CN103426833B - 压接式功率模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种压接式功率模块，其包括外壳、盖板以及用于压接到散热装置的电绝缘基板，所述外壳具有分别与盖板和电绝缘基板相对的第一表面和第二表面，所述盖板和电绝缘基板分别装配于外壳的第一表面和第二表面上，所述外壳第二表面在面对电绝缘基板周边的位置设有一个环形内槽，所述环形内槽嵌设有一个用于弹性抵压电绝缘基板的第一弹性缓冲件，所述第一弹性缓冲件高出于外壳第二表面用以使外壳能调整电绝缘基板软压接到散热装置上的压力。通过在外壳上设有内槽并嵌有弹性缓冲件，以提供一定弹性缓冲，既能保护电绝缘基板不会压裂，又能调整电绝缘基板软压接到散热装置上的压力，始终确保两者的紧密压接，降低热阻，提高散热效率。

Description

压接式功率模块

技术领域

本发明涉及一种电力电子技术领域，特别涉及一种压接式功率模块。

背景技术

目前，现在市面上的压接式功率模块均采用外壳与电绝缘基板硬压接的方式，因为电绝缘基板本身比较脆弱，所以在此类设计方案中，电绝缘基板的表面积不能设计的太大，不然在压接的时候会有电绝缘基板碎裂的危险，导致硬压接的压接式功率模块的功率等级不能设计的过高，只能应用在小功率模块里面。现有的电绝缘基板在进行芯片焊接加工的时候，因为芯片的热膨胀系数与电绝缘基板不一样，会使电绝缘基板在加工后会有轻微的反弧度，在使用的时候会增加模块的导热硅脂层，增加热阻，降低导热效率。

发明内容

有鉴于此，提供一种功率大、导热快的的压接式功率模块。

一种压接式功率模块，其包括外壳、盖板以及用于压接到散热装置的电绝缘基板，所述外壳具有分别与盖板和电绝缘基板相对的第一表面和第二表面，所述盖板和电绝缘基板分别装配于外壳的第一表面和第二表面上，所述外壳第二表面在面对电绝缘基板周边的位置设有一个环形内槽，所述环形内槽嵌设有一个用于弹性抵压电绝缘基板的第一弹性缓冲件，所述第一弹性缓冲件高出于外壳第二表面用以使外壳能调整电绝缘基板软压接到散热装置上的压力。

在所述压接式功率模块中，在外壳第二表面设有环形内槽，内嵌有一弹性缓冲件，安装时，外壳透过弹性缓冲件软压接电绝缘基板，即，弹性缓冲件在外壳和电绝缘基板之间提供一定弹性应力的缓冲，既能保护电绝缘基板不会压裂，成功解决了电绝缘基板本身比较脆弱，而不能制造大功率等级压接模块的缺陷。而且，通过控制弹性缓冲件受压高度或程度来调整电绝缘基板软压接到散热装置上的压力，实现压力可调的作用。这样，能使电绝缘基板与散热装置紧密压接，并降低电绝缘基板与散热装置间导热硅脂（采用的情况下）的厚度，降低了模块热阻，提高散热效率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的压接式功率模块的俯视结构示意图。

图2为图1的压接式功率模块沿着第一弹性缓冲件一边的剖视结构示意图。

图3为图1的压接式功率模块沿着两个紧固件轴向的剖视结构示意图。

图4为图1的压接式功率模块的立体分解结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1到图4，本发明实施例提供的压接式功率模块10包括外壳11、盖板12以及用于压接到散热装置的电绝缘基板13，外壳11具有分别与盖板12和电绝缘基板13相对的第一表面111和第二表面112，盖板12和电绝缘基板13分别装配于外壳11的第一表面111和第二表面112上，外壳11第二表面112在面对电绝缘基板13周边的位置设有一个环形内槽113，环形内槽113嵌设有一个用于弹性抵压电绝缘基板13的第一弹性缓冲件15，第一弹性缓冲件15高出于外壳第二表面用以使外壳11能调整电绝缘基板13软压接到散热装置（图未示）上的压力。

如图4所示，外壳11的第一表面111周边呈凸起形状，形成挡墙118。如图4所示，电绝缘基板13上安置有多个功率元件132，例如但不限于包括多个MOS管等半导体元器件。外壳11是外框结构，即正对功率元件132的位置为镂空结构，外壳11贴合于电绝缘基板13周边未安置功率元件132的边缘。

外壳11的第一表面111设有一个安置槽114，每个安置槽114嵌设有一个柔性（或弹性）支撑于盖板12和外壳11之间的第二弹性缓冲件16。优选地，第二弹性缓冲件16用于给盖板12紧固于外壳11上时提供缓冲力，使得盖板12软性或弹性安装于外壳11的第一表面111。在本发明的一个优选实施例中，安置槽114为挖设于挡墙118内侧的凹槽，挡墙118在形成安置槽114部分略向外突出，以便有空间形成安置槽114。具体地，挡墙118具有一台阶119，台阶119相对于外壳基体的高度根据盖板12和电绝缘基板13的间距而变化，第二弹性缓冲件16的顶面可以是与台阶119平齐或者略高于台阶119。如图1和4所示，安置槽114为一个柱形槽，用于安置第二弹性缓冲件16。图示的实施例中，优选采用两个对称设于外壳两边的安置槽114。盖板12周边、外壳11周边分别对应开设有多个通孔125和115，每个通孔125、115贯穿设有紧固件17，紧固件17用于将盖板12、第二弹性缓冲件15、外壳11、第一弹性缓冲件16、电绝缘基板13压接到散热装置上。盖板12和外壳11上的通孔125、115分别对应于安置槽114位置而开设，例如，通孔115贯穿地开设于安置槽114的槽底，盖板12对应于安置槽114的位置外延一对挂耳124，通孔125贯穿地开设于挂耳124上。第二弹性缓冲件16也对应贯穿设有穿孔161。这样，紧固件17贯穿于通孔125、115和穿孔161，紧固时，第二弹性缓冲件16提供充分的缓冲作用。

在本发明的另一个实施例中，安置槽114也可以是一个环形凹槽，环形凹槽开设于台阶119表面，第二弹性缓冲件16则可以是环形结构，与第一弹性缓冲件15类似。通孔125、115可避开安置槽114和第二弹性缓冲件16设置，则紧固件17也避开安置槽114和第二弹性缓冲件16。这种环形凹槽给整个盖板12和外壳11周边之间提供缓冲。

在本发明的又一个实施例中，安置槽114足够深，并与环形内槽113相通，这样，第一弹性缓冲件15和第二弹性缓冲件16可采用一体成型的结构，例如，第二弹性缓冲件16为由第一弹性缓冲件15两侧对称外延的凸耳，凸耳也具有穿孔以便紧固件17贯穿。

盖板12设有至少一个抵压接触于所述电绝缘基板13的压接柱121。优选地，压接柱121是与盖板12一体成型的结构，例如，一体化延伸于盖板12的大致中央位置，盖板12在延伸有压接柱121的延伸区域122呈现朝电绝缘基板13方向凹陷的结构。更有利的是，盖板12上的压接柱121与电绝缘基板13是弹性且压力可调的接触。例如，压接柱121用于与电绝缘基板13接触的末端具有柔性接头，或者是套接一个柔软头。

盖板12上的压接柱121的尺寸设定为：当紧固件17紧压接使电绝缘基板13与散热装置紧密贴合时，盖板12上的压接柱121与电绝缘基板13紧密压接；当紧固件17松开时，所述盖板12上的压接柱121与电绝缘基板13存在间隙。该间隙小于弹性缓冲件15的形变量加第二弹性缓冲件16形变量减去电绝缘基板13的形变量。

图示的实施例中显示一个压接柱121，其优选位于中央位置。为更好地避开电绝缘基板13上的功率元件132，未设置功率元件的空余区域可以是有多个间隔的空区域，通常功率元件是对称分布的，因此，空区域也可以是对称排布。在本发明的其他一些实施例中，压接柱121可以采用多个，优选为包括中央一个，也可不在中央设置。另外，除位于中央的压接柱121之外压接柱121可以是对称地分布或者是以中央的压接柱121为中心辐射状（或中心对称）分布地形成于盖板的底面，多个压接柱121的高度一致，这样可均匀施压于电绝缘基板13，使电绝缘基板13整个底面更紧密地贴合于散热装置。第一弹性缓冲件15弹性或柔性作用于电绝缘基板13的周边，使其与散热装置紧密贴合，而压接柱121进一步从中央或者非周边的中部来抵压电绝缘基板13。因此，压接柱121和第一弹性缓冲件15相配合，进一步确保电绝缘基板13与散热装置紧密贴合。这样，即使由于芯片的热膨胀系数与电绝缘基板13不一样，造成电绝缘基板会有轻微的反弧度，通过第一弹性缓冲件15以及压接柱121即可克服此反弧度，同时还能调整电绝缘基板13施加于散热装置的压力。在实际应用中，由于使用周期较长或者其他各种原因，可能会造成电绝缘基板13和散热装置之间接触不紧密或者两者之间的导热胶变形等，通过第一弹性缓冲件15即可对这些进行调整。

优选地，外壳11第二表面112在面对电绝缘基板13周边的位置设有一个环形内凹台阶110，环形内槽113设于环形内凹台阶110。环形内凹台阶110的内凹是相对于第二表面112，即环形内凹台阶110低于第二表面112。所述第一弹性缓冲件15加电绝缘基板13高出于外壳11第二表面112的高度值为第一弹性缓冲件15在弹性方向上自由状态时长度的30%-60%，实际上就是在装第一弹性缓冲件15后，电绝缘基板13高出于外壳11第二表面112的高度值为第一弹性缓冲件15在弹性方向上自由状态时长度的30%-60%，即给出了弹性受压范围为第一弹性缓冲件15的弹性长度的30%-60%。第二弹性缓冲件16的弹性被压缩率优选为在被压缩时可控制长度占原始长度的比例在30%-60%。电绝缘基板13承受的压力通过第一弹性缓冲件15的形变量和第二弹性缓冲件16的形变量来控制，压力的大小根据外壳11对第一弹性缓冲件15和第二弹性缓冲件16的形变冗余调节来设定。第一弹性缓冲件15和第二弹性缓冲件16的材料优选为弹性材料，例如橡胶。

本发明实施例提供的压接式功率模块10在安装时，先将第一弹性缓冲件15和第二弹性缓冲件16放入对应的内槽113和安置槽114中，将外壳11、盖板12、电绝缘基板13三者对齐，例如通过将通孔115、125和穿孔161对准，装入紧固件17（如螺纹杆件），紧固件17贯穿通孔115、125和穿孔161，用螺母从紧固件17底端拧紧。在实际应用中，散热装置也可具有安装孔，以便穿入紧固件17，这样即可将外壳11、盖板12、电绝缘基板13与散热装置固定安装为一体。在一个可选的实施例中，如图4所示，外壳11四周具有螺孔117，通过另一个紧固件116将外壳11安装固定于散热装置上，紧固件17集中力量作用于盖板12与外壳11之间的压力，通过第二弹性缓冲件16能有效方便地控制盖板12的压接柱121作用于电绝缘基板13上的软压力。

由上可知，在压接式功率模块100中，在外壳11第二表面112设有环形内槽113，内嵌有一弹性缓冲件15，安装时，外壳11透过弹性缓冲件15软压接电绝缘基板13，即，弹性缓冲件15在外壳11和电绝缘基板13之间提供一定弹性应力的缓冲，既能保护电绝缘基板13不会压裂，成功解决了电绝缘基板13本身比较脆弱，而不能制造大功率等级模块的缺陷。而且，通过控制弹性缓冲件15受压高度或程度来调整电绝缘基板13软压接到散热装置上的压力，实现压力可调的作用。这样，能使电绝缘基板13与散热装置紧密压接，并降低电绝缘基板13与散热装置间导热硅脂（采用的情况下）的厚度，降低了模块热阻，提高散热效率。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种压接式功率模块，其包括外壳、盖板以及用于压接到散热装置的电绝缘基板，所述外壳具有分别与盖板和电绝缘基板相对的第一表面和第二表面，所述盖板和电绝缘基板分别装配于外壳的第一表面和第二表面上，其特征在于，所述外壳第二表面在面对电绝缘基板周边的位置设有一个环形内槽，所述环形内槽嵌设有一个用于弹性抵压电绝缘基板的第一弹性缓冲件，所述第一弹性缓冲件高出于外壳第二表面用以使外壳能调整电绝缘基板软压接到散热装置上的压力，所述盖板设有至少一个抵压接触于所述电绝缘基板的压接柱，所述压接柱是与盖板一体成型的结构，所述盖板在延伸有压接柱的延伸区域呈现朝电绝缘基板方向凹陷的结构。

2.如权利要求1所述的压接式功率模块，其特征在于，所述外壳的第一表面设有安置槽，每个所述安置槽嵌设有一个弹性支撑于盖板和外壳之间的第二弹性缓冲件。

3.如权利要求2所述的压接式功率模块，其特征在于，所述电绝缘基板承受的压力通过第一弹性缓冲件的形变量和第二弹性缓冲件的形变量来控制，所述压力的大小根据外壳对第一弹性缓冲件和第二弹性缓冲件的形变冗余调节来设定。

4.如权利要求1所述的压接式功率模块，其特征在于，所述盖板上的压接柱与电绝缘基板是弹性且压力可调的接触。

5.如权利要求4所述的压接式功率模块，其特征在于，所述盖板周边、外壳周边分别对应开设有多个通孔，每个通孔贯穿设有紧固件，所述紧固件用于将盖板、第二弹性缓冲件、外壳紧固为一体，并压紧第一弹性缓冲件，将电绝缘基板压接到散热装置上。

6.如权利要求5所述的压接式功率模块，其特征在于，所述盖板上的压接柱的尺寸设定为：当紧固件紧压接使电绝缘基板与散热装置紧密贴合时，所述盖板上的压接柱与电绝缘基板紧密压接；当紧固件松开时，所述盖板上的压接柱与电绝缘基板存在间隙。

7.如权利要求1所述的压接式功率模块，其特征在于，所述外壳第二表面在面对电绝缘基板周边的位置设有一个环形内凹台阶，所述环形内槽设于所述环形内凹台阶上，所述第一弹性缓冲件加电绝缘基板高出于外壳第二表面的高度值为第一弹性缓冲件在弹性方向上自由状态时长度的30%-60%。

8.如权利要求2所述的压接式功率模块，其特征在于，所述外壳的第一表面周边为凸起的挡墙，所述挡墙具有一台阶，所述安置槽是一个环形凹槽，所述环形凹槽开设于台阶的表面，所述第二弹性缓冲件是环形结构。

9.如权利要求2所述的压接式功率模块，其特征在于，所述安置槽延伸到与环形内槽相通，所述第一弹性缓冲件和第二弹性缓冲件为一体成型的结构。