一种大功率压接式IGBT封装模块压装测试夹具的制作方法

本发明涉及一种夹具，具体讲涉及一种大功率压接式IGBT封装模块压装测试夹具。

背景技术：

现今国际上IGBT作为一种主流器件，已经发展到商业化第五代，IGBT封装方式也已经多样化，针对封装方式的多样化，压接式IGBT封装模块测试夹具组件的压装方式也是多种多样，其中目前比较成熟的压接式IGBT封装模块测试夹具组件结构从压装方式上分为缠绕带式和绝缘杆式两种。

虽然两种方式选择的材料均为玻璃纤维环氧树脂，但是缠绕带式所用的材料远远超过绝缘杆式，并且缠绕带式由于尺寸的不可调会导致最终压装压接式IGBT时误差很大等缺点，不适合用来压装固定大功率IGBT封装模块测试夹具组件，缠绕带式受力方向不定等因素会导致压接式IGBT封装模块工作情况下压装力不均匀、整体夹具组件装配施力操作困难、装配精度较低、工作电流小容量小、可靠性低，当压装力低于大功率压接式IGBT封装模块正常工作所需的最低规定值时，可能引发大电流工况下元器件性能降级甚至破坏；而当压装力超过大功率压接式IGBT封装模块正常工作的最高规定值，则会使硅晶片上机械应力增加，在热循环频繁工作工况下，不仅会大大降低器件的使用寿命而且可能磨损阴极镀层从而呆滞阴极-门极短路故障。

目前对压接式IGBT封装模块压装测试夹具组件压装要求越来越严格，特别是对于大尺寸及大功率高电压等级的压接式IGBT封装模块，压接式IGBT封装模块正常工作时必须在其两端施加一定的压装力，压装力的大小必须持续恒久地保持在一定范围内，以保证器件因功耗而产生的热量能被传走。

因此鉴于上述背景，需要提供一种新的具有结构紧凑、体积小、性能稳定、安全可靠、易于装配拆卸、易于施加压装力等优点的测试夹具，以满足大功率压接式IGBT封装模块进行安全可靠的导通工作所需的压装力。

技术实现要素：

为了解决现有技术所存在的上述问题，本发明提供一种易于操作、便于维护、整体结构更加简单紧凑、布局更加合理、可靠性和稳定性更好、散热性能更好的压接式IGBT封装模块 压装测试夹具，使IGBT封装模块的压力分布均匀、有效保证IGBT压装力要求。

本发明提供的技术方案是：一种大功率压接式IGBT封装模块压装测试夹具，包括水平方向由下至上依次压接的第一固定板组套、第一导电板、第一水冷散热组套、第二导电板、第二水冷散热组套、第三导电板和第二固定板组套，以及竖直方向设置的水路主管和绝缘支撑杆；所述水路主管通过水路支管与第一、第二水冷散热组套相连，所述绝缘支撑杆设于所述第一固定板组套和所述第二固定板组套之间；

其改进之处在于：所述第二固定板组套包括顶压柱和中部留有通孔的第二固定板，所述顶压住包括一体成型的底座和支柱，所述底座与所述第三导电板压接，所述支柱伸入所述通孔内；所述底座与所述第二固定板之间设有补偿调换垫片，所述补偿调换垫片为金属垫片。

优选的，所述第一固定板组套包括定位块组件和中部留有安装孔的第一固定板，所述定位块组件的竖直纵断面为T形；所述安装孔的竖直纵断面为倒凸字形，其上部的内径大于其下部的内径；所述安装孔内同轴设置有横截面直径等于安装孔上部内径的圆柱形绝缘罩，所述绝缘罩内设有对放碟簧组件，所述对放碟簧组件由不同规格标准的碟簧片沿竖直方向同轴对放组成；

所述定位块组件的顶部与第一导电板底部相贴合，其底部伸入所述对放碟簧组件中部的通孔内。

优选的，所述第一、第二水冷散热组套各包括竖直方向相互平行的其间夹有压接式IGBT封装模块的水冷散热器；所述水冷散热器为上下表面分别设有凸台的长方体，所述IGBT封装模块的上下凸台分别与上下两个水冷散热器的凸台相贴合；

所述水冷散热器的两侧分别设有阻尼电阻组件和电容组件；其另外两侧分别设有驱动板托架、以及进水口和出水口；

所述电容组件通过导电铜片连接在两个阻尼电阻组件之间，所述阻尼电阻组件并联在所述IGBT封装模块的集电极和发射极之间。

进一步，水路主管包括进水主管和出水主管；水路支管包括进水支管和出水支管；

所述进水主管的侧壁上设有用于将所述进水主管与进水支管连通的连接管；所述出水主管的侧壁上设有用于将所述出水主管与所述出水支管连通的连接管；所述进水支管和所述出水支管的另一端分别与水冷散热器的进水口和出水口相连。

进一步，第一固定板和第二固定板为矩形金属板，所述矩形金属板的四周分别留有向矩形金属板的中心方向凸起的圆弧形缺口，所述矩形金属板上还设有纵向贯穿的圆周等分布的吊装固定孔；所述第一固定板的四角处设有纵向贯穿的螺孔，所述第二固定板的四角处对应 设有纵向贯穿的通孔。

进一步，绝缘支撑杆共有四根，其两端分别带有外螺纹，四根绝缘支撑杆的一端分别与第一固定板的四角处以螺纹式连接固定，并与第一固定板底端平齐；四根绝缘支撑杆的另一端分别贯穿第二固定板四角处的通孔后通过顶端螺母与第二固定板连接固定。

优选的，所述补偿调换垫片包括一体成型的U形主体垫片以及向U形主体垫片的开口反方向凸起的辅助垫片，所述顶压柱的上部贯穿所述U形主体垫片的U形开口并伸入所述第二固定板中部的通孔内。

进一步，所述定位块组件包括球面顶压块和球面补偿块，所述球面顶压块包括同轴设置一体成型的圆柱形支撑柱和支撑柱顶端的支撑台，所述支撑台的顶部呈向上凸起的球面；所述球面补偿块为矩形块，所述球面补偿块的底部呈与所述支撑台顶部球面相适应的向上凹陷的球面；所述球面补偿块的底部与所述支撑台的顶部相贴合，其顶部与第一导电板的下表面相贴合；所述支撑柱伸入所述对放碟簧组件中部的通孔内。

进一步，所述驱动板托架通过托架固定槽安装在水冷散热器侧部；所述驱动板托架和所述托架固定槽均为塑料材质；

所述驱动板托架为U形托架，包括一体成型的连接板和垂直设于所述连接板两端的侧板；所述连接板和所述侧板为内侧留有夹口的双层板夹板结构，以使驱动板可从侧板端部沿U形托架开口反方向插入所述U形托架内；

所述托架固定槽包括长方形底板和设于所述底板一面两侧的固定板，两侧固定板之间形成固定槽，所述连接板插接于所述固定槽内，所述底板的另一面与所述水冷散热器的侧面贴合。

进一步，所述进水主管和所述出水主管的上、下两端分别通过固定块组件与第二固定板、第一固定板连接；

所述固定块组件包括U形固定块和矩形辅助块；所述U形固定块由一体成型的连接块和垂直设于所述连接块两端的侧块组成；所述连接块与第一、第二固定板连接，所述侧块上设有水平方向贯穿的两个螺孔，两个螺孔之间的侧块内侧留有与进水主管和出水主管相适应的横截面为半圆形的凹槽；

所述辅助块上设有横向贯穿的两个安装孔，所述两个安装孔之间的间距等于侧块上两个螺孔之间的间距，所述两个安装孔之间的辅助块上设有与进水主管和出水主管相适应的横截面为半圆形的凹槽；

所述侧块的凹槽开口与所述辅助块的凹槽开口相对，以形成直径与所述进水主管和所述 出水主管的管直径相适应的圆形通孔，所述进水主管和出水主管纵向贯穿所述通孔，并通过横向贯穿所述安装孔和所述螺孔的螺栓安装在连接块和辅助块之间。

与最接近的技术方案相比，本发明具有如下显著进步：

(1)水冷散热器尾部通过托架固定槽连接驱动板托架，驱动板托架采用直接插接方式与托架固定槽连接，可以使整个结构紧凑，易于拆卸；

(2)顶压柱和补偿调换垫片的使用可以补偿现场操作受力范围大造成空隙，使整个组件的压力得到更好的保持；

(3)补偿调换垫片包括一体成型的U形主体垫片以及向U形主体垫片的开口反方向凸起的辅助垫片，操作时可手持辅助垫片，将补偿调换垫片塞进补偿顶压柱与第二固定板之间的空隙内，操作更加方便；

(4)驱动板托架为U形托架，包括一体成型的连接板和垂直设于所述连接板两端的侧板；所述连接板和所述侧板为内侧留有夹口的双层板夹板结构，以使驱动板可从侧板端部沿U形托架开口反方向插入所述U形托架内；这种类似抽屉的安装形式使得驱动板的安装和拆卸更加方便，托架固定槽和驱动板托架用高性能塑料材质制作，绝缘性能好，更方便在高电压下工作；

(5)绝缘支撑杆底端直接与第一固定板螺纹连接，且绝缘支撑杆的底端与第一固定板的底端平齐，在实现安装方便，节省连接器件的同时，可使整个组件下端结构紧凑，组件装配时底部能够保持一定要求的平面度；

(6)第一固定板和第二固定板为矩形金属板，所述矩形金属板的四周分别留有向矩形金属板的中心方向凸起的圆弧形缺口；可在原有的矩形结构上减轻重量，使整个组件整体重量减轻；

(7)球面顶压块和球面补偿块与碟簧组件配合使用，可使整个组件装配之后纵向力的分配更加均匀。

附图说明

图1是本发明提供的一种大功率压接式IGBT封装模块压装测试夹具的轴测图；

图2是本发明提供的一种大功率压接式IGBT封装模块压装测试夹具的正视图；

图3是本发明提供的一种大功率压接式IGBT封装模块压装测试夹具的右视图；

图4是本发明提供的一种大功率压接式IGBT封装模块压装测试夹具的俯视图；

图5是本发明提供的一种大功率压接式IGBT封装模块压装测试夹具的俯视图的A-A剖视 图；

图6是本发明提供的一种大功率压接式IGBT封装模块压装测试夹具的驱动版托架固定槽；

图7是本发明提供的一种大功率压接式IGBT封装模块压装测试夹具的补偿调换垫片。

其中：1—第二固定板，2—固定块组件，3—顶压柱，4—补偿调换垫片，5—绝缘支撑杆，6—螺母，7—第三导电板，8—水冷散热器组套，9—驱动板托架，10—托架固定槽。11—IGBT封装模块，12—第二导电板，13—第一导电板，14—球面补偿块，15—球面顶压块，16—碟簧组件，17—绝缘罩，18—第一固定板，19—进水主管，20—出水主管，21—电容，22—导电铜片，23—阻尼电阻。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。

如图1-图3所示：本发明提供一种大功率压接式IGBT封装模块压装测试夹具包括：水平方向由下至上依次压接的第一固定板组套、第一导电板13、第一水冷散热组套、第二导电板12、第二水冷散热组套、第三导电板7和第二固定板组套，竖直方向设置的水路主管(19和20)和绝缘支撑杆5，所述水路主管通过水路支管与第一、第二水冷散热组套相连，所述绝缘支撑杆5设于所述第一固定板组套和所述第二固定板组套之间。

如图5所示，其中：所述第二固定板组套包括竖直纵断面为倒T形的顶压柱3和中部留有通孔的第二固定板1，所述顶压柱3的底部与所述第三导电板7压接，其顶部伸入所述通孔内；所述第二固定板1下端面与所述顶压柱3之间设有补偿调换垫片4。

如图4所示：所述第二固定板1用强度高、散热性能好、导电性能好的金属材料制作，为花形结构，长*宽*高根据具体设计强度不同进行设定；其四周分别留有向第二固定板1的中心方向凸起的圆弧形缺口，可在原有矩形结构的基础上减轻重量，使整个组件整体重量减轻。

所述第二固定板1的四角处对应设有纵向贯穿的通孔，以使竖直方向的绝缘支撑杆5能贯穿此通孔，将第二固定板1与绝缘支撑杆5固定；所述矩形金属板上还设有纵向贯穿的圆周等分布的吊装固定孔，用于将夹具吊装起来进行测试。

如图1和图5所示，所述第二固定板1的上表面中部有向上突起的圆柱形凸台，第二固定板1中部的通孔贯穿该圆柱形凸台。

所述顶压柱3用高强度导电性好的金属材料制作，其一端伸入第二固定板1中部的通孔， 并在该通孔中与外部的电动液压泵活塞杆连接，用于传输压力；所述顶压柱3的另一端与第三导电板7压接，这样可以把液压泵产生的压力传导到水冷散热器及压接式IGBT模块上，当液压泵往下打压时会形成空隙，这时一片一片塞进去不同厚度的补偿调换垫片4直到空隙塞满压力得以保持住。

所述补偿调换垫片4为不同厚度规格的高强度导电性好的金属垫片，在安装时可根据厚度随意选组，操作简单。

补偿调换垫片4的主体为U形，顶压柱3的上部贯穿U形开口并伸入所述第二固定板1中部的通孔内；补偿调换垫片4在不同压力下补偿顶压柱3与第二固定板1之间形成的空隙，使压力得以保持。为了方便装入补偿调换垫片4，在U形主体垫片上留有向开口反方向凸起的辅助垫片。这样操作时可手持辅助垫片，将补偿调换垫片4塞进补偿顶压柱3与第二固定板1之间的空隙内。

如图1所示：所述第三导电板7用强度高、散热性能好、导电性能好的金属材料制作；根据载流量设定导电板截面积。第三导电板7的作用是跟电容21正极连接。

所述第一、第二水冷散热组套各包括竖直方向相互平行的其间夹有压接式IGBT封装模块11的水冷散热器；所述水冷散热器为上下表面分别设有凸台的长方体，所述IGBT封装模块11的上下凸台分别与上下两个水冷散热器的凸台相贴合。

所述水冷散热器的两侧分别设有阻尼电阻组件和电容组件；其另外两侧分别设有驱动板托架9、以及进水口和出水口。

水冷散热器的作用是帮助压接式IGBT封装模块11和阻尼电阻23散热；水冷散热器在工作时通过外部循环水机从进水口连接注入纯净的去离子水，进水温度48℃；基于IGBT的散热器材料应该具备导热性强、导电率高、抗压能力强、耐腐蚀能力强等特性；水冷散热器用铝合金制成，表面电镀镍，镀镍层厚度为8～12μm。

第二导电板12设于第一水冷散热组套和第二水冷散热组套之间，所述第二导电板12导电板用强度高、散热性能好、导电性能好的金属材料制作；根据载流量设定导电板截面积。第二导电板12的作用是跟负载连接。

所述电容组件包括电容21，所述阻尼电阻组件包括电阻23；上、下两个阻尼电阻23之间设置电容21，电容21通过导电性能优良的紫铜材料制作的导电铜片22与阻尼电阻23串联连接，阻尼电阻23并联在IGBT封装模块11的发射极和集电极之间。

如图1和6所示，所述驱动板托架9通过托架固定槽10与水冷散热器连接；驱动板托架9和托架固定槽10均采用高性能塑料制作，绝缘性能好，更方便在高电压下工作。

驱动板托架9为U形托架，包括一体成型的连接板和垂直设于所述连接板两端的侧板；所述连接板和所述侧板均为双层板夹板结构，以使所述连接板和所述侧板的侧部形成夹口；所述连接板的夹口与所述侧板的夹口相连通，以使驱动板可沿所述U形托架开口反方向从所述侧板端部插入所述U形托架内；驱动板的这种插接方式类似抽屉的形式，拆卸较为方便。

所述托架固定槽10包括长方形底板和设于所述底板一面两侧的相互平行的固定板；所述底板的一面与所述水冷散热器的侧面相贴合，并通过螺栓6与水冷散热器固定，其另一面通过两个固定板之间的固定槽与所述连接板连接，所述连接板直接插接于所述固定槽内。

如图1所示，水冷散热器的进水口和出水口分别通过进水支管和出水支管与进水主管19和出水主管20相连；所述进水主管19和所述出水主管20的上、下两端分别通过固定块组件2与第二固定板1、第一固定板18连接；所述固定块组件2由高性能绝缘塑料制作，PVC和聚酰亚胺等都可以。

所述固定块组件2包括U形固定块和矩形辅助块；所述U形固定块由一体成型的连接块和垂直设于所述连接块两端的侧块组成；所述连接块与第一、第二固定板1连接，所述侧块上设有水平方向贯穿的两个螺孔，两个螺孔之间的侧块内侧留有与进水主管19和出水主管20相适应的横截面为半圆形的凹槽；

所述辅助块上设有横向贯穿的两个安装孔，所述两个安装孔之间的间距等于侧块上两个螺孔之间的间距，所述两个安装孔之间的辅助块上设有与进水主管19和出水主管20相适应的横截面为半圆形的凹槽；

所述侧块的凹槽开口与所述辅助块的凹槽开口相对，以形成直径与所述进水主管19和所述出水主管20的管直径相适应的圆形通孔，所述进水主管19和出水主管20纵向贯穿所述通孔，并通过横向贯穿所述安装孔和所述螺孔的螺栓安装在连接块和辅助块之间。

第一导电板13设于第一水冷散热组套和第一固定板组套之间，第一导电板13用强度高、散热性能好、导电性能好的金属材料；根据载流量设定导电板截面积。第一导电板13的作用是跟电容21负极连接。

如图1和图5所示：所述第一固定板组套包括竖直纵断面为T形的定位块组件和中部留有安装孔的第一固定板18，所述安装孔的竖直纵断面为倒凸字形，其上部的内径大于其下部的内径；所述安装孔内同轴设置有横截面直径等于安装孔上部内径的圆柱面状绝缘罩17，起到使球面顶压块15和球面补偿块14与碟簧组件16纵向固定和电气绝缘的作用；所述绝缘罩17内设有对放碟簧组件16，所述对放碟簧组件16由不同规格标准的碟簧片沿竖直方向同轴对放组成；

所述定位块组件的顶部与第一导电板13底部相贴合，其底部伸入所述对放碟簧组件16中部的通孔内。

所述定位块组件包括球面顶压块15和球面补偿块14，所述球面顶压块15包括同轴设置一体成型的圆柱形支撑柱和支撑柱顶端的支撑台，所述支撑台的顶部呈向上凸起的球面；所述球面补偿块14为矩形块，所述球面补偿块14的底部呈与所述支撑台顶部球面相适应的向上凹陷的球面；所述球面补偿块14的底部与所述凸台的顶部相贴合，可使整个组件装配之后纵向力的分配更加均匀。所述球面补偿块14的顶部与第一导电板13的下表面相贴合；所述支柱伸入所述对放碟簧组件16中部的通孔内，起到固定碟簧组件16的作用。

第一固定板18与第二固定板1形状相同，也为花形接口，只是其四角处的通孔为螺纹孔，绝缘支撑杆5底端与第二固定板1直接螺纹连接，没有用螺栓。

碟簧组件16采用50CrVA，碟簧组件16的作用是为了补偿由于零件加工误差及材料属性误差而导致的纵向受力方向与IGBT封装模块11轴向不重合现象；通过选取不同规格标准碟簧片对放形成对放碟簧组件16来保证压接式IGBT封装模块11有足够的压力才可以正常工作。

绝缘支撑杆5共有四根，安装在第一固定板组套和第二固定板组套的四周，绝缘支撑杆5选用高性能增强纤维材料制作，能承受纵向拉伸应力，杆直径为20～30mm，杆两端分别攻长度为100mm的外螺纹；绝缘支撑杆5的底端与第一固定板18螺纹连接，底部与第一固定板18的下表面平齐，安装时更加方便，节省了连接螺母，另外可使整个组件下端结构紧凑，组件装配时底部能够保持一定要求的平面度；绝缘支撑杆5的顶端穿过第二固定板1的通孔，并通过一个高强度螺母6与第二固定板1可拆卸连接。

以上仅为本发明的实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则内所做的任何修改，同等替换、改进等均包含在待审批的本发明的权利要求范围内。