CN102437731A

CN102437731A - 基于氧化铍散热结构的电源模块及其制作方法

Info

Publication number: CN102437731A
Application number: CN2011102951012A
Authority: CN
Inventors: 吴华夏; 刘劲松; 王�华; 洪火锋; 周庆红; 罗建康
Original assignee: Anhui Huadong Polytechnic Institute
Current assignee: Anhui East China Institute of Optoelectronic Technology
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2012-05-02
Anticipated expiration: 2031-09-30
Also published as: CN102437731B

Abstract

本发明公开了一种基于氧化铍散热结构的电源模块及其制作方法，所述的电源模块包括设置有浅腔的铜基底板、焊接在铜基底板浅腔中的双面金属化的氧化铍陶瓷基板、与氧化铍陶瓷基板焊接固定的电路基板、焊接在电路基板上的分立器件和铜芯金属引线，以及用于封装电路基板的塑封外壳。本发明所述的电源模块体积小、尺寸仅有45mm×35mm×12.5mm；此外，所述的电源模块利用氧化铍陶瓷基板作为过渡散热片，解决了MOS管金属面作为漏极而需要散热的问题，散热性能良好。

Description

基于氧化铍散热结构的电源模块及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种电源模块及其制作方法，特别涉及DC-DC电源模块，属于电源模块领域，是一种用途广泛，大功率的DC-DC电源模块。

背景技术

通常，电源模块的设计存在以下两个难点：首先是热处理，这应该是电源模块设计的最大问题，也是最容易被用户所忽略的地方；其次是电流的最大化，大电流的最大局限就是散热。因此可以看出，电源模块的散热机构设计直接决定了电源模块的性能情况。随着半导体工艺和封装技术的发展以及大量工艺材料的使用，电源模块的电源功率密度越来越大，转换效率越来越高，应用也越来越简单。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种用途广发、散热性好、功率高的基于氧化铍散热结构的电源模块，以及提供一种及基于氧化铍散热结构的电源模块的制作方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于氧化铍散热结构的电源模块，其特征在于，包括铜基底板、双面金属化的氧化铍陶瓷基板、电路基板、分立器件、铜芯金属引线和塑封外壳，所述的铜基底板的上表面设置有浅腔，氧化铍陶瓷基板焊接固定在浅腔内，而所述的分立器件和铜芯金属引线则焊接在电路基板上，所述的电路基板设置在氧化铍陶瓷基板的上部，其上部的分立器件（MOS管）的金属面与氧化铍陶瓷基板焊接固定，此外，所述的塑封外壳包覆电路基板和氧化铍陶瓷基板，与所述的铜基底板封装在一起，且所述的铜芯金属引线穿出设置在塑封外壳上的孔，并与塑封外壳上的孔通过环氧胶灌封。

上述的分立器件包括计时器芯片、电容、电阻、二极管和MOS管。

进一步，上述的氧化铍陶瓷基板与所述的MOS管的散热金属面焊接固定。

上述的铜基底板上的浅腔的深度为1.2mm。

且，上述的电路基板为双层电路基板。

而所述的电路基板上设置有相互连接的多谐振电路、MOS管电路和保护电路。

一种基于氧化铍散热结构的电源模块的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）制作电路基板：利用PCB版图涉及软件设计电路的电路版图，然后根据电路版图加工出双层电路基板；

（2）制作氧化铍陶瓷基板：根据电路基板上的电路中MOS管金属面的面积大小制作出与其配合的双面金属化的氧化铍陶瓷基板；

（3）制作铜基底板和塑封外壳：根据步骤（1）制作的电路基板和步骤（2）制作的氧化铍陶瓷基板的结构制作出与上述的电路基板和氧化铍陶瓷基板的结构相配合的铜基底板和塑封外壳，所述的铜基底板的边缘设置有固定孔，且其上表面上设置有浅腔，而所述的塑封外壳上设置有孔；

（4）焊接固定铜基底板和氧化铍陶瓷基板：首先将步骤（3）制作的铜基底板设置在加热平台上，加热平台的温度为140～160℃，采用180℃的焊锡丝，利用电烙铁向铜基底板的浅腔中以及氧化铍陶瓷基板的上下两面涂锡，然后将涂覆好的氧化铍陶瓷基板放置于铜基底板的浅腔中，然后将加热平台的温度调整到190～200℃，当氧化铍陶瓷基板表面的焊锡熔化时，用镊子用力按压氧化铍陶瓷基板，确保底部焊接充分以及氧化铍陶瓷基板边缘的焊锡没有造成氧化铍陶瓷基板上表面的金属面与铜基底板导通；

（5）焊接固定分立器件和铜芯金属引线：采用焊锡丝，利用电烙铁将电路上的分立器件和铜芯金属引线焊接到电路基板上，所述的分立器件包括计时器芯片、电容、电阻、二极管和MOS管；

（6）装配电路基板：首先将加热平台的温度设置160～180℃，然后利用电烙铁将步骤（5）所述的电路基板上的MOS管的散热金属面焊接到氧化铍陶瓷基板上，完成后，从加热平台上取下整体，注意电路基板的定位，注意取下幅度，确保电路基板的位置不发生位移；

（7）装配塑封外壳：首先对步骤（6）所述的整体进行电路测试，合格后将电路基板上的铜芯金属引线对准并穿过塑封外壳上的孔，然后将塑封外壳与铜基底板固定连接，所述的电路基板和氧化铍陶瓷基板被包覆在塑封外壳的内部，然后将上述的整体放置在加热平台上，将温度设置为80～100℃，沿着塑封外壳上的孔与铜芯金属引线的间隙注入环氧胶，然后将加热平台的温度设置到130℃，加热60～80min，完成灌封；

（8）测试、打标：对步骤（7）所述的完成灌封的产品进行电性能测试，合格的产品利用激光打标机对各个铜芯金属引脚功能进行打标，电源模块制作完成。

进一步，在步骤（4）的铜基底板的浅腔中以及氧化铍陶瓷基板的上下两面涂锡过程中，还使用了松香并利用酒精清洗干净。

此外，所述的浅腔的深度为1.2mm。

而所述的铜芯金属引脚为四个，而所述的塑封外壳上的孔也对应为四个。

本发明的有益效果为：本发明所述的电源模块体积小、尺寸仅有45mm×35mm×12.5mm；此外，所述的电源模块利用氧化铍陶瓷基板作为过渡散热片，解决了MOS管金属面作为漏极而需要散热的问题，散热性能良好。

【附图说明】

图1为本发明所述的基于基于氧化铍散热结构电源模块的结构示意图；

图2为本发明所述的基于基于氧化铍散热结构电源模块的侧视图；

图3为本发明所述的铜基底板的结构示意图；

图4为本发明所述的双面金属化的氧化铍陶瓷基板的结构示意图；

图5为本发明所述的塑封外壳的结构示意图；

图6为本发明所述的电路基板布局图正面视图；

图7为本发明所述的电路基板布局图背面视图；

图8为本发明所述的电路基板的电路原理图。

图中主要附图标记含义为：

1、铜基底板 2、铜芯金属引线 3、塑封外壳 4、固定孔

5、浅腔 6、氧化铍陶瓷基板 7、孔 8、电路基板。

【具体实施方式】

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述。

图1为本发明所述的基于基于氧化铍散热结构电源模块的结构示意图；图2为本发明所述的基于基于氧化铍散热结构电源模块的侧视图；图3为本发明所述的铜基底板的结构示意图；图4为本发明所述的双面金属化的氧化铍陶瓷基板的结构示意图；图5为本发明所述的塑封外壳的结构示意图。

如图1-图5所示：一种基于氧化铍散热结构的电源模块，包括铜基底板1、双面金属化的氧化铍陶瓷基板6、电路基板8、分立器件、铜芯金属引线2和塑封外壳3，所述的铜基底板1的上表面设置有浅腔5，在本实施方式中，铜基底板1上的浅腔5的深度为1.2mm，氧化铍陶瓷基板6焊接固定在浅腔5内，而所述的分立器件和铜芯金属引线2则焊接在电路基板8上，所述的电路基板8设置在氧化铍陶瓷基板6的上部，其上部的分立器件的金属面与氧化铍陶瓷基板焊接固定，其中，所述的分立器件包括计时器芯片、电容、电阻、二极管和MOS管，在本实施方式中，上述的氧化铍陶瓷基板6与所述的MOS管的散热金属面焊接固定，此外，所述的塑封外壳3包覆电路基板8和氧化铍陶瓷基板6，与所述的铜基底板1封装在一起，且所述的铜芯金属引线2穿出设置在塑封外壳3上的孔7，并与塑封外壳3上的孔7通过环氧胶灌封，在本实施方式中，所述的芯金属引线2和塑封外壳3上的孔7各为四个。

图6为本发明所述的电路基板布局图正面视图；图7为本发明所述的电路基板布局图背面视图；图8为本发明所述的电路基板的电路原理图。

如图6-8所示：所述的电路基板8为双层电路基板，目的就是为了进一步减小电路基板的面积，利用双层空间进一步减小电源模块的体积。而所述的电路基板8上设置有相互连接的多谐振电路81、MOS管电路82和保护电路83。

利用多谐振荡电路81产生一固定频率、占空比的方波信号，该信号通过与两个二极管相连并与MOS管的栅极（G极）相连，通过方波信号来实现控制MOS管的栅极（G极）以及源极（S极）之间的压降V_GS稳定在一固定的值上，MOS管在这一稳定的V_GS点上工作，提供出大电流及带载能力，同时控制输出的电压与输入电压的压降在规定的范围内。

在本实施方式中，所述的多谐振荡电路81是由功能芯片K1，电阻R1、R3、R4、R5，电容C1、C2、C3、C4以及稳压二极管D2相互连接构成。所述的MOS管电路82是由MOS管T1，电阻R2，稳压二极管D3，二极管D4、D5相互连接构成。所述的保护电路83由二极管D1构成。

一种基于氧化铍散热结构的电源模块的制备方法，包括以下步骤：

（1）制作电路基板：利用PCB版图涉及软件设计电路的电路版图，然后根据电路版图加工出双层电路基板8；

（2）制作氧化铍陶瓷基板：根据电路基板8上的电路中MOS管金属面的面积大小制作出与其配合的双面金属化的氧化铍陶瓷基板6；

（3）制作铜基底板和塑封外壳：根据步骤（1）制作的电路基板8和步骤（2）制作的氧化铍陶瓷基板6的结构制作出与上述的电路基板8和氧化铍陶瓷基板6的结构相配合的铜基底板1和塑封外壳3，所述的铜基底板1的边缘设置有固定孔4，且其上表面上设置有浅腔5，浅腔5的深度为1.2mm，为焊接氧化铍陶瓷基板6用，而所述的塑封外壳3上设置有孔7；

（4）焊接固定铜基底板和氧化铍陶瓷基板：首先将步骤（3）制作的铜基底板1设置在加热平台上，加热平台的温度为140～160℃，采用180℃的焊锡丝，利用电烙铁向铜基底板1的浅腔5中以及氧化铍陶瓷基板6的上下两面涂锡，涂覆过程中，使用松香，确保涂覆的焊锡表面光滑、平整并利用酒精清洗干净，然后将涂覆好的氧化铍陶瓷基板6放置于铜基底板1的浅腔5中，然后将加热平台的温度调整到190～200℃，当氧化铍陶瓷基板6表面的焊锡熔化时，用镊子用力按压氧化铍陶瓷基板6，确保底部焊接充分以及氧化铍陶瓷基板6边缘的焊锡没有造成氧化铍陶瓷基板6上表面的金属面与铜基底板1导通；

（5）焊接固定分立器件和铜芯金属引线：采用焊锡丝，利用电烙铁将电路上的分立器件和铜芯金属引线2焊接到电路基板8上，所述的分立器件包括计时器芯片、电容、电阻、二极管和MOS管，所述的铜芯金属引线2为四个；

（6）装配电路基板：首先将加热平台的温度设置160～180℃，然后利用电烙铁将步骤（5）所述的电路基板8上的MOS管的散热金属面焊接到氧化铍陶瓷基板6上，完成后，从加热平台上取下整体，注意电路基板8的定位，注意取下幅度，确保电路基板8的位置不发生位移；

（7）装配塑封外壳：首先对步骤（6）所述的整体进行电路测试，合格后将电路基板8上的铜芯金属引线2对准并穿过塑封外壳上的孔7，所述的孔7也对应为四个，然后将塑封外壳3与铜基底板1通过固定孔4固定连接，所述的电路基板8和氧化铍陶瓷基板6被包覆在塑封外壳3的内部，然后将上述的整体放置在加热平台上，将温度设置为80～100℃，沿着塑封外壳3上的孔7与铜芯金属引线2的间隙注入环氧胶，然后将加热平台的温度设置到130℃，加热60～80min，完成灌封；

（8）测试、打标：对步骤（7）所述的完成灌封的产品进行电性能测试，合格的产品利用激光打标机对各个铜芯金属引脚2功能进行打标，电源模块制作完成。

本发明所述的电源模块的主要功能如下：

1）利用大功率的MOS管提供较大的工作电流，以及带负载能力；

2）输入电压经电源模块处理后提供稳定的输出电压，并且压降较小。

采用本发明所述的制作方法制作的电源模块可稳定工作在18V～36V之间，同时当带负载电流达到8A时，输入输出间的压降优于0.30V。该电源模块与传统的电路相比，体积小，尺寸仅有45mm×35mm×12.5mm；该模块利用氧化铍陶瓷基板6作为过渡散热片，解决了MOS管金属面作为漏极而需要散热的问题，同时散热良好、性能稳定。

Claims

1.一种基于氧化铍散热结构的电源模块，其特征在于，包括铜基底板、双面金属化的氧化铍陶瓷基板、电路基板、分立器件、铜芯金属引线和塑封外壳，所述的铜基底板的上表面设置有浅腔，氧化铍陶瓷基板焊接固定在浅腔内，而所述的分立器件和铜芯金属引线则焊接在电路基板上，所述的电路基板设置在氧化铍陶瓷基板的上部，其上部的分立器件的金属面与氧化铍陶瓷基板焊接固定，此外，所述的塑封外壳包覆电路基板和氧化铍陶瓷基板，与所述的铜基底板封装在一起，且所述的铜芯金属引线穿出设置在塑封外壳上的孔，并与塑封外壳上的孔通过环氧胶灌封。

2.根据权利要求1所述的基于氧化铍散热结构的电源模块，其特征在于，所述的分立器件包括计时器芯片、电容、电阻、二极管和MOS管。

3.根据权利要求2所述的基于氧化铍散热结构的电源模块，其特征在于，所述的氧化铍陶瓷基板与所述的MOS管的散热金属面焊接固定。

4.根据权利要求1所述的基于氧化铍散热结构的电源模块，其特征在于，所述的铜基底板上的浅腔的深度为1.2mm。

5.根据权利要求1所述的基于氧化铍散热结构的电源模块，其特征在于，所述的电路基板为双层电路基板。

6.根据权利要求1或5所述的基于氧化铍散热结构的电源模块，其特征在于，所述的电路基板上设置有相互连接的多谐振电路、MOS管电路和保护电路。

7.一种基于氧化铍散热结构的电源模块的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（6）装配电路基板：首先将加热平台的温度设置160～180℃，然后利用电烙铁将步骤（5）所述的电路基板上的MOS管的散热金属面焊接到氧化铍陶瓷基板上，完成后，从加热平台上取下整体；

（8）测试、打标：对步骤（7）所述的完成灌封的产品进行电性能测试，合格的产品利用激光打标机对各个铜芯金属引脚功能定义进行打标，电源模块制作完成。

8.根据权利要求7所述的基于氧化铍散热结构的电源模块的制备方法，其特征在于，在步骤（4）的铜基底板的浅腔中以及氧化铍陶瓷基板的上下两面涂锡过程中，还使用了松香并利用酒精清洗干净。

9.根据权利要求7所述的基于氧化铍散热结构的电源模块的制备方法，其特征在于，所述的浅腔的深度为1.2mm。

10.根据权利要求7所述的基于氧化铍散热结构的电源模块的制备方法，其特征在于，所述的铜芯金属引脚为四个，而所述的塑封外壳上的孔也对应为四个。