一種MOSFET功率元器件與散熱器安裝的工裝設計方法研究

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計方法，特別是同一塊PCB板卡上需要緊密布局多個MOSFET的情況下，工裝設計能夠協(xié)助工人在批量生產中，快速、準確的完成安裝過程，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行。

關鍵詞：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品的裝配、焊接工作，而且縮小了電子產品的體積、降低了其成本。目前，電路板已經廣泛地應用在各種電子產品的生產制造中。

電子產品的飛速發(fā)展和快速更迭使得電路板的需求量急劇上升，要求電路板的生產周期越來越短，這對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]。

金屬氧化物場效應晶體管（MOSFET）是一種大量應用在模擬電路和數(shù)字電路中的場效應晶體管，將MOSFET安裝在電路板上時，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的引腳準確地焊接至電路板上[2]。而在實際的批量化安裝過程中，出現(xiàn)了以下幾個問題：

2 現(xiàn)有技術存在的問題和缺點

現(xiàn)有技術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MOSFET逐個焊接在電路板上，然后將每一個MOSFET與散熱板緊密貼合連接。這種安裝方式的缺點是：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MOSFET與散熱板的表面緊密貼合在一起，再將每一個MOSFET的引腳焊接至電路板上。這種安裝方式的缺點是：每一個MOSFET都具有三個引腳，難以將多個引腳準確無誤地焊接在電路板上。第三種安裝方式是：將每一個MOSFET與散熱板的表面緊密貼合同時將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是效率較低。

因此，安裝直插式分立MOSFET器件時，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準確焊接到電路板上，給生產過程增加了一定困難，如何快速安裝和焊接MOSFET成為一個難點。所以，為了降低電子產品的生產成本，需要在電路板上準確、快速地安裝和焊接電子元器件，同時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計的一個研究課題。

3 一種MOSFET和散熱器安裝的工裝設計方案

提出的一種MOSFET和散熱器安裝的工裝設計方案，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個部分總覽圖。需要說明的是3個工裝模塊的尺寸是根據具體的板卡尺寸和位置進行調整的。

具體的工裝設計方案為：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個方向由工裝2和3進行限位;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個工裝模塊的相對位置固定。

第三步，然后對MOSFET引腳進行焊接，通過借助3個MOSFET工裝模塊，對電路板中的MOSFET器件空間位置已經進行了定位，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位置，如此依次將MOSFET放入預留的焊接位置，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MOSFET進行引腳焊接。

最后，MOSFET焊接完成后，先將工裝2和3逐個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。

以上工裝設計方案能夠快速、準確地安裝和焊接電子元器件，同時能夠將多個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，降低了批量生產中的總成本。

參考文獻：

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

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