功率器件安装结构及电源变换器的制作方法

本实用新型涉及电源变换领域，更具体地说，涉及一种功率器件安装结构及电源变换器。

背景技术：

目前，在很多电源变换设备中，功率器件主要采用压片加螺钉的方式固定到机壳上，且机壳与功率器件之间采用绝缘材料(如绝缘膜、陶瓷基片、矽胶帽套等)进行绝缘处理。

但上述功率器件的安装结构存在如下缺陷：

(1)需要用压片和螺钉，安装尺寸比较大；

(2)若功率器件与机壳之间如果采用陶瓷基片做绝缘，在螺钉锁紧压条的过程中，容易出现陶瓷基片破损，从而导致绝缘安规问题；

(3)若功率器件与机壳之间采用矽胶帽套或绝缘膜，虽然可以避免陶瓷基片破裂引起的绝缘安规问题，但由于绝缘膜和矽胶帽套热阻大、导热系数低(≤5W/m.k)，无法满足大功率设计的散热要求；

(4)由于压片需要螺钉锁紧后才能提供压力，且螺钉和压片都采用金属，功率器件在高压情况下工作时，就需要在功率器件与金属压条之间做好绝缘措施，才能满足安规要求，使得螺钉、压片占用机壳内的较大空间，无法满足产品小型化的需求。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题在于，针对上述功率器件安装尺寸较大、无法兼顾绝缘安规风险及散热要求的问题，提供一种功率器件安装结构及电源变换器。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案是，提供一种功率器件安装结构，包括安装面以及绝缘介质，所述安装面位于机壳；

所述绝缘介质包括陶瓷基板，且所述陶瓷基板包括背向设置且表面平整的第一面和第二面；所述陶瓷基板的第二面具有多个和所述陶瓷基板一体成型并间隔设置的第一挡墙，且相邻的所述第一挡墙之间形成安装槽；

所述陶瓷基板的第一面通过第一导热粘接胶层固定在所述安装面；所述功率器件的发热面通过第二导热粘接胶层固定在陶瓷基板的第二面的安装槽内。

在本实用新型所述的功率器件安装结构中，所述陶瓷基板为矩形，且多个第一挡墙分别沿垂直于所述陶瓷基板的长边方向设置。

在本实用新型所述的功率器件安装结构中，所述第一挡墙突出于所述陶瓷基板的第二面的尺寸大于所述功率器件的厚度，且所述第一挡墙的长度大于所述功率器件的长度。

在本实用新型所述的功率器件安装结构中，所述陶瓷基板上具有与所述陶瓷基板、第一挡墙一体成型的第二挡墙，且所述第二挡墙沿所述陶瓷基板的长度方向设置；每一所述第一挡墙的一个端部抵接于所述第二挡墙的侧壁上，且所述第二挡墙和相邻的所述第一挡墙之间形成所述安装槽；所述功率器件的引脚从所述安装槽远离第二挡墙的一端延伸到所述安装槽外。

在本实用新型所述的功率器件安装结构中，所述机壳包括底壁或侧壁，且所述底壁或侧壁上具有至少一个与所述底壁或侧壁一体的基墙，所述安装面位于所述基墙的侧面。

在本实用新型所述的功率器件安装结构中，所述陶瓷基板的第二面具有多个安装槽，且每一所述安装槽内固定有至少一个功率器件；所述多个安装槽内的功率器件的引脚朝向同一方向，且所述引脚延伸到所述基墙的顶面上方；所述安装结构还包括位于所述基墙的顶面上方的印刷电路板，所述多个功率器件的引脚焊接到所述印刷电路板。

在本实用新型所述的功率器件安装结构中，所述基墙垂直于所述机壳的底壁或侧壁，所述安装面位于所述基墙的侧面，所述印刷电路板垂直于所述安装面；所述机壳的底壁或侧壁上具有多个垂直于所述底壁或侧壁的安装柱，且所述印刷电路板固定在所述安装柱上。

在本实用新型所述的功率器件安装结构中，所述机壳的底壁或侧壁上具有至少一组基墙；每一组基墙包括两个平行设置的基墙，且所述两个基墙的外侧面分别具有安装面。

在本实用新型所述的功率器件安装结构中，所述基墙垂直于所述机壳的底壁或侧壁，所述安装面位于所述基墙的顶面，所述印刷电路板平行于所述安装面；所述机壳的底壁或侧壁上具有多个垂直于所述底壁或侧壁的安装柱，且所述印刷电路板固定在所述安装柱上。

本实用新型还提供一种电源变换器，包括机壳、功率器件以及如上所述的功率器件安装结构。

本实用新型的功率器件安装结构及电源变换器具有以下有益效果：通过导热粘接胶层实现了绝缘介质和功率器件的固定，避免了传统的压片和螺钉锁紧方式带来的陶瓷基片碎裂问题，同时也解决了因爬电距离而预留空间较大的问题，缩小了产品体积。

附图说明

图1是本实用新型功率器件安装结构实施例的示意图；

图2是本实用新型功率器件安装结构实施例中功率器件、绝缘介质以及机壳结合的示意图；

图3是本实用新型功率器件安装结构中绝缘介质的示意图；

图4是本实用新型功率器件安装结构中，绝缘介质上功率器件的爬电距离的示意图；

图5是本实用新型功率器件安装结构贴附于绝缘介质的示意图；

图6是本实用新型功率器件安装结构另一实施例的示意图；

图7是本实用新型功率器件安装结构又一实施例的示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1-3所示，是本实用新型功率器件安装结构实施例的示意图，该功率器件安装结构可应用于具有功率器件的电源变换器，其可将功率器件安装到电源变换器的机壳，并通过机壳1将功率器件2工作时产生的热量及时散去。上述功率器件具体可以是IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)或其他半导体开关元件。

本实施例中的功率器件安装结构包括位于机壳1的安装面111以及绝缘介质3，上述机壳1可由具有较好导热性能的金属材料加工而成，且安装面111的表面平整。绝缘介质3的导热系数大于20W/m.k，该绝缘介质3包括陶瓷基板31(厚度可以为0.5～2mm)，且该陶瓷基板31包括背向设置且表面平整的第一面和第二面，且上述第一面和第二面在陶瓷基板31上背向设置并相互平行。陶瓷基板31的第二面具有多个和该陶瓷基板31一体成型并间隔设置的第一挡墙32(上述每一第一挡墙32包括两个垂直于陶瓷基板31的第二面的侧壁，且多个第一挡墙沿陶瓷基板31的长度方向平行间隔设置)，且相邻的第一挡墙32之间形成安装槽。

上述陶瓷基板31的第一面通过第一导热粘接胶层4固定在机壳1的安装面111上，功率器件2的发热面通过第二导热粘接胶层5固定在陶瓷基板31的第二面的安装槽内。这样，功率器件2在工作时产生的热量通过热交换经由第二导热粘接胶层5、绝缘介质3、第一导热粘接胶层4传导到机壳1，并通过机壳1进行散热。

为满足功率器件2的散热要求，上述第一导热粘接胶层4和第二导热粘接胶层5的导热系数≥0.3W/m.k，并且第一导热粘接胶层4和第二导热粘接胶层5的抗拉强度≥1Mpa、搭接剪切强度≥1MPa，以保证绝缘介质3和功率器件2的固定强度。当第一导热粘接胶层4和第二导热粘接胶层5固化后，功率器件2即固定在了机壳1上。

上述功率器件安装结构通过在功率器件2和绝缘介质3之间使用第二导热粘接胶层5、在绝缘介质3和机壳1之间使用第一导热粘接胶层4将功率器件2、绝缘介质3及机壳1固定在一起，实现导热和固定双重功能，避免传统的压片和螺钉锁紧方式带来的陶瓷基片碎裂问题，同时也解决了压条和螺钉占用大量机壳内部空间的问题，缩小了产品体积。并且陶瓷基板31的第二面的第一挡墙32既可以增加相邻功率器件2的爬电距离，也可以对功率器件2起到定位作用，进而方便功率器件2的安装。

如图3、4所示，上述陶瓷基板31具体可采用矩形，且多个第一挡墙32分别沿垂直于陶瓷基板31的长边方向设置。并且第一挡墙32突出于陶瓷基板31的第二面的尺寸L1大于功率器件2的厚度，第一挡墙32的长度大于功率器件2的长度。

上述陶瓷基板31上还可具有与陶瓷基板31、第一挡墙32一体成型的第二挡墙33，且第二挡墙33沿陶瓷基板31的长度方向设置。每一第一挡墙32的一个端部抵接于第二挡墙33的侧壁上，且第二挡墙33和相邻的第一挡墙32之间形成一端封闭、另一端具有开口的安装槽。功率器件2的引脚从安装槽远离第二挡墙33的一端(即安装槽的开口端)延伸到安装槽外。

上述陶瓷基板31、第一挡墙32和第二挡墙33具体可采用相同的材质(如三氧化二铝、氮化铝)等通过成型模具一体烧结成型，使得陶瓷基板31、第一挡墙32和第二挡墙33有机结合，形成致密的一体结构，产品的一体性和可靠性都大大提升。

在上述的功率器件安装结构中，由于由陶瓷材料构成的绝缘介质3的耐击穿强度大于15KV/mm，而空气的耐击穿强度仅为100V/mm，因此，如图4所示，功率器件2之间产生的电压会击穿薄弱的空气并沿着第一挡墙32和/或第二挡墙33的上边缘爬到相邻的功率器件2上，使得相邻两个功率器件2之间的爬电距离为H1+H+H2(其中，H1为功率器件2与第一挡墙32或第二挡墙33上端面的垂直距离，H为第一挡墙32或第二挡墙33的厚度，H2为相邻的功率器件2与第一挡墙32或第二挡墙33上端面的垂直距离)，因此，第一挡墙32和第二挡墙33增加了相邻功率器件2之间的爬电路径，从而能够减少功率器件2之间的安规距离，以减小整个产品的尺寸。

如图5所示，上述绝缘介质3上可具有四个安装槽，且每一安装槽内固定有至少一个功率器件2(绝缘介质3上的安装槽以及功率器件2的数量可根据相应的功率需要进行调整)。

具体地，上述机壳1可包括底壁或侧壁，且底壁或侧壁上具有至少一个与底壁或侧壁一体的基墙11，安装面111位于上述基墙11的侧面。特别地，为便于加工以及功率器件2安装，上述基墙垂直于机壳1的底壁或侧壁，即安装面111垂直于机壳1的底壁或侧壁。

特别地，上述机壳1的底壁或侧壁上可具有多个基墙11，且每一基墙11上具有一个安装面111，从而安装面111通过热交换获得的热量中的大部分可通过基墙11传导到机壳1的其他部分，从而实现快速散热。

并且，机壳1的底壁或侧壁上的基墙11可成组设置，即每一组基墙11包括两个平行设置的基墙11(两个基墙11之间的间隙可形成风道，安装面111通过热交换获得的热量中的一部分可通过上述风道内的空气带走，从而提高基墙11的散热效率)，且该两个平行设置的基墙11的外侧面分别具有安装面111(即在同一组基墙11中，功率器件2固定在两个基墙11的背向的面上)。

在固定到基墙11的绝缘介质3上，所有功率器件2的引脚21朝向同一方向，且上述引脚21延伸到基墙11的顶面上方。如图6所示，在本实用新型的功率器件安装结构的另一实施例中，还包括位于基墙11的顶面上方的印刷电路板6。多个功率器件2的引脚21焊接到印刷电路板6，以实现功率器件2的电气连接。

为便于功率器件2的引脚21的焊接，可使上述印刷电路板6垂直于机壳1的安装面111。

当然，在某些应用中，功率器件2可采用引脚21与功率器件2的主体部分90°折弯的MOSFET，此时安装面111可位于基墙11的顶面(基墙11内可具有气流通道)，如图7所示。绝缘介质3及功率器件固定在安装面111上，相应地，印刷电路板6平行于安装面111安装固定。

上述印刷电路板6可通过以下方式固定在机壳1上：在机壳1的底壁或侧壁设置多个垂直于底壁或侧壁的安装柱12(安装柱12与基墙11平行，且安装柱12的高度大于基墙11的高度)，并在安装柱12上设置轴向的内螺纹孔，印刷电路板6通过螺钉7固定在安装柱12的顶部。

本实用新型还提供一种电源变换器，该电源变换器可连接到直流和交流设备之间，并实现交、直流电转换。该电源变换器包括机壳、功率器件以及如上所述的功率器件安装结构。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。