一種MOSFET功率元器件與散熱器安裝的工裝設(shè)計(jì)方法研究

吳亞萍

摘 要：提出一種用于大功率供電的MOSFET與散熱器安裝的工裝設(shè)計(jì)方法，特別是同一塊PCB板卡上需要緊密布局多個(gè)MOSFET的情況下，工裝設(shè)計(jì)能夠協(xié)助工人在批量生產(chǎn)中，快速、準(zhǔn)確的完成安裝過程，提高安裝效率，降低安裝成本，以及保證MOSFET元器件與散熱器的良好接觸，從而確保板卡的正常運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：MOSFET;大功率;工裝;散熱

1 引言

線路板或電路板用于電子元器件的支撐和電氣連接，電路板不僅簡化了電子產(chǎn)品的裝配、焊接工作，而且縮小了電子產(chǎn)品的體積、降低了其成本。目前，電路板已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在各種電子產(chǎn)品的生產(chǎn)制造中。

電子產(chǎn)品的飛速發(fā)展和快速更迭使得電路板的需求量急劇上升，要求電路板的生產(chǎn)周期越來越短，這對(duì)電路板及其上的電子元器件的快速安裝提出了更高的要求[1]。

金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）是一種大量應(yīng)用在模擬電路和數(shù)字電路中的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，將MOSFET安裝在電路板上時(shí)，一方面需要使得MOSFET的散熱面與散熱器緊密貼合在一起，另一方面需要使得MOSFET的引腳準(zhǔn)確地焊接至電路板上[2]。而在實(shí)際的批量化安裝過程中，出現(xiàn)了以下幾個(gè)問題：

2 現(xiàn)有技術(shù)存在的問題和缺點(diǎn)

現(xiàn)有技術(shù)通常采用如下幾種方式將MOSFET安裝在電路板上。第一種安裝方式是：先將多個(gè)MOSFET逐個(gè)焊接在電路板上，然后將每一個(gè)MOSFET與散熱板緊密貼合連接。這種安裝方式的缺點(diǎn)是：安裝效率較低，無法保證MOSFET的表面與散熱板的表面緊密貼合，因此散熱效果較差。第二種安裝方式是：先將多個(gè)MOSFET與散熱板的表面緊密貼合在一起，再將每一個(gè)MOSFET的引腳焊接至電路板上。這種安裝方式的缺點(diǎn)是：每一個(gè)MOSFET都具有三個(gè)引腳，難以將多個(gè)引腳準(zhǔn)確無誤地焊接在電路板上。第三種安裝方式是：將每一個(gè)MOSFET與散熱板的表面緊密貼合同時(shí)將MOSFET的引腳焊接至電路板上，然后依次安裝其他的MOSFET。這種安裝方式的缺點(diǎn)是效率較低。

因此，安裝直插式分立MOSFET器件時(shí)，如何保證MOSFET底面與散熱器緊密貼合，在MOSFET引腳長度一定的情況下，保證散熱器平面與MOSFET底面貼合，且將MOSFET準(zhǔn)確焊接到電路板上，給生產(chǎn)過程增加了一定困難，如何快速安裝和焊接MOSFET成為一個(gè)難點(diǎn)。所以，為了降低電子產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，需要在電路板上準(zhǔn)確、快速地安裝和焊接電子元器件，同時(shí)將電子元器件的散熱面與散熱裝置緊密貼合在一起成為工裝設(shè)計(jì)的一個(gè)研究課題。

3 一種MOSFET和散熱器安裝的工裝設(shè)計(jì)方案

提出的一種MOSFET和散熱器安裝的工裝設(shè)計(jì)方案，主要由3部分組成，工裝模塊1（圖一），工裝模塊2（圖二），工裝模塊3，其中，模塊2和模塊3是對(duì)稱的。圖三是PCB板示意圖，圖中的a、b部分的孔是為了后續(xù)安裝散熱器使用的。圖四是本方案中涉及到的3個(gè)部分總覽圖。需要說明的是3個(gè)工裝模塊的尺寸是根據(jù)具體的板卡尺寸和位置進(jìn)行調(diào)整的。

具體的工裝設(shè)計(jì)方案為：第一步，在電路板元器件焊接前，先將安裝工裝模塊1安裝到PCB板卡上，如圖五所示位置，模塊1只需沿著安裝方向卡住板卡即可，另外2個(gè)方向由工裝2和3進(jìn)行限位;第二步，將工裝2和工裝3安裝到如圖六所示位置，此步驟中模塊2和3的邊角需要與PCB的邊角卡接，如此能夠保證3個(gè)工裝模塊的相對(duì)位置固定。

第三步，然后對(duì)MOSFET引腳進(jìn)行焊接，通過借助3個(gè)MOSFET工裝模塊，對(duì)電路板中的MOSFET器件空間位置已經(jīng)進(jìn)行了定位，從而保證MOSFET的上下、前后、左右位置，然后將MOSFET放入定位空間中，如圖六箭頭所示的其中的一個(gè)位置，如此依次將MOSFET放入預(yù)留的焊接位置，完成后如圖七所示。

第四步，再通過螺釘連接MOSFET和散熱板，此時(shí)就做到了MOSFET與散熱板平面的完全接觸，如圖八所示，然后再對(duì)MOSFET進(jìn)行引腳焊接。

最后，MOSFET焊接完成后，先將工裝2和3逐個(gè)沿著安裝的反方向撤出，然后再將工裝1退出，如此，所有的MOSFET和散熱板連接完成，焊接完成，安裝過程完成。

以上工裝設(shè)計(jì)方案能夠快速、準(zhǔn)確地安裝和焊接電子元器件，同時(shí)能夠?qū)⒍鄠€(gè)電子元器件的散熱面與散熱裝置緊密貼合在一起，提高了安裝效率，降低了批量生產(chǎn)中的總成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]張棟，范濤，溫旭輝，寧圃奇，李磊，邰翔等.電動(dòng)汽車用高功率密度碳化硅電極控制器研究[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2019，（39）.

[2]吳瓊. 一種PCB板上散熱器固定MOSFET用工裝[P].中國：CN 203386728.