免焊接端子的功率模塊的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種免焊接端子的功率模塊，端子包括上部具有彈性的連接部分和帶有軸肩的主體部分，端子的底面為齒形底面；外殼上設有對各端子主體部分進行導向的插孔，各插孔頂部具有與各端子軸肩對應的沉臺，各端子設置在外殼各自對應的插孔內，端子的軸肩設置在沉臺上，彈性絕緣壓墊設置在外殼上部，蓋板卡接安裝在外殼上并壓接在彈性絕緣壓墊上，各端子穿過彈性絕緣壓墊上各自對應的端子孔及蓋板上各自對應的端子孔，彈性絕緣壓墊壓在各端子的軸肩處，將端子底部的齒形底面壓接在覆金屬陶瓷基板上，各端子的連接部分與驅動電路板的端子孔彈性相接。本發明結構合理，端子無需焊接，裝配后各端子能與覆金屬陶瓷基板可靠連接，工藝性好。
【專利說明】免焊接端子的功率模塊
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種免焊接端子的功率模塊，屬于功率模塊制造【技術領域】。
【背景技術】
[0002]功率模塊廣泛應用于交流電機變頻調速和直流電機斬波調速以及各種高性能電源，如UPS、感應加熱、電焊機、有源補償、DC-DC等以及工業電氣自動化等領域，有著廣闊的市場。傳統功率半導體模塊主要包括外殼、主電路板和驅動電路板，MOSFET或IGBT芯片以及二極管芯片被集成并被焊接于或被粘貼于覆金屬陶瓷基板的金屬層上，而電極端子和信號端子也焊接在覆金屬陶瓷基板并構成主電路板，焊接有集成電路芯片及各器件的印刷電路板構成驅動電路板，為減小功率模塊的體積，將驅動電路板通過螺釘安裝外殼上，各信號端子需穿出外殼蓋板上的端子孔和驅動電路板上的端子孔，再通過焊料將信號端子與驅動電路板連接，通過電極端子和信號端子實現與功率半導體模塊與外部電路的連接以及信號的輸入輸出。
[0003]在安裝過程中需要將焊接有各端子的主電路板安裝在外殼上，外殼上安裝有蓋板，各端子穿出蓋板上的端子孔，為了使蓋板能對端子進行限位，其端子孔與端子之間的間隙較小，但由于外殼通常采用絕緣塑料注塑而成，由于外殼壁厚不一致，會導致蓋板安裝后會產生變形進而影響各端子的安裝效率和裝配質量。再則，由于端子還需要穿出驅動電路板上的端子孔，而端子中上部均為針狀結構或板狀結構，尤其是針狀的端子強度不高，在安裝過程中很容易使端子受到外力后產生變形，甚至在焊接過程中也會產生變形，當端子變形過大又會產生失效，不僅影響裝配效率和安裝質量，而且也影響半導體模塊的使用壽命。另外，現有各端子均焊接在驅動電路板上，造成功率模塊維修不便。
[0004]還有，目前功率模塊上的端子大都通過焊料高溫燒結在覆金屬陶瓷基板的金屬層上，在焊接過程中，高溫下會使覆金屬陶瓷基板的金屬層與端子在焊料層處產生焊接應力，而功率模塊的工作環境是在_40°C至125°C進行循環，因此經過一段時間工作后，最終會引起覆金屬陶瓷基板的金屬層與信號端子連接處脫落，而產生焊接疲勞現象，從而影響到整體功率器件的壽命。其次，信號端子通過連接面焊接在覆金屬陶瓷基板的金屬層上，不僅對覆金屬陶瓷基板的金屬層表面及信號端子表面要求較高，尤其覆金屬陶瓷基板的金屬層即銅箔與信號端子的銅材之間還會存在熱膨脹差別，焊接性能不高，而影響導其電性，同時焊接過程不僅需要焊料、助焊劑以及焊接時的保護性氣體，不僅高溫燒結焊接工序時間長，而所產生的高溫又易導致其他部位材料金屬特性弱化，加之焊接過程中的焊料流淌以及阻焊油墨等因素，又會造成焊接面沾污的風險，存在著焊接面不易控制，工藝操作復雜，焊接效率低的問題。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種結構合理，端子無需焊接，裝配后各端子能與覆金屬陶瓷基板可靠連接，工藝性好，安裝方便的免焊接端子的功率模塊。[0006]本發明為達到上述目的的技術方案是:一種免焊接端子的功率模塊，包括外殼、復數個端子、連接在外殼底部的覆金屬陶瓷基以及安裝在外殼上的蓋板，其特征在于:所述端子包括上部具有彈性的連接部分和帶有軸肩的主體部分，端子的底面為齒形底面；所述外殼上設有對各端子主體部分進行導向的插孔，各插孔頂部具有與各端子軸肩對應的沉臺，各端子設置在外殼各自對應的插孔內，且端子的軸肩設置在沉臺上，彈性絕緣壓墊設置在外殼上部，蓋板卡接安裝在外殼上并壓接在彈性絕緣壓墊上，各端子穿過彈性絕緣壓墊上各自對應的端子孔及蓋板上各自對應的端子孔，彈性絕緣壓墊壓在各端子的軸肩處，將端子底部的齒形底面壓接在覆金屬陶瓷基板上，各端子的連接部分與驅動電路板的端子孔彈性相接。
[0007]本發明端子采用具有彈性的連接部分和帶軸肩的主體部分，主體部分的底面為齒形底面，使端子底面獲得較大的接觸面積，故而端子與覆金屬陶瓷基板的金屬層形成有效連接，同時端子的連接部分具有彈性，能將各端子的連接部分與外部的驅動電路板的端子孔彈性相接，能方便終端客戶在使用功率模塊的安裝對接，免除了端子與驅動電路板的焊接工藝，故而便于功率模塊的維修，結構合理。本發明端子的底面為齒形底面，當蓋板安裝在外殼上時，可通過蓋板壓住彈性絕緣壓墊，再通過彈性絕緣壓墊壓在端子的軸肩上，通過壓力使端子的底面能可靠壓在覆金屬陶瓷基板上，從而達到良好的接觸效果，實現端子免焊接，省去的端子在生產裝配和客戶使用的焊接過程，簡化功率模塊生產裝配工藝以及使用過程中裝配工序。本發明外殼與蓋板之間增加了一層彈性絕緣壓墊，由于彈性絕緣壓墊具有彈性，因此能有效、均勻的將蓋板的壓力傳導至每個端子上，使端子與覆金屬陶瓷基板有效連接，同時彈性絕緣壓墊的彈性也使端子也具有較好緩沖應力作用，故而本發明的端子無需折彎，也具有緩沖應力的作用，能大幅度減小端子的熱應力和機械應力，提高端子的自身強度和功率模塊的使用壽命。本發明端子設置在外殼的插孔內，通過插孔對端子進行導向，安裝方便，也能提高功率模塊的安裝效率和裝配質量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]下面結合附圖對本發明的實施例作進一步的詳細描述。
[0009]圖1是本發明免焊接端子的功率模塊拆除驅動電路板的立體結構示意圖。
[0010]圖2是本發明免焊接端子的功率模塊拆除驅動電路板的結構示意圖。
[0011]圖3是圖2的A-A剖視結構示意圖。
[0012]圖4是本發明端子的結構示意圖。
[0013]圖5是本發明彈性絕緣壓墊的結構示意圖。
[0014]圖6是本發明免焊接端子的功率模塊的結構示意圖。
[0015]其中:1一端子，1-1一連接部分，1-2—軸肩，1-3—齒形底面,2—蓋板，2_1—端子孔，2-2—側板，2-3 —卡腳，3—外殼，3-1 —凸臺，3-2—安裝座，3_3 —卡槽，3_4 —插孔，3-5—沉臺，4一彈性絕緣壓墊，4-1 一端子孔，5—覆金屬陶瓷基板，6—驅動電路板，6-1—端子孔。
【具體實施方式】
[0016]見圖1?6所示，本發明的免焊接端子的功率模塊，包括外殼3、復數個端子1、連接在外殼3底部的覆金屬陶瓷基板5以及安裝在外殼3上的蓋板2。本發明的覆金屬陶瓷基板5上固定有半導體芯片和多個端子I，可將MOSFET或IGBT芯片以及二極管芯片被集成并被焊接于或被粘貼于覆金屬陶瓷基板的金屬層上，通過覆金屬陶瓷基板5與半導體芯片實現電路連接，本發明的端子I為電極端子和信號端子，通過端子I實現與功率半導體模塊與外部電路的連接以及信號的輸入輸出。
[0017]見圖1?4所示，本發明的端子I包括上部具有彈性的連接部分1-1和帶有軸肩1-2的主體部分，端子I底面為齒形底面1-3，使端子I底面的齒形壓接在覆金屬陶瓷基板5上，而增加端子I底面與覆金屬陶瓷基板5金屬層的有效接觸面積，達到可靠連接的目的。
[0018]見圖1?6所示，本發明外殼3上設有用于對各端子I主體部分進行導向的插孔3-4，各插孔3-4頂部具有與各端子I軸肩1-2對應的沉臺3-5，各端子I設置在外殼3各自對應的插孔3-4內，端子I的軸肩1-2設置在插孔3-4上部的沉臺3-5處，不僅方便插裝各端子1，而且在端子I壓下時，端子I能相對于外殼3上的插孔3-4相對移動，并通過沉臺3-5使軸肩1-2下移而不會與外殼3干涉，使端子I底部壓接在覆金屬陶瓷基板5上，彈性絕緣壓墊4設置在外殼3上部，蓋板2卡接安裝在外殼3上并壓接在彈性絕緣壓墊4上，各端子I穿過彈性絕緣壓墊4上各自對應的端子孔4-1及蓋板2上各自對應的端子孔2-1，彈性絕緣壓墊4壓在各端子I的軸肩1-2上，將端子I底部齒形底面1-3壓接在覆金屬陶瓷基板5上，與覆金屬陶瓷基板5上的金屬層可靠接觸，同時通過彈性絕緣壓墊4使端子I具有一定緩沖應力的功能，在任何工作環境下，都能使端子I與覆金屬陶瓷基板5達到良好的接觸。
[0019]見圖6所示，本發明各端子I的連接部分1-1與驅動電路板6的端子孔6-1彈性相接，該驅動電路板6由印刷電路板和焊接在印刷電路板上的集成電路芯片及各器件，本發明端子I的連接部分1-ι為錐狀的棱柱形，連接部分1-ι內設有長槽孔，方便與驅動電路板6的端子孔6-1連接，使端子I不僅具有良好的機械強度，同時也具有較好的彈性而與驅動電路板6上的端子孔6-1可靠接觸連接，實現與外電路的連接及信號的輸入輸出。
[0020]見圖1、2以及5所示，本發明為使外殼3、蓋板2以及彈性絕緣壓墊4具有更好的通用性，外殼3的插孔3-4呈規律陣列設置，使插孔3-4按橫向和縱向排列設置多個，可根據需要將端子I插裝在外殼3的對應的插孔3-4中，而彈性絕緣壓墊4上的端子孔4-1和蓋板2上的端子孔2-1與外殼3上的插孔3-4對應設置。
[0021]見圖1?3以及6所示，本發明外殼3的四角處設有凸臺3-1，凸臺3_1的內側設有對蓋板2限位的內側面，方便蓋板2的安裝，蓋板2的兩個側板2-2設有卡腳2-3，外殼3的外部設有對應的卡槽3-3，蓋板2上的卡腳2-3卡接在外殼的卡槽3-3內，使蓋板2安裝在外殼3上，并使蓋板2通過彈性絕緣壓墊4對端子I提供一定的壓緊力，而驅動電路板6放置在外殼3的凸臺3-1上，通過緊固件固定，而外殼3的兩側底部設有安裝座3-2，能方便將本發明的功率模塊安裝在工作場所。
【權利要求】
1.一種免焊接端子的功率模塊，包括外殼(3)、復數個端子(I)、連接在外殼(3)底部的覆金屬陶瓷基板(5)以及安裝在外殼(3)上的蓋板(2)，其特征在于:所述端子(I)包括上部具有彈性的連接部分(1-1)和帶有軸肩(1-2)的主體部分，端子(I)的底面為齒形底面(1-3);所述外殼(3 )上設有對各端子(I)主體部分進行導向的插孔(3-4 )，各插孔(3-4 )頂部具有與各端子(I)軸肩(1-2)對應的沉臺(3-5)，各端子(I)設置在外殼(3)各自對應的插孔(3-4)內，且端子(I)的軸肩(1-2)設置在沉臺(3-5)處，彈性絕緣壓墊(4)設置在外殼(3)上部，蓋板(2)卡接安裝在外殼(3)上并壓接在彈性絕緣壓墊(4)上，各端子(I)穿過彈性絕緣壓墊(4)上各自對應的端子孔(4-1)及蓋板(2)上各自對應的端子孔(2-1)，彈性絕緣壓墊(4 )壓在各端子(I)的軸肩(1-2 )上，將端子(I)底部的齒形底面(1-3 )壓接在覆金屬陶瓷基板(5)上，各端子(I)的連接部分(1-1)與驅動電路板(6)的端子孔(6-1)彈性相接。
2.根據權利要求1所述的免焊接端子的功率模塊，其特征在于:所述端子(I)的連接部分(1-1)呈錐狀的棱柱形，連接部分(1-1)內設有長槽孔。
3.根據權利要求1所述的免焊接端子的功率模塊，其特征在于:所述蓋板(2)的兩個側板(2-2 )分別設有卡腳(2-3 )，外殼(3 )的外部設有對應的卡槽(3-3 )，蓋板(2 )上的卡腳(2-3)卡接在外殼(3)的卡槽(3-3)內。
4.根據權利要求1所述的免焊接端子的功率模塊，其特征在于:所述外殼(3)的插孔(3-4)呈規律陣列設置，且彈性絕緣壓墊(4)上的端子孔(4-1)和蓋板(2)上的端子孔(2-1)與外殼(3)上的插孔(3-4)對應設置。
【文檔編號】H01R4/48GK103531555SQ201310508127
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月24日 優先權日:2013年10月24日
【發明者】麻長勝, 王曉寶, 趙善麒 申請人:江蘇宏微科技股份有限公司