专利名称：多层功率变换器模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种功率变换器模块，尤其涉及多层功率变换器模块。
在计算机、数据通信和电信应用中，功率变换器(例如DC-DC变换器)以模块的形式被提供，并被设计成安装在主板(例如母板)上，以便为主板上的其它电路提供功率。近来，较大的注意集中于减少功率变换器的尺寸，同时保持其能量效率和性能，使得可以减少主板的总尺寸，或者可以增加主板的复合性。
用于减少模块式功率变换器的尺寸的一种方法是使用多层方法，其中两个或多个电路板被物理相互叠放，并且相互之间电连接。在多层结构中，一个板位于另一个板的上方，上板具有固定到下板上的端子销。在一些应用中，多层结构尤其是有利的，其中可以靠牺牲功率模块的高度来换得主板上的设置面积。此外，多层结构提供了使得电子元件能够被安装在模块式功率变换器的上板两侧的优点。
本发明提供了一种包括轨道部件的多层功率变换器模块，所述轨道部件机械支撑着端子销，所述端子销用于使模块的各个板相互之间电气互连，并使模块的各个板和安装模块的电路板相连。轨道部件是一个开口框架结构的部件，其对功率变换器的电子元件提供冷空气(例如由冷却风扇提供的)的改善的进入方式，借以提供温度较低的运行模块。
一般地说，本发明的特征在于，多层功率变换器模块组件和底板相连(例如主板)，所述底板具有在其表面上设置的连接区域。功率变换器包括第一电路板和设置在第一电路板上方的第二电路板。第二电路板具有从上表面向下表面延伸的孔。至少两个轨道部件被设置在第二电路板上方，每个轨道部件具有第一组孔和第二组孔。一对垫片被设置在第一电路板和第二电路板之间，每个垫片通过第二电路板的一个孔延伸，并被接收在一个轨道部件的第一组孔的一个孔内。端子销被连接在第一电路板上，至少一个端子销通过第二电路板及轨道部件的第二组孔的相应一个孔延伸，用于连接底板上的一个连接区域。第二组孔的每个孔的尺寸被这样确定，使得在功率变换器模块装配过程中轨道部件能够可滑动地置于端子销的上方。
在轨道部件被固定在主板上的前后和被固定在主板上的期间，本发明利用轨道部件机械地支撑着端子销。因而，不需要用于机械支撑的在功率变换器的电路板之间的电气互连处的焊接连接。当模块被焊接到主板上或其它布线底板上时，对端子销的机械支撑是特别重要的。在这个焊接操作期间，如果不对端子销进行支撑，端子销便可能松动并和模块的各个板分离(特别是离散热器最远的板)。
在功率变换器的垫片上固定轨道部件和从垫片上除去轨道部件的能力提供了另一个重要的优点。这使得制造者可以保持装配好的没有轨道部件的多层功率变换器的可利用的库存量。通过在端子销上滑动轨道部件，库存的产品可以供应开架的功率变换器模块。此外，存货还可以用于提供在壳体内或盖件内封装的功率变换器模块。
本发明的实施例可以包括一个或几个下列特征。
每个轨道部件包括支座(standoff)，当把模块组件固定到底板上时，支座和底板及模块接触并使模块和底板分离。支座确保为安装在功率变换器板的反面上的元件留有足够的间隔，并确定从变换器伸出的端子销的长度。支座还精确地控制模块相对于底板的高度。精确的高度控制尤其重要，例如在一个大的散热器(即“冷板”)被设置在安装在底板上的大量电子元件上方的情况下。在这种应用中，每个电子元件的顶面必须基本上具有相同的高度，以便确保和散热器的合适的接触。
每个轨道部件包括一个开口，用于增加流向电路的空气，借以减少功率变换器模块的操作温度。每个垫片具有一个肩部，用于使电路板相互之间精确地定位。每个垫片的上端被压花，以便保持轨道部件。第一电路板包括安装在其上的散热器。第一和第二电路板被电气互连。这种多层功率变换器模块组件是DC-DC变换器。
本发明的其它特点和优点从下面优选实施例的说明和权利要求将会看得更加清楚。
图1是本发明的多层功率变换器模块的分解的等角示意图；图2是装配好的图1的多层功率变换器模块的等角图，其中轨道部件位于端子销上方；图3是装配好的图1的多层功率变换器模块的等角图，在端子销上方没有轨道部件；图4是被安装在主板上的图1的多层功率变换器模块的等角图。
参看图1和图2，功率变换器模块10包括一对印刷电路板(PCBs)，其中第一个是功率板12，另一个是控制板14，在它们上面都焊接有多个电子元件16，17。在装配过程中，控制板14被置于功率板12的上方，从而提供多层结构。在操作中，功率变换器模块10被安装在主板5上(图4)，主板5这样接收所述模块，使得控制板14和主板5相邻。如图4所示，功率变换器模块10处于其安装位置，功率板12的表面13被暴露，以便接收例如装有散热片的散热器。
功率板12由大约0.062英寸厚的铝底板18构成，其上淀积有一层薄的绝缘层(未示出)。导电金属图形(未示出)被设置在绝缘层的上方，用于互连元件16(例如电阻，电容等)。元件16也可以包括平面变压器17，例如在序列号08/693878的待审申请中所述的那种变压器，该申请委托给本申请的代理人，在此列为参考。被安装在功率板12上的元件16和功率变换器模块组件10的功率控制与产生电路相连，因此，产生相对大的热量。铝底板18作为散热器，用于耗散由安装在功率板12上的电路产生的热量。输入/输出(I/O)端子32被焊接到功率板12上，并通过控制板14中的电镀的通孔34延伸。
控制板14由绝缘底板22(例如玻璃环氧树脂叠层)构成，其厚度大约为0.032英寸。控制板14包括导电金属图形(未示出)，用于互连被安装在控制板上并和控制电路相连的元件16，并因而产生与功率板12相比电平低得多的信号。销钉端子24被焊接到控制板14上，用于连接功率变换器模块10和主板5。由于下面所述的原因，控制板14比功率板12略小。
功率变换器模块10还包括垫片26，其被固定在功率板12的4个角上的孔28内，并通过控制板14的孔30延伸。此处垫片26由不锈钢制成，用于保持功率板12和控制板14之间的预定的距离和从模块组件10延伸的端子销24、32的预定长度。垫片26具有本体27和端部29a、29b，端部29a、29b具有比主体部分27小的直径，借以在本体部分27的每端提供肩部31。端部29a被压花，以便有助于被紧配合在功率板12的相应的孔28内。端部29b由于下面将要说明的原因也被压花。在所述的实施例中，垫片26当被固定在孔28内时，从功率板12的表面向上伸出大约400密耳。垫片26还包括有螺纹的通孔33，其可用于把散热器固定到功率板12的表面13上(图4)。此外，有螺纹的通孔33可用于把模块组件10固定到主板5上。
参看图2，所示的功率变换器模块10具有利用垫片26与功率板12隔开的控制板14，并具有I/O端子32和通过控制板的通孔而延伸的端子销24。在这种装配状态下，功率变换器模块10已经准备好进行工作。
参看图1和图3，功率变换器模块10还包括一对由模制的热塑料制成的轨道部件36。每个轨道部件36具有由侧壁40和顶壁42桥接的一对端壁38。顶壁42包括第一组孔44，其滑动地位于I/O端子32和销钉端子24的上方。每个轨道部件36的每端还包括第二组孔46，其比孔44大，其每个用于接收垫片26的压花的端部29b。孔46的大小被如此设置，使得在和压花端部29b之间提供相当紧的配合，借以把轨道部件36保持并固定在模块组件10上。
第一组孔的尺寸被这样确定，使得和I/O端子32以及端子销24紧密配合并机械地支撑着这些端子，同时仍然使得轨道部件36能够通过滑动分别从I/O端子和端子销上除去。
如上所述，控制板14的尺寸被这样确定，使得稍微小于功率板12的尺寸，从而当轨道部件被置于I/O端子32和销钉端子24的上方时，轨道部件36支靠在功率板12的上表面上。
如图3所示，侧壁40包括开口48，其延伸过侧壁长度的大部分，从而使得例如由冷却风扇提供的空气能够在功率板12和控制板14之间流动。模制的支座50位于每个孔46的外周，其在顶壁42上延伸，并在功率变换器模块10被固定在主板上时，精确地控制功率变换器模块10的高度。
其它的实施例被包括在权利要求内。例如，上面讨论的实施例包括功率电路板12和控制电路板14；不过，本发明可以应用于具有两个电路板以上的多层结构的功率变换器模块组件。
还应当理解，由绝缘材料制成的相当薄的板可以在安装轨道部件36之前被设置在控制板14的元件的上方，用于提供具有标记信息(例如端子销的标记及其电压，制造者等)的表面。这种薄板应当包括一些孔，其尺寸使得能够配合在垫片26上，还应当包括一些开口，端子销通过这些开口延伸。垫片26可以被稍微延长，以便计入绝缘板的厚度。
权利要求
1.种多层功率变换器模块组件，用于和具有在底板的表面上设置的连接区域的底板相连，所述功率变换器包括第一电路板；位于第一电路板上方的第二电路板，该第二电路板具有从第二电路板的上表面延伸到第二电路板的下表面的孔；位于第二电路板上方的至少两个轨道部件，每个轨道部件具有第一组孔和第二组孔；位于第一和第二电路板之间的一对垫片，每个垫片通过第二电路板的一个孔延伸，并被接收在一个轨道部件的第一组孔的一个孔内；以及和第一电路板相连的端子销，至少一个端子销通过第二电路板及第二组孔的相应的一个孔延伸，用于连接底板上的一个连接区域，其中第二组孔的每个孔的尺寸这样设置，使得在功率变换器模块的装配期间轨道部件可以可滑动地位于端子销的上方。
2.权利要求1所述的多层功率变换器模块组件，其中每个轨道部件包括支座，当模块组件被安装在底板上时，所述支座与模块及底板的表面接触并使模块和底板分开。
3.权利要求1所述的多层功率变换器模块组件，其中每个轨道部件包括具有开口的侧壁，该开口向第一和第二电路板提供空气流通的通路。
4.权利要求1所述的多层功率变换器模块组件，其中每个垫片具有肩部，用于使电路板精确地定位。
5.权利要求1所述的多层功率变换器模块组件，其中每个垫片包括通过一个轨道部件的第一组孔的一个孔延伸的端部，所述端部被压花，以便保持电路板。
6.权利要求1所述的多层功率变换器模块组件，其中第一电路板包括和其相连的散热器。
7.权利要求1所述的多层功率变换器模块组件，其中第一和第二电路板电气互连。
8.权利要求1所述的多层功率变换器模块组件，其中多层功率变换器模块组件是DC-DC变换器。
全文摘要
一种多层功率变换器模块组件,用于和具有在底板的表面上设置的连接区域的底板相连,包括位于第一电路板上方的第二电路板,第二电路板具有通过其延伸的孔。至少两个轨道部件位于第二电路板上方,每个轨道部件具有第一组孔和第二组孔。一对垫片位于第一和第二电路板之间,每个垫片通过第二电路板上的一个孔延伸,并被接收在一个轨道部件的第一组孔的一个孔内。端子销和第一电路板相连。
文档编号H05K1/14GK1248355SQ98802668
公开日2000年3月22日 申请日期1998年2月19日 优先权日1997年2月21日
发明者鲁群, 保罗·E·格郎蒙, 刘希长 申请人:国际功率装置公司