CN104466568B - 叠层母排及大功率电源模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种叠层母排，包括热压合成一体的以下各层：工作层，设置在所述工作层下方的支撑绝缘垫，以及设置在所述工作层上方的表面绝缘膜；所述工作层包括导体层和隔离绝缘垫；所述导体层包括位于同一平面的至少一条铜条，以及设置在所述铜条上的输入端、输出端和连接开关；所述至少一条铜条嵌入所述隔离绝缘垫上开设的、与所述至少一条铜条一一对应的通槽中。本发明实施例还提供相应的大功率电源模块。本发明的叠层母排结构紧凑小巧，空间利用率高，重量轻，且所有铜条被压合到内部，绝缘性能和安全性能更高。

Description

叠层母排及大功率电源模块

技术领域

本发明涉及叠层母排技术领域，具体涉及一种叠层母排及大功率电源模块。

背景技术

传统大功率电源模块通常采用叠层母排实现大电流的输入输出。叠层母排一般是多层复合立体结构，包括有至少两层导体层，所述导体层包括铜条、开关件、输入端和输出端；外部电流从输入端进入，经连接的铜条，再经开关件处理后，成为满足特定要求的电流，最后从输出端输出。

在对现有技术的研究和实践过程中，本发明的发明人发现：由于流经铜条的电流较大，通常达到几百甚至上千安培，为此需要较大横截面的铜条来保证满足载流量，导致在铜条宽度一定值的情况下，铜条厚度较大；同时，为了保证铜条之间的电气性能安全，铜条之间的间距一般较大；因此，大功率电源模块的整体架构非常庞大，不仅整体重量很重，而且占用太多的空间资源，导致空间资源利用率过低。并且，由于铜条裸露在空气中，未做任何保护处理，长时间应用会造成铜条表面被腐蚀、污染，给电源模块的整体性能带来了隐患。

发明内容

本发明实施例提供一种叠层母排及大功率电源模块，以解决现有的大功率电源模块空间利用率低，所包含的铜条容易腐蚀污染的技术问题。

本发明第一方面提供一种叠层母排，包括热压合成一体的以下各层：工作层，设置在所述工作层下方的支撑绝缘垫，以及设置在所述工作层上方的表面绝缘膜；所述工作层包括导体层和隔离绝缘垫；所述导体层包括位于同一平面的至少一条铜条，以及设置在所述铜条上的输入端、输出端和连接开关；所述至少一条铜条嵌入所述隔离绝缘垫上开设的、与所述至少一条铜条一一对应的通槽中。

本发明第二方面提供一种大功率电源模块，包括：如本发明第一方面提供的大功率电源模块。

本发明实施例技术方案具有以下技术效果：

一方面，通过将所有的铜条设计在同一平面上，可以使整个叠层母排成为一个占用较小空间的扁平结构，提高了空间利用率；并且，所有铜条之间的间隙被隔离绝缘垫填充隔离，隔离绝缘垫相对于空气具有更高介电性能，从而可以减小铜条之间的设计间距，进一步缩小叠层母排的体积，提高空间利用率。

另一方面，通过将所有的铜条设计在同一平面上，不需要为了彼此间连接而在铜条上设置开孔和压铆铜柱，从而使得导体层上电流分布更加均匀，输出更加平稳；并且，可以方便的设计一个或多个输入端及输出端，以便传输不同规格的电流。

再一方面，所述叠层母排的各层结构通过热压合而成，可以减少不必要零件如固定件和螺钉等，从而减轻了整体重量；也使整个叠层母排的结构更加简单，更加小巧美观。并且，所有铜条完全被支撑绝缘垫和表面绝缘膜等压合到叠层母排内部，与外界绝缘，不与外界空气接触，从而，可以避免铜条之间的爬电风险，可以提高叠层母排的安全可靠性，还可以避免铜条被污染腐蚀。

附图说明

图1是本发明实施例的叠层母排的爆炸结构示意图；

图2是本发明实施例的叠层母排的组合后的示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供一种叠层母排及大功率电源模块，以解决现有的大功率电源模块空间利用率低，所包含的铜条容易腐蚀污染的技术问题。以下结合附图分别进行详细说明。

请参考图1和2，本发明实施例提供一种用于大功率电源模块的叠层母排。

所述叠层母排200包括热压合成一体的以下各层：工作层，该工作层包括导体层210和隔离绝缘垫220，设置在所述工作层下方的支撑绝缘垫230，以及设置在所述工作层上方的表面绝缘膜240；

所述导体层210包括位于同一平面的至少一条铜条2101，以及设置在所述铜条2101上的输入端2102、输出端2103和连接开关2104；所述至少一条铜条2101嵌入所述隔离绝缘垫220上开设的、与所述至少一条铜条一一对应的通槽2201中。

可选的/优选的，所述叠层母排还可以包括：设置在所述工作层与所述支撑绝缘垫230之间的、起粘合作用的中间绝缘膜250。以便更好的实现各层组件之间的粘结固定。

下面，对上述各层结构做进一步详细说明：

一、导体层

所述导体层210是用于承载和处理大电流的组件，外部电流从输入端2102进入，经连接的铜条2101，再经连接开关2104处理后，成为满足特定要求的电流，最后从输出端2103输出。所有铜条2101经过精心设计分布在同一个水平面上，输入端2102和输出端2103分别位于铜条2101的两端。所述连接开关2104与铜条2101连接，用于对流经的电流进行整流或滤波等处理，将输入的电流转换成满足特定要求的电流。

一种实施方式中，所述输入端2102可以是铜条2101的一端扩展而成，其上设有螺纹孔等连接结构，以便与外部装置连接；所述输出端2103是可以在铜条2101的另一端形成的螺纹柱，以便与外部装置连接。其它实施方式中，所述输入端2102和输出端2103也可以具有其它的结构形式。所述的连接开关2104和螺纹柱等可以向上端伸展，突出于导体层210主平面，以方便安装调试或者与外部装置连接。

一种实施方式中，可以在设计加工时，保证任意相邻的两条铜条分别用于承载方向不同的电流，以便大幅减少杂散电感。

二、隔离绝缘垫

所述隔离绝缘垫220与所述导体层210位于同一平面层，两者相互匹配，隔离绝缘垫220上开设有与所述至少一条铜条一一对应的通槽2201，使得，所述至少一条铜条2101可以全部嵌入所述通槽2201中。通槽2201优选为镂空槽。

所述隔离绝缘垫220主要起固定和绝缘作用，并作为各个铜条2101之间的介电介质。隔离绝缘垫220应选择介电参数较大的绝缘材料制成，至少使介电参数远大于空气，以便尽量减小各个铜条2101之间的设计间距，从而减小整个叠层母排的体积，较少对空间资源的占用，提高空间利用率。

三、支撑绝缘垫和中间绝缘膜

支撑绝缘垫230是隔离绝缘垫220与导体层210的支撑承载组件，中间绝缘膜250则主要是粘结组件。中间绝缘膜250的上表面与隔离绝缘垫220与导体层210相接，下表面则与支撑绝缘垫230相接。所述中间绝缘膜250的上、下表面均附着有绝缘固态胶。在加工过程的热压合步骤中，所述绝缘固态胶受热熔化成为流动的胶，将支撑绝缘垫230以及隔离绝缘垫220与导体层210粘合在一起，冷却后，绝缘固态胶重新成为固态，从而实现上述各层组件之间的粘合固定。

四、表面绝缘膜

在铜条之间的间距设计较小时，如果铜条上表面暴露于空气中，会有爬电风险。爬电是指在绝缘材料的性能降低时受天气等外界因素如空气湿度大,接连阴天霉雨季节,潮湿环境等使得带电金属部位与绝缘材料产生象水纹样电弧沿着外皮爬的现象。为了避免爬电风险，本发明实施例在所述导体层210和隔离绝缘垫220上方设置表面绝缘膜240，实现将导体层210中的铜条2101彻底压合到叠层母排内部，与外界绝缘，避免与外界空气等接触。

所述表面绝缘膜240的下表面附着有绝缘固态胶。在加工过程的热压合步骤中，所述绝缘固态胶受热熔化成为流动的胶，将表面绝缘膜以及隔离绝缘垫220与导体层210粘合在一起，冷却后，绝缘固态胶重新成为固态，从而实现上述各层组件之间的粘合固定。

五、上述各层组件的开孔设计

本发明实施例中，所述表面绝缘膜240上开设有使所述输入端2102和输出端2103以及连接开关2104暴露出的第一开口2401；所述支撑绝缘垫230上开设有与所述输入端2103和输出端2104以及连接开关2401对应的第二开口2301。

各个第一开口2401的大小和位置应分别与对应的输入端2102和输出端2103以及连接开关2104相匹配，以便使所述输入端、输出端和连接开关的上端暴露于所述第一开口2401中，方便与外部装置连接。

各个第二开口2301的大小和位置分别与对应的输入端2102和输出端2103以及连接开关2104上设计的螺纹孔或螺纹柱一一对应匹配即可。

相应的，所述中间绝缘垫250上也开设有与所述第二开口的大小位置一一对应的第三开2501口。

上述的第二开口2301和第三开口2501是可选的，并非必须需要的结构。

六、关于加工方法

具体应用中，可以按照所设计的形状结构，分别加工上述的导体层210，隔离绝缘垫220，支撑绝缘垫230，表面绝缘膜240，和中间绝缘膜250。然后，将上述各层组件层叠在一起，进行热压合，在加热条件下，表面绝缘膜和中间绝缘膜表面的固态胶会受热后变成流动的液态胶，将所有结构件粘合在一起。并且，流动的液态胶能够有效填充各层结构组件之间的细小缝隙，进一步提高整体电气的安全可靠性。最终，经过热压合后形成一个整体的成品叠层母排如图2所示。可见，本发明实施例的叠层母排呈结构紧凑的扁平形状，体积很小。

综上，本发明实施例公开了一种叠层母排，该叠层母排具有以下技术效果：

第一方面，本发明实施例在保证叠层母排性能的情况下，通过将所有的铜条设计在同一平面上，可以使整个叠层母排成为一个占用较小空间的扁平结构，相对于现有的多层复合立体结构的叠层母排，提高了空间利用率；并且，所有铜条之间的间隙被隔离绝缘垫填充隔离，隔离绝缘垫相对于空气具有更高介电性能，从而可以减小铜条之间的设计间距，进一步缩小叠层母排的体积，提高空间利用率。

第二方面，现有技术中通常采用两层导体结构的叠层母排，由于结构限制，该种两层的叠层母排一般只能有一个输入端和一个输出端，只能应用于一种规格的电流传输。而本发明实施例中，由于所有铜条被设计在同一个平面上，因此，可以很方便的设计一个或多个输入端，相应的，所述输出端也可以设计有一个或者多个，不同的输入端可以输出不同大小的电流，不同的输出端可以输出不同大小的经过处理后的电流。

第三方面，现有的两层导体结构的叠层母排的各层铜条上需要设置很多开孔和压铆铜柱，以便进行彼此间的连接，这些铜条上设置的开孔和压铆铜柱会导致电流分布不均匀，例如局部过于密集，从而导致电流输出不平稳。而本发明实施例通过将所有的铜条设计在同一平面上，不需要为了彼此连接而在铜条上设置开孔和压铆铜柱，从而使得导体层上电流分布更加均匀，输出更加平稳。

第四方面，相对于现有的双层或多层叠层母排通过上下层导体结构减少杂散电感的方案，本发明实施例可以利用同一层的相邻铜条承载异向电流来减少杂散电感，从而可以更好的减少杂散电感，结构更加优化。

第五方面，所述叠层母排的各层结构通过热压合而成，可以减少不必要零件如固定件和螺丝等，从而减轻了整体重量；也使整个叠层母排的结构更加简单，更加小巧美观。

第六方面，所有铜条完全被支撑绝缘垫和表面绝缘膜等压合到叠层母排内部，整体上与外界绝缘，不与外界空气接触，从而，可以避免铜条之间的爬电风险，可以提高叠层母排的安全可靠性，还可以避免铜条被污染腐蚀。

第七方面，采用绝缘固态胶作为层间粘结剂，由于绝缘固态胶受热熔化变成液态胶的特性，胶水可以油条填充在各层组件之间的细小缝隙中，进一步提高整个叠层母排的绝缘性能和安全可靠性能。

第八方面，本发明的叠层母排整体结构简单，制造工艺也更加简单，其各个组件可以采用专用模具一次成型，从而可以大大提升生产效率，缩短生产周期，降低生产成本。

本发明实施例还提供一种大功率电源模块，包括：如实施例一所述的叠层母排。该种大功率电源模块具有上述叠层母排所具有的的各种优点。

以上对本发明实施例所提供的叠层母排以及大功率电源模块进行了详细介绍，但以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，不应理解为对本发明的限制。本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种叠层母排，其特征在于，包括热压合成一体的以下各层：

工作层，设置在所述工作层下方的支撑绝缘垫，以及设置在所述工作层上方的表面绝缘膜；所述工作层包括导体层和隔离绝缘垫；所述导体层包括位于同一平面的至少一条铜条，以及设置在所述铜条上的输入端、输出端和连接开关；所述至少一条铜条嵌入所述隔离绝缘垫上开设的、与所述至少一条铜条一一对应的通槽中。

2.根据权利要求1所述的叠层母排，其特征在于，还包括：

设置在所述工作层与所述支撑绝缘垫之间的、起粘合作用的中间绝缘膜。

3.根据权利要求1所述的叠层母排，其特征在于：

所述表面绝缘膜上开设有使所述输入端和输出端以及连接开关暴露出的第一开口；所述支撑绝缘垫上开设有与所述输入端和输出端以及连接开关对应的第二开口。

4.根据权利要求3所述的叠层母排，其特征在于：

所述输入端、输出端和连接开关上设有连接用螺纹孔或螺纹柱，所述第二开口与所述螺纹孔或螺纹柱一一对应匹配。

5.根据权利要求2所述的叠层母排，其特征在于：

所述中间绝缘膜的两面，所述表面绝缘膜的内表面，设有绝缘胶。

6.一种大功率电源模块，其特征在于，包括：

如权利要求1至5中任一所述的叠层母排。