一种功率半导体组装结构及电源模块的制作方法

本实用新型涉及电源模块技术领域，特别涉及一种功率半导体组装结构及电源模块。

背景技术：

随着我国通讯、电力系统以及个人数字产品的快速发展，模块电源的应用越来越广泛。而各种电气产品集成度越来越高，从而要求所配备的电源体积越来越小。传统的电源模块成品中，功率半导体主要是通过固定在散热片上进行散热，由于散热片的尺寸较大，阻碍了电源模块的小型化设计，如何通过设计功率半导体的散热工艺降低电源模块的设计尺寸，成为设计电源模块的新方向。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种功率半导体组装结构，以解决现有功率半导体散热工艺阻碍电源模块小型化设计的问题。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种功率半导体组装结构，包括PCB板、功率半导体、支撑柱、绝缘片以及外壳，所述功率半导体固定于所述PCB板的下侧，所述绝缘片紧贴所述外壳，所述功率半导体远离所述PCB板的一面紧贴所述绝缘片，所述支撑柱的一端固定于所述PCB板，另一端抵靠所述绝缘片。

进一步的，所述功率半导体组装结构还包括插件元器件，所述PCB板为双面板，所述插件元器件固定于所述PCB板的上侧。

进一步的，所述功率半导体组装结构还包括紧固件，所述紧固件依次穿过所述外壳、所述绝缘片与所述支撑柱固定连接。

进一步的，所述支撑柱焊接于所述PCB板，所述支撑柱的焊接处设有过孔，所述过孔贯穿所述PCB板。

进一步的，所述绝缘片为绝缘矽胶片。

进一步的，所述绝缘片的厚度为0.3mm或0.5mm。

进一步的，所述外壳为铝合金材料制成。

进一步的，所述外壳的厚度大于2mm。

进一步的，所述支撑柱包括耦合部和支撑部，所述耦合部的横截面面积小于所述支撑部；所述PCB板与所述耦合部对应的位置设有耦合孔，所述耦合部与所述耦合孔相适配；所述支撑部靠近所述PCB板的一端与所述PCB板的表面抵接。

相对于现有技术，本实用新型所述的功率半导体组装结构具有以下优势：

本实用新型所述的功率半导体组装结构中，功率半导体通过外壳散热，无需加装散热片，可降低电源模块的设计尺寸；且功率半导体组装结构简单、布局合理，使得组装结构内的元器件集成度较高，提高了空间利用率，可进一步降低电源模块的设计尺寸，有利于电源模块的小型化设计。

本实用新型的另一目的在于提供一种电源模块，以解决现有功率半导体散热工艺阻碍电源模块小型化设计的问题。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种电源模块，包括上述任一所述的功率半导体组装结构。

所述电源模块与功率半导体组装结构相对于现有技术所具有的优势类似，在此不再赘述。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例所述的功率半导体组装结构的示意图；

图2为本实用新型实施例所述的功率半导体组装结构的爆炸图；

图3为本实用新型实施例所述的支撑柱焊接示意图；

图4为本实用新型实施例所述的过孔的位置示意图；

图5为本实用新型实施例所述的支撑柱和PCB板的结构示意图；

图6为本实用新型实施例所述的支撑柱和PCB板的另一种结构示意图。

附图标记说明：

10-PCB板，101-过孔，102-耦合孔，1021-凹槽，20-功率半导体，30-支撑柱，301-耦合部，3011-凸楞，302-支撑部，40-绝缘片，50-外壳，60-插件元器件，70-紧固件，80-焊锡。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

实施例1

如图1所示，其为本实施例中功率半导体组装结构的示意图；如图2所示，其为本实施例中功率半导体组装结构的爆炸图。其中，所述功率半导体组装结构包括PCB板10、功率半导体20、支撑柱30、绝缘片40以及外壳50，所述功率半导体20固定于所述PCB板10的下侧，所述绝缘片40紧贴所述外壳50，所述功率半导体20远离所述PCB板10的一面紧贴所述绝缘片40，所述支撑柱30的一端固定于所述PCB板10，另一端抵靠所述绝缘片40。

本实施例中，当所述功率半导体组装结构工作时，功率半导体20发热，热量通过绝缘片40传递到外壳50进行良好散热。其中，绝缘片40用于将位于其上侧的带电装置和位于其下侧的外壳50绝缘，以避免所述带电装置内部高压漏电到外壳50，造成安全隐患。支撑柱30用于对功率半导体20进行保护支撑作用，防止功率半导体20被挤压而损坏。

这样，本实施例的功率半导体组装结构中，功率半导体20通过外壳50散热，无需加装散热片，可降低电源模块的设计尺寸；且所述功率半导体组装结构简单、布局合理，使得组装结构内的元器件集成度较高，提高了空间利用率，可进一步降低电源模块的设计尺寸，有利于电源模块的小型化设计。

进一步的，如图1所示，所述功率半导体组装结构还包括插件元器件60，所述PCB板10为双面板，所述插件元器件60固定于所述PCB板10的上侧。这样，插件元器件60和功率半导体20可分别分布于PCB板10的两面，两面走线，降低了布线的难度。其中，插件元器件60包括但不限于电阻、电容、电感、二极管、三极管、整流器、变频器等电子元件。

进一步的，如图1和图2所示，所述功率半导体组装结构还包括紧固件70，所述紧固件70依次穿过所述外壳50、所述绝缘片40与所述支撑柱30固定连接。

所述功率半导体组装结构工作时，大部分情况需要将PCB板10与外壳50进行固定，由于PCB板10上侧分布的插件元器件60往往较多且密集，不便从PCB板10的上侧对PCB板10进行固定，且从PCB板10的上侧对PCB板10进行固定还存在紧固件70与插件元器件60互相干涉的问题，会降低PCB板10上侧空间的利用率。而PCB板10下侧分布的电子元件往往较少，空间较多，本实施例中，紧固件70依次穿过外壳50、绝缘片40与支撑柱30固定连接，紧固件70从PCB板10的下侧对PCB板10进行固定。

这样，本实施例从PCB板10的下侧对PCB板10进行固定，解决了PCB板10上侧插件元器件60较多而不便固定PCB板10的问题，提高了PCB板10上侧空间的利用率，有利于电源模块的小型化设计。

进一步的，优选所述紧固件70为螺丝，所述螺丝依次穿过外壳50、绝缘片40旋入支撑柱30，这样固定较为方便。

进一步的，如图3和图4所示，本实施例优选所述支撑柱30焊接于所述PCB板10，所述支撑柱30的焊接处设有过孔101，所述过孔101贯穿所述PCB板10。

组装电路板时，一般通过焊锡80将支撑柱30焊接到PCB板10上，焊锡80的位置为支撑柱30的焊接处，PCB板10的两面一般均设有焊盘。本实施例中，支撑柱30焊接于PCB板10后，焊锡80将支撑柱30与PCB板10一面的焊盘进行固定。由于将紧固件70旋入支撑柱30时，紧固件70对支撑柱30产生作用力，支撑柱30对焊盘产生作用力，支撑柱30极有可能将PCB板10一面的焊盘拉扯脱离PCB板10，造成破坏效果。本实施优选支撑柱30的焊接处设有过孔101，过孔101贯穿PCB板10，焊接支撑柱30时，焊锡80可流入过孔101，进而将支撑柱30与PCB板10另一面的焊盘进行固定，使得支撑柱30与PCB板10两面的焊盘均固定连接。

这样，可使支撑柱30焊接的更加稳固，避免旋入紧固件70时的作用力造成焊盘脱离，起到保护PCB板10的作用。

进一步的，本实施例优选所述绝缘片40为绝缘矽胶片。矽胶片具有良好的导热能力和高等级的耐压，可将功率半导体20产生的热量充分传递到外壳50进行散热，提高散热效果。优选所述绝缘片40的厚度为0.3mm或0.5mm。绝缘片40太薄会影响绝缘效果，太厚会影响散热效果。绝缘片40的厚度为0.3mm或0.5mm，绝缘片40的绝缘效果和散热效果较为均衡，效果较佳。

进一步的，本实施例优选所述外壳50为铝合金材料制成。铝合金材料具有优良的导热性和抗蚀性，成本较低。优选所述外壳50的厚度大于2mm，可提高外壳50散热的效果，也便于紧固件70的固定。

进一步的，本实施例优选支撑柱30为螺柱，优选螺柱的规格为M3*4+1或M3*5+1，优选PCB板10采用FR-4材质，优选紧固件70为M3螺丝，优选紧固件70的长度为4-10mm。

实施例2

如上述所述的功率半导体组装结构，本实施例与其不同之处在于，结合图5所示，所述支撑柱30包括耦合部301和支撑部302，所述耦合部301的横截面面积小于所述支撑部302；所述PCB板10与所述耦合部301对应的位置设有耦合孔102，所述耦合部301与所述耦合孔102相适配；所述支撑部302靠近所述PCB板10的一端与所述PCB板10的表面抵接。

功率半导体组装结构无论处于何种工作环境，支撑柱30总会受到平行于PCB板10方向的力或垂直于PCB板10方向的力，从而使支撑柱30产生水平方向的位移趋势或竖直方向的位移趋势，都会降低支撑柱30的稳定作用。本实施例中，耦合部301插入耦合孔102中，支撑柱30与PCB板10进行耦合固定，可在水平方向对支撑柱30起到限位作用；支撑部302靠近PCB板10的一端与PCB板10的表面抵接，可在竖直方向对支撑柱30起到限位作用，避免支撑柱30凸出PCB板10的上侧而干涉插件元器件60。

这样，本实施例中支撑柱30与PCB板10的固定结构可对支撑柱30进行限位作用，进一步提高支撑柱30的稳定性。

进一步的，本实施例优选所述耦合部301设有凸楞3011，所述耦合孔102与所述凸楞3011对应的位置设有凹槽1021，所述凸楞3011与所述凹槽1021相适配。

紧固件70旋入支撑柱30时，产生的作用力可能使支撑柱30在耦合孔102内旋转，降低支撑柱30的稳定性，也不利于紧固件70的旋入。本实施例中，耦合部301插入耦合孔102后，凸楞3011与凹槽1021相适配，凸楞3011与凹槽1021配合可以限制支撑柱30的旋转。

这样，可进一步提高支撑柱30的稳定性，也便于紧固件70的旋入。需要说明的是，本实施例也可优选耦合部301设有凹槽，耦合孔102与所述凹槽对应的位置设有凸楞，同样可达到限制支撑柱30旋转的作用。

实施例3

本实施例提供一种电源模块，包括上述任意一种功率半导体组装结构。本实施例中电源模块的功率半导体20通过外壳50散热，无需加装散热片，电源模块的尺寸较小；且功率半导体20的散热结构简单、布局合理，提高了空间利用率。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。