一種低熱阻低成本的車用固態(tài)繼電器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開一種低熱阻低成本的車用固態(tài)繼電器，包括具有電連接端子的電路板及具有空腔的散熱外殼，所述電路板密封安裝在散熱外殼的空腔中；所述電路板由上層電路層、中間絕緣層及下層電路層組成，在中間絕緣層上開設(shè)多個導(dǎo)熱通孔。本實用新型可以提高車用固態(tài)繼電器的散熱效果，且材料成本較低。
【專利說明】—種低熱阻低成本的車用固態(tài)繼電器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及車用固態(tài)繼電器【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是指一種低熱阻低成本的車用固態(tài)繼電器。

【背景技術(shù)】
[0002]車用繼電器的工作原理為用低電流(小功率)控制信號控制大電流(高功率)通斷?，F(xiàn)有技術(shù)中，傳統(tǒng)繼電器為電磁式繼電器，借助磁力完成小信號控制大電流，其機械式動作開關(guān)結(jié)構(gòu)影響電磁繼電器使用壽命，重量及動作噪聲等。
[0003]所述電磁繼電器為機械式開關(guān)，在汽車過沖擊如急停，急啟動等狀態(tài)時，容易引起繼電器內(nèi)部結(jié)構(gòu)中組件變形。組件變形后，繼電器無法再實現(xiàn)基本的通斷功能。而且，所述電磁繼電器的控制回路線圈電流一般達到10mA以上，使用周期約為10萬級的次數(shù)，動作噪音達到50dB以上。
[0004]隨著半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展，MOSFET金屬氧化層半導(dǎo)體場效晶體管作為開關(guān)普遍應(yīng)用于車用繼電器，使得車載固態(tài)繼電器可靠性高、節(jié)能減排、無噪音，響應(yīng)快速，壽命長，耐沖擊，且具有過流、過載、過壓、過溫、欠壓等保護功能和自恢復(fù)功能，控制回路線圈電流小至1mA或更小，使用周期長達百萬級的次數(shù)。
[0005]然而，所述車用固態(tài)繼電器依然存在散熱能力差，電流容量小，損耗大，可靠性較低，散熱材料成本較高，且輸出引腳焊接工藝復(fù)雜等缺陷，有鑒于此，本案由此產(chǎn)生。
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型的目的在于提供一種低熱阻低成本的車用固態(tài)繼電器，以提高車用固態(tài)繼電器的散熱效果，且材料成本較低。
[0007]為達成上述目的，本實用新型的解決方案為:
[0008]一種低熱阻低成本的車用固態(tài)繼電器，包括具有電連接端子的電路板及具有空腔的散熱外殼，所述電路板密封安裝在散熱外殼的空腔中；所述電路板由上層電路層、中間絕緣層及下層電路層組成，在中間絕緣層上開設(shè)多個導(dǎo)熱通孔。
[0009]進一步，在散熱外殼空腔四周側(cè)壁上形成臺階，臺階與空腔底部之間形成空隙，導(dǎo)熱絕緣膠填充所述空隙，并密封固定電路板于空腔底部。
[0010]進一步，在電路板四周形成有導(dǎo)熱絕緣膠溢膠口。
[0011]進一步，在散熱外殼空腔側(cè)壁上還形成有防錯臺階，防錯臺階防止電路板與散熱外殼的裝配錯位。
[0012]進一步,在散熱外殼與空腔相對的一側(cè)設(shè)置散熱格柵。
[0013]進一步，所述散熱格柵為陣列方柱，或者為陣列圓柱。
[0014]進一步，所述方柱的寬度等于方柱之間的寬度；所述圓柱的寬度等于圓柱之間的覽度。
[0015]進一步，在所述中間絕緣層導(dǎo)熱通孔中填充導(dǎo)熱材料。
[0016]進一步，所述中間絕緣層導(dǎo)熱通孔中的導(dǎo)熱材料為導(dǎo)熱膠，或為導(dǎo)熱金屬。
[0017]進一步，所述中間絕緣層為環(huán)氧玻璃纖維板。
[0018]進一步，所述中間絕緣層可為由酚醅紙層壓板，陶瓷板，厚膜板，鋁基板，銅基板，或聚酰亞胺制成的柔性板。
[0019]采用上述方案后，本實用新型電路板由上層電路層、中間絕緣層及下層電路層組成，在中間絕緣層上開設(shè)多個導(dǎo)熱通孔，使得電路板上層電路層產(chǎn)生的熱量迅速通過中間絕緣層的導(dǎo)熱通孔傳遞給下層電路層，而下層電路層將自身產(chǎn)生的熱量及傳遞的熱量傳輸給散熱外殼實現(xiàn)迅速散熱，提高車用固態(tài)繼電器的散熱效果。
[0020]同時，所述中間絕緣層為環(huán)氧玻璃纖維板。所述中間絕緣層可為由酚醅紙層壓板，陶瓷板，厚膜板，鋁基板，銅基板，或聚酰亞胺制成的柔性板。所述材料的電路板相對于金屬基板具有成本優(yōu)勢，使用較低的材料成本達到與金屬基板相同導(dǎo)熱系數(shù)，使得熱阻降至最低，同時所述電路板基材相對于金屬基板或厚膜基板具有更好抗應(yīng)力能力。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2為本實用新型的電路原理圖；
[0023]圖3為本實用新型的車載使用連接圖；
[0024]圖4為本實用新型的電路板與金屬引腳貼片焊接示意圖；
[0025]圖5為本實用新型的電路板與金屬引腳波峰焊接示意圖；
[0026]圖6為本實用新型的適合金屬引腳貼片焊接的電路板；
[0027]圖7為本實用新型的金屬引腳貼片焊接的電路板背部；
[0028]圖8為本實用新型的適合波峰焊接的金屬引腳；
[0029]圖9為本實用新型的適合金屬引腳貼片焊接組裝的散熱外殼腔體；
[0030]圖10為本實用新型的適合金屬引腳波峰焊接組裝的散熱外殼腔體；
[0031]圖11為本實用新型的三維截面圖；
[0032]圖12為本實用新型的固散熱外殼腔體的格柵示意圖；
[0033]圖13a為本實用新型的散熱外殼腔體的格柵結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖13b為本實用新型的散熱外殼腔體的另一格柵結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]標號說明
[0036]電路板I電連接端子11
[0037]溢膠口 12上層電路層13
[0038]中間絕緣層14導(dǎo)熱通孔141
[0039]下層電路層15散熱外殼2
[0040]空腔21臺階22
[0041]防錯臺階23小內(nèi)腔24
[0042]導(dǎo)熱絕緣膠(3、4) 散熱格柵5
[0043]方柱51圓柱52。

【具體實施方式】
[0044]以下結(jié)合附圖及具體實施例對本實用新型做詳細描述。
[0045]參閱圖1至圖13b所示，本實用新型揭示的一種低熱阻低成本的車用固態(tài)繼電器，包括具有電連接端子11的電路板I及具有空腔21的散熱外殼2。
[0046]所述電路板I密封安裝在散熱外殼2的空腔21中，本實施例中，如圖9及圖10所示，在散熱外殼2空腔21四周側(cè)壁上形成臺階22，臺階22與空腔21底部之間形成空隙，如圖11所示，導(dǎo)熱絕緣膠3填充所述空隙，并密封固定電路板I于空腔21底部，所述電路板I的安裝結(jié)構(gòu)，使得電路板I安裝較為穩(wěn)固。
[0047]如圖7所示，在電路板I四周形成有導(dǎo)熱絕緣膠3溢膠口 12，該溢膠口 12可以讓多余的導(dǎo)熱絕緣膠3溢到電路板I的上層之上，使導(dǎo)熱絕緣膠3用量受控制，使電路板I空腔之間的空隙較為均勻，使得熱阻低，導(dǎo)熱效果好。
[0048]電路板I密封安裝在散熱外殼2的空腔21中后，在電路板I上封裝導(dǎo)熱絕緣膠4。
[0049]如圖9及圖10所示，在散熱外殼2空腔21側(cè)壁上還形成有防錯臺階23，防止電路板與散熱外殼裝配的方向的錯位。
[0050]如圖13a及圖13b所不,在散熱外殼2與空腔21相對的一側(cè)設(shè)置散熱格柵5。所述散熱格柵5可以為陣列方柱51，所述方柱51的寬度等于方柱51之間的寬度時，散熱效果最佳；所述散熱格柵5也可以為陣列圓柱52，所述圓柱52的寬度等于圓柱52之間的寬度，散熱效果最佳。如圖12所示，a等于b時散熱效果最佳，a為方柱51或者圓柱52之間的寬度，而b為方柱51的寬度或者圓柱52的寬度。同時，陣列圓柱52的散熱效果較陣列方柱51散熱效果更好。
[0051]如圖6及圖7所示，所述電路板I由上層電路層13、中間絕緣層14及下層電路層15組成，在中間絕緣層14上開設(shè)多個導(dǎo)熱通孔141。
[0052]為使導(dǎo)熱通孔141導(dǎo)熱系數(shù)更好，在所述中間絕緣層14導(dǎo)熱通孔141中填充導(dǎo)熱材料。所述導(dǎo)熱材料可以為導(dǎo)熱膠，也可以為導(dǎo)熱金屬，該導(dǎo)熱金屬可以通過金屬電鍍工藝形成。
[0053]所述導(dǎo)熱通孔141的孔徑優(yōu)選為小于0.5mm，使得上層電路層13的功率器件散熱片處焊錫不會流向下層電路層15，當導(dǎo)熱通孔141的孔徑等于或大于0.5_時，需要填充膠體。而且，所述導(dǎo)熱通孔141數(shù)量越多越好，布局不受限制。
[0054]本實用新型的關(guān)鍵在于:電路板I由上層電路層13、中間絕緣層14及下層電路層15組成，在中間絕緣層14上開設(shè)多個導(dǎo)熱通孔141 ;使得電路板I上層電路層13產(chǎn)生的熱量迅速通過中間絕緣層14的導(dǎo)熱通孔141傳遞給下層電路層15，而下層電路層15覆有高導(dǎo)熱性材料，如銅，將自身產(chǎn)生的熱量及傳遞的熱量傳輸給散熱外殼2實現(xiàn)迅速散熱，提高車用固態(tài)繼電器的散熱效果。
[0055]所述中間絕緣層14為環(huán)氧玻璃纖維板，包括由酚醅紙層壓板，陶瓷板，厚膜板，鋁基板，銅基板，或聚酰亞胺制成的柔性板。所述材料的電路板相對于金屬基板具有成本優(yōu)勢，使用較低的材料成本達到與金屬基板相同導(dǎo)熱系數(shù)，使得熱阻降至最低，同時環(huán)氧玻璃纖維板相對于金屬基板或厚膜基板具有更好抗應(yīng)力能力。當然，所述中間絕緣層14也可以為其它絕緣材料。
[0056]所述散熱外殼2腔體21為鋁合金材料，通常為AlSi12Cu,工藝成型可以是鑄鋁，鍛造或粉末冶金成型，或采用銅材合金等具有極好散熱效果的金屬材料。
[0057]所述導(dǎo)熱絕緣膠3為環(huán)氧樹脂導(dǎo)熱絕緣膠，環(huán)氧樹脂中加入氧化鋁(AL2O3)，或氮化鋁(ALN)或氧化鈹(BeO)等高導(dǎo)熱系數(shù)的氧化金屬粉末，增加其導(dǎo)熱性能。所述導(dǎo)熱絕緣膠3不能為導(dǎo)熱硅脂，導(dǎo)熱硅脂具有較好流動性和高的膨漲系數(shù)，在高負載的高溫的工作溫度，容易變形，而且不好的固定，容易導(dǎo)致電路板與散熱外殼2空腔21相對移動。
[0058]所述電連接端子11可以通過貼片回流焊接安裝在電路板I上，圖4為本實用新型的電路板與金屬引腳貼片焊接示意圖；圖6為本實用新型的適合金屬引腳貼片焊接的電路板，圖7為本實用新型的金屬引腳貼片焊接的電路板背部；圖9為本實用新型的適合金屬引腳貼片焊接組裝的散熱外殼腔體。或者使電連接端子11引腳端子穿過電路板I進行波峰焊接或手工焊接或機器人焊接。圖5為本實用新型的電路板與金屬引腳波峰焊接示意圖；圖8為本實用新型的適合波峰焊接的金屬引腳；圖10為本實用新型的適合金屬引腳波峰焊接組裝的散熱外殼腔體；所述的散熱外殼2腔體21有適合波峰焊接的小內(nèi)腔24，如圖10所示。
[0059]電連接端子11引腳采用回流焊工藝焊接，或者采用波峰焊的方式，或人工焊或機器人焊接工藝，容易對電連接端子11固定，且工藝較為簡單。
[0060]本實用新型在實際使用時，如圖3所示，本實用新型外接連接電路圖，其引腳尺寸符合IS07588-lmini型腳位，固態(tài)繼電器的內(nèi)部電路示意圖如圖2所示，通過引腳86接低電平時，固態(tài)繼電器內(nèi)部的半導(dǎo)體器件導(dǎo)通，使之負載得電工作；當然引腳86接高電平或懸空(內(nèi)部引腳86有上拉高電平)，半導(dǎo)體器件截止關(guān)斷，負載失電不工作。引腳85懸空，不具有電連接功能。引腳30拉電瓶高電位(正極)，引腳87拉負載端的正極。內(nèi)部的半導(dǎo)器件內(nèi)集成了電流檢測模塊、電壓檢測模塊、溫度檢測模塊，因此會對過載、短路、過壓、過溫的等自我保護作用。
[0061]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，并非對本案設(shè)計的限制，凡依本案的設(shè)計關(guān)鍵所做的等同變化，均落入本案的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種低熱阻低成本的車用固態(tài)繼電器，其特征在于:包括具有電連接端子的電路板及具有空腔的散熱外殼，所述電路板密封安裝在散熱外殼的空腔中；所述電路板由上層電路層、中間絕緣層及下層電路層組成，在中間絕緣層上開設(shè)多個導(dǎo)熱通孔。
2.如權(quán)利要求1所述一種低熱阻低成本的車用固態(tài)繼電器，其特征在于:在散熱外殼空腔四周側(cè)壁上形成臺階，臺階與空腔底部之間形成空隙，導(dǎo)熱絕緣膠填充所述空隙，并密封固定電路板于空腔底部。
3.如權(quán)利要求2所述一種低熱阻低成本的車用固態(tài)繼電器，其特征在于:在電路板四周形成有導(dǎo)熱絕緣膠溢膠口。
4.如權(quán)利要求1所述一種低熱阻低成本的車用固態(tài)繼電器，其特征在于:在散熱外殼空腔側(cè)壁上還形成有防錯臺階。
5.如權(quán)利要求1所述一種低熱阻低成本的車用固態(tài)繼電器，其特征在于:在散熱外殼與空腔相對的一側(cè)設(shè)置散熱格柵。
6.如權(quán)利要求5所述一種低熱阻低成本的車用固態(tài)繼電器，其特征在于:所述散熱格柵為陣列方柱，或者為陣列圓柱。
7.如權(quán)利要求6所述一種低熱阻低成本的車用固態(tài)繼電器，其特征在于:所述方柱的寬度等于方柱之間的寬度；所述圓柱的寬度等于圓柱之間的寬度。
8.如權(quán)利要求1所述一種低熱阻低成本的車用固態(tài)繼電器，其特征在于:在所述中間絕緣層導(dǎo)熱通孔中填充導(dǎo)熱材料。
9.如權(quán)利要求1所述一種低熱阻低成本的車用固態(tài)繼電器，其特征在于:所述中間絕緣層導(dǎo)熱通孔填充導(dǎo)熱膠，或?qū)峤饘佟?br> 10.如權(quán)利要求1所述一種低熱阻低成本的車用固態(tài)繼電器，其特征在于:所述中間絕緣層為環(huán)氧玻璃纖維板。
【文檔編號】H01H45/12GK204144160SQ201420440336
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月6日
【發(fā)明者】傅華盛 申請人:海拉（廈門）汽車電子有限公司