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】本發(fā)明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多個導熱通孔。本發(fā)明可以提高車用固態(tài)繼電器的散熱效果，且材料成本較低。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及車用固態(tài)繼電器【技術領域】，尤其是指一種低熱阻低成本的車用固態(tài)繼 電器。 -種低熱阻低成本的車用固態(tài)繼電器

【背景技術】
[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。 現(xiàn)有技術中，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 開關結構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，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)部結構中組件變形。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l〇〇mA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] 隨著半導體技術發(fā)展，M0SFET金屬氧化層半導體場效晶體管作為開關普遍應用 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功能，控制回路線圈電流小至 10mA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雜等缺陷，有鑒于此，本案由此產(chǎn)生。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明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，本發(fā)明的解決方案為： 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多個導熱通孔。
[0008] 進一步，在散熱外殼空腔四周側壁上形成臺階，臺階與空腔底部之間形成空隙，導 熱絕緣膠填充所述空隙，并密封固定電路板于空腔底部。
[0009] 進一步，在電路板四周形成有導熱絕緣膠溢膠口。
[0010] 進一步，在散熱外殼空腔側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。
[0011] 進一步，在散熱外殼與空腔相對的一側設置散熱格柵。
[0012] 進一步，所述散熱格柵為陣列方柱，或者為陣列圓柱。
[0013] 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。
[0014] 進一步，在所述中間絕緣層導熱通孔中填充導熱材料。
[0015] 進一步，所述中間絕緣層導熱通孔中的導熱材料為導熱膠，或為導熱金屬。
[0016] 進一步，所述中間絕緣層為環(huán)氧玻璃纖維板。
[0017] 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。
[0018] 采用上述方案后，本發(fā)明電路板由上層電路層、中間絕緣層及下層電路層組成，在 中間絕緣層上開設多個導熱通孔，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。
[0019] 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力能力。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明的結構示意圖； 圖2為本發(fā)明的電路原理圖； 圖3為本發(fā)明的車載使用連接圖； 圖4為本發(fā)明的電路板與金屬引腳貼片焊接示意圖； 圖5為本發(fā)明的電路板與金屬引腳波峰焊接示意圖； 圖6為本發(fā)明的適合金屬引腳貼片焊接的電路板； 圖7為本發(fā)明的金屬引腳貼片焊接的電路板背部； 圖8為本發(fā)明的適合波峰焊接的金屬引腳； 圖9為本發(fā)明的適合金屬引腳貼片焊接組裝的散熱外殼腔體； 圖10為本發(fā)明的適合金屬引腳波峰焊接組裝的散熱外殼腔體； 圖11為本發(fā)明的三維截面圖； 圖12為本發(fā)明的固散熱外殼腔體的格柵示意圖； 圖13a為本發(fā)明的散熱外殼腔體的格柵結構示意圖； 圖13b為本發(fā)明的散熱外殼腔體的另一格柵結構示意圖。
[0021] 標號說明 電路板1 電連接端子11 溢膠口 12 上層電路層13 中間絕緣層14 導熱通孔141 下層電路層15 散熱外殼2 空腔21 臺階22 防錯臺階23 小內(nèi)腔24 導熱絕緣膠（3、4) 散熱格柵5 方柱51 圓柱52。
[0022]

【具體實施方式】 以下結合附圖及具體實施例對本發(fā)明做詳細描述。
[0023] 參閱圖1至圖13b所示，本發(fā)明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1及具有空腔21的散熱外殼2。
[0024] 所述電路板1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，導熱絕緣膠3填充所述空隙，并密封固定電路板1于空腔21底部，所述電路板 1的安裝結構，使得電路板1安裝較為穩(wěn)固。
[0025] 如圖7所示，在電路板1四周形成有導熱絕緣膠3溢膠口 12,該溢膠口 12可以讓 多余的導熱絕緣膠3溢到電路板1的上層之上，使導熱絕緣膠3用量受控制，使電路板1空 腔之間的空隙較為均勻，使得熱阻低，導熱效果好。
[0026] 電路板1密封安裝在散熱外殼2的空腔21中后，在電路板1上封裝導熱絕緣膠4。
[0027] 如圖9及圖10所示，在散熱外殼2空腔21側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。
[0028] 如圖13a及圖13b所示，在散熱外殼2與空腔21相對的一側設置散熱格柵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。
[0029] 如圖6及圖7所示，所述電路板1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上開設多個導熱通孔141。
[0030] 為使導熱通孔141導熱系數(shù)更好，在所述中間絕緣層14導熱通孔141中填充導熱 材料。所述導熱材料可以為導熱膠，也可以為導熱金屬，該導熱金屬可以通過金屬電鍍工藝 形成。
[0031] 所述導熱通孔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，所述導熱通孔141數(shù)量越多越好，布局不受限制。
[0032] 本發(fā)明的關鍵在于：電路板1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上開設多個導熱通孔141 ;使得電路板1上層電路層13產(chǎn)生的熱量迅 速通過中間絕緣層14的導熱通孔141傳遞給下層電路層15,而下層電路層15覆有高導熱 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。
[0033] 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力能力。當然，所述中間絕緣層14也可以 為其它絕緣材料。
[0034] 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。
[0035] 所述導熱絕緣膠3為環(huán)氧樹脂導熱絕緣膠，環(huán)氧樹脂中加入氧化鋁（AL20 3)，或氮 化鋁（ALN)或氧化鈹（BeO)等高導熱系數(shù)的氧化金屬粉末，增加其導熱性能。所述導熱絕緣 膠3不能為導熱硅脂，導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，容易導致電路板與散熱外殼2空腔21相對移動。
[0036] 所述電連接端子11可以通過貼片回流焊接安裝在電路板1上，圖4為本發(fā)明的電 路板與金屬引腳貼片焊接示意圖；圖6為本發(fā)明的適合金屬引腳貼片焊接的電路板，圖7 為本發(fā)明的金屬引腳貼片焊接的電路板背部；圖9為本發(fā)明的適合金屬引腳貼片焊接組裝 的散熱外殼腔體?；蛘呤闺娺B接端子11引腳端子穿過電路板1進行波峰焊接或手工焊接 或機器人焊接。圖5為本發(fā)明的電路板與金屬引腳波峰焊接示意圖；圖8為本發(fā)明的適合 波峰焊接的金屬引腳；圖10為本發(fā)明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。
[0037] 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。
[0038] 本發(fā)明在實際使用時，如圖3所示，本發(fā)明外接連接電路圖，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)部的半導體器件導通，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)，半導體器件截止關斷，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。
[0039] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非對本案設計的限制，凡依本案的設計關 鍵所做的等同變化，均落入本案的保護范圍。
【權利要求】
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多個導熱通孔。
2. 如權利要求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 空腔四周側壁上形成臺階，臺階與空腔底部之間形成空隙，導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 周形成有導熱絕緣膠溢膠口。
4. 如權利要求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 空腔側壁上還形成有防錯臺階。
5. 如權利要求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 與空腔相對的一側設置散熱格柵。
6. 如權利要求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 絕緣層導熱通孔中填充導熱材料。
9. 如權利要求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 緣層導熱通孔填充導熱膠，或?qū)峤饘佟?br> 10. 如權利要求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】H01H45/12GK104157510SQ201410383175
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月6日 優(yōu)先權日: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