一种MOSFET功率元器件与散热器安装的工装设计方法研究

吴亚萍

摘 要：提出一種用于大功率供电的MOSFET与散热器安装的工装设计方法，特别是同一块PCB板卡上需要紧密布局多个MOSFET的情况下，工装设计能够协助工人在批量生产中，快速、准确的完成安装过程，提高安装效率，降低安装成本，以及保证MOSFET元器件与散热器的良好接触，从而确保板卡的正常运行。

关键词：MOSFET;大功率;工装;散热

1 引言

线路板或电路板用于电子元器件的支撑和电气连接，电路板不仅简化了电子产品的装配、焊接工作，而且缩小了电子产品的体积、降低了其成本。目前，电路板已经广泛地应用在各种电子产品的生产制造中。

电子产品的飞速发展和快速更迭使得电路板的需求量急剧上升，要求电路板的生产周期越来越短，这对电路板及其上的电子元器件的快速安装提出了更高的要求[1]。

金属氧化物场效应晶体管（MOSFET）是一种大量应用在模拟电路和数字电路中的场效应晶体管，将MOSFET安装在电路板上时，一方面需要使得MOSFET的散热面与散热器紧密贴合在一起，另一方面需要使得MOSFET的引脚准确地焊接至电路板上[2]。而在实际的批量化安装过程中，出现了以下几个问题：

2 现有技术存在的问题和缺点

现有技术通常采用如下几种方式将MOSFET安装在电路板上。第一种安装方式是：先将多个MOSFET逐个焊接在电路板上，然后将每一个MOSFET与散热板紧密贴合连接。这种安装方式的缺点是：安装效率较低，无法保证MOSFET的表面与散热板的表面紧密贴合，因此散热效果较差。第二种安装方式是：先将多个MOSFET与散热板的表面紧密贴合在一起，再将每一个MOSFET的引脚焊接至电路板上。这种安装方式的缺点是：每一个MOSFET都具有三个引脚，难以将多个引脚准确无误地焊接在电路板上。第三种安装方式是：将每一个MOSFET与散热板的表面紧密贴合同时将MOSFET的引脚焊接至电路板上，然后依次安装其他的MOSFET。这种安装方式的缺点是效率较低。

因此，安装直插式分立MOSFET器件时，如何保证MOSFET底面与散热器紧密贴合，在MOSFET引脚长度一定的情况下，保证散热器平面与MOSFET底面贴合，且将MOSFET准确焊接到电路板上，给生产过程增加了一定困难，如何快速安装和焊接MOSFET成为一个难点。所以，为了降低电子产品的生产成本，需要在电路板上准确、快速地安装和焊接电子元器件，同时将电子元器件的散热面与散热装置紧密贴合在一起成为工装设计的一个研究课题。

3 一种MOSFET和散热器安装的工装设计方案

提出的一种MOSFET和散热器安装的工装设计方案，主要由3部分组成，工装模块1（图一），工装模块2（图二），工装模块3，其中，模块2和模块3是对称的。图三是PCB板示意图，图中的a、b部分的孔是为了后续安装散热器使用的。图四是本方案中涉及到的3个部分总览图。需要说明的是3个工装模块的尺寸是根据具体的板卡尺寸和位置进行调整的。

具体的工装设计方案为：第一步，在电路板元器件焊接前，先将安装工装模块1安装到PCB板卡上，如图五所示位置，模块1只需沿着安装方向卡住板卡即可，另外2个方向由工装2和3进行限位;第二步，将工装2和工装3安装到如图六所示位置，此步骤中模块2和3的边角需要与PCB的边角卡接，如此能够保证3个工装模块的相对位置固定。

第三步，然后对MOSFET引脚进行焊接，通过借助3个MOSFET工装模块，对电路板中的MOSFET器件空间位置已经进行了定位，从而保证MOSFET的上下、前后、左右位置，然后将MOSFET放入定位空间中，如图六箭头所示的其中的一个位置，如此依次将MOSFET放入预留的焊接位置，完成后如图七所示。

第四步，再通过螺钉连接MOSFET和散热板，此时就做到了MOSFET与散热板平面的完全接触，如图八所示，然后再对MOSFET进行引脚焊接。

最后，MOSFET焊接完成后，先将工装2和3逐个沿着安装的反方向撤出，然后再将工装1退出，如此，所有的MOSFET和散热板连接完成，焊接完成，安装过程完成。

以上工装设计方案能够快速、准确地安装和焊接电子元器件，同时能够将多个电子元器件的散热面与散热装置紧密贴合在一起，提高了安装效率，降低了批量生产中的总成本。

参考文献：

[1]张栋，范涛，温旭辉，宁圃奇，李磊，邰翔等.电动汽车用高功率密度碳化硅电极控制器研究[J].中国电机工程学报，2019，（39）.

[2]吴琼. 一种PCB板上散热器固定MOSFET用工装[P].中国：CN 203386728.