CN111295035B - 金属基pcb大电流sspc布线结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开金属基PCB大电流SSPC布线结构，包含有，汇流条；功率MOS管；金属基PCB板，其布置于所述汇流条的上方，所述金属基PCB板具有底部金属基层、中间电路层及顶部绝缘层，所述底部金属基层与所述汇流条相面接触，所述顶部绝缘层上形成有栅极焊盘、漏极焊盘及源极焊盘；第一过孔，其被置于所述栅极焊盘与所述中间电路层间；以及，第二过孔，其被置于所述漏极焊盘与所述底部金属基层间；所述顶部绝缘层上形成有功率输出线，所述源极焊盘与所述功率输出线相电连接。本发明的有益效果在于：采用基于金属基的PCB设计，用金属基作为热量的传导途径，同时也作为功率的传导途径，既有效地解决大电流的功率耗散问题。

Description

金属基PCB大电流SSPC布线结构
技术领域
本发明涉及金属基PCB大电流SSPC布线结构。
背景技术
固态功率控制器（Solid State Power Controller，SSPC）以电力电子技术和通信技术为基础，从外部总线获取通道控制指令，对负载实施开通和关断控制。在异常情况下（如过载或短路），SSPC可以切断负载，对飞机配电网实施保护。SSPC由于兼具传统断路器的保护功能和接触器/继电器的负载通断功能，同时还能实时反馈通道状态，因此在现代飞机上（A380、B787、A350、C919等）得到了广泛的应用。
目前SSPC还是局限于小电流规格的应用，比如，在B787上，单板的最大通流量只有50A，即最大只能接受50A的功率输入。造成这一现状主要有两个方面的原因：
传统的基于分离式功率MOS并联技术的SSPC，在处理大电流时，体积大，功率密度不高。
没有很好的散热措施，无法有效地带走功率MOS在正常工作期间的功率耗散。
发明内容
本发明要解决的技术问题是SSPC的散热，提供一种新型的金属基PCB大电流SSPC布线结构。
为了实现这一目的，本发明的技术方案如下：金属基PCB大电流SSPC布线结构，包含有，
汇流条；
功率MOS管，其具有管栅极、管漏极及管源极；
金属基PCB板，其布置于所述汇流条的上方，所述金属基PCB板具有底部金属基层、中间电路层及顶部绝缘层，所述底部金属基层与所述汇流条相面接触，所述顶部绝缘层上形成有与所述管栅极电连接的栅极焊盘、与所述管漏极电连接的漏极焊盘及与所述管源极电连接的源极焊盘；
第一过孔，其被置于所述栅极焊盘与所述中间电路层间；以及，
第二过孔，其被置于所述漏极焊盘与所述底部金属基层间；
所述顶部绝缘层上形成有功率输出线，所述源极焊盘与所述功率输出线相电连接。
作为金属基PCB大电流SSPC布线结构的优选方案，所述管栅极与所述栅极焊盘间以键合金线电连接，所述管漏极与所述漏极焊盘间以键合金线电连接，所述管源极与所述源极焊盘间以键合金线电连接。
本发明还提供另一种金属基PCB大电流SSPC布线结构，包含有，
汇流条；
功率MOS管，其具有管栅极、管漏极及管源极；
金属基PCB板，其布置于所述汇流条的上方，所述金属基PCB板具有底部金属基层、中间电路层及顶部绝缘层，所述底部金属基层与所述汇流条相面接触，所述顶部绝缘层上形成有与所述管栅极电连接的栅极焊盘及与所述管源极电连接的源极焊盘，所述底部金属基层上形成有与所述管漏极电连接的漏极焊盘；
第一过孔，其被置于所述栅极焊盘与所述中间电路层间；以及，
所述顶部绝缘层上形成有功率输出线，所述源极焊盘与所述功率输出线相电连接。
作为金属基PCB大电流SSPC布线结构的优选方案，所述管栅极与所述栅极焊盘间以键合金线电连接，所述管漏极与所述漏极焊盘间以键合金线电连接，所述管源极与所述源极焊盘间以键合金线电连接。
作为金属基PCB大电流SSPC布线结构的优选方案，所述汇流条上形成有固定孔，所述金属基PCB板上形成有与所述固定孔对应的被固定孔，藉由螺件连接所述固定孔与所述被固定孔，使得所述金属基PCB板固定于所述汇流条上。
与现有技术相比，本发明的有益效果至少在于：采用基于金属基的PCB设计，用金属基作为热量的传导途径，同时也作为功率的传导途径，既有效地解决大电流的功率耗散问题，也未带来额外的体积和重量开销。
除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的有益效果之外，本发明所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的有益效果，将结合附图作出进一步详细的说明。
附图说明
图1为本发明一实施例的结构示意图。
图2为本发明一实施例中金属基PCB板的剖面示意图。
图3为本发明另一实施例中金属基PCB板的正面结构示意图。
图4为本发明再一实施例中金属基PCB板的正面结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体的实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
请参见图1和2，图中示出的是一种金属基PCB大电流SSPC布线结构。所述布线结构主要由汇流条3、功率MOS管1及金属基PCB板2等部件组成。
本实施例中，固态功率控制器SSPC共有4个通道（根据实际需要，可以布置更多或减少通道的数量），每个通道的通流量为50A，即，整板的功率通流量可以达到200A。
每个通道由5个功率MOS管并联而成（根据电流的需求，可以增加并联数）。功率MOS管1具有管栅极11、管漏极12及管源极13。
所述金属基PCB板2布置于所述汇流条3的上方。所述金属基PCB板2具有底部金属基层201、中间电路层202及顶部绝缘层203。所述底部金属基层201与所述汇流条3相面接触。所述顶部绝缘层203上形成有与所述管栅极11电连接的栅极焊盘21、与所述管漏极12电连接的漏极焊盘202及与所述管源极13电连接的源极焊盘23。所述底部金属基层201为铝基或铜基，既传导热量，也传导电流。其上为半固化片Prepreg，起绝缘和黏胶的作用，最上层为PCB Core，通常为FR4基材。位于Prepreg和Core之间的是PCB走线，其中，可以设置层间过孔，以支持多层走线。SSPC的功率输出通道的大电流走线位于多层PCB的表层。
第一过孔被置于所述栅极焊盘21与所述中间电路层202间。所述栅极焊盘21通过所述第一过孔连接至所述中间电路层202，再连接到数字控制电路。
第二过孔20被置于所述漏极焊盘202与所述底部金属基层201间。所述漏极焊盘202通过所述第二过孔20连接至所述底部金属基层201，从中获取功率输入。
所述源极焊盘23连接至所述金属基PCB板2的表层功率输出线24上。5个MOS的管芯并联后回合成总的单路功率输出。
SSPC板上有两个功率输出连接器，用于连接4个SSPC功率输出通道和外部负载；数字信号连接器用于连接SSPC的供电电源和通信电缆。
MOS管的D极通过金属化孔直接连接到金属基，后者通过4个通孔，由螺栓4固定在汇流条3上，既传导热量，又传导电流。
请参见图3，图中示出的是另一个实施例。相对于第一个实施例，所述栅极焊盘21、所述漏极焊盘202及所述源极焊盘23的大小不一致。
请参见图4，图中示出的是再一个实施例。相对于第一个实施例，取消所述第二过孔，所述漏极焊盘202直接形成于所述底部金属基层201的底面上。即，在考虑制造工艺时，要结合倒装工艺和绑定工艺。对于背面的D极，要采用倒装工艺；而对于正面的G和S极，则采用普通的绑定工艺。
以上仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但且不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.金属基PCB大电流SSPC布线结构，具有多个通道，其特征在于，每个通道包含有，
汇流条；
功率MOS管，其具有管栅极、管漏极及管源极；
金属基PCB板，其布置于所述汇流条的上方，所述金属基PCB板具有底部金属基层、中间电路层及顶部绝缘层，所述底部金属基层与所述汇流条相面接触，所述顶部绝缘层上形成有与所述管栅极电连接的栅极焊盘、与所述管漏极电连接的漏极焊盘及与所述管源极电连接的源极焊盘；
第一过孔，其被置于所述栅极焊盘与所述中间电路层间；以及，
第二过孔，其被置于所述漏极焊盘与所述底部金属基层间；
所述顶部绝缘层上形成有功率输出线，所述源极焊盘与所述功率输出线相电连接；
所述汇流条上形成有固定孔，所述金属基PCB板上形成有与所述固定孔对应的被固定孔，藉由螺件连接所述固定孔与所述被固定孔，使得所述金属基PCB板固定于所述汇流条上。
2.根据权利要求1所述的金属基PCB大电流SSPC布线结构，其特征在于，所述管栅极与所述栅极焊盘间以键合金线电连接，所述管漏极与所述漏极焊盘间以键合金线电连接，所述管源极与所述源极焊盘间以键合金线电连接。
3.金属基PCB大电流SSPC布线结构，具有多个通道，其特征在于，每个通道包含有，
汇流条；
功率MOS管，其具有管栅极、管漏极及管源极；
金属基PCB板，其布置于所述汇流条的上方，所述金属基PCB板具有底部金属基层、中间电路层及顶部绝缘层，所述底部金属基层与所述汇流条相面接触，所述顶部绝缘层上形成有与所述管栅极电连接的栅极焊盘及与所述管源极电连接的源极焊盘，所述底部金属基层上形成有与所述管漏极电连接的漏极焊盘；
第一过孔，其被置于所述栅极焊盘与所述中间电路层间；以及，
所述顶部绝缘层上形成有功率输出线，所述源极焊盘与所述功率输出线相电连接；
所述汇流条上形成有固定孔，所述金属基PCB板上形成有与所述固定孔对应的被固定孔，藉由螺件连接所述固定孔与所述被固定孔，使得所述金属基PCB板固定于所述汇流条上。
4.根据权利要求3所述的金属基PCB大电流SSPC布线结构，其特征在于，所述管栅极与所述栅极焊盘间以键合金线电连接，所述管漏极与所述漏极焊盘间以键合金线电连接，所述管源极与所述源极焊盘间以键合金线电连接。
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