一种小型化大负载的固态继电器的制作方法

1.本发明属于继电器技术领域，具体涉及一种小型化大负载的固态继电器。


背景技术：

2.对于继电器来说，继电器就是一种具输入和输出隔离的开关。一般来说，体积小，负载能力是继电器不断追求的目标。而现在，体积最小的继电器类型为陶瓷封装的光mos继电器，要提高其负载能力，必须要提高其驱动能力，只有驱动能力提高，才能为大负载提供保障。而现如今，常规的光mos继电器都是通过光伏来驱动mos芯片，如公开号为cn103516343a的中国专利提供的一种固体继电器，由于光伏的驱动能力较弱，很难驱动大负载的mos芯片，因为大负载的mos芯片，其结电容较大，而光伏的驱动电流较小。如果要提高其驱动能力，一般需要通过驱动电路来提高其驱动能力，如公开号为cn101872761a的中国专利提供的一种光耦合装置，其通过并联多路受光元件(光伏)，来达到提高驱动能力的目的，但是这种并联很有限，因为受光元件的驱动电流一般在几微安至几十微安，如果要驱动大负载时，无法满足要求，而且多路并联后，其体积势必增大，不能满足小型化大负载的需求。


技术实现要素：

3.为解决上述技术问题，本发明提供了一种小型化大负载的固态继电器，通过设计快速充泄放电路，在减小产品体积的同时，提高继电器驱动能力。
4.本发明通过以下技术方案得以实现：
5.一种小型化大负载的固态继电器，包括管壳、内瓷片和驱动电路，驱动电路包括发光二极管d1、开关二极管d4、光伏v1、三极管q1、电容c1、mos芯片v2、电阻r1，发光二极管d1接入输入电源为光伏v1提供光驱动信号，光伏v1输出正极与mos芯片v2的源极连接，mos芯片v2的漏极与开关二极管d4的正极连接，开关二极管d4的负极与mos芯片v2的源极之间并联有电容c1，开关二极管d4的负极与三极管q1的集电极连接，三极管q1的基极与光伏v1输出负极连接，mos芯片v2的栅极与三极管q1的发射极之间串联有电阻r1；发光二极管d1、二极管开关d4、光伏v1、三极管q1、电容c1、mos芯片v2、电阻r1均为贴片状结构并通过键合接触进行电性连接，且发光二极管d1、二极管开关d4、光伏v1、mos芯片v2、三极管q1均为裸芯片，管壳和内瓷片上分别设置有若干电极焊盘，二极管开关d4、光伏v1、mos芯片v2、三极管q1、电容c1、电阻r1分别固定贴合在管壳的各电极焊盘上，发光二极管d1固定在内瓷片的电极焊盘上，内瓷片扣合在管壳上，且发光二极管d1对准光伏v1。接通时，三极管q1、电容c1、开关二极管d4组成放大充电电路，在光信号强度不变的情况下，提高了mos芯片v2的输出负载，同时采用贴片状裸芯片，从而使产品小型化，同时具有较大的驱动能力。
6.优选地，所述光伏v1的正极和负极的键合面设置在同侧面；发光二极管d1、二极管开关d4的正负极均分别设置在正反两面；电阻r1的正极和负极的键合面设置在同侧面；三极管q1的基极和发射极的键合面设置在正面，集电极的键合面设置在背面；mos芯片v2的正
面设置为源极的键合面，且在正面划分一个小区域设置为栅极的键合面，背面为漏极的键合面。
7.进一步地，所述发光二极管d1串联有开关二极管d2，二极管开关d2固定在内瓷片上与发光二极管d1间隔的电极焊盘上。
8.进一步地，所述三极管q1的基极和发射极之间并联有开关二极管d3，开关二极管d3的正极与三极管q1的发射极连接，开关二极管d3的负极与三极管q1的基极连接，开关二极管d3为贴片状结构并固定在管壳的电极焊盘上。开关二极管d3和光伏v1组成泄放电路，关断时，由开关二极管d3、光伏v1组成泄放电路，快速消耗mos芯片v2结电容上的电荷将被很快泄放掉，从而使产品快速关断。
9.优选地，所述二极管开关d3的正负极分别设置在正反两面。
10.进一步地，所述电容c1为瓷介电容，且电容c1的电容值比mos芯片v2的结电容大一个数量级。
11.优选地，所述电阻r1为芯片电阻。
12.进一步地，还包括mos芯片v3、电阻r2、开关二极管d5，mos芯片v3的源极与光伏v1输出正极连接，mos芯片v3的栅极与三极管q1的发射极之间串联有电阻r2，mos芯片v3的漏极与与开关二极管d5的正极连接，开关二极管d5的负极与三极管q1的集电极连接，mos芯片v3、电阻r2、开关二极管d5均为贴片状结构并通过键合接触进行电性连接，mos芯片v3、电阻r2、开关二极管d5分别固定贴合在管壳的各电极焊盘上。
13.优选地，所述二极管开关d5的正负极分别设置在正反两面；电阻r2的正极和负极的键合面设置在同侧面；mos芯片v3的正面设置为源极的键合面，且在正面划分一个小区域设置为栅极的键合面，背面为漏极的键合面。
14.优选地，所述电阻r2为芯片电阻。
15.本发明的有益效果在于：
16.与现有技术相比，采用全裸芯装配，以及电路设计和结构设计，使固态继电器整体体积小型化；通过设计快速充泄放电路，在减小产品体积的同时，提高继电器驱动能力，从而实现小体积大负载固态继电器，满足装备小型化、轻量化的发展需求。
附图说明
17.图1是本发明中驱动电路的结构示意图；
18.图2是本发明中固态继电器的内部结构示意图；
19.图3是本发明中管壳组合的结构示意图；
20.图4是本发明中管壳的结构示意图；
21.图5是本发明中管壳组合的装配流程图；
22.图6是本发明中二极管组合的结构示意图；
23.图7是本发明中内瓷片的结构示意图；
24.图8是本发明中二极管组合的装配流程图。
具体实施方式
25.下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
26.一种小型化大负载的固态继电器，包括管壳、内瓷片和驱动电路，驱动电路包括发光二极管d1、开关二极管d4、光伏v1、三极管q1、电容c1、mos芯片v2、电阻r1，发光二极管d1接入输入电源为光伏v1提供光驱动信号，光伏v1输出正极与mos芯片v2的源极连接，mos芯片v2的漏极与开关二极管d4的正极连接，开关二极管d4的负极与mos芯片v2的源极之间并联有电容c1，开关二极管d4的负极与三极管q1的集电极连接，三极管q1的基极与光伏v1输出负极连接，mos芯片v2的栅极与三极管q1的发射极之间串联有电阻r1；发光二极管d1、二极管开关d4、光伏v1、三极管q1、电容c1、mos芯片v2、电阻r1均为贴片状结构并通过键合接触进行电性连接，且发光二极管d1、二极管开关d4、光伏v1、mos芯片v2、三极管q1均为裸芯片，管壳和内瓷片上分别设置有若干电极焊盘，二极管开关d4、光伏v1、mos芯片v2、三极管q1、电容c1、电阻r1分别固定贴合在管壳的各电极焊盘上，发光二极管d1固定在内瓷片的电极焊盘上，内瓷片扣合在管壳上，且发光二极管d1对准光伏v1。
27.所述光伏v1的正极和负极的键合面设置在同侧面；发光二极管d1、二极管开关d4的正负极均分别设置在正反两面；电阻r1的正极和负极的键合面设置在同侧面；三极管q1的基极和发射极的键合面设置在正面，集电极的键合面设置在背面；mos芯片v2的正面设置为源极的键合面，且在正面划分一个小区域设置为栅极的键合面，背面为漏极的键合面。
28.所述发光二极管d1串联有开关二极管d2，二极管开关d2固定在内瓷片上与发光二极管d1间隔的电极焊盘上。
29.所述三极管q1的基极和发射极之间并联有开关二极管d3，开关二极管d3的正极与三极管q1的发射极连接，开关二极管d3的负极与三极管q1的基极连接，开关二极管d3为贴片状结构并固定在管壳的电极焊盘上。
30.所述二极管开关d3的正负极分别设置在正反两面。
31.所述电容c1为瓷介电容，且电容c1的电容值比mos芯片v2的结电容大一个数量级。
32.所述电阻r1为芯片电阻。
33.还包括mos芯片v3、电阻r2、开关二极管d5，mos芯片v3的源极与光伏v1输出正极连接，mos芯片v3的栅极与三极管q1的发射极之间串联有电阻r2，mos芯片v3的漏极与与开关二极管d5的正极连接，开关二极管d5的负极与三极管q1的集电极连接，mos芯片v3、电阻r2、开关二极管d5均为贴片状结构并通过键合接触进行电性连接，mos芯片v3、电阻r2、开关二极管d5分别固定贴合在管壳的各电极焊盘上。
34.所述二极管开关d5的正负极分别设置在正反两面；电阻r2的正极和负极的键合面设置在同侧面；mos芯片v3的正面设置为源极的键合面，且在正面划分一个小区域设置为栅极的键合面，背面为漏极的键合面。
35.所述电阻r2为芯片电阻。
36.实施例
37.一种小型化大负载的固态继电器，为了实现快速通断及提高驱动能力，其驱动电路如图1所示，由发光二极管d1、开关二极管d2、d3、d4和d5、光伏v1、三极管q1、电容c1、电阻r1、r2、mos芯片v2、v3组成，发光二极管d1接入输入电源为光伏v1提供光驱动信号，光伏v1输出正极与mos芯片v2的源极连接，mos芯片v2的漏极与开关二极管d4的正极连接，开关二极管d4的负极与mos芯片v2的源极之间并联有电容c1，开关二极管d4的负极与三极管q1的集电极连接，三极管q1的基极与光伏v1输出负极连接，mos芯片v2的栅极与三极管q1的发射
极之间串联有电阻r1，mos芯片v3的源极与光伏v1输出正极连接，mos芯片v3的栅极与三极管q1的发射极之间串联有电阻r2，mos芯片v3的漏极与与开关二极管d5的正极连接，开关二极管d5的负极与三极管q1的集电极连接，三极管q1的基极和发射极之间并联有开关二极管d3，开关二极管d3的正极与三极管q1的发射极连接，开关二极管d3的负极与三极管q1的基极连接。
38.发光二极管d1、光伏v1组成驱动控制电路，且通过光隔离；三极管q1、电容c1、开关二极管d4、d5组成放大充电电路；开关二极管d3、光伏v1组成泄放电路；mos芯片v2、v3组成开关电路。
39.其中发光二极管d1、二极管开关d2、d3、d4和d5、光伏v1、mos芯片v2和v3、三极管q1均为裸芯片。
40.所述电容c1为瓷介电容，且电容c1的电容值比mos芯片v2的结电容大一个数量级。
41.所述电阻r1、r2为芯片电阻。
42.所述发光二极管d1串联有开关二极管d2。
43.为了实现电路结构布局，减小体积，实现小型化，固态继电器的内部封装如图2、图3、图6所示，还包括管壳、内瓷片，驱动电路中的发光二极管d1、二极管开关d2、d3、d4和d5、光伏v1、三极管q1、电容c1、mos芯片v2和v3、电阻r1和r2均为贴片状结构并通过键合接触进行电性连接，二极管开关d3、d4和d5、光伏v1、三极管q1、电容c1、mos芯片v2和v3、电阻r1和r2固定贴合在管壳的各电极焊盘上，发光二极管d1和二极管开关d2固定在内瓷片的各电极焊盘上，内瓷片扣合在管壳上，且发光二极管d1对准光伏v1。
44.产品驱动电路体积非常小，且驱动能力较强。继电器采用微组装工艺生产。元器件采用环氧导电胶粘接，各元器件采用键合工艺互联，最后采用平行封焊工艺封装。
45.其装配流程包括以下步骤：
46.步骤一：管壳和内瓷片均按驱动电路分区设置电极，各电极进行金属化形成焊盘，管壳结构如图4所示、内瓷片结构如图7所示；光伏v1、mos芯片v2和v3、发光二极管d1、二极管开关d2、d3、d4和d5、三极管q1、电阻r1和r2、电容c1加工为贴片状，发光二极管d1、二极管开关d2、d3、d4和d5、光伏v1、mos芯片v2和v3、三极管q1均为裸芯片，电阻r1和r2为芯片电阻；
47.光伏v1的正极和负极的键合面设置在同侧面；发光二极管d1、二极管开关d2、d3、d4和d5的正负极均分别设置在正反两面；电阻r1和r2的正极和负极的键合面设置在同侧面；三极管q1的基极和发射极的键合面设置在正面，集电极的键合面设置在背面；mos芯片v2和v3的正面设置为源极的键合面，且在正面划分一个小区域设置为栅极的键合面，背面为漏极的键合面；
48.步骤二：采用微组装工艺进行装配，将光伏v1、mos芯片v2和v3、二极管开关d3、d4和d5、三极管q1、电阻r1和r2、电容c1放置到管壳的各个焊盘上，通过键合接触方式按驱动电路连接关系连接各元器件，并通过环氧导电胶固定，获得管壳组件，如图4所示；
49.步骤三：将发光二极管d1、二极管开关d2放置到内瓷片的各个焊盘上，通过键合接触方式按驱动电路连接关系连接发光二极管d1和二极管开关d2，并通过环氧导电胶固定，获得二极管组件，如图6所示；
50.步骤四：将内瓷片扣合在管壳上，使发光二极管d1的发光部对准光伏v1，最后进行
平行封焊工艺封装成一个整体。
51.工作原理如下：
52.接通时，通过发光二极管发光d1，将光信号传递给光伏v1，将光信号转换为电信号，驱动三极管q1，将小信号放大，从而提高mos芯片v2、v3的栅极的注入电流，以提高其驱动能力，该电流可以达到几毫安，甚至上百毫安。当mos芯片v2、v3接通后，电流由电容c1提供，电容c1的电容值比mos芯片v2、v3的结电容大一个数量级。
53.关断时，发光二极管d1失去电流，光伏v1即失去电信号，导致三极管q1关断，这时，mos芯片v2、v3的栅极，通过开关二极管d3、光伏v1、回到mos芯片v2、v3的源极，形成回路，由于v1具有快放功能，所以，mos芯片v2、v3结电容上的电荷将被很快泄放掉，从而使产品快速关断。
54.本发明提供的一种小型化大负载的固态继电器，采用全裸芯装配，以及电路设计和结构设计，使固态继电器整体体积小型化；通过设计快速充泄放电路，在减小产品体积的同时，提高继电器驱动能力，从而实现小体积大负载固态继电器，满足装备小型化、轻量化的发展需求。