智能功率模块及电气设备的制作方法

1.本实用新型涉及电气设备领域，特别涉及一种智能功率模块及电气设备。


背景技术：

2.相关技术中，智能功率集成模块(ipm，intelligent power module)是一种功率开关器件，具有体积小、功率密度高以及成本低等优点。
3.一种公知的ipm包括：功率电路基板、内置功能电路板以及封装壳体；内置功能电路板直接焊接在功率电路基板伸出的端子上，然后将封装壳体罩设在内置功能电路板上，通过功率电路基板封堵封装壳体底部开口，最后灌胶固化，形成堆栈层叠封装结构。在使用过程中，由于控制策略或干扰等原因，ipm内功率电路基板上的功率芯片存在有爆炸的风险。
4.目前，现有的ipm不具有防爆功能，当功率电路基板上的功率芯片发生爆炸时，爆炸冲击会破坏内置功能电路板表面的绝缘隔离系统，威胁用户的人身安全。


技术实现要素：

5.本实用新型的主要目的是提供一种智能功率模块及电气设备，旨在解决上述现有的ipm不具有防爆功能，当功率电路基板上的功率芯片发生爆炸时，爆炸冲击会破坏内置功能电路板表面的绝缘隔离系统，威胁用户的人身安全的问题。
6.为实现上述目的，本实用新型提出的一种智能功率模块，包括：
7.第一电路板；
8.至少一个电连接件，所述电连接件安装在所述第一电路板上；
9.第二电路板，所述第二电路板穿设于所述电连接件，并与所述第一电路板间隔设置；所述第一电路板朝向所述第二电路板的一面设置有功率芯片；以及，
10.防爆件，所述防爆件避让所述电连接件，设置在所述第一电路板与所述第二电路板之间。
11.在一实施例中，所述第一电路板朝向所述第二电路板的一面设置有多个功率芯片，多个功率芯片组成至少一个功率电路；
12.所述第二电路板上设置有通过所述电连接件与至少一个所述功率电路电连接的初级侧功能电路以及通过隔离元件与所述初级侧功能电路连接的次级侧功能电路。
13.在一实施例中，所述防爆件在所述第二电路板上的正投影面积至少覆盖所述次级侧功能电路区域。
14.在一实施例中，所述防爆件采用塑胶件、pcb裸板或者nomex绝缘纸。
15.在一实施例中，当所述防爆件采用塑胶件时，所述防爆件包括：
16.板体，所述板体朝向所述第二电路板的一面设置有第一支撑件，所述第一支撑件抵接于所述第二电路板。
17.在一实施例中，所述第一支撑件包括：
18.沿所述板体周向间隔设置的多个支撑档边，多个所述支撑档边的顶端抵接于所述第二电路板；和/或，
19.至少一个第一支撑柱，所述第一支撑柱的一端设置在所述板体朝向所述第二电路板的一面，所述第一支撑柱的另一端抵接于所述第二电路板。
20.在一实施例中，当所述第一支撑件包括沿所述板体周向间隔设置的多个所述支撑档边时，所述第一支撑件还包括沿所述板体周向设置的加强筋，多个所述支撑档边的底端间隔设置在所述加强筋上。
21.在一实施例中，所述第二电路板上设置有定位孔，所述板体上设置有与所述定位孔配合的定位柱。
22.在一实施例中，所述板体开设有避让所述电连接件的导向孔，所述电连接件包括：
23.焊座，所述焊座的底端焊接在所述第一电路板上；
24.电连接端子，所述电连接端子的底端设于所述焊座的焊孔内，所述电连接端子的另一端经过所述板体上对应的导向孔后穿设于所述第二电路板；
25.所述板体朝向所述第一电路板的一面抵接或者固定在述焊座上。
26.在一实施例中，所述板体朝向所述第一电路板的一面沿所述导向孔的外周形成有支撑部；
27.所述支撑部远离所述板体的一端与所述焊座的上表面抵接；或者，
28.所述支撑部远离所述板体的一端与所述焊座过盈配合。
29.在一实施例中，所述板体朝向所述第一电路板的一面设置有第二支撑件，所述第二支撑件与所述第一电路板的上表面抵接。
30.在一实施例中，所述第二支撑件包括至少一个第二支撑柱，所述第二支撑柱的一端设置在所述板体朝向所述第一电路板的一面，所述第二支撑柱的另一端抵接于所述第一电路板。
31.在一实施例中，所述的智能功率模块，还包括：
32.底部具有开口的壳体，所述第一电路板封堵所述壳体的底部开口并与所述壳体限定出一容置空间，所述第二电路板以及所述防爆件均位于所述容置空间内；所述壳体的顶板上开设有若干第二通孔，部分所述电连接件的顶端穿过所述第二通孔延伸出所述壳体；
33.所述壳体、所述第二电路板以及所述防爆件上均开设有灌封绝缘介质的灌封孔，所述容置空间的空隙内填充有绝缘介质。
34.在一实施例中，所述防爆件的外周与所述壳体的内壁之间具有间隙。
35.在一实施例中，当所述防爆件采用pcb裸板时，所述pcb裸板开设有用于穿设所述电连接件的焊孔；
36.所述第一电路板上的至少一个所述电连接件穿过所述pcb裸板上对应的焊孔并与所述焊孔焊接，以将所述pcb裸板固定在所述第一电路板与所述第二电路板之间。
37.在一实施例中，当所述防爆件采用nomex绝缘纸时，所述电连接件上设置有粘接部，所述电连接件穿过所述nomex绝缘纸并通过所述粘接部与所述nomex绝缘纸粘接。
38.第二方面，本技术还提供了一种电气设备，包括上述任一项所述的智能功率模块。
39.本实用新型技术方案通过在第一电路板和第二电路板之间增设一防爆件，可以在功率芯片发生爆炸时，将爆炸冲击波隔离在防爆件的一侧，避免爆炸冲击波破坏防爆件另
一侧的绝缘隔离系统，提高了智能功率模块的安全性。
附图说明
40.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
41.图1为本实用新型智能功率模块一实施例的爆炸图；
42.图2为本实用新型智能功率模块另一实施例的主视图；
43.图3为本实用新型智能功率模块的防爆件的主视图；
44.图4为本实用新型智能功率模块的防爆件的结构示意图。
45.附图标号说明：
46.标号名称标号名称10第一电路板24第一支撑柱20防爆件25避让孔30第二电路板26、33、41灌胶孔40壳体27第二支撑柱11电连接件28支撑部111焊座29定位柱112电连接端子31定位孔21板体32第一通孔22加强筋50绝缘介质23支撑档边42第二通孔
47.本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
48.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
49.需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
50.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
51.另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第
二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包括a方案、或b方案、或a和b同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
52.针对现有的ipm不具有防爆功能，当功率电路基板上的功率芯片发生爆炸时，爆炸冲击会破坏内置功能电路板表面的绝缘隔离系统，威胁用户的人身安全的问题，本技术提供了一种智能功率模块，通过在第一电路板10和第二电路板30之间增设一防爆件20，可以在功率芯片发生爆炸时，将爆炸冲击波隔离在防爆件20的一侧，避免爆炸冲击波破坏防爆件20另一侧第二电路板30表面的绝缘隔离系统，提高了ipm的安全性。
53.下面结合一些具体实施例进一步阐述本技术的构思。
54.参见图1所示，本实用新型实施例提供一种智能功率模块包括：
55.第一电路板10；
56.至少一个电连接件11，所述电连接件11安装在所述第一电路板10上；
57.第二电路板30，所述第二电路板30穿设于所述电连接件11，并与所述第一电路板10间隔设置；所述第一电路板10朝向所述第二电路板30的一面设置有功率芯片；以及，
58.防爆件20，所述防爆件20避让所述电连接件11，设置在所述第一电路板10与所述第二电路板30之间。
59.其中，所述第一电路板10包括但不限于铝基树脂覆铜板、铜基树脂覆铜板或者双面覆铜陶瓷基板，且所述第一电路板10朝向所述第二电路板30的一面设置有多个功率芯片，多个功率芯片组成至少一个功率电路，例如：多个功率芯片组成包括但不仅限于逆变、整流等功率电路单元。
60.其中，所述第二电路板30上设置有若干第一通孔32，所述电连接件11对应穿过所述第一通孔32，并在所述第一通孔32处通过焊接或压接的方式与所述第二电路板30实现电连接及机械连接。所述第二电路板30上设置有通过所述电连接件11与所述第一电路板10上的功率电路电性连接的初级侧功能电路以及通过隔离元件与初级侧功能电路电性连接的次级侧功能电路。所述防爆件20在所述第二电路板30上的正投影面积至少覆盖所述次级侧功能电路区域。其中，所述初级侧功能电路包括但不限于逆变驱动电路和/或整流驱动电路；所述次级侧功能电路包括但不限于信号采样电路、过流/过压保护电路等。
61.其中，智能功率模块还包括：底部具有开口的壳体40，所述第一电路板10封堵所述壳体40的底部开口并与所述壳体40限定出一容置空间，所述第二电路板30以及所述防爆件20均位于所述容置空间内；所述壳体40的顶板上开设有若干第二通孔42，部分所述电连接件11的顶端穿过所述第二通孔42延伸出所述壳体40。
62.其中，所述防爆件20上设置有避让所述电连接件11的避让部。如图1所示，在一实施例中，所述避让部为与至少一个电连接件11对应设置的至少一个避让孔25。当然在其他实现示例中，当电连接件11仅位于靠近第一电路板10的四周的侧边时，所述避让部也可以是设置在防爆件20四周避让所述连接件的凹部。优选的，所述防爆件20包括但不限于塑胶
件、pcb裸板或者nomex绝缘纸。
63.优选的，所述壳体40、所述第二电路板30以及所述防爆件20上均开设有灌封绝缘介质50的灌封孔26、33、41，所述容置空间的空隙内填充有绝缘介质50。在本实施例中，所第一电路板10与所述防爆件20之间、所述防爆件20与所述第二电路板30之间以及所述第二电路板30与所述壳体40的顶板之间的间隙均填充有绝缘介质50。其中，所述绝缘介质50包括但不限于硅凝胶。所述绝缘介质可以起到加强绝缘隔离的效果。优选的，所述防爆件20的外周与所述壳体40的内壁之间具有间隙。这样一方面便于灌胶，另一方面便于将灌胶时产生的气泡顺利排出，提高灌封效果。在本实施例中，所述防爆件20可以在所述第一电路板10上的功率芯片发生爆炸时，将爆炸冲击波隔离在防爆件20的一侧，避免防爆件20破坏第二电路板表面的绝缘胶附着效果，提高了智能功能模块的安全性。
64.当然，在其他实现示例中，当所述第二电路板30的面积足够大时，能够满足所述第二电路板30上各元器件之间的爬电距离和电气间隙的要求时，所述防爆件20与所述第二电路板30之间也可以不填充绝缘介质50，此时所述防爆件20可以将爆炸冲击波隔离在防爆件20的一侧，避免爆炸产生的碳化物覆盖到第二电路板30表面，破坏第二电路板30表面的绝缘隔离系统，进而提高了智能功率模块的安全性。
65.其中，所述防爆件20在所述智能功率模块内的安装方式包括但不限于：通过在所述防爆件20或者在所述第一电路板10和所述第二电路板30上设置支撑结构使所述防爆件20抵接于所述第一电路板10与所述第二电路板30之间；或者，通过在所述防爆件20或所述第一电路板10和所述第二电路板30上设置固定件，使所述防爆件20固定在所述第一电路板10或者所述第二电路板30上；或者，所述防爆件20也可以固定在所述壳体40上，甚至当所述壳体40为分体式壳体40时，即所述壳体40的边框与所述壳体40的顶板为分体式的结构时，所述防爆件20还可以设计为与所述壳体40一体成型。
66.优选的，当所述防爆件20采用pcb裸板时，所述pcb裸板开设有用于穿设所述电连接件的焊孔；所述第一电路板上10的至少一个所述电连接件11穿过所述pcb裸板上对应的焊孔并与所述焊孔焊接，以将所述pcb裸板固定在所述第一电路板10与所述第二电路板30之间。
67.优选的，当所述防爆件20采用nomex绝缘纸时，所述电连接件11上设置有粘接部，所述电连接件11穿过所述nomex绝缘纸并通过所述粘接部与所述nomex绝缘纸粘接。
68.优选的，在一较佳实现示例中，所述防爆件采用塑胶件，其具体方式如图2所示：
69.当所述防爆件20采用塑胶件时，所述防爆件20包括：
70.板体21，所述板体21朝向所述第二电路板30的一面设置有第一支撑件，所述第一支撑件抵接于所述第二电路板30。
71.优选的，所述第一支撑件包括：
72.沿所述板体21周向间隔设置的多个支撑档边23，多个所述支撑档边23的顶端抵接于所述第二电路板30；和/或，
73.至少一个第一支撑柱24，所述第一支撑柱24的一端设置在所述板体21朝向所述第二电路板30的一面，所述第一支撑柱24的另一端抵接于所述第二电路板30。
74.在本实施例中，所述支撑档边23的高度与第一支撑柱24的高度相同，从而可与第一支撑柱24一同支撑第二电路板30，使得第二电路板30与板体21之间具有一定的间隙，以
在两者之间填充绝缘介质50。此外，由于支撑档边23和所述第一支撑柱24的上表面与第二电路板30的下表面相抵接，当第一电路板10上的功率芯片爆炸时，支撑档边23可与第一支撑柱24一同将爆炸的冲击力均匀分散传导至第二电路板30上，防止所述板体21发生形变。同时，多个所述支撑档边23间隔设置，使得相邻支撑档边23之间具有一定间隙，这样便于灌胶以及便于灌胶后抽真空时，使灌胶产生的气泡顺利排出。
75.优选的，当所述第一支撑件包括沿所述板体21周向间隔设置的多个所述支撑档边23时，所述第一支撑件还包括沿所述板体21周向设置的加强筋22，多个所述支撑档边23的底端间隔设置在所述加强筋22上。
76.在本实施例中，在支撑档边下设置加强筋，可以提高防爆件的强度，防止其发生变形。需要说明的是，当支撑档边23下未设置所述加强筋22时，所述支撑档边23的高度与所述第一支撑柱的高度相同，均抵接于所述第二电路板30；当支撑档边23下设置有所述加强筋22时，所述第一支撑柱24的高度等于所述加强筋22与所述支撑档边23高度之和，所述第一支撑柱24和多个所述支撑档边23均抵接于所述第二电路板30。
77.优选的，所述第二电路板30上设置有定位孔31，所述板体21上设置有与所述定位孔31配合的定位柱29。
78.本实施例中，所述板体21的上表面上形成有定位柱29，定位柱29至少包括2个，如两个定位柱29分别设置于所述板体21的左上角与右下角。可以理解的，定位柱29还可设置为3个或以上，本实施例对此并不限制。且定位柱29穿设第二电路板30，从而实现对第二电路板30在所述板体21所在水平面上的定位，以使得板体21在第二电路板30上的正投影至少覆盖所述第二电路板30上次级侧电路所占区域。
79.优选的，所述电连接件11包括：
80.焊座111，所述焊座111的底端焊接在所述第一电路板10上；
81.电连接端子112，所述电连接端子112的底端设于所述焊座111的焊孔内，所述电连接端子112的另一端通过所述板体上对应的导向孔后穿设于所述第二电路板30；
82.所述板体21朝向所述第一电路板10的一面抵接或者固定在述焊座111上。
83.在本实施例中，所述焊座111位于所述第一电路板10与所述板体21之间，所述板体21朝向所述第一电路板10的一面抵接或者固定在述焊座111上，由于焊座具有一定的高度，这样使得所述板体21与第一电路板10之间具有一定的间距，以使得在灌胶时，绝缘介质50可以完全覆盖第一电路板10上的绑定线等器件。
84.优选的，所述板体21朝向所述第一电路板10的一面沿所述导向孔的外周形成有支撑部28；所述支撑部28远离所述板体的一端与所述焊座11的上表面抵接；或者，所述支撑部28远离所述板体的一端与所述焊座11过盈配合。
85.在实施例中，当所述焊座111的高度较低时，所述板体21朝向所述第一电路板10的一面还可以设置有支撑部28，支撑部28与焊座111对应设置，以增加所述板体21与所述第一电路板10之间的间距，确保在灌胶时，绝缘胶可以完全覆盖第一电路板10上的绑定线等器件。其中，所述支撑部28的高度可以根据实际需求进行设置。
86.优选的，所述支撑部可以为圆环形的凸起，且支撑部端部的内径和外径分别与焊座上表面的内径和外径相等，以与焊座上表面抵接；或者，所述支撑部为带有安装孔的柱形结构，所述安装孔与所述焊座过盈配合。
87.优选的，所述板体21朝向所述第一电路板10的一面设置有第二支撑件，所述第二支撑件与所述第一电路板10的上表面抵接。
88.在本实施例中，在将所述板体21与第二电路板30一同下压并安装在第一电路板10上时，第二支撑件可抵接于第一电路板10上，从而避免所述板体21在下压安装过程中发生变形，以避免所述板体21的变形导致所述板体21在下压安装过程中挤压第一电路板10上的绑定线等元器件。优选的，所述第二支撑件包括至少一个第二支撑柱27，所述第二支撑柱27的一端设置在所述板体21朝向所述第一电路板10的一面，所述第二支撑柱27的另一端抵接于所述第一电路板10。
89.以上可以看出，本实用新型实施例提供的智能功率模块通过在第一电路板10和第二电路板30之间增设一防爆件20，可以在功率芯片发生爆炸时，将爆炸冲击波隔离在防爆件20的一侧，避免爆炸冲击波破坏防爆件20另一侧的绝缘隔离系统，提高了ipm的安全性。
90.第二方面，本技术还提供了一种电气设备，包括如上的智能功率模块。该智能功率模块的具体结构参照上述实施例，由于本电气设备采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
91.以上所述仅为本实用新型的可选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。