一种控制器的制作方法

1.本技术涉及电控技术领域，尤其涉及一种控制器及发热器件安装方法。


背景技术：

2.在电控类控制器中，往往包含发热器件，比如开关管、续流二极管或者芯片等；为了对发热器件进行散热，需要安装散热器；散热器一般采用金属散热材料制成，比如铝；因发热器件为带电器件，将发热器件固定到散热器时，如何保证电气安全距离是需要解决的技术问题。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种控制器，能够满足电气安全距离要求。
4.为实现上述目的，本实用新型实施例提供如下技术方案：
5.一种控制器，包括电路板、发热器件、绝缘片、散热器、螺钉和绝缘套管；所述发热器件与所述电路板电连接；所述发热器件具有第二孔，所述散热器具有第三孔，所述绝缘片具有第四孔；所述螺钉通过第二孔、第三孔和第四孔将所述发热器件、绝缘片与所述散热器固定；所述绝缘套管套住至少部分所述螺钉的螺柱，至少部分所述绝缘套管位于所述螺柱与第二孔内壁之间；至少部分所述绝缘套管位于所述螺柱与第四孔内壁之间。
6.在一个实施例中，所述螺钉的螺柱包括光面的第一螺柱部和带螺纹的第二螺柱部；所述绝缘套管包裹所述第一螺柱部。
7.在一个实施例中，所述绝缘片沿着所述第四孔设置有凸起部，至少部分所述凸起部位于所述第三孔内，至少部分所述绝缘套管位于所述螺柱和第三孔内壁之间；所述第三孔包括第三一孔部和第三二孔部；所述第三二孔部设置有内螺纹，所述第二螺柱部与所述第三二孔部通过螺纹固定；所述第三一孔部的孔径大于所述第三二孔部的孔径和所述凸起部的厚度之和。
8.在一个实施例中，所述电路板具有第一孔，所述第一孔的孔径小于所述螺钉的螺帽的直径；所述螺钉通过所述第一孔、第二孔、第三孔和第四孔将所述发热器件、绝缘片与所述散热器固定；所述控制器还包括限位垫片；所述限位垫片包括第五孔，所述限位垫片位于所述电路板和所述发热器件之间；所述螺钉还穿过所述第五孔。
9.在一个实施例中，所述电路板具有第一孔，所述第一孔的孔径大于所述螺钉的螺帽的直径；所述螺钉穿过所述第一孔后、通过第二孔、第四孔和第三孔将所述发热器件、绝缘片与所述散热器固定。
10.在一个实施例中，所述绝缘片设置有第一限位柱，所述第一限位柱和所述凸起部位于所述绝缘片同侧；所述散热器设置有第一限位孔；所述第一限位柱和凸起部的位置分别与所述第一限位孔和第三孔的位置相对应；所述第一限位柱位于所述第一限位孔内。
11.在一个实施例中，还包括定位件，所述定位件至少设置有2个第二限位柱；所述定位件设置有与所述绝缘片形状相适配的限位框，所述散热器设置有与所述第二限位柱相对
应的第二限位孔；所述第二限位柱位于所述第二限位孔内，所述绝缘片位于所述限位框内。
12.在一个实施例中，所述散热器为金属散热器，所述控制器采用冷媒散热方式；所述金属散热器包含通道，所述通道能够与所述控制器所在系统的冷媒管安装固定且导热接触；或者，所述控制器采用风冷散热方式；所述金属散热器一侧翅片。
13.在一个实施例中，所述绝缘片为方形，所述发热器件为igbt；所述绝缘片的长度大于所述igbt的长度大2mm，所述绝缘片的宽度大于所述igbt的宽度2mm；所述igbt位于所述绝缘片居中位置。
14.在一个实施例中，所述散热器为铝散热器；所述发热器件与所述绝缘片之间涂覆有导热硅脂或者导热硅胶；所述绝缘片和所述铝散热器之间涂覆有导热硅脂或者导热硅胶；所述绝缘套管为热缩套管，所述绝缘片为陶瓷片。
15.本技术实施例提供了一种控制器，包括电路板、发热器件、绝缘片、散热器、螺钉和绝缘套管；发热器件具有第二孔，散热器具有第三孔，绝缘片具有第四孔；螺钉通过第二孔、第三孔和第四孔将发热器件、绝缘片与散热器固定；且绝缘套管套住至少部分所述螺钉的螺柱，至少部分绝缘套管位于螺柱与第二孔内壁之间；至少部分绝缘套管位于所述螺柱与第四孔内壁之间。通过增设绝缘套管和绝缘片可以增加发热器件与散热器、螺钉之间的安全距离，有利于提高安全性能，满足设计要求。
附图说明
16.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
17.图1为本技术一实施例提供的控制器结构的剖视图；
18.图2为本技术一实施例提供的另一种控制器结构的剖视图；
19.图3为本技术一实施例提供的一种控制器发热器件安装前的结构爆炸图；
20.图4为本技术一实施例提供的一种绝缘片的结构示意图；
21.图5为本技术一实施例提供的一种螺钉和绝缘套管安装后的结构示意图；
22.图6为本技术一实施例提供的一种散热器结构的剖视图；
23.图7为本技术一实施例提供的另一种控制器发热器件安装前的结构爆炸图；
24.图8为本技术一实施例提供的一种绝缘片和散热器的结构示意图；
25.图9为本技术一实施例提供的另一种绝缘片和散热器的结构示意图；
26.图10为本技术一实施例提供的一种igbt和绝缘片的结构示意图；
27.图11为本技术一实施例提供的一种发热器件安装方法流程图。
具体实施方式
28.为了更好的理解本实用新型的技术方案，下面结合附图对本实用新型实施例进行详细描述。应当明确，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
29.在本实用新型实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。在本实用新型实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“第一”、“第二”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，甲和/或乙，可以表示：单独存在甲，同时存在甲和乙，单独存在乙这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。在下文描述中，出现诸如术语“内”、“外”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或者位置关系仅是为了根据附图方便描述实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
30.在电控领域，比如空调控制器，控制器中的很多器件都会发热，尤其是功率器件(如igbt：insulated gate bipolar transistor：绝缘栅双极型晶体管)；为了提高控制器的稳定性和寿命，需要对发热器件进行散热。目前，发热器件主要是通过与散热器固定且导热接触进行散热；当使用螺栓进行固定时，因螺栓、发热器件散热面、散热器均为导体，导致发热器件、螺栓与散热器之间的电气安全距离难以得到保证。具体的，安全距离包括电气间隙(空间距离)，爬电距离(沿面距离)和绝缘穿透距离，绝缘穿透距离一般通过选择满足特定要求的绝缘等级的绝缘材料实现；而电气间隙和爬电距离需要依据电路板布线、安装结构设计实现。一般发热器件，比如igbt的下表面包括金属层，具有散热作用，将该金属层与散热器导热接触，进行散热；控制器工作时，该金属层带电；该金属层如图10中igbt:201的阴影部分所示。如何保证该金属层与散热器之间的安全距离是亟待解决的技术问题。
31.基于此，本技术实施例提供了一种控制器，如图1或3所示，包括电路板1、发热器件2、绝缘片4、散热器3、螺钉5和绝缘套管6；发热器件2与电路板1电连接，为控制器控制电路的一部分；发热器件2具有第二孔21，散热器3具有第三孔31，绝缘片4具有第四孔41；螺钉5通过第二孔、第三孔和第四孔将发热器件2、绝缘片4与散热器3固定；绝缘套管6套住至少部分螺钉5的螺柱，至少部分绝缘套管6位于螺柱与第二孔21内壁之间；至少部分绝缘套管6位于螺柱与第四孔41内壁之间。具体的，绝缘片为导热绝缘片，比如由陶瓷制成的陶瓷片，当然也可以由其它具有较强导热性能和较高绝缘等级的其它材料制成。
32.本实施例中，通过在螺钉5上增设绝缘套管6、在发热器件2和散热器4之间增设绝缘片增加发热器件金属层与散热器之间的电气间隙和爬电距离，使得控制器满足安全距离的相关要求，有利于提高控制器的安全性。
33.进一步的，为了防止绝缘套管破损，在一个实施例中，如图5所示，螺钉5的螺柱包括光面的第一螺柱部51和带螺纹的第二螺柱部52；绝缘套管6包裹套住第一螺柱部51；第二螺柱部可以打入第三孔内，与第三孔内的螺纹配合固定。
34.进一步的，为了保证散热性能，绝缘片不宜设置过厚。比如，设置绝缘片的厚度小于或等于2.5mm。此时，为了保证安全距离，在一个实施例中，如图2-4所示，绝缘片4沿着所述第四孔设置有凸起部42，凸起部42可以增加发热器件金属层至散热器之间的电气间隙和发热器件金属层至散热器的爬电距离。具体的，至少部分凸起部42位于第三孔31内，至少部分绝缘套管6位于螺柱和第三孔内壁之间；当绝缘片4设置凸起部42时，如图6所示，第三孔31包括第三一孔部311和第三二孔部312；第三二孔部312设置有内螺纹，第二螺柱部与第三二孔部通过螺纹固定；第三一孔部的孔径大于所述第三二孔部的孔径和所述凸起部的厚度
之和，凸起部42位于第三一孔部311内。本实施例中，通过增加凸起部，调整金属层与散热器之间的电气间隙和爬电距离使其满足相关要求，从而可以减少绝缘片厚度，尽量降低为满足安全距离的设计对散热效果的影响。如图2所示，控制器安全距离可依据图示结构组合按图示x/y轴方向进行灵活调整，具体可以调整绝缘片厚度，凸起部高度，厚度、绝缘套管的长度等。
35.在设置凸起部的实施例中，为保证安全距离，绝缘片4上表面距离凸起部42下表面的距离加上凸起部42的厚度之和大于控制器要求的安全距离。
36.在不设置凸起部的实施例中，宜通过设置绝缘管套6的长度、绝缘片4的厚度使得控制器满足电气安全距离要求。为了保证安全距离，可设置绝缘片4的厚度大于等于要求的爬电距离和电气间隙，即，绝缘片的厚度大于控制器要求的安全距离。
37.同时，也宜将绝缘套管6上边缘尽量靠近螺钉的螺帽下边缘设置，防止发热器件金属层与螺钉之间的电气安全距离达不到要求。可选的，设置绝缘套管6上边缘位置不低于发热器件上表面的位置。
38.另外，绝缘套管下边缘距离所述绝缘片上表面的距离也应大于控制器要求的安全距离。
39.需要说明的是，本文中的上表面、下表面、上边缘、下边缘是参照附图1/2/3/7图示方向而言的。
40.参照图7，一般发热器件2设置在电路下侧，为了方便将发热器件2和绝缘片41固定到散热器3上，在电路板1上设置第一孔11，第一孔11的孔径小于所述螺钉5的螺帽的直径；螺钉5通过所述第一孔11、第二孔21、第四孔41和第三孔31将所述发热器件2、绝缘片4与所述散热器3固定；本实施例中，为了保证发热器件与绝缘片和散热器的紧固，还设置限位垫片7；限位垫片7包括第五孔71，限位垫片7位于电路板1和发热器件2之间；所述螺钉还穿过所述第五孔。
41.在另一实施例中，电路板1具有第一孔11，但是第一孔11的孔径大于螺钉5的螺帽的直径；此时，螺钉5可以穿过第一孔11，螺钉穿过第一孔11后、通过第二孔21、第四孔41和第三孔31将发热器件2、绝缘片4与所述散热器3固定。
42.如图8所示，因为散热器的散热面的面积较大，为了便于绝缘片固定安装，在绝缘片设置有第一限位柱43，第一限位柱43和凸起部42位于绝缘片4同侧；散热器3设置有第一限位孔32；第一限位柱43和凸起部42的位置分别与第一限位孔和第三孔的位置相对应；通过将第一限位柱43和凸起部42安装到第一限位孔32和第三孔31内，实现绝缘片与散热器之间的安装。当绝缘片和散热器安装后，再将发热器件2安装到已放置绝缘片的散热器上。为了保证安全间隙，应使得发热器件居中安装在绝缘片上，即，如图10所示，应保证igbt：201的金属层与绝缘片的边缘存在一定的间距，防止金属层与绝缘片边缘靠得太近、且绝缘片厚度较小时，无法满足安全距离的要求。金属层与绝缘片边缘的距离根据不同控制器的安全距离要求设计，换句话说，宜根据发热器件的金属层的形状与控制器要求的安全距离设置绝缘片的大小和厚度。图8中，4(01)为绝缘片背面的结构示意图，4(02)为绝缘片正面的结构示意图。一般控制器包含多个igbt，对应的需要设置相应数量的绝缘片4、第三孔31和第一限位孔32。
43.在另一个实施例中，为了便于绝缘片的固定安装，如图9所示，该控制器还包括定
位件8，定位件8至少设置有2个第二限位柱81；定位件8设置有与绝缘片形状相适配的限位框82，散热器3设置有与第二限位柱81相对应的第二限位孔33；第二限位柱81位于第二限位孔33内，绝缘片位于所述限位框内。限位框82的个数可以自由设定，可以是1个、2个、3个或者6个。具体可根据控制器igbt个数和安装便捷性进行设置，本技术对此不做限定。
44.在上述实施例中，散热器为金属散热器，控制器可以采用冷媒散热方式，如图3所示，金属散热器包含通道34，通道34能够与控制器所在系统的冷媒管安装固定且导热接触。当然，控制器也可以采用风冷散热方式，如图8所示，采用风冷散热时，为提高散热效率，金属散热器一侧设置翅片35。
45.进一步的，在一个实施例中，为了保证安全距离，如图10所示，绝缘片4的长度l2大于igbt：201的长度l1大2mm，绝缘片4的宽度w2比igbt：201的宽度w1大2mm；igbt：201位于绝缘片4居中位置，从而使得金属层(如图10中虚线阴影部分)也大致位于绝缘片居中位置。
46.上述实施例中，金属散热器可以为铝散热器；发热器件2与绝缘片4之间涂覆有导热硅脂或者导热硅胶；绝缘片4和铝散热器之间涂覆有导热硅脂或者导热硅胶；绝缘套管为热缩套管，绝缘片为陶瓷片。
47.本技术实施例还提供了一种控制器的发热器件安装方法，如上所述，控制器包括电路板1、发热器件2、绝缘片4、散热器3、螺钉5和绝缘套管6；电路板1具有第一孔11，发热器件2具有第二孔21，散热器3具有第三孔31，绝缘片4具有第四孔41；如图11所示，该安装方法包括以下步骤：
48.步骤101：将绝缘片放置至散热器上，使得第四孔和第三孔对齐；
49.步骤102：将绝缘套管套至螺钉的螺柱上；
50.步骤103：打入螺钉：将套有绝缘套管的螺钉穿过第一孔、第二孔和第四孔打入散热器的第三孔中，从而实现发热器件、绝缘片与所述散热器的固定。
51.进一步的，在一个实施例中，绝缘套管为热缩套管，本实施例中，当热缩套管套至螺柱后，对热缩套管加热，使得热缩套管紧套住螺柱且使得所述热缩套管紧套住所述螺柱且使所述热缩套管上边缘与所述发热器件的金属层所在平面的距离大于或等于控制器要求的安全距离；当然，在一些情况下，因为金属层距离边缘距离发热器件的第二孔的内表面存在一定的距离，因此，热缩套管上边缘与所述发热器件的金属层所在平面的距离略小于控制器要求的安全距离时，比如小于(安全距离-0.2mm)也可能使得控制器满足安全距离要求。另外，在一个具体实施例中，还可以热缩套管上边缘与发热器件的金属层所在平面的距离大于或等于2mm。不管距离如何设置，使控制器满足安全距离即可。热缩套管的长度应稍大，保证金属层通过热缩套管与螺钉或散热器之间的爬电距离满足控制器设计要求。
52.进一步的，在一个实施例中，为了增加导热效果，发热器件的安装方法还包括步骤：
53.在发热器件2与绝缘片4之间涂覆导热硅脂或者导热硅胶；具体的，在发热器件2金属层与绝缘片上表面之间涂覆导热硅脂或者导热硅胶；
54.在绝缘片4和铝散热器之间涂覆有导热硅脂或者导热硅胶；具体的，在绝缘片下表面和散热器散热面之间涂覆导热硅脂或者导热硅胶。
55.进一步的，若绝缘片一侧部设置有第一限位柱和凸起部；散热器一侧部对应设置有第一限位孔；步骤101将绝缘片放置至散热器上包括：将第一限位柱和凸起部安放至第一
限位孔和第三孔内。
56.在另一个实施例中，若控制器还包括定位件8，且定位件8至少设置有2个第二限位柱81；定位件8设置有与绝缘片形状相适配的限位框82，散热器3设置有与第二限位柱81相对应的第二限位孔33；步骤101将绝缘片放置至散热器上包括：
57.将发热器件2放置到限位框82中；
58.将定位件8的第二限位柱81安放至对应的第二限位孔33内。
59.进一步的，该控制器可以运用在空调室外机中。
60.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本说明书的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
61.以上所述仅为本说明书的较佳实施例而已，并不用以限制本说明书，凡在本说明书的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书保护的范围之内。

技术特征：
1.一种控制器，其特征在于，包括电路板、发热器件、绝缘片、散热器、螺钉和绝缘套管；所述发热器件与所述电路板电连接；所述发热器件具有第二孔，所述散热器具有第三孔，所述绝缘片具有第四孔；所述螺钉通过第二孔、第三孔和第四孔将所述发热器件、绝缘片与所述散热器固定；所述绝缘套管套住至少部分所述螺钉的螺柱，至少部分所述绝缘套管位于所述螺柱与第二孔内壁之间；至少部分所述绝缘套管位于所述螺柱与第四孔内壁之间。2.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述螺钉的螺柱包括光面的第一螺柱部和带螺纹的第二螺柱部；所述绝缘套管包裹所述第一螺柱部。3.根据权利要求2所述的控制器，其特征在于，所述绝缘片沿着所述第四孔设置有凸起部，至少部分所述凸起部位于所述第三孔内，至少部分所述绝缘套管位于所述螺柱和第三孔内壁之间；所述第三孔包括第三一孔部和第三二孔部；所述第三二孔部设置有内螺纹，所述第二螺柱部与所述第三二孔部通过螺纹固定；所述第三一孔部的孔径大于所述第三二孔部的孔径和所述凸起部的厚度之和。4.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述电路板具有第一孔，所述第一孔的孔径小于所述螺钉的螺帽的直径；所述螺钉通过所述第一孔、第二孔、第三孔和第四孔将所述发热器件、绝缘片与所述散热器固定；所述控制器还包括限位垫片；所述限位垫片包括第五孔，所述限位垫片位于所述电路板和所述发热器件之间；所述螺钉还穿过所述第五孔。5.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述电路板具有第一孔，所述第一孔的孔径大于所述螺钉的螺帽的直径；所述螺钉穿过所述第一孔后、通过第二孔、第四孔和第三孔将所述发热器件、绝缘片与所述散热器固定。6.根据权利要求3所述的控制器，其特征在于，所述绝缘片设置有第一限位柱，所述第一限位柱和所述凸起部位于所述绝缘片同侧；所述散热器设置有第一限位孔；所述第一限位柱和凸起部的位置分别与所述第一限位孔和第三孔的位置相对应；所述第一限位柱位于所述第一限位孔内。7.根据权利要求1-4任一项所述的控制器，其特征在于，还包括定位件，所述定位件至少设置有2个第二限位柱；所述定位件设置有与所述绝缘片形状相适配的限位框，所述散热器设置有与所述第二限位柱相对应的第二限位孔；所述第二限位柱位于所述第二限位孔内，所述绝缘片位于所述限位框内。8.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述散热器为金属散热器，所述控制器采用冷媒散热方式；所述金属散热器包含通道，所述通道能够与所述控制器所在系统的冷媒管安装固定且导热接触；或者，所述控制器采用风冷散热方式；所述金属散热器一侧翅片。9.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述绝缘片为方形，所述发热器件为igbt；所述绝缘片的长度大于所述igbt的长度大2mm，所述绝缘片的宽度大于所述igbt的宽度2mm；所述igbt位于所述绝缘片居中位置。10.根据权利要求9所述的控制器，其特征在于，所述散热器为铝散热器；所述发热器件与所述绝缘片之间涂覆有导热硅脂或者导热硅胶；所述绝缘片和所述铝散热器之间涂覆有导热硅脂或者导热硅胶；所述绝缘套管为热缩套管，所述绝缘片为陶瓷片。

技术总结
本实用新型实施例提供了一种控制器，包括电路板、发热器件、绝缘片、散热器、螺钉和绝缘套管；所述发热器件与所述电路板电连接；所述发热器件具有第二孔，所述散热器具有第三孔，所述绝缘片具有第四孔；所述螺钉通过第二孔、第三孔和第四孔将所述发热器件、绝缘片与所述散热器固定；所述绝缘套管套住至少部分所述螺钉的螺柱，至少部分所述绝缘套管位于所述螺柱与第二孔内壁之间；至少部分所述绝缘套管位于所述螺柱与第四孔内壁之间。该控制器能够满足电气安全距离要求，具有高安全性。具有高安全性。具有高安全性。


技术研发人员：章国强 张尉
受保护的技术使用者：杭州先途电子有限公司
技术研发日：2021.11.30
技术公布日：2022/5/25