开口的封装壳体将测温组件中的导热基板以及布置于所述导热基板上的一或多个NTC电阻、导通电路以及信号端子封装于高压功率铜排上；本实用新型具有测量范围宽、热阻小和体积小等优势。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种高压功率铜排测温封装结构，其特征在于，包括：

测温组件，包括：导热基板以及布置于所述导热基板上的一或多个NTC电阻、导通电路以及信号端子；其中，各NTC电阻通过所述导通电路与信号端子的公端连接；

底部开口的封装壳体，罩盖于所述测温组件上，用于将所述测温组件封装于高压功率铜排上。

2.根据权利要求1所述的高压功率铜排测温封装结构，其特征在于，所述封装壳体包括：

罩盖部，用于罩盖于所述测温组件上；

分别位于所述罩盖部两侧的平板部，其上分别设置有一或多个铜排固定部，用于将所述封装壳体固定于所述高压功率铜排上。

3.根据权利要求2所述的高压功率铜排测温封装结构，其特征在于，所述罩盖部包括：

一端子开口，供所述信号端子的母端向所述高压功率铜排测温封装结构外引线。

4.根据权利要求3所述的高压功率铜排测温封装结构，其特征在于，所述罩盖部的壳体内部对应罩盖在其内的所述信号端子顶部位置设置有外凸的顶端压力固定部，用于与所述信号端子顶端接触以对测温组件施加向下的压力。

5.根据权利要求3或4所述的高压功率铜排测温封装结构，其特征在于，所述罩盖部的壳体内部对应罩盖在其内的导热基板的四周位置设置有外凸的四周压力固定部，用于与所述导热基板四周接触以对测温组件的四周施加压力。

6.根据权利要求4所述的高压功率铜排测温封装结构，其特征在于，所述顶端压力固定部为圆凸台。

7.根据权利要求5所述的高压功率铜排测温封装结构，其特征在于，所述四周压力固定部为台阶面。

8.根据权利要求1所述的高压功率铜排测温封装结构，其特征在于，所述导热基板包括：

器件固定面，用于安装所述导通电路、各NTC电阻以及信号端子；其中，所述各NTC电阻设于所述导通电路上；所述导通电路连接所述信号端子的公端；

涂覆有硅脂铜排接触面，用于与所述高压功率铜排接触。

9.根据权利要求1或8所述的高压功率铜排测温封装结构，其特征在于，所述导热基板为DBC板。

10.根据权利要求2所述的高压功率铜排测温封装结构，其特征在于，所述铜排固定部包括：螺纹孔。

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