CN101453159A - 具有嵌入式功率端子的功率模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有嵌入式功率端子的功率模块，该模块能够容纳多种电路结构而且通过引线端子的组合，使同一尺寸模块的输出电流范围最大化，且结构简单，功率模块更换方便。实现现本发明目的的技术方案是：具有嵌入式功率端子的功率模块，包括顶盖、底板、边框、功率端子和信号端子，所述边框沿底板的四周向上延伸，边框的内壁上设有所述功率端子和信号端子，所述底板上设有电路基板和芯片，至少在所述边框的一条边的内侧设有插槽，所述功率端子主体设置在插槽中，功率端子底部与底板键合。

Description

具有嵌入式功率端子的功率模块
技术领域
本发明涉及一种功率器件，更具体地说涉及一种能够适用于多种电路结构、多种电压，并且具有较大电流输出范围的具有嵌入式功率端子的功率模块。此发明适用于使用螺母/螺栓固定功率端子的功率模块。
背景技术
由于MOSFET和IGBT功率模块具有广泛的工业应用场合，它们的设计存在着不同的电压和电流等级。例如，MOSFET模块的耐压范围可以从20V至1000V，而IGBT模块的耐压范围可以从300V直至6500V。另一方面，对同一耐压等级的功率模块，根据负载的大小，其输出电流也有很大的不同。例如1200V电压等级的IGBT模块，输出电流的范围可以从50安培增加到超过1000安培。再者，针对不同的应用场合，MOSFET和IGBT模块的设计有着不同的电路结构，有单管，半桥，斩波器，对称、不对称四桥，三相全桥，PIM，IPM等等。
现有的功率模块在典型情况下，包括塑料外壳1、底板2、功率端子4和信号端子5。以标准“62mm”功率模块为例，其结构如图1所示：它通常为3个功率引线端子的功率模块，功率引线端子直接钎焊在DBC基板上，安装孔26定位93mm x 48mm.用于IGBT时，电压范围分为600V，1200V和1700V。在电压为600V时，它的最大输出电流可达400A。电压升高时，输出电流下降。电路结构方面，该模块可用作单管，半桥和斩波器应用。
现代功率电子模块由于不同的电压、电流以及电路结构的要求，造成了模块尺寸和布局的多样化。一种设计往往只能针对单一的电路结构和有限的电压、电流范围。不同的生产商即使对相同的应用，其设计的模块也不尽相同，使模块的通用性十分有限，增加了使用者的成本。即便是同一厂商，种类繁多的模块也增加了管理与制造成本。与此同时，对工业变频器和其它功率控制***的高效和节能的要求使功率模块朝着高功率密度，高可靠性，和低制造成本方向发展。因此，市场上需要一种能够适用多种电路结构、多种电压，并且具有较大电流输出范围的功率模块来满足需求。
发明内容
本发明的目的克服现有技术的缺陷，提供一种具有嵌入式功率端子的功率模块，该模块能够容纳多种电路结构而且通过引线端子的组合，使同一尺寸模块的输出电流范围最大化，且结构简单，功率模块更换方便。
实现本发明目的的技术方案是：具有嵌入式功率端子的功率模块，包括顶盖、底板、边框、功率端子和信号端子，所述边框沿底板的四周向上延伸，边框的内壁上设有所述功率端子和信号端子，所述底板上设有电路基板(DBC基板)和芯片，至少在所述边框的一条边的内侧设有插槽，所述功率端子主体设置在插槽中，功率端子底部与底板键合。
所述边框内侧设有插槽，可以是边框上直接带有插槽，也可以是带有插槽的支架与边框内侧模压在一起。
作为本发明的进一步改进，所述插槽的槽口设有折弯，在功率端子底部与功率端子主体的垂直交界处，功率端子底部的两侧设有与上述弯折相应的凹槽，使功率端子能安装到槽底部，与壳体内侧水平台面压接。这样，键合时，端子底面可以获得足够的支撑力，以满足键合工艺的要求。另外，当某一端子由于缺陷需要报废时，只需取出报废端子，换上合格的端子，而不必将模块报废。端子凹槽部分其宽度和长度相对整个功率端子而言都很小，对端子的电流承载力影响不大。
作为本发明的进一步改进，所述插槽的槽口折弯面形成一定角度的楔形，功率端子底部的两侧设有与上述弯折相应的楔形凹槽，减小功率端子底板凹槽的面积，增加了端子底部键合区的面积。
本发明中，根据功率模块用途需要，在边框的四边选择设置插槽，并在插槽内设置功率端子，根据模块的电路结构，功率端子的数量可以从2个至6个灵活变化。
本发明中，信号端子的设置，可以是在边框上设置信号端子支架，在每个信号端子支架上设置1个至8个信号端子。
所述功率端子和信号为高导电率的铜材，支架为高绝缘性塑胶材料，通过模塑成型，功率端子和信号端子可根据功率模块结构预先装配。
本发明的有益效果是，本发明中设置了功率端子插槽，根据功率模块的用途，通过引线端子(包括功率端子和信号端子)的不同组合，即在插槽内设置相应的数目的功率端子以及设置信号端子，使同一尺寸模块的输出电流范围最大化。
本发明的有益效果还在于，边框上插槽的设置，可以简化功率端子键合工艺，减少功率模块的成本。由于功率端子不必预先安装至支架，而是可以单独安装至模块，在某一功率端子发生键合问题时，可以直接更换，重新键合，而不需要取出支架更换，克服了采用带有插孔的支架时，当安装在同一支架上的其它端子已经完成键合的情况下，再无法更换剩余的有问题的端子的缺陷。
附图说明
图1是本发明的背景技术结构图
图2是本发明实施例1插槽结构示意图
图3是本发明实施例1功率端子及信号端子安装结构示意图
图4是本发明实施例1功率端子结构示意图
图5是本发明实施例2功率端子及信号端子安装结构示意图
图6是本发明实施例3功率端子及信号端子安装结构示意图
图7是本发明实施例4功率端子和信号端子安装结构图
图8是本发明实施例信号端子支架和信号端子组合结构图
具体实施方式
下面结合实施例做进一步说明。
实施例1
如图2所示，具有嵌入式功率端子的功率模块100，包括顶盖、底板2、边框3、功率端子4和信号端子5，功率端子支架7和信号端子支架6。底板2的四角设有安装定位孔26，底板上设有DBC基板和芯片。功率端子支架7设置在边框3的前、后边31、32的内侧，并与边框3内侧模压在一起，两个功率端子支架7上分别设有三个插槽9。
如图3所示，功率端子4***边框前边31的三个插槽9内，功率端子主体41设置在插槽9中，功率端子底部42与底板2键合。插槽的槽口11设有折弯12，弯折面形成45°的楔形。位于边框前边31内侧的插槽9内分别设有第一功率端子4a、第二功率端子4b、第三功率端子4c，它们分别作为DC+、DC-和斩波器功率端子引出。位于边框后边32内侧的插槽9内分别设有第一功率端子4a、第二功率端子4b、第三功率端子4c，它们分别作为U，V，W输出功率端子引出
如图4所示，在功率端子主体41的两侧设有折弯切口44，在功率端子底部42与功率端子主体41的垂直交界处，功率端子底部42的两侧设有与上述弯折相应的45°楔形凹槽43，使功率端子9能安装到插槽9底部，并通过超声波键合或钎焊方式与底板2内水平台面21压接，实现模块内部电路连接。这样，键合时，端子底部42与底板的接触面可以获得足够的支撑力，满足键合工艺的要求。端子凹槽43部分其宽度和长度相对整个功率端子9而言都很小，对端子的电流承载力影响不大。
如图8所示，信号端子支架6上设置信号端子插孔18，在信号端子插孔18中设有信号端子5。如图3所示，两个信号端子支架6分别嵌入边框3的左边33和右边34的内侧，信号端子5的底部与底板键合。左边33和右边34的两端设有挡块8，用于信号端子支架6的定位，两个信号端子支架6上分别设有八个信号端子5。
本实施例中功率模块作为三相全桥加斩波器结构。
实施例2
本实施例与上例的不同之处在于，本实施例设有三个功率端子4。
如图5所示，本实施例中在位于边框前边31内侧的三个插槽9内分别设有第一功率端子4a、第二功率端子4b、第三功率端子4c。两个信号端子支架6分别嵌入边框3的左边33和右边34的内侧，左边33和右边34的两端设有挡块8，用于信号端子支架6的定位，两个信号端子支架6上分别设有两个信号端子5。
本实施例中功率模块在安装定位孔不变的情形下，可以直接替换标准“34mm”功率模块。
实施例3
本实施例中功率模块作为半桥结构。
如图6所示，位于边框3前边31内的设有三个插槽9，并分别设有第一功率端子4a、第二功率端子4b、第三功率端子4c，它们分别作为U，V，W输出功率端子引出，在边框3左边33内的两个信号端子支架上分别设有2个信号端子5。
实施例4
如图7所示，本实施例中功率模块作为H-桥结构，或者输出电流大于300A时的单管IGBT及MOSFET模块。如图10所示，边框3左右两边33、34内侧的分别两个插槽9，插槽9内设有第一功率端子4a和第二功率端子4b即四个功率端子对称分布于边框左右。边框3的前边31内侧设有第一信号端子支架6a，第一信号端子支架6a上设有3个信号端子5，边框3的后边32内侧设有第二信号端子支架6b，第二信号端子支架6b上设有2个信号端子5。
上述实施例中的电路结构均可在本发明的功率模块中实现，功率端子4为高导电率的铜材，嵌入式功率端子支架为高绝缘性塑胶材料，通过模塑成型。根据模块结构，功率引线端子的数目可以从2至6变化。引线端子可根据模块结构预先装配。组合式信号引线端子。根据模块结构，信号端子5的数目可以从1至8变化。其结构和装配与功率引线端子相似。
本发明在外形结构不变，安装定位孔不变的情形下，可以直接替换标准“62mm”薄型功率模块。

Claims (9)

1、具有嵌入式功率端子的功率模块，包括顶盖、底板、边框、功率端子和信号端子，所述边框沿底板的四周向上延伸，边框的内壁上设有所述功率端子和信号端子，所述底板上设有电路基板和芯片，其特征在于，至少在所述边框的一条边的内侧设有插槽，所述功率端子主体设置在插槽中，功率端子底部与电路基板键合。
2、根据权利要求1所述的功率模块，其特征是，所述边框的一条边的内侧设有插槽为带有插槽的支架与边框内侧模压在一起。
3、根据权利要求1或2所述的功率模块，其特征是，所述插槽的槽口设有折弯，在功率端子底部与功率端子主体的垂直交界处，功率端子底部的两侧设有与上述弯折相应的凹槽。
4、根据权利要求3所述的功率模块，其特征是，所述插槽的槽口折弯面形成一定角度的楔形，功率端子底部的两侧设有与上述弯折相应的楔形凹槽。
5、根据权利要求1或2所述的功率模块，其特征是，在所述边框的内角设有挡块，所述信号端子支架嵌入边框的左边或右边与挡块之间的空间。
6、根据权利要求1或2所述的功率模块，其特征是，所述边框前和后边内侧分别设有三个插槽，在每个插槽内均设有功率端子，在边框左边和右边内的两个信号端子支架上设有信号端子。
7、根据权利要求1或2所述的功率模块，其特征是，所述边框前边或内侧设有三个插槽，在每个插槽内均设有功率端子，在边框左边和右边内的两个信号端子支架上设有信号端子。
8、根据权利要求1或2所述的功率模块，其特征是，所述边框前边或内侧设有三个插槽，在每个插槽内均设有功率端子，在边框左边或右边内的两个信号端子支架上设有信号端子。
9、根据权利要求1或2所述的功率模块，其特征是，所述边框左和右边内侧分别设有两个插槽，在每个插槽内均设有功率端子，在边框前边和后边内的两个信号端子支架上设有信号端子。
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