CN204144160U - 一种低热阻低成本的车用固态继电器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种低热阻低成本的车用固态继电器，包括具有电连接端子的电路板及具有空腔的散热外壳，所述电路板密封安装在散热外壳的空腔中；所述电路板由上层电路层、中间绝缘层及下层电路层组成，在中间绝缘层上开设多个导热通孔。本实用新型可以提高车用固态继电器的散热效果，且材料成本较低。
Description
技术领域
本实用新型涉及车用固态继电器技术领域，尤其是指一种低热阻低成本的车用固态继电器。
背景技术
车用继电器的工作原理为用低电流（小功率）控制信号控制大电流（高功率）通断。现有技术中，传统继电器为电磁式继电器，借助磁力完成小信号控制大电流，其机械式动作开关结构影响电磁继电器使用寿命，重量及动作噪声等。
所述电磁继电器为机械式开关，在汽车过冲击如急停，急启动等状态时，容易引起继电器内部结构中组件变形。组件变形后，继电器无法再实现基本的通断功能。而且，所述电磁继电器的控制回路线圈电流一般达到100mA以上，使用周期约为10万级的次数，动作噪音达到50dB以上。
随着半导体技术发展， MOSFET金属氧化层半导体场效晶体管作为开关普遍应用于车用继电器，使得车载固态继电器可靠性高、节能减排、无噪音，响应快速，寿命长，耐冲击，且具有过流、过载、过压、过温、欠压等保护功能和自恢复功能，控制回路线圈电流小至10mA或更小,使用周期长达百万级的次数。
然而，所述车用固态继电器依然存在散热能力差，电流容量小，损耗大，可靠性较低，散热材料成本较高，且输出引脚焊接工艺复杂等缺陷，有鉴于此，本案由此产生。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种低热阻低成本的车用固态继电器，以提高车用固态继电器的散热效果，且材料成本较低。
为达成上述目的，本实用新型的解决方案为：
一种低热阻低成本的车用固态继电器，包括具有电连接端子的电路板及具有空腔的散热外壳，所述电路板密封安装在散热外壳的空腔中；所述电路板由上层电路层、中间绝缘层及下层电路层组成，在中间绝缘层上开设多个导热通孔。
进一步，在散热外壳空腔四周侧壁上形成台阶，台阶与空腔底部之间形成空隙，导热绝缘胶填充所述空隙，并密封固定电路板于空腔底部。
进一步，在电路板四周形成有导热绝缘胶溢胶口。
进一步，在散热外壳空腔侧壁上还形成有防错台阶，防错台阶防止电路板与散热外壳的装配错位。
进一步，在散热外壳与空腔相对的一侧设置散热格栅。
进一步，所述散热格栅为阵列方柱，或者为阵列圆柱。
进一步，所述方柱的宽度等于方柱之间的宽度；所述圆柱的宽度等于圆柱之间的宽度。
进一步，在所述中间绝缘层导热通孔中填充导热材料。
进一步，所述中间绝缘层导热通孔中的导热材料为导热胶，或为导热金属。
进一步，所述中间绝缘层为环氧玻璃纤维板。
进一步，所述中间绝缘层可为由酚酫纸层压板，陶瓷板，厚膜板，铝基板，铜基板，或聚酰亚胺制成的柔性板。
采用上述方案后，本实用新型电路板由上层电路层、中间绝缘层及下层电路层组成，在中间绝缘层上开设多个导热通孔，使得电路板上层电路层产生的热量迅速通过中间绝缘层的导热通孔传递给下层电路层，而下层电路层将自身产生的热量及传递的热量传输给散热外壳实现迅速散热，提高车用固态继电器的散热效果。
同时，所述中间绝缘层为环氧玻璃纤维板。所述中间绝缘层可为由酚酫纸层压板，陶瓷板，厚膜板，铝基板，铜基板，或聚酰亚胺制成的柔性板。所述材料的电路板相对于金属基板具有成本优势，使用较低的材料成本达到与金属基板相同导热系数，使得热阻降至最低，同时所述电路板基材相对于金属基板或厚膜基板具有更好抗应力能力。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型的电路原理图；
图3为本实用新型的车载使用连接图；
图4为本实用新型的电路板与金属引脚贴片焊接示意图；
图5为本实用新型的电路板与金属引脚波峰焊接示意图；
图6为本实用新型的适合金属引脚贴片焊接的电路板；
图7为本实用新型的金属引脚贴片焊接的电路板背部；
图8为本实用新型的适合波峰焊接的金属引脚；
图9为本实用新型的适合金属引脚贴片焊接组装的散热外壳腔体；
图10为本实用新型的适合金属引脚波峰焊接组装的散热外壳腔体；
图11为本实用新型的三维截面图；
图12为本实用新型的固散热外壳腔体的格栅示意图；
图13a为本实用新型的散热外壳腔体的格栅结构示意图；
图13b为本实用新型的散热外壳腔体的另一格栅结构示意图。
标号说明
电路板1 电连接端子11
溢胶口12 上层电路层13
中间绝缘层14 导热通孔141
下层电路层15 散热外壳2
空腔21 台阶22
防错台阶23 小内腔24
导热绝缘胶（3、4） 散热格栅5
方柱51 圆柱52。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本实用新型做详细描述。
参阅图1至图13b所示，本实用新型揭示的一种低热阻低成本的车用固态继电器，包括具有电连接端子11的电路板1及具有空腔21的散热外壳2。
所述电路板1密封安装在散热外壳2的空腔21中，本实施例中，如图9及图10所示，在散热外壳2空腔21四周侧壁上形成台阶22，台阶22与空腔21底部之间形成空隙，如图11所示，导热绝缘胶3填充所述空隙，并密封固定电路板1于空腔21底部，所述电路板1的安装结构，使得电路板1安装较为稳固。
如图7所示，在电路板1四周形成有导热绝缘胶3溢胶口12，该溢胶口12可以让多余的导热绝缘胶3溢到电路板1的上层之上，使导热绝缘胶3用量受控制，使电路板1空腔之间的空隙较为均匀，使得热阻低，导热效果好。
电路板1密封安装在散热外壳2的空腔21中后，在电路板1上封装导热绝缘胶4。
如图9及图10所示，在散热外壳2空腔21侧壁上还形成有防错台阶23，防止电路板与散热外壳装配的方向的错位。
如图13a及图13b所示，在散热外壳2与空腔21相对的一侧设置散热格栅5。所述散热格栅5可以为阵列方柱51，所述方柱51的宽度等于方柱51之间的宽度时，散热效果最佳；所述散热格栅5也可以为阵列圆柱52，所述圆柱52的宽度等于圆柱52之间的宽度，散热效果最佳。如图12所示，a等于b时散热效果最佳，a为方柱51或者圆柱52之间的宽度，而b为方柱51的宽度或者圆柱52的宽度。同时，阵列圆柱52的散热效果较阵列方柱51散热效果更好。
如图6及图7所示，所述电路板1由上层电路层13、中间绝缘层14及下层电路层15组成，在中间绝缘层14上开设多个导热通孔141。
为使导热通孔141导热系数更好，在所述中间绝缘层14导热通孔141中填充导热材料。所述导热材料可以为导热胶，也可以为导热金属，该导热金属可以通过金属电镀工艺形成。
所述导热通孔141的孔径优选为小于0.5mm，使得上层电路层13的功率器件散热片处焊锡不会流向下层电路层15，当导热通孔141的孔径等于或大于0.5mm时，需要填充胶体。而且，所述导热通孔141数量越多越好，布局不受限制。
本实用新型的关键在于：电路板1由上层电路层13、中间绝缘层14及下层电路层15组成，在中间绝缘层14上开设多个导热通孔141；使得电路板1上层电路层13产生的热量迅速通过中间绝缘层14的导热通孔141传递给下层电路层15，而下层电路层15覆有高导热性材料，如铜，将自身产生的热量及传递的热量传输给散热外壳2实现迅速散热，提高车用固态继电器的散热效果。
所述中间绝缘层14为环氧玻璃纤维板，包括由酚酫纸层压板，陶瓷板，厚膜板，铝基板，铜基板，或聚酰亚胺制成的柔性板。所述材料的电路板相对于金属基板具有成本优势，使用较低的材料成本达到与金属基板相同导热系数，使得热阻降至最低，同时环氧玻璃纤维板相对于金属基板或厚膜基板具有更好抗应力能力。当然，所述中间绝缘层14也可以为其它绝缘材料。
所述散热外壳2腔体21为铝合金材料，通常为AlSi12Cu，工艺成型可以是铸铝，锻造或粉末冶金成型，或采用铜材合金等具有极好散热效果的金属材料。
所述导热绝缘胶3为环氧树脂导热绝缘胶，环氧树脂中加入氧化铝（AL2O3）,或氮化铝（ALN）或氧化铍（BeO）等高导热系数的氧化金属粉末，增加其导热性能。所述导热绝缘胶3不能为导热硅脂，导热硅脂具有较好流动性和高的膨涨系数，在高负载的高温的工作温度，容易变形，而且不好的固定，容易导致电路板与散热外壳2空腔21相对移动。
所述电连接端子11可以通过贴片回流焊接安装在电路板1上，图4为本实用新型的电路板与金属引脚贴片焊接示意图； 图6为本实用新型的适合金属引脚贴片焊接的电路板，图7为本实用新型的金属引脚贴片焊接的电路板背部；图9为本实用新型的适合金属引脚贴片焊接组装的散热外壳腔体。或者使电连接端子11引脚端子穿过电路板1进行波峰焊接或手工焊接或机器人焊接。图5为本实用新型的电路板与金属引脚波峰焊接示意图；图8为本实用新型的适合波峰焊接的金属引脚；图10为本实用新型的适合金属引脚波峰焊接组装的散热外壳腔体；所述的散热外壳2腔体21有适合波峰焊接的小内腔24，如图10所示。
电连接端子11引脚采用回流焊工艺焊接，或者采用波峰焊的方式，或人工焊或机器人焊接工艺，容易对电连接端子11固定，且工艺较为简单。
本实用新型在实际使用时，如图3所示，本实用新型外接连接电路图，其引脚尺寸符合ISO7588-1mini型脚位，固态继电器的内部电路示意图如图2所示，通过引脚86接低电平时，固态继电器内部的半导体器件导通，使之负载得电工作；当然引脚86接高电平或悬空（内部引脚86有上拉高电平），半导体器件截止关断，负载失电不工作。引脚85悬空，不具有电连接功能。引脚30拉电瓶高电位（正极），引脚87拉负载端的正极。内部的半导器件内集成了电流检测模块、电压检测模块、温度检测模块，因此会对过载、短路、过压、过温的等自我保护作用。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并非对本案设计的限制，凡依本案的设计关键所做的等同变化，均落入本案的保护范围。
Claims (10)
1.一种低热阻低成本的车用固态继电器，其特征在于：包括具有电连接端子的电路板及具有空腔的散热外壳，所述电路板密封安装在散热外壳的空腔中；所述电路板由上层电路层、中间绝缘层及下层电路层组成，在中间绝缘层上开设多个导热通孔。
2.如权利要求1所述一种低热阻低成本的车用固态继电器，其特征在于：在散热外壳空腔四周侧壁上形成台阶，台阶与空腔底部之间形成空隙，导热绝缘胶填充所述空隙，并密封固定电路板于空腔底部。
3.如权利要求2所述一种低热阻低成本的车用固态继电器，其特征在于：在电路板四周形成有导热绝缘胶溢胶口。
4.如权利要求1所述一种低热阻低成本的车用固态继电器，其特征在于：在散热外壳空腔侧壁上还形成有防错台阶。
5.如权利要求1所述一种低热阻低成本的车用固态继电器，其特征在于：在散热外壳与空腔相对的一侧设置散热格栅。
6.如权利要求5所述一种低热阻低成本的车用固态继电器，其特征在于：所述散热格栅为阵列方柱，或者为阵列圆柱。
7.如权利要求6所述一种低热阻低成本的车用固态继电器，其特征在于：所述方柱的宽度等于方柱之间的宽度；所述圆柱的宽度等于圆柱之间的宽度。
8.如权利要求1所述一种低热阻低成本的车用固态继电器，其特征在于：在所述中间绝缘层导热通孔中填充导热材料。
9.如权利要求1所述一种低热阻低成本的车用固态继电器，其特征在于：所述中间绝缘层导热通孔填充导热胶，或导热金属。
10.如权利要求1所述一种低热阻低成本的车用固态继电器，其特征在于：所述中间绝缘层为环氧玻璃纤维板。
Priority Applications (1)
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN104157510A (zh) * | 2014-08-06 | 2014-11-19 | 海拉（厦门）汽车电子有限公司 | 一种低热阻低成本的车用固态继电器 |
| RU2718547C1 (ru) * | 2018-12-20 | 2020-04-08 | Общество с ограниченной ответственностью "ПСО-Проджект" | Способ охлаждения твердотельного реле |
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- 2014-08-06 CN CN201420440336.5U patent/CN204144160U/zh active Active
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