CN103394855A - 固定工装结构及电极焊接方法 - Google Patents

Abstract

一种固定工装结构，包括固定工装、底部工装和顶部工装，其中固定工装是用来放置辅助电极，底部工装是用来放置IGBT器件，顶部工装是用来定位所述固定工装。该固定工装结构可以将辅助电极可靠的固定于所需焊接的位置，不仅可以提高辅助电极的焊接品质，且能够在焊接工艺中减少人力，使得焊接工艺的效率大大提高。同时本发明还提出了上述固定工装结构进行电极焊接的方法。

Description

固定工装结构及电极焊接方法

技术领域

本发明涉及IGBT制作领域，具体地，是一种用于在IGBT辅助电极焊接时的固定工装结构。

背景技术

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR（电力晶体管）的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。

目前，IGBT模块制造的重要过程之一是焊接工艺，焊接工艺包括一次焊接和二次焊接。一次焊接是将芯片焊接到DBC上；二次焊接是指DBC与底板间的焊接以及电极与DBC之间的焊接。在IGBT模块中，电极起到了非常重要的电气连接的作用，对于焊接式IGBT模块来说，主电极和辅助电极是通过焊料将电极焊接在DBC基板上。现在对于3300V及以上电压等级的大功率模块，辅助电极是焊接在门极印刷电路板上，通过现有的焊接门极印刷线路板工装进行焊接的。对于一些小电压（低于3300V）的单管IGBT模块，不需要门极印刷线路板，辅助电极需要直接焊接到DBC的铜层上，这个过程采用二次焊接实现。

请参见图1，图1是一般的辅助电极的结构三视图。如图所示，该辅助电极10通常包括与DBC基板焊接的焊接部11和用来作为电极引出的电极部12，两者之间呈L型。在辅助电极10被焊接到DBC基板之前，电极部12为竖直直片，但是当辅助电极10焊接完之后，通常还需要将该电极部12进行折弯，因此在焊接部12上还设有折弯口等结构。目前，对于该辅助电极的焊接工艺，没有有效的工装设备进行固定，焊接时往往容易产生脱落或者焊接点位出错的问题。

因此有必要提出一种用于该IGBT辅助电极焊接的固定工装，来固定辅助电极的位置。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种IGBT辅助电极的固定工装结构及使用该固定工装结构进行的电极焊接方法，该固定工装结构可以将辅助电极可靠的固定于所需焊接的位置。

根据本发明的目的提出的一种固定工装结构，用于IGBT辅助电极的焊接，包括固定工装、底部工装和顶部工装，所述固定工装包括柱状主体部和顶面，所述柱状主体部的内部中空，中空区域的空间用来置入辅助电极，所述顶面的顶部开设有用来置入辅助电极的定位孔，该定位孔的开口大小配合辅助电极的形状；所述底部工装包括底板和支撑件，所述底板设有容置槽，所述顶部工装包括顶板、设置于顶板中的若干定位口，以及设置于该顶板上且对应上述底部工装上的支撑杆的若干固定孔，所述定位口的形状和大小与固定工装的柱状主体部相匹配。

优选的，所述定位孔的形状为两个并连在一起、且大小不一的矩形槽口。

优选的，所述固定工装的长度小于所述辅助电极的长度。

优选的，所述固定工装的顶面面积大于所述柱状主体部的截面积。

优选的，所述支撑杆为4根，分布在所述底板的四个顶角处。

优选的，所述支撑杆的长度短于所述固定工装的长度。

同时，本发明还提出了一种电极焊接方法，使用如上所述的固定工装结构，包括步骤：

首先，取出底部工装，将IGBT模块置入容置槽中进行固定；

接着，将顶部工装通过支撑件安装到底部工装上方；

然后，在辅助电极的焊接部包好焊料，放入所述固定工装中；

将固定工装插入顶部工装的定位口之中，完成辅助电极的固定工作；

最后将整个固定工装结构放入焊炉内，加热到焊料的熔融温度，使得焊料能够将辅助电极的焊接部粘结到DBC基板上，完成焊接动作。

通过对本发明固定工装结构的应用，不仅可以提高辅助电极的焊接品质，且能够在焊接工艺中减少人力，使得焊接工艺的效率大大提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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获得其他的附图。

图1是一般的辅助电极的结构三视图。

图2是本发明中固定工装的三视图。

图3是本发明中底部工装的三视图。

图4是本发明中顶部工装的三视图。

具体实施方式

正如背景技术中所述，现有技术中，由于缺乏对辅助电极焊接时的固定工装，因此在辅助电极焊接过程中，容易长生脱焊和焊接位置出错等问题，大大影响了产品的质量。再者，现有工艺中，对于辅助电极的焊接工艺，往往采用人工点焊，生产效率低下，且无法保证焊接品质。

因此，本发明的针对现有的辅助电极的结构特性，提出了一种适用于辅助电极焊接工艺中的固定工装结构，该固定工装结构可以将辅助电极可靠的固定于所需焊接的位置，不仅可以提高辅助电极的焊接品质，且能够在焊接工艺中减少人力，使得焊接工艺的效率大大提高。

该固定工装结构具体的包括固定工装、底部工装和顶部工装三个组件。其中固定工装是用来放置辅助电极，底部工装是用来放置IGBT器件，顶部工装是用来定位所述固定工装。

下面，将通过具体的实施方式来介绍本发明的技术方案。

请参见图2至图4，图2是本发明中固定工装的三视图，图3是本发明中底部工装的三视图，图4是本发明中顶部工装的三视图。如图所示，固定工装20为柱状的立体结构，其包括柱状主体部21和顶面22。柱状主体部21的内部中空，中空区域的空间用来置入辅助电极。在顶面22的顶部开设有用来置入辅助电极的定位孔23，该定位孔23的开口大小最好配合辅助电极的形状。在图1所示的辅助电极中，其L型结构的两个连接部分分别为焊接部11和电极部12，其中焊接部11用于与设置在DBC基板上的电极焊盘进行焊接，其大小只需满足焊接要求即可，比如图1中的示例显示其宽度略窄于电极部12，因此对应该辅助电极的形状，定位孔23的形状为两个并连在一起、且大小不一的矩形槽口。较优地，该固定工装20的整体长度应短于该辅助电极10的长度，这样一来，当辅助电极10置入该固定工装20之后，至少部分的电极部12被留置在外面，籍用定位孔23的宽口对电极部11的限定作用，确定辅助电极10在该固定工装中的姿态。

在一种实施方式中，固定工装20的柱状主体部21内部空间全部为中空，即该柱状主体部21只有表皮材料围绕而成的两端通透的空心柱。此时，辅助电极10的固定即限位全部由顶面22上的定位孔23完成。在这种实施方式中，该固定工装20的柱状主体部21所占有的体积不宜太大，不然容易使得辅助电极10置入之后，其电极部12的顶部与焊接部11的姿态不在一条垂直线上，造成辅助电极10在固定工装20内部的偏斜，从而对焊接位置形成误差。

在另一种实施方式中，该固定工装20的柱状主体部21也可以只在中心位置开凿出与定位孔23具有相同形状和大小的通孔。此时，辅助电极10置入该固定工装之后，依靠该柱状主体部21内部的通孔空间进行限位即可。在这种实施方式中，对于该固定工装20的高度可以不做限定，即使大于辅助电极10的长度，工作人员也无需担心该辅助电极10会在该固定工装20的内部空间中出现偏斜的问题。

较优地，该柱状主体部21可以是方柱、圆柱、三角柱、菱柱或是其它多边形柱，只要能满足其内部中空的空间能够置入辅助电极即可。

请参加图3，底部工装30的主要作用是用来放置待焊接的IGBT模块，以及为焊接动作提供一个操作平台。该底部工装30包括一底板31以及位于该底板31边缘的若干支撑杆32。该底板31的厚度通常厚于待焊接的IGBT模块，且在该底板31的表面设有一个容置槽33。该容置槽33的形状与所需放置的IGBT模块的形状相匹配。当IGBT模块嵌入该容置槽33后，依赖容置槽33的槽壁对IGBT的限定作用，起到固定IGBT模块的效果。

当然，于其它实施方式中，固定该IGBT模块也可以通过直接在底板31上设置一些固定结构，比如卡勾、卡扣或限位柱等结构实施。

支撑杆32在图示所示的方式中，共有4根，分别设置在该底板31的四个顶角位置，然而在其它一些实施方式中，该支撑杆32也可以是2根或大于2根的其它个数，其分布方式也可以是在该底板31的其它位置处，只要满足能够支撑起下文所述的顶部工装即可。

较佳地，该支撑杆32的长度最好短于上述固定工装20的长度，如此设计可以使得固定工装20被限定在底部工装30和顶部工装40的范围内。

请参见图4，顶部工装40的作用主要是用来提供固定工装20插入的空间以及对该固定工装20进行限位的目的。该顶部工装40包括顶板41、设置于顶板41中的定位口42，以及设置于该顶板41上且对应上述底部工装30上的支撑杆32的若干固定孔43。定位口42的形状和大小与固定工装20的柱状主体部31相匹配，固定工装20通过该定位口42插入进去，从而抵住位于底部工装30中的IGBT模块。该定位口42的位置对应IGBT模块上所需焊接的位置相对应，确保固定工装20插入后，位于该固定工装20中的辅助电极的焊接部11能够对应在焊接点上。

一般对于已知型号的IGBT模块来说，其DBC基板上的焊盘位置基也是固定，在本发明的固定工装结构中，只需按照IGBT模块型号，设置不同的顶部工装40，使其定位口42的位置对应各种不同型号的IGBT模块。如此当处理不同型号的IGBT模块时，只需跟换顶部工装40即可。

图示所示的顶部工装40，虽然定位口42只开设了一个，然而于实际应用中，该定位口42的个数完全视DBC基板上的焊盘数量而定。比如当一块IGBT模块上所需焊接的焊盘为3个时，定位口42的数量也可以为三个，且其位置分布与焊盘的位置相对应。

再者，对于底部工装30和顶部工装40之间的支撑件，除上述的实施方式之外，也可以将该些支撑件设置于顶部工装40上，而在底部工装30的对应位置开设固定孔，亦或者将支撑件单独设置，在底部工装30和顶部工装40的对应位置各开设固定孔，于应用时，将支撑件进行安装即可。

请再参见图2，图2所示的固定工装20上，除了柱状主体部21之外，还包括一顶面22，且该顶面22的面积大于柱状主体部21截面积，如此设置，便于在固定工装20插入至顶部工装40的定位口42中时，形成一卡止效果。然而当该柱状主体部21的长度大于支撑件32的长度时，亦可将所述顶面22的面积制作成与柱状主体部21的截面积相同。

上述的整个固定工装结构，适用于单块IGBT模块的辅助电极焊接工作。然而当一次焊接所需的IGBT模块数量为多块时，亦可将本发明的固定工装结构进行拓展，比如在底部工装30上开设多个容置槽33，且在顶部工装40上开设对应容置槽33数量的定位口42。

下面，再对利用本发明的固定工装结构进行辅助电极焊接的工艺做详细描述。

首先，取出图3所示的底部工装30，将IGBT模块置入容置槽中进行固定。

接着，安装图4所示的顶部工装40，将顶部工装通过支撑件安装到底部工装30上方。

然后，在辅助电极的焊接部包好焊料，放入图2所示的固定工装20中。焊料比如是焊锡丝，将焊锡丝直接才绕在焊接部上即可。

将固定工装20插入顶部工装40的定位口42之中，完成辅助电极的固定工作。

最后将整个固定工装结构放入焊炉内，加热到焊料的熔融温度，使得焊料能够将辅助电极的焊接部粘结到DBC基板上，完成焊接动作。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种固定工装结构，用于IGBT辅助电极的焊接，其特征在于：包括固定工装、底部工装和顶部工装，所述固定工装包括柱状主体部和顶面，所述柱状主体部的内部中空，中空区域的空间用来置入辅助电极，所述顶面的顶部开设有用来置入辅助电极的定位孔，该定位孔的开口大小配合辅助电极的形状；所述底部工装包括底板和支撑件，所述底板设有容置槽，所述顶部工装包括顶板、设置于顶板中的若干定位口，以及设置于该顶板上且对应上述底部工装上的支撑杆的若干固定孔，所述定位口的形状和大小与固定工装的柱状主体部相匹配。

2.如权利要求1所述的固定工装结构，其特征在于：所述定位孔的形状为两个并连在一起、且大小不一的矩形槽口。

3.如权利要求1所述的固定工装结构，其特征在于：所述固定工装的长度小于所述辅助电极的长度。

4.如权利要求1所述的固定工装结构，其特征在于：所述固定工装的顶面面积大于所述柱状主体部的截面积。

5.如权利要求1所述的固定工装结构，其特征在于：所述支撑杆为4根，分布在所述底板的四个顶角处。

6.如权利要求1所述的固定工装结构，其特征在于：所述支撑杆的长度短于所述固定工装的长度。

7.一种电极焊接方法，使用如权利要求1至6任意一项所述的固定工装结构，其特征在于，包括步骤：

首先，取出底部工装，将IGBT模块置入容置槽中进行固定；

接着，将顶部工装通过支撑件安装到底部工装上方；

然后，在辅助电极的焊接部包好焊料，放入所述固定工装中；

将固定工装插入顶部工装的定位口之中，完成辅助电极的固定工作；

最后将整个固定工装结构放入焊炉内，加热到焊料的熔融温度，使得焊料能够将辅助电极的焊接部粘结到DBC基板上，完成焊接动作。

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