專利名稱：一種無接觸焊接點型開關電源模塊的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種開關電源模塊的工藝結構，特別是高功率密度開關電源模塊的工藝結構。
現有的開關電源模塊，以DC-DC直流變換器型開關電源模塊為例，已能做到在所謂的半塊磚(HALF BRICK)結構61×57.9×12.7mm3體積內實現150瓦功率輸出，即功率密度可達到54.8W/inch3(3.34W/mm3)。為實現如此高的功率密度，現在常用的工藝結構是采用鋁基覆銅板1作為基板，如
圖1所示，用厚度小于10mm的平面磁芯制作平面型變壓器2，再把變壓器2和其他大功率半導體器件3一起用表面貼裝工藝焊接在鋁基覆銅板1上以實現電氣互連。這種工藝結構存有如下的不足之處1.平面變壓器2受磁芯高度和體積空間的限制，其線圈繞組不能用常規的漆包線繞制而必須采用一定厚度的銅箔4經特制模具沖壓后組合而成，如圖2所示，這種平面型變壓器線圈在制作時銅箔4必須經過特定的防氧化和絕緣處理，工藝復雜，要求高。而且對不同規格型號的設計要求開不同的模具，所以這種平面變壓器結構成本高，工藝控制困難。2.現有的這種高功率密度開關電源模塊，其變壓器的初次級端頭5與其他功率器件3之間的互連，是將變壓器的端頭5用鉛錫焊膏再流焊工藝焊接到鋁基覆銅板相應的焊盤上，由于鉛錫焊接本身固有的弊病如鉛錫材料電阻率大易形成空洞等，這樣在端頭5焊接處就存在接觸電阻，當有大電流通過時在接觸電阻上就有較大的電壓降進而引起內部的功率耗散，從而降低了開關電源模塊的轉換效率，內熱阻增加，可靠性下降；在大批量生產中就會影響產品的成品率。
本實用新型的目的就是為了解決以上問題，提出一種無接觸焊接點型開關電源模塊的工藝結構。
為實現上述目的，本實用新型采用下述技術方案開關電源模塊包括變壓器、上表面支持功率器件的印刷電路板和基板。
所述變壓器的線圈繞組直接由普通的印刷電路板形成，并且在同一塊印刷電路板上直接印刷大功率器件的安裝焊接圖形。
所述基板起到散熱和機械固定的作用。將已制成繞組線圈并已焊接有功率器件的印刷電路板安裝在變壓器磁芯中間，再整體安裝在基板上，用一定厚度和體積大小的散熱金屬塊安放在印刷電路板與基板之間，而且散熱金屬塊必須直接墊在功率器件所在印刷電路板處的正下方。基板可以采用鋁基覆銅板，散熱金屬塊優選銅塊。
開關電源模塊的基板還可以采用經過加工的整體金屬底座，用以代替上述銅塊和鋁基覆銅板。金屬底座的形狀與上述銅塊和鋁基覆銅板的聯合形狀相似；金屬底座上的凸起也墊在功率器件所在印刷電路板處的正下方。
綜上所述，本實用新型提出的高功率密度開關電源模塊工藝結構歸納起來有如下的優點1.用印刷電路板制作變壓器線圈繞組從根本上解決了焊點接觸電阻問題，實現無焊接點型變壓器電氣互連結構，提高了開關電源模塊的轉換效率和其他電性能。2.用環氧印刷電路板制作變壓器線圈繞組，可利用常規的印制板(PCB板)生產工藝，工藝通用化，控制方便，成本低；同時線圈繞組防氧化和絕緣可靠。3.銅之類導熱性良好的金屬塊直接安放在功率發熱器件所在印刷電路板處下面，可形成良好的熱通路，使得開關電源模塊的內熱阻大大降低；同時由于銅塊的熱容量較大，對吸收功率器件因瞬態大電流引起的瞬態熱量非常有效，這是一種良好的瞬態熱沉結構，因此整體熱性能和可靠性大大提高。
下面以兩個實施例并結合附圖對本實用新型作進一步詳細的描述。在各實施例中，同一結構部分標以相同標號，并省略重復的說明。
圖1是現有技術帶有接觸焊接點的電源模塊結構示意圖；圖2是圖1中平面變壓器2的結構組成圖，其線圈繞組由幾片銅箔經模具壓制而成；圖3是本實用新型無接觸焊接點型開關電源模塊實施例一的結構組成示意圖；圖4是本實用新型無接觸焊接點型開關電源模塊實施例二的結構組成示意圖。
實施例一以設計一個輸入電壓48伏，輸出電壓5伏，輸出電流30安培，輸出功率150瓦的直流到直流轉換器型開關電源模塊為例。按圖1現有的工藝結構，假設變壓器端頭5焊接點處有1毫歐姆的接觸電阻，在30安培電流通過時，焊接點處將有30×1＝30(毫伏特)的電壓降，同時焊接點處會有30×30×1＝900(毫瓦)的功率耗散，由此可見，對150瓦的功率輸出將使轉換效率降低近1％；我們知道，1毫歐姆的電阻是微乎其微的，實際上焊接點處的接觸電阻遠遠大于1毫歐姆，由此可見，消除焊接點及其帶來的接觸電阻的影響對產品性能有相當大的提高。
如圖3，平面變壓器的線圈繞組201直接由普通的環氧印刷電路板6(PCB板)形成，同時在同一塊印刷電路板6上直接設計大功率器件3(如大功率肖特基整流二極管)的安裝焊接圖形，這樣從變壓器的端頭到功率器件之間的電氣連接就不存在端頭焊接點的接觸電阻問題，屬于直接連接，這就從根本上解決了端頭焊接點接觸電阻大的問題。
制作變壓器線圈繞組用的印刷電路板6可以是雙面印刷電路或者是多層印刷電路。雙面印刷電路制作工藝簡單，成本低；采用雙面環氧印刷電路板時，可根據實際使用中具體的輸出電流和輸出功率大小選擇銅箔的厚度，目前可做到雙面各0.5mm厚的銅箔，中間環氧介質層厚度最薄可到0.2mm，在環氧印刷電路板圖形腐蝕工藝中對較厚的銅箔可適當增加腐蝕時間，圖形設計時適當加寬線條間的距離即可，這些都屬于通用的工藝，大批量生產是完全可行的。
開關電源模塊的基板仍采用鋁基覆銅板1，以保證良好的散熱和安裝機械強度，將已制成繞組線圈201并已焊接有功率器件3的環氧印刷電路板6安裝在變壓器磁芯202、203中間，再整體安裝在鋁基覆銅板1上。如圖3，由于環氧印刷電路板6安裝在變壓器磁芯202、203中間，環氧印刷電路板6的底部和鋁基覆銅板1之間隔有磁芯203，也就是鋁基覆銅板1除與磁芯203接觸外，與環氧印刷電路板6其他部分是懸空的。解決方法之一是用一定厚度和體積大小的銅塊7安放在環氧印刷電路板6與鋁基覆銅板1之間，關鍵點是銅塊7必須直接墊在功率器件3所在印刷電路板處的正下方，使功率器件3發出的熱量通過銅塊7與鋁基覆銅板1之間形成的熱通路散發出去。鋁基覆銅板1上表面經腐蝕工藝處理，形成如圖3所示的銅箔101與銅塊7接觸。銅塊7既能導熱又能起到環氧印刷電路板6與鋁基覆銅板1之間固定的作用。銅塊7也可以用其他熱傳導系數大的材料代替，如鋁、鈦等。
銅塊7的加工無特別要求，只要表面平整兩面鍍錫即可，和功率器件3的安裝焊接方式一樣，可用表面貼裝機實現自動安放，工藝簡單。實施例二環氧印刷電路板6與鋁基覆銅板1之間懸空問題的解決方法之二是，采用加工成型的整體金屬底座8代替實施例一中的銅塊和鋁基覆銅板，如圖4所示。整體金屬底座8上表面的凸起801正是實施例一中銅塊7的大小和位置。金屬底座8上的凸起801正好墊在功率器件3所在印刷電路板處的正下方，為了絕緣，在功率器件3與凸起801之間粘有絕緣導熱膠。這樣的整體金屬底座8同樣能起到導熱、固定安裝和增加機械強度的作用。金屬底座8通常采用散熱性能和絕緣性能良好的鋁材料，可以通過一次沖壓或鑄鍛成型，或通過金加工成型。
綜上所述，本實用新型所公開的這種高功率密度開關電源模塊工藝結構和內部互連方式可以非常有效地解決現有相關產品和技術中存在的問題，同時這種工藝結構和互連方式在其他要求高功率密度.大電流.低熱阻的模塊化產品設計中也有很好的利用價值。
權利要求1.一種無接觸焊接點型開關電源模塊，包括基板(1)、變壓器、上表面支持功率器件(3)的印刷電路板(6)，其特征在于變壓器的線圈繞組(201)直接由印刷電路板(6)形成，同時印刷電路板(6)上還印刷有大功率器件的安裝焊接圖形；印刷電路板(6)安裝在變壓器磁芯(202、203)中間，再整體安裝在基板(1)上；在印刷電路板(6)與基板(1)之間還安放有散熱金屬塊(7)，而且散熱金屬塊(7)墊在功率器件(3)所在印刷電路板處的正下方。
2.根據權利要求1所述的開關電源模塊，其特征在于所述基板(1)是經過腐蝕工藝處理的鋁基覆銅板，所述散熱金屬塊(7)是銅塊。
3.根據權利要求2所述的開關電源模塊，其特征在于所述銅塊(7)上表面鍍錫與所述印刷電路板(6)通過焊接互相連接，所述銅塊(7)下表面鍍錫與所述鋁基覆銅板上銅箔(101)通過焊接互相連接。
4.一種無接觸焊接點型開關電源模塊，包括基板(1)、變壓器、上表面支持功率器件(3)的印刷電路板(6)，其特征在于變壓器的線圈繞組(201)直接由印刷電路板(6)形成，同時印刷電路板(6)上還印刷有大功率器件的安裝焊接圖形；基板(1)是經過加工成型的整體金屬底座(8)，印刷電路板(6)安裝在變壓器磁芯(202、203)中間，再整體安裝在金屬底座(8)上，金屬底座(8)上的凸起(801)正好墊在功率器件(3)所在印刷電路板處的下方。
5.根據權利要求4所述的開關電源模塊，其特征在于所述的金屬底座(8)采用散熱性能良好的鋁材料。
6.根據權利要求4或5所述的開關電源模塊，其特征在于所述的金屬底座(8)通過一次沖壓或鑄鍛成型，或通過金加工成型。
7.根據權利要求4或5所述的開關電源模塊，其特征在于所述的凸起(801)與印刷電路板(6)之間粘有絕緣導熱膠。
8.根據權利要求6所述的開關電源模塊，其特征在于所述的凸起(801)與印刷電路板(6)之間粘有絕緣導熱膠。
9.根據權利要求1或4所述的開關電源模塊，其特征在于所述的印刷電路板(6)是雙面印刷電路或多層印刷電路。
專利摘要一種無接觸焊接點型開關電源模塊,包括基板(1)、變壓器、上表面支持功率器件(3)的PCB板(6),變壓器的線圈繞組(201)由PCB板形成;將PCB板安裝在變壓器磁芯(202、203)中間,再整體安裝在基板上,散熱塊(7)安放在PCB板與基板之間且墊在功率器件所在PCB板處的正下方。基板也可以是整體金屬底座,金屬底座上的凸起墊在功率器件所在PCB板處的正下方。這樣的結構既實現無焊接點型變壓器電氣互連,又具有良好的散熱性能和機械強度。
文檔編號H05K1/00GK2385497SQ9921736
公開日2000年6月28日 申請日期1999年8月2日 優先權日1999年8月2日
發明者程群 申請人:深圳市中興通訊股份有限公司