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增進散熱與避免過大電流承載之小型化電源供應裝置的製作方法

2023-06-04 05:13:06 2

專利名稱:增進散熱與避免過大電流承載之小型化電源供應裝置的製作方法
本申請是有關於一交換式電源(Switching Power Supply,SPS),尤其是有關於一小型化之電源供應裝置之封裝方式及組裝結構。
在現今電子元件的發展上,其體積都朝向小型化的趨勢發展,並且所需電流與功率也越來越大。而對於一高密度之交換式電源(Switching Power Supply,SPS)而言,其情形更是如此。因此能否在如此小的體積內,達成良好的散熱機制與減少其電流負載,將是這方面技術發展的一大挑戰。
請參見

圖1(A),其為SPS的轉換器電路設計示意圖。其中整流器102,103可由具有整流功能的電子元件,如二極體(diode)或金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)所組成。該整流器102,103之一端電連接於變壓器10的二次繞阻端101,用以將二次繞阻端101的電壓整流成直流電壓,再通過電感104、105而輸出。圖1(B)為圖1(A)之另一種變化設計。
圖2為根據圖1(A)的電路設計之封裝方式立體分解圖,且此種封裝方式亦為一般工業界最常使用的方法。其中鐵心200、201與線圈202對應於圖1(A)的二次繞阻端101,鐵心203、204與線圈207對應於圖1(A)的電感104,鐵心205、206與線圈208對應於圖1(A)的電感105。而MOSFET 211與212為圖1(A)的整流器103與102。
現今應用於SPS中的整流器大部份都是採用MOSFET來完成,而MOSFET的封裝結構如圖3所示。在此MOSFET中,晶片301是焊接於一銅片300上而為MOSFET的漏極。而MOSFET的源極與柵極則利用金屬305與306以打線方式連接至MOSFET的外部接腳302與304。在完成電子測試後,以環氧化物(epoxy)將晶片301的上方加以封裝。一般而言,銅片的熱傳導係數(conductivity)約為380W/mK左右,而環氧化物的熱傳導係數都小於1W/mK。現在封裝MOSFET的應用上,主要是以焊接或鎖螺絲的方式與一基板(一般而言,是以FR4所組成的PCB板為主)上的墊片或以金屬(一般以鋁塊為主)相連接,而在MOSFET與基板間有時會加上一散熱墊片以作為絕緣與散熱之用。故其熱傳導路徑主要是藉由MOSFET的銅片300將MOSFET所產生的熱傳導至基板的墊片上,再利用對流(可分自然對流與強制對流兩種)的方式與外界進行熱交換以將MOSFET所產生的熱帶走。此種散熱機制現今已為工業界所普遍採用。
然而,現今的電子元件,絕大部份都是採用SMT(surface mounting technology)的技術將電子元件焊接於一基板的表面上。由其是對SPS而言,SMD(surfacemounted device)型的電子元件更是被廣泛的應用於SPS的設計上。請參見圖4(A),此為現在工業界所普遍採用之將標準封裝的MOSFET焊接於PCB板的結構分解圖。一般而言,MOSFET有三個接腳,在MOSFET背面之銅片為漏極400,而另外兩支接腳分別為柵極401與源極402。如圖所示,MOSFET背面之銅片(也就是漏極)400焊接於PCB板403之一墊片404上,而柵極401與源極402分別焊接於PCB板403之墊片405與406上。圖4(B)即是圖4(A)之結構組合圖。圖4(C)為圖4(B)之側視圖,而圖4(D)為圖4(C)的熱阻分布圖。由圖4(C)可知MOSFET的熱傳導路徑主要是由背面的漏極400經由焊接物質407(一般而言為錫、銀膠等導電物質所組成)而傳導至PCB板403。因一般PCB板的材料為FR4基板,其熱傳導係數約為0.8W/mK,故其熱傳導效應很小,即其熱阻很大。所以主要的熱流方向會直接傳導至PCB板的正下方(即MOSFET的正下方),再藉由熱對流的方式將熱帶走。因此,若在MOSFET的下方放置了較不耐溫的電子元件(如電容),則會因為接受了MOSFET的熱而使其溫度上升,進而影響其壽命。
但是由於發熱的元件都焊接於PCB板上,而PCB板一般而言都是由FR4所組成,其為熱的不良導體,故其發熱元件的熱量也不容易被帶走。而根據能量平衡的原理,在發熱元件無法有效散熱的情況下,溫渡便會一直上升,進而造成電子元件因熱散逸(thermal run away)效應而失效。
此外,在具有高電流與高功率之電源的設計中,常會因並聯許多的MOSFET以增進其效率,且因為流經MOSFET的電流都為較大的電流,故在PCB內需要較粗的銅線才能負荷。如此一來便佔用了PCB板的使用空間。
由於上述原因,本發明人針對現有技術中的缺點,通過悉心和堅持的試驗與研究,得出本發明的增進散熱與避免過大電流承載之小型化電源供應裝置。以下為本申請之簡要說明。
本申請的有關目的在於發展一電源供應裝置,其可具有較佳的散熱效果。
本申請的另一個目的在於發展一電源供應裝置,其可承受較大的電流承載與輸出。
本申請之又一目的在於發展一電源供應裝置,其可以使包裝的體積小型化。
本申請提供了一電子裝置,用以處理一電子信號而輸出一經過整流的電子信號,其包含一輸入電感電路,包含一第一電感線圈,用以輸入該電子信號;一整流集成晶片,直接焊接於該輸入電感電路的該第一電感線圈上,用以整流該電子信號以產生該經過整流的電子信號;以及一銅蓋,其一第一表面與該整流集成晶片直接焊接在一起,且其一第二表面是覆蓋於該整流集成晶片上。
根據本申請構想,其中該輸入電感電路還包含一上鐵心與一下鐵心以與該第一電感線圈相結合而形成該輸入電感電路。
其中,該電子裝置還包含一輸出電感電路以輸出該經過整流的電子信號。而該輸出電感電路是由一第二電感線圈與一上鐵心、一下鐵心相結合而形成者。
再者,該電子裝置還包含一銅條,焊接於該輸入電感電路與該輸出電感電路之間,而該銅蓋之第二表面是直接焊接於該金屬條上。
較佳者,該銅條與該第二電感線圈是一體成型者。
根據本申請構想,該電子裝置還包含一由FR4或thermal clad其中一種所組合而成之基板以承載該輸入電感電路、該金屬條、該整流集成晶片與該輸出電感電路。
其中該整流集成晶片是可為一二極體(diode),而該二極體之陽極是直接焊接於該輸入電感電路的該第一電感線圈上且其陰極是直接焊接於該基板上之一墊片上。
較佳者,該整流集成晶片為一金屬半場效電晶體(MOSFET),而該金屬半場效電晶體之漏極是與該銅蓋的該第一表面直接焊接在一起且其柵極與其源極是直接焊接於該基板之一墊片上。
而該電子裝置更可包含一散熱墊片,黏貼於該銅蓋上,以及一散熱槽,設置於該散熱墊片上。
本申請之電子裝置之另外一種電路結構,可包含一輸入電感電路,包含一第一電感線圈,用以輸入該電子信號;一輸出電感電路,用以輸出該經過整流的電子信號;一銅條,焊接於該輸入電感電路與該輸出電感電路之間,以及一整流集成晶片,其與該銅條之一第一表面直接焊接在一起且為該銅條之一第二表面所覆蓋,用以整流該電子信號以產生該經過整流的電子信號。
根據上述構想,其中該輸入電感電路還包含一上鐵心與一下鐵心以與該第一電感線圈相結合而形成該輸入電感電路。
根據上述構想,其中該輸出電感電路包含一第二電感線圈以輸出該經過整流的電子信號。
較佳者,其中該第一電感線圈、該金屬條與該第二電感線圈是一體成型者。
根據上述構想,其中該輸出電感電路還包含一上鐵心與一下鐵心以與該第二電感線圈相結合以形成該輸出電感電路。
根據上述構想,該電子裝置還包含一由FR4或thermal clad其中一種所組合而成之基板以承載該輸入電感電路、該銅條與該輸出電感電路。
較佳者,該整流集成晶片為一金屬半場效電晶體(MOSFET),而該金屬半場效電晶體之漏極與該銅條之該第一表面是直接焊接在一起且其柵極與其源極是直接焊接於該基板之一墊片上。
根據上述構想,該電子裝置更可包含一散熱墊片,黏貼於該銅條之該第二表面上,以及一散熱槽,設置於該散熱墊片上。
本申請另一方面的構想為一製造用以處理一電子信號而輸出一經過整流的電子信號之電子裝置的方法,其包含下列步驟(a)形成一輸入電感電路;(b)提供一整流集成晶片;(c)將一整流集成晶片焊接於該輸入電感電路之一第一電感線圈上;(d)形成一輸出電感電路;(e)提供一銅蓋;以及(f)將該銅蓋之一第一表面與該整流集成晶片直接焊接在一起,且其一第二表面是覆蓋於該整流集成晶片上。
根據上述構想,其中該整流集成晶片為一金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET),而該金屬半場效電晶體之漏極是與該銅蓋的該第一表面直接焊接在一起。
根據上述構想,其中該銅蓋的該第二表面是與一銅條焊接在一起。
本申請又一方面的構想為一製造用以處理一電子信號而輸出一經過整流的電子信號之電子裝置的方法,其包含下列步驟(a)形成一輸入電感電路;(b)提供一整流集成晶片;(c)形成一輸出電感電路;(d)提供一銅條;以及(e)將該銅條條之一第一表面直接與該整流集成晶片直接焊接在一起,且其一第二表面是覆蓋於該整流集成晶片上。
根據上述構想,其中該整流集成晶片為一金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET),而該金屬半場效電晶體之漏極是與該銅條之該第一表面直接焊接在一起。
本申請之前的敘述與本申請之優點與特徵,得藉由下面之實施例配合下列圖示詳細說明,俾得一更深入之了解。
圖1(A)SPS的轉換器電路設計示意圖;圖1(B)圖1(A)之另一種變化設計;圖2圖1(A)的電路設計封裝方式立體分解圖;圖3MOSFET之封裝示意圖;圖4(A)常用標準封裝之MOSFET焊接於一PCB板之立體分解圖;圖4(B)圖4(A)的結構組合圖;圖4(C)圖4(B)的側視圖;圖4(D)圖4(C)的熱阻分布圖;圖5(A)本申請之一標準封裝之MOSFET焊接於一PCB板之立體分解圖;圖5(B)圖5(A)的結構組合圖;圖5(C)圖5(B)的側視圖;圖6(A)本申請之另一種一標準封裝之MOSFET焊接於一PCB板之立體分解圖;圖6(B)圖6(A)的結構組合圖;圖6(C)圖6(B)的側視圖;圖7(A)本申請之SPS電路設計封裝方式圖7(B)圖7(A)之變化設計;圖8(A)本申請另一種SPS電路設計封裝方式;以及圖8(B)圖8(A)之變化設計。
本申請圖示中所包含之各元件列示如下變壓器10 二次繞阻端101整流器102、103電感104、105鐵心200、201、203、204、205、206、700、701、703、704、705、706、800、801、803、804、805、806線圈202、207、208、702、707、708、802、807、808銅條209、210、709、710、809、810散熱銅蓋507、607、713、714整流集成晶片211、212、711、712、811、812漏極銅片300、400、500、600 繞線305、306環氧化物304 墊片404、504、405、406PCB板403、503 散熱墊片608、718、818散熱槽609 電子元件715、815
請參見圖5(A)至圖5(C),為了增進散熱的效果與避免過大的電流傳導至PCB板上,因此將標準封裝之MOSFET與一散熱銅蓋同時焊接於PCB板上。如圖5(A)所示,將MOSFET背部之漏極500焊接於PCB板503上之一墊片504上,而柵極501與源極502分別焊接於PCB板503之一墊片505與一墊片506上,在PCB板503上之墊片504上再焊接一散熱銅蓋507。由於此散熱銅蓋507與墊片504相連接,故此散熱銅蓋507亦為MOSFET的漏極。圖5(B)即為圖5(A)之結構組合圖。圖5(C)為圖5(B)的側視圖,由於銅及焊接物質(錫、銀膠等導電物質)的熱傳導係數都遠大於基板,故其主要的熱流方向會經由MOSFET背面銅片的漏極傳導至焊接物質508,再傳導至散熱銅蓋507後,以對流方式將熱帶走。但是,仍有一部份的熱會傳導至PCB板503的下方再經由對流的方式將熱帶走。因此在MOSFET正下方的電子元件仍會接受到MOSFET所產生之熱,但只要增加散熱銅蓋507的散熱面積,如在散熱銅蓋507上黏貼一散熱墊片作為導熱與絕緣介質,再於其上方加設一散熱槽,便可使MOSFET溫度降低,進而使PCB板503背面的電子元件溫度也隨之降低。
圖6(A)為將標準封裝的MOSFET焊接於PCB板的另一種方式。其中MOSFET並非如圖5(C)所示採用SMT的技術將MOSFET設置於PCB板的表面,而是以插入的方式將MOSFET的三支接腳漏極602、柵極601與源極603分別焊接於PCB板之貫穿孔洞605、604與606上。而散熱銅片607因與MOSFET背部之銅片600焊接在一起,故亦為MOSFET的漏極。在散熱銅片607的背部黏貼一散熱墊片608作為導熱與絕緣介質,在於散熱墊片上加設一散熱槽609。圖6(B)即為圖6(A)之結構組合圖。圖6(C)為圖6(B)的側視圖,其中主要熱流的方向是經由MOSFET背面之銅片漏極600直接傳導至散熱銅片607,再經過散熱墊片608傳導至散熱槽609後以對流的方式將熱帶走。而因PCB板與MOSFET只有三支接腳的接觸,因此受到MOSFET的熱影響較小,故在PCB板背面的電子元件溫度所受到MOSFET的熱影響也相對減小。
為解釋散熱效果與散熱面積間的關是,以圖4(D)為例,MOSFET的熱流方向是先經由熱傳導將MOSFET的熱傳導至PCB板,再經由對流的方式與外界空氣進行熱交換而將熱帶走。在熱傳導的過程中,便會產生熱傳導的熱阻(RConduction)與熱對流的熱阻(RConvection)。由於主要的散熱途徑為熱對流,故在此僅對熱對流的部份做進一步的探討如下對流的熱阻可以以下列公式表示之Rconvection=1hA=TMOSFET-TAMBIENTp]]>其中h為平均熱傳導係數(heat transfer coefficient),A為散熱面積,TMOSFET為MOSFET的溫度,TAMBIENT為周圍環境溫度。一般而言,若對流的熱阻越小,則對固定的消耗功率P而言,周圍環境溫度下的元件溫度溫度就越低。由上式可知對流的熱阻是隨著平均熱傳導係數與散熱面積而改變,而平均熱傳導係數在強制對流(forced convection)下,最主要是隨流體速度(外界周圍空氣流速)而改變。因此,若在固定的空氣流速、周圍環境溫度之下,其對流熱阻就只隨散熱面積的變化而有所改變。意即當散熱面積越大,其對流的熱阻就越小。故增加散熱之面積,對電子元件的散熱效果有更大的益處。
圖7(A)顯示本申請之SPS電路設計封裝方式之一較佳實施例。本申請之封裝方式類似圖2之封裝方式,但是在此增加了兩個銅蓋713與714,而其與MOSFET711與712之間的組合方式即如圖5(A)與圖5(B)所示一樣,而由圖5(A)可知此二銅蓋亦為MOSFET 711與712之漏極。散熱銅蓋713與714與銅條709及710焊接結合後,再與線圈702、707與708焊接在一起,如此即可形成如圖1(A)所示的電路結構。或者,可將散熱銅蓋713與714、銅條709與710、線圈707與708為一體成形的銅條,如圖7(B)所示。由圖7(A)與圖7(B)可看出在銅條709與710下方可放置其它的電子元件(如電阻)715以增加PCB板之使用空間,且散熱銅蓋713與714更可增進散熱之效果與避免過大的電流傳導至PCB板上。
圖8(A)顯示本申請之SPS電路設計封裝方式之另一較佳實施例。其架構類似如圖7(A),而MOSFET 811與812的柵極與源極之兩支接腳成型90度(如其中之局部放大圖所示)且其背面之銅片漏極直接焊接於銅條809與810之位置813與814處,如此銅條809與810便成為MOSFET的漏極。而銅條809與810再與線圈802、807與808焊接在一起,便可形成如圖1(A)所示的電路結構。或者,可將銅條809與810、線圈802、707與708為一體成形的銅條,如圖8(B)所示。而在銅條809與810之下方可放置其它電阻性元件815以增加PCB板之使用空間,且銅條809與810更可增進散熱之效果與避免過大的電流傳導至PCB板上。此種封裝方式與圖7(A)及圖7(B)相較,除了具備圖7(A)與圖7(B)的諸項優點外,且如先前所述,由於主要的發熱源直接與銅條接觸,因此散熱面積增加,PCB板受MOSFET所產生之熱影響也比較小,也相對增加PCB板上空間運用的靈活性。
由上述可知,本申請之優點在於(1)增加熱散面積,因而增進了散熱的效果。(2)在MOSFET上的漏極焊接一銅片,避面過大的漏極電流傳導至PCB板上。(3)可減少組裝體積,增加PCB板上空間的運用。
因此,本申請可以由熟悉本領域的人考慮實施,而有所修改,但都不超出所附的權利要求所要保護的範圍。
權利要求
1.一種電子裝置,用以處理一電子信號而輸出一經過整流的電子信號,其包含一輸入電感電路,包含一第一電感線圈,用以輸入該電子信號;一整流集成晶片,直接焊接於該輸入電感電路的該第一電感線圈上,用以整流該電子信號以產生該經過整流的電子信號;以及一導體蓋,其一第一表面與該整流集成晶片直接焊接在一起,且其一第二表面是覆蓋於該整流集成晶片上。
2.如權利要求1所述的電子裝置,其中該輸入電感電路還包含一上鐵心與一下鐵心以與該第一電感線圈相結合而形成該輸入電感電路。
3.如權利要求1所述的電子裝置,還包含一輸出電感電路以輸出該經過整流的電子信號。
4.如權利要求3所述的電子裝置,其中該輸出電感電路包含一第二電感線圈以輸出該經過整流的電子信號,以及一上鐵心與一下鐵心以與該第二電感線圈相結合而形成該輸出電感電路。
5.如權利要求3所述的電子裝置,其中該輸出電感電路還包含一金屬條以焊接於該輸入電感電路與該輸出電感電路之間。
6.如權利要求3所述的電子裝置,其中該導體蓋的該第二表面是直接焊接於該金屬條上,而該金屬條與該第二電感線圈可是一體成型者,且該金屬條可為銅製的。
7.如權利要求1所述的電子裝置,還包含一基板以承載該輸入電感電路、該金屬條、該整流集成晶片與該輸出電感電路,而該基板為一印刷電路板(PCB),其中該印刷電路板為一基板材料所組成,而該基板材料為一FR4、一thermal clad其中一種所組成。
8.如權利要求1所述的電子裝置,其中該整流集成晶片為一二極體(diode),而該二極體之陽極是直接焊接於該輸入電感電路的該第一電感線圈上且其陰極是直接焊接於該基板上之一墊片上。
9.如權利要求1所述的電子裝置,其中該整流集成晶片為一金屬半場效電晶體(MOSFET),而該金屬半場效電晶體之漏極是與該導體蓋的該第一表面直接焊接在一起且其柵極與其源極是直接焊接於該基板之一墊片上。
10.如權利要求1所述的電子裝置,其中該導體蓋為銅製的。
11.如權利要求1所述的電子裝置,更可包含一散熱墊片,黏貼於該導體蓋上,以及一散熱槽,設置於該散熱墊片上。
12.一電子裝置,用以處理一電子信號而輸出一經過整流的電子信號,其包含一輸入電感電路,包含一第一電感線圈,用以輸入該電子信號;一輸出電感電路,用以輸出該經過整流的電子信號;一金屬條,焊接於該輸入電感電路與該輸出電感電路之間;以及一整流集成晶片,其與該金屬條之一第一表面直接焊接在一起且為該金屬條之一第二表面所覆蓋,用以整流該電子信號以產生該經過整流的電子信號。
13.如申請專利範圍第12項之電子裝置,其中該輸出電感電路包含一第二電感線圈以輸出該經過整流的電子信號,而該第一電感線圈、該金屬條與該第二電感線圈是一體成型者。
14.如申請專利範圍第12之電子裝置,更可包含一散熱墊片,黏貼於該金屬條之該第二表面上,以及一散熱槽,設置於該散熱墊片上。
15.一種製造用以處理一電子信號而輸出一經過整流的電子信號之電子裝置的方法,其包含下列步驟形成一輸入電感電路;提供一整流集成晶片;將一整流集成晶片焊接於該輸入電感電路之一第一電感線圈上;形成一輸出電感電路;提供一導體蓋;以及將該導體蓋之一第一表面與該整流集成晶片直接焊接在一起,且其一第二表面是覆蓋於該整流集成晶片上。
16.如權利要求15所述的方法,其中該整流集成晶片為一金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET),而該金屬氧化物半導體場效應電晶體之漏極是與該導體蓋的該第一表面直接焊接在一起。
17.如權利要求15所述的方法,其中該導體蓋的該第二表面是與一金屬條焊接在一起。
18.一製造用以處理一電子信號而輸出一經過整流的電子信號之電子裝置的方法,其包含下列步驟形成一輸入電感電路;提供一整流集成晶片;形成一輸出電感電路;提供一金屬條;以及將該金屬條之一第一表面直接與該整流集成晶片直接焊接在一起,且其一第二表面是覆蓋於該整流集成晶片上。
19.如權利要求18所述的方法,其中該整流集成晶片為一金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET),而該金屬半場效電晶體之漏極是與該金屬條之該第一表面直接焊接在一起。
全文摘要
一電子裝置,用以處理一電子信號而輸出一經過整流的電子信號,其特徵在於以一銅蓋或一銅條與一整流集成晶片(MOSFET)的漏極直接焊接在一起且覆蓋於MOSFET之上,使之成為該MOSFET的漏極,因而增進散熱面積,且避免過大的漏極電流傳導至PCB板上而導致PCB板上之電子元件因承受過大的電流而燒毀,同時亦可減少電路封裝的體積。
文檔編號H01L23/34GK1346172SQ0013057
公開日2002年4月24日 申請日期2000年9月27日 優先權日2000年9月27日
發明者陳錕鋒, 謝宜樺, 蕭克域 申請人:臺達電子工業股份有限公司

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新型熱網閥門操作手輪的製作方法

專利名稱:新型熱網閥門操作手輪的製作方法技術領域:新型熱網閥門操作手輪技術領域:本實用新型涉及一種新型熱網閥門操作手輪,屬於機械領域。背景技術::閥門作為流體控制裝置應用廣泛,手輪傳動的閥門使用比例佔90%以上。國家標準中提及手輪所起作用為傳動功能,不作為閥門的運輸、起吊裝置,不承受軸向力。現有閥門

用來自動讀取管狀容器所載識別碼的裝置的製作方法

專利名稱:用來自動讀取管狀容器所載識別碼的裝置的製作方法背景技術:1-本發明所屬領域本發明涉及一種用來自動讀取管狀容器所載識別碼的裝置,其中的管狀容器被放在循環於配送鏈上的文檔匣或託架裝置中。本發明特別適用於,然而並非僅僅專用於,對引入自動分析系統的血液樣本試管之類的自動識別。本發明還涉及專為實現讀