[发明专利]一体式电力电子器件散热结构及其组装方法

说明书

一种一体式电力电子器件散热结构，该散热结构包括机箱主壳体，在主壳体内固定安装有至少一个密封腔体，将电力电子器件的引脚朝上与电路板焊接固定形成电路板组件，将高导热系数绝缘胶灌封到密封腔体中，将电路板组件以电力电子器件的本体散热面朝下，使得电力电子器件的本体深入密封腔体内，使得高导热系数绝缘胶密封电力电子器件的本体散热面。

技术领域

本发明属于电力电子器件技术领域，特别涉及一种一体式电力电子器件散热结构及其组装方法。

背景技术

目前新能源汽车、轨道交通、工业控制等领域，如车载充电机、直流交换器、交流交换器、二合一系统集成及三合一系统集成等，都会使用并且集合MOSFET、IGBT电力电子器件到PCB板上，从而实现电路的开关控制。由于MOSFET，IGBT电力电子器件在实现电路的开关控制中具有可靠、精确、寿命长和工作频率高等优点，因而得到广泛的使用。而MOSFET，IGBT电力电子器件的本身功率损耗会带来严重的发热，如何解决器件温升，保证电路正常工作，成为了在电路设计中必须解决的问题。

在将MOSFET、IGBT电力电子器件集合到PCB板上后，现有的解决散热问题的方法大多使用先将MOSFET、IGBT电力电子器件使用螺钉固定组装到一个固定壳体结构上，然后将整个固定壳体结构和主壳体组装，使用螺钉将固定壳体与主壳体固定，然后再组装到电路板上。根据实际电路的拓扑结构，这样的MOSFET、IGBT电力电子器件与电路板焊接的引脚从十几个、几十个到近百个不等。可以想象，在电路板组装过程中，仅仅是组装这些引脚从十几个到几十个到近百个的难度就非常大，从而对尺寸精度、组装工艺、生产效率、产品良率产生很大影响，给产品的生产带来报废和返工等严重困扰。另外，在电路板组装完成后，还要进行焊接动作。这些数量较多的引脚焊接工作量很大，增加了设备的投入和瓶颈工站的时间。如图4所示，为现有的MOSFET、IGBT等电力电子器件的壳体固定散热结构。首先将第一器件MOSFET 2、第二器件MOSFET 5与器件座组装，组装完成后用压紧弹片10压紧，然后再用螺钉7将MOSFET器件拧紧到器件座壳体上，最后将器件座用螺钉8固定在螺柱9上，而螺柱9是与机箱的金属主壳体是紧固的。这种方法经过复杂的安装过程和多个零件的组装，组装零件多，因此，考虑到多个零件的公差，对产品的尺寸精度等要求高。如图4所示第一器件MOSFET 2和第二器件MOSFET 5焊接引脚多，在与第一待组装电路板1对准焊接引脚时非常困难，导致组装过程复杂。器件引脚对不准会导致产品报废多。由于第一器件MOSFET 2和第二器件MOSFET 5焊接引脚多，需要投入焊接设备来进行焊接，且焊接时间长成为瓶颈工站。而且由于零件多，且第一器件MOSFET 2和第二器件MOSFET 5为发热源，器件之间无法充分的接触，多个器件间容易存在间隙和空气，导致了器件散热效果差，进而影响第一器件MOSFET 2和第二器件MOSFET 5的性能参数和寿命。

还有一种解决方法是，先把MOSFET、IGBT电力电子器件用工装治具折弯，然后与主壳体组装固定。这样的做法，由于将MOSFET、IGBT电力电子器件用工装治具折弯后，器件水平方向增加了面积，因而在结构设计上减少了空间结构的有效利用，不能满足现在对产品轻，薄，短，小的发展趋势要求。同时，这些引脚数量从十几个、几十个到近百个，还是需要和电路板组装和焊接，同样会有前述的问题。可见这种方法不仅限制了结构设计的有效使用，还导致导致体积变大、重量增重、成本增加和能耗的增加。如图5所示，为现有的电力电子器件MOSFET、IGBT等器件带折弯散热结构。首先将绝缘垫片12和19与金属壳体16采用工装治具组装，然后将电子器件11和15组装在绝缘垫片12和19上面，然后将压紧弹片13、螺钉14、压紧弹片18、螺钉17组装，最后将电子器件11和15的焊接引脚与电路板20对准组装后焊接。从以上可以看出，此组装结构零件多，对产品精度要求高，组装过程需要工装治具和折弯治具，且电子器件11和15的焊接引脚与电路板20对准组装过程中，组装对准困难且组装后需要焊接设备。因此，这种方法零件多、模具多、工装治具、折弯治具多、投入设备多，导致产品成本高，生产效率低。

发明内容