CN102264200A - 智能功率模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能功率模块，包括外壳、盖板和主电路板，外壳的上下两端面分别设置上止口和下止口，外壳内壁的中间至少设有两个支承座、下部设有横梁，所述主电路板上的覆金属绝缘基板与各器件连接，覆金属绝缘基板固定在铜底板上，主电路板密封固定在外壳的下部，且主电路板与外壳的下止口和横梁相接，隔热板安装在外壳的支承座上，驱动电路板安装在隔热板的上部，连接在主电路板的主电极延伸出外壳，穿过隔热板的导电针其两端分别连接在主电路板和驱动电路板上，盖板安装在外壳的上部并与上止口连接，连接在驱动电路板上的引针穿出盖板。本发明具有结构合理，体积小，能提高散热效果的特点。

Description

智能功率模块

技术领域

本发明涉及一种智能功率模块，属于功率模块制造技术领域。

背景技术

IGBT功率模块用于逆变焊机、各种开关电源的控制器以及电动汽车控制器等，其主要作用是将输入的直流电(DC)转变为三相交流电(AC)输出。对于小功率控制器，普通的IGBT功率模块，需要一个驱动单元和一个三相功率模块共两个单元组成三相电路工作；而在大功率情况下，普通的IGBT功率模块分别需要三个驱动单元加三个功率模块，共六部分来组成三相电路工作。由于功率模块的主电路在工作时，会产生较高的温度，因此控制器通常采用两个或者六个独立的功率模块和驱动单元，功率模块与驱动电路通过外部的导线实现电连接，故会造成功率模块的体积较大，并在应用场所受到限止。再则传统功率模块主要由半导体芯片(IGBT芯片)、覆金属陶瓷基板(DBC)基板以及铜底板等构成，半导体芯片、主电极以及控制控制端子均焊接在覆金属陶瓷基板，覆金属陶瓷基板的底部固定铜底板并构成电路板，电路板再通过灌胶密封固定外壳上。但由于覆金属陶瓷基板面积受限，因过大面积的DBC基板会有很大的弧度，很难实现复杂电路的连接，再则覆金属陶瓷基板在焊接过程后，往往会出现内凹的现象，而外壳没有支承梁，因此当客户安装在散热器后，由于功率模块的底板往往不能与散热器形成良好、紧密的接触，故会影响功率模块在工作中的散热效果，如果热量长时间积累在功率模块中不能及时散掉，会大大影响功率模块的质量，甚至损坏功率模块中的芯片，导致功率模块损坏。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构合理，体积小，能提高散热效果的智能功率模块。

本发明为达到上述目的的技术方案是：一种智能功率模块，包括外壳、盖板和主电路板，其特征在于：所述外壳的上下两端面分别设置上止口和下止口，外壳内壁的中间至少设有两个支承座、下部设有横梁，所述主电路板上的覆金属绝缘基板与各器件连接，覆金属绝缘基板固定在铜底板上，主电路板密封固定在外壳的下部，且主电路板与外壳的下止口和横梁相接，隔热板安装在外壳的支承座上，驱动电路板安装在隔热板的上部，连接在主电路板的主电极延伸出外壳，穿过隔热板的导电针其两端分别连接在主电路板和驱动电路板上，盖板安装在外壳的上部并与上止口连接，连接在驱动电路板上的引针穿出盖板。

本发明智能功率模块将主电路板和驱动电路板安装在一个外壳内，且外壳内安装有隔热板，通过隔热板既起到支撑驱动电路板的作用，又起到隔绝主电路工作时产生的热量传导到驱动电路上，主电路与驱动电路之间电信号连接依靠焊接在主电路板上的导电针并穿过隔热板与驱动电路板焊接在一起以实现两电路的电连接，解决了主电路工作时较高的温度而影响驱动电路工作的问题，结构合理，并能大幅度减小功率模块的体积，能扩大应用场所。本发明驱动电路的电信号通过连接在驱动电路板上的引针穿出盖板实现与功率模块外部电路的连接，以便于客户安装使用。本发明在外壳下部设有横梁，而主电路板密封固定在外壳下部时能与该横梁相接，通过横梁起到对主电路板上的基板顶压作用，保证主电路板封装在外壳内后，使主电路板中的基板和铜底板能保持外凸形状，功率模块与散热器形成良好、紧密的接触，提高主电路的散热效果，而使功率模块能正常工作。本发明主电路板上的覆金属绝缘基板与各器件连接，覆金属绝缘基板固定在铜底板上，因此可使电阻、电容、二极管、半导体芯片等器件焊接在覆金属绝缘基板，以实现复杂电路的连接，达到过压、欠压、过流、过热等保护功能，能同时对各器件进行散热效果，提高模块的使用可靠性。

附图说明

下面结合附图对本发明的实施例作进一步的详细描述。

图1是本发明智能功率模块的结构示意图。

图2是本发明智能功率模块的剖视结构示意图。

图3是本发明外壳的结构示意图。

图4是本发明盖板的结构示意图。

图5是本发明智能功率模块的另一种结构示意图。

其中：1-外壳，1-1-安装座，1-2-电极座，1-3-支承座，1-4-支承柱，1-5-横梁，1-6-下止口，1-7-上止口，1-8-卡口，1-9-导电针孔，2-盖板，2-1-固定柱，2-2-卡脚，2-3-引针孔，3-主电极，4-紧固件，5-引针，6-驱动电路板，7-隔热板，7-1-凸台，8-导电针，9-主电路板，10-硅凝胶。

具体实施方式

见图1～5所示，本发明的智能功率模块，包括外壳1、盖板2和主电路板9，见图2～3所示，本发明外壳1的上下两端面分别设置上止口1-7和下止口1-6，外壳1内壁的中间至少设有两个支承座1-3，可如图所示，采用四个支承座1-3，外壳1的下部设有横梁1-5，主电路板9密封固定在外壳1的下部并与外壳1的下止口1-6和横梁1-5相接，主电路板9可通过硅凝胶10固定在外壳1内，本发明主电路板9的覆金属绝缘基板与各器件连接，覆金属绝缘基板固定在铜底板上，主电路由连接在覆金属绝缘基板上半导体芯片、电容、电阻、二极管等器件构成半桥电路或三相桥电路，并能实现过压、欠压、过流、过热等保护功能，半导体芯片、电容、电阻、二极管以及主电极3均焊接在覆金属绝缘基板上以实现电路连接，驱动电路板6由印刷电路板和焊接在印刷电路板板上的电阻、电容、二极管、集成电路以及引针等构成，而铜底板固定在散热器上，通过散热器将主电路工作时所生产的热量散出。见图2、3所示，本发明隔热板安装在外壳1的支承座1-3上，驱动电路板6安装在隔热板7的上部，连接在主电路板9上的主电极3延伸出外壳1，见图1～3所示，该外壳1的两侧分别设有安装座1-1和电极座1-2，安装座1-1上设有安装孔，可将本发明的智能功率模块安装在控制设备上，本发明电极座1-2固定有螺母，通过紧固件4使主电极3的输入端与直流电连接，同时通过紧固件4使主电极3的输出端与外部设备连接，实现智能功率模块的输入和输出，本发明导电针8穿过隔热板7，导电针8两端分别连接在主电路板9和驱动电路板6上，实现主电路与驱动电路之间的电连接，盖板2安装在外壳1的上部并与上止口1-7连接，连接在驱动电路板6上的引针5穿出盖板2上的引针孔2-3，使引针5外露，驱动信号通过连接在驱动电路板6的引针5实现与外部电路的连接。

见图2、3所示，本发明外壳1的内壁沿四角或四周具有支承座1-3，而各支承座1-3上设有支承柱1-4，支承柱1-4上设有螺孔，隔热板7四角上的凸台7-1套在各支承柱1-4上，驱动电路板6通过紧固件4安装在各支承柱1-4上并与隔热板7的凸台7-1相接，见图2所示，驱动电路板6对应的通孔套装在各支承柱1-4上并与隔热板7的凸台7-1相接，紧固件4连接在支承柱1-4上并压在驱动电路板6上，通过紧固件4将驱动电路板6可靠的安装在外壳1内，本发明在横梁1-5上设有导电针孔1-9，使导电针8穿过横梁1-5和隔热板7，有效的避免了使用中，因为震动等原因使得驱动电路板6与主电路板9连接的导电针8的脱焊。

见图1～4所示，本发明的外壳1上部内壁上设有至少两个卡口1-8，盖板2上底部设有对应的两个以上的卡脚2-2，盖板2上的卡脚2-2卡接在外壳1的卡口1-8上，通过盖板2地驱动电路板6进行密封，由于盖板2与外壳1为卡扣连接，在装配时可以方便的卡入外壳1中，以实现密封，本发明在盖板2的顶部具有固定柱2-1，方便客户用来固定连接。

见图1所示，当本发明的智能功率模块拖动电机功率较高时，可使用三个以半桥电路封装的功率模块内以来组成三相电路，每个智能功率模块作为一相，这样可以实现较高的功率等级；当本发明的智能功率模块所需拖动电机功率较低时，可以使用一个以三相桥电路封装的功率模块，如图5所示，通过一个智能功率模块来组成三相电路，直接拖动电机工作，这样，利用同一款封装的外壳1，可以封装不同功率等级的功率模块，只需更换主电极数量和驱动电路即可。

Claims (4)

1.一种智能功率模块，包括外壳(1)、盖板(2)和主电路板(9)，其特征在于：所述外壳(1)的上下两端面分别设置上止口(1-7)和下止口(1-6)，外壳(1)内壁的中间至少设有两个支承座(1-3)、下部设有横梁(1-5)，所述主电路板(9)上的覆金属绝缘基板与各器件连接，覆金属绝缘基板固定在铜底板上，主电路板(9)密封固定在外壳(1)的下部，且主电路板(9)与外壳(1)的下止口(1-6)和横梁(1-5)相接，隔热板安装在外壳(1)的支承座(1-3)上，驱动电路板(6)安装在隔热板(7)的上部，连接在主电路板(9)的主电极(3)延伸出外壳(1)，穿过隔热板(7)的导电针(8)其两端分别连接在主电路板(9)和驱动电路板(6)上，盖板(2)安装在外壳(1)的上部并与上止口(1-7)连接，连接在驱动电路板(6)上的引针(5)穿出盖板(2)。

2.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于：所述外壳(1)的内壁沿四角或四周具有支承座(1-3)，支承座(1-3)上设有支承柱(1-4)，隔热板(7)四角处的凸台(7-1)套在各支承柱(1-4)上，驱动电路板(6)通过紧固件(4)安装在各支承柱(1-4)上并与隔热板(7)的凸台(7-1)相接。

3.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于：所述外壳(1)的两侧分别设有安装座(1-1)和电极座(1-2)，安装座(1-1)上设有安装孔，电极座(1-2)上安装有与主电极(3)相连的螺母。

4.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于：所述外壳(1)上部内壁处设有至少两个卡口(1-8)，盖板(2)的底部设有对应的两个以上的卡脚(2-2)，盖板(2)上的卡脚(2-2)卡接在外壳(1)的卡口(1-8)上，且盖板(2)的顶部具有至少一个固定柱(2-1)。

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