免焊接端子的功率模块的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种免焊接端子的功率模块，端子包括上部具有弹性的连接部分和带有轴肩的主体部分，端子的底面为齿形底面；外壳上设有对各端子主体部分进行导向的插孔，各插孔顶部具有与各端子轴肩对应的沉台，各端子设置在外壳各自对应的插孔内，端子的轴肩设置在沉台上，弹性绝缘压垫设置在外壳上部，盖板卡接安装在外壳上并压接在弹性绝缘压垫上，各端子穿过弹性绝缘压垫上各自对应的端子孔及盖板上各自对应的端子孔，弹性绝缘压垫压在各端子的轴肩处，将端子底部的齿形底面压接在覆金属陶瓷基板上，各端子的连接部分与驱动电路板的端子孔弹性相接。本实用新型结构合理，端子无需焊接，装配后各端子能与覆金属陶瓷基板可靠连接，工艺性好。
【专利说明】免焊接端子的功率模块
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种免焊接端子的功率模块，属于功率模块制造【技术领域】。
【背景技术】
[0002]功率模块广泛应用于交流电机变频调速和直流电机斩波调速以及各种高性能电源，如UPS、感应加热、电焊机、有源补偿、DC-DC等以及工业电气自动化等领域，有着广阔的市场。传统功率半导体模块主要包括外壳、主电路板和驱动电路板，MOSFET或IGBT芯片以及二极管芯片被集成并被焊接于或被粘贴于覆金属陶瓷基板的金属层上，而电极端子和信号端子也焊接在覆金属陶瓷基板并构成主电路板，焊接有集成电路芯片及各器件的印刷电路板构成驱动电路板，为减小功率模块的体积，将驱动电路板通过螺钉安装外壳上，各信号端子需穿出外壳盖板上的端子孔和驱动电路板上的端子孔，再通过焊料将信号端子与驱动电路板连接，通过电极端子和信号端子实现与功率半导体模块与外部电路的连接以及信号的输入输出。
[0003]在安装过程中需要将焊接有各端子的主电路板安装在外壳上，外壳上安装有盖板，各端子穿出盖板上的端子孔，为了使盖板能对端子进行限位，其端子孔与端子之间的间隙较小，但由于外壳通常采用绝缘塑料注塑而成，由于外壳壁厚不一致，会导致盖板安装后会产生变形进而影响各端子的安装效率和装配质量。再则，由于端子还需要穿出驱动电路板上的端子孔，而端子中上部均为针状结构或板状结构，尤其是针状的端子强度不高，在安装过程中很容易使端子受到外力后产生变形，甚至在焊接过程中也会产生变形，当端子变形过大又会产生失效，不仅影响装配效率和安装质量，而且也影响半导体模块的使用寿命。另外，现有各端子均焊接在驱动电路板上，造成功率模块维修不便。
[0004]还有，目前功率模块上的端子大都通过焊料高温烧结在覆金属陶瓷基板的金属层上，在焊接过程中，高温下会使覆金属陶瓷基板的金属层与端子在焊料层处产生焊接应力，而功率模块的工作环境是在-40°C至125°C进行循环，因此经过一段时间工作后，最终会引起覆金属陶瓷基板的金属层与信号端子连接处脱落，而产生焊接疲劳现象，从而影响到整体功率器件的寿命。其次，信号端子通过连接面焊接在覆金属陶瓷基板的金属层上，不仅对覆金属陶瓷基板的金属层表面及信号端子表面要求较高，尤其覆金属陶瓷基板的金属层即铜箔与信号端子的铜材之间还会存在热膨胀差别，焊接性能不高，而影响导其电性，同时焊接过程不仅需要焊料、助焊剂以及焊接时的保护性气体，不仅高温烧结焊接工序时间长，而所产生的高温又易导致其他部位材料金属特性弱化，加之焊接过程中的焊料流淌以及阻焊油墨等因素，又会造成焊接面沾污的风险，存在着焊接面不易控制，工艺操作复杂，焊接效率低的问题。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的是提供一种结构合理，端子无需焊接，装配后各端子能与覆金属陶瓷基板可靠连接，工艺性好，安装方便的免焊接端子的功率模块。[0006]本实用新型为达到上述目的的技术方案是:一种免焊接端子的功率模块，包括外壳、复数个端子、连接在外壳底部的覆金属陶瓷基以及安装在外壳上的盖板，其特征在于:所述端子包括上部具有弹性的连接部分和带有轴肩的主体部分，端子的底面为齿形底面；所述外壳上设有对各端子主体部分进行导向的插孔，各插孔顶部具有与各端子轴肩对应的沉台，各端子设置在外壳各自对应的插孔内，且端子的轴肩设置在沉台上，弹性绝缘压垫设置在外壳上部，盖板卡接安装在外壳上并压接在弹性绝缘压垫上，各端子穿过弹性绝缘压垫上各自对应的端子孔及盖板上各自对应的端子孔，弹性绝缘压垫压在各端子的轴肩处，将端子底部的齿形底面压接在覆金属陶瓷基板上，各端子的连接部分与驱动电路板的端子孔弹性相接。
[0007]本实用新型端子采用具有弹性的连接部分和带轴肩的主体部分，主体部分的底面为齿形底面，使端子底面获得较大的接触面积，故而端子与覆金属陶瓷基板的金属层形成有效连接，同时端子的连接部分具有弹性，能将各端子的连接部分与外部的驱动电路板的端子孔弹性相接，能方便终端客户在使用功率模块的安装对接，免除了端子与驱动电路板的焊接工艺，故而便于功率模块的维修，结构合理。本实用新型端子的底面为齿形底面，当盖板安装在外壳上时，可通过盖板压住弹性绝缘压垫，再通过弹性绝缘压垫压在端子的轴肩上，通过压力使端子的底面能可靠压在覆金属陶瓷基板上，从而达到良好的接触效果，实现端子免焊接，省去的端子在生产装配和客户使用的焊接过程，简化功率模块生产装配工艺以及使用过程中装配工序。本实用新型外壳与盖板之间增加了一层弹性绝缘压垫，由于弹性绝缘压垫具有弹性，因此能有效、均匀的将盖板的压力传导至每个端子上，使端子与覆金属陶瓷基板有效连接，同时弹性绝缘压垫的弹性也使端子也具有较好缓冲应力作用，故而本实用新型的端子无需折弯，也具有缓冲应力的作用，能大幅度减小端子的热应力和机械应力，提高端子的自身强度和功率模块的使用寿命。本实用新型端子设置在外壳的插孔内，通过插孔对端子进行导向，安装方便，也能提高功率模块的安装效率和装配质量。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]下面结合附图对本实用新型的实施例作进一步的详细描述。
[0009]图1是本实用新型免焊接端子的功率模块拆除驱动电路板的立体结构示意图。
[0010]图2是本实用新型免焊接端子的功率模块拆除驱动电路板的结构示意图。
[0011]图3是图2的A-A剖视结构示意图。
[0012]图4是本实用新型端子的结构示意图。
[0013]图5是本实用新型弹性绝缘压垫的结构示意图。
[0014]图6是本实用新型免焊接端子的功率模块的结构示意图。
[0015]其中:1一端子，1-1一连接部分，1-2—轴肩，1-3—齿形底面,2—盖板，2_1—端子孔，2-2—侧板，2-3 —卡脚，3—外壳，3-1 —凸台，3-2—安装座，3_3 —卡槽，3_4 —插孔，3-5—沉台，4一弹性绝缘压垫，4-1 一端子孔，5—覆金属陶瓷基板，6—驱动电路板，6-1—端子孔。
【具体实施方式】
[0016]见图1?6所示，本实用新型的免焊接端子的功率模块，包括外壳3、复数个端子1、连接在外壳3底部的覆金属陶瓷基板5以及安装在外壳3上的盖板2。本实用新型的覆金属陶瓷基板5上固定有半导体芯片和多个端子1，可将MOSFET或IGBT芯片以及二极管芯片被集成并被焊接于或被粘贴于覆金属陶瓷基板的金属层上，通过覆金属陶瓷基板5与半导体芯片实现电路连接，本实用新型的端子I为电极端子和信号端子，通过端子I实现与功率半导体模块与外部电路的连接以及信号的输入输出。
[0017]见图1?4所示，本实用新型的端子I包括上部具有弹性的连接部分1-1和带有轴肩1-2的主体部分，端子I底面为齿形底面1-3，使端子I底面的齿形压接在覆金属陶瓷基板5上，而增加端子I底面与覆金属陶瓷基板5金属层的有效接触面积，达到可靠连接的目的。
[0018]见图1?6所示，本实用新型外壳3上设有用于对各端子I主体部分进行导向的插孔3-4，各插孔3-4顶部具有与各端子I轴肩1-2对应的沉台3-5，各端子I设置在外壳3各自对应的插孔3-4内，端子I的轴肩1-2设置在插孔3-4上部的沉台3_5处，不仅方便插装各端子1，而且在端子I压下时，端子I能相对于外壳3上的插孔3-4相对移动，并通过沉台3-5使轴肩1-2下移而不会与外壳3干涉，使端子I底部压接在覆金属陶瓷基板5上，弹性绝缘压垫4设置在外壳3上部，盖板2卡接安装在外壳3上并压接在弹性绝缘压垫4上，各端子I穿过弹性绝缘压垫4上各自对应的端子孔4-1及盖板2上各自对应的端子孔2-1，弹性绝缘压垫4压在各端子I的轴肩1-2上，将端子I底部齿形底面1-3压接在覆金属陶瓷基板5上，与覆金属陶瓷基板5上的金属层可靠接触，同时通过弹性绝缘压垫4使端子I具有一定缓冲应力的功能，在任何工作环境下，都能使端子I与覆金属陶瓷基板5达到良好的接触。
[0019]见图6所示，本实用新型各端子I的连接部分1-1与驱动电路板6的端子孔6-1弹性相接，该驱动电路板6由印刷电路板和焊接在印刷电路板上的集成电路芯片及各器件，本实用新型端子I的连接部分1-1为锥状的棱柱形，连接部分1-1内设有长槽孔，方便与驱动电路板6的端子孔6-1连接，使端子I不仅具有良好的机械强度，同时也具有较好的弹性而与驱动电路板6上的端子孔6-1可靠接触连接，实现与外电路的连接及信号的输入输出。
[0020]见图1、2以及5所示，本实用新型为使外壳3、盖板2以及弹性绝缘压垫4具有更好的通用性，外壳3的插孔3-4呈规律阵列设置，使插孔3-4按横向和纵向排列设置多个，可根据需要将端子I插装在外壳3的对应的插孔3-4中，而弹性绝缘压垫4上的端子孔4-1和盖板2上的端子孔2-1与外壳3上的插孔3-4对应设置。
[0021]见图1?3以及6所示，本实用新型外壳3的四角处设有凸台3-1，凸台3_1的内侧设有对盖板2限位的内侧面，方便盖板2的安装，盖板2的两个侧板2-2设有卡脚2-3，外壳3的外部设有对应的卡槽3-3，盖板2上的卡脚2-3卡接在外壳的卡槽3-3内，使盖板2安装在外壳3上，并使盖板2通过弹性绝缘压垫4对端子I提供一定的压紧力，而驱动电路板6放置在外壳3的凸台3-1上，通过紧固件固定，而外壳3的两侧底部设有安装座3-2，能方便将本实用新型的功率模块安装在工作场所。
【权利要求】
1.一种免焊接端子的功率模块，包括外壳(3)、复数个端子(I)、连接在外壳(3)底部的覆金属陶瓷基板(5)以及安装在外壳(3)上的盖板(2)，其特征在于:所述端子(I)包括上部具有弹性的连接部分(1-1)和带有轴肩(1-2)的主体部分，端子(I)的底面为齿形底面(1-3);所述外壳(3 )上设有对各端子(I)主体部分进行导向的插孔(3-4 )，各插孔(3-4 )顶部具有与各端子(I)轴肩(1-2)对应的沉台(3-5)，各端子(I)设置在外壳(3)各自对应的插孔(3-4)内，且端子(I)的轴肩(1-2)设置在沉台(3-5)处，弹性绝缘压垫(4)设置在外壳(3)上部，盖板(2)卡接安装在外壳(3)上并压接在弹性绝缘压垫(4)上，各端子(I)穿过弹性绝缘压垫(4)上各自对应的端子孔(4-1)及盖板(2)上各自对应的端子孔(2-1)，弹性绝缘压垫(4 )压在各端子(I)的轴肩(1-2 )上，将端子(I)底部的齿形底面(1-3 )压接在覆金属陶瓷基板(5)上，各端子(I)的连接部分(1-1)与驱动电路板(6)的端子孔(6-1)弹性相接。
2.根据权利要求1所述的免焊接端子的功率模块，其特征在于:所述端子(I)的连接部分(1-1)呈锥状的棱柱形，连接部分(1-1)内设有长槽孔。
3.根据权利要求1所述的免焊接端子的功率模块，其特征在于:所述盖板(2)的两个侧板(2-2 )分别设有卡脚(2-3 )，外壳(3 )的外部设有对应的卡槽(3-3 )，盖板(2 )上的卡脚(2-3)卡接在外壳(3)的卡槽(3-3)内。
4.根据权利要求1所述的免焊接端子的功率模块，其特征在于:所述外壳(3)的插孔(3-4)呈规律阵列设置，且弹性绝缘压垫(4)上的端子孔(4-1)和盖板(2)上的端子孔(2-1)与外壳(3)上的插孔(3-4)对应设置。
【文档编号】H01L23/48GK203503644SQ201320659652
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年10月24日 优先权日:2013年10月24日
【发明者】麻长胜, 王晓宝, 赵善麒 申请人:江苏宏微科技股份有限公司