CN104919657B - 用于半导体模块的电压配销 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电模块，所述电模块包括外壳、安装于所述外壳内的至少一个电子组件，以及电压配接触器。所述电压配接触器部分位于所述外壳内并且具有在其远端的压配部分和止挡部分，以及在其近端的安装部分。所述安装部分电耦合至所述电子组件。所述压配部分位于所述外壳的外部，使得当将压入力引到电压配接触器上以将所述压配接触器压入所述外壳时所述止挡部分能够阻止所述压配部分移动进入所述外壳。

Description

用于半导体模块的电压配销
相关申请的声明
本申请要求于2013年1月14日提交的美国序列号61/752,278的权益，其据此全文以引用方式并入。
背景技术
用于将模块以机械方式和电方式连接至印刷电路板或其他导电板的压配互连技术在本领域中是已知的。该连接使用自模块延伸的接线销形成。接线销具有兼容段或兼容部分(有时称为压配销)，所述兼容段或兼容部分经设计以插入印刷电路板或其他导电板中的镀通孔中。这样，在不使用焊料的情况下在销与印刷电路板之间建立机电连接。
销一般包括配合部分和兼容部分，该配合部分适于接触在模块内的导电元件，该兼容部分自配合部分延伸并且适于电接触限定印刷电路板的镀通孔的内表面的导电材料。兼容部分一般构造有一个或多个铰链区，所述铰链区随着销被插入孔而弯曲或者折曲，从而允许该销受压而装配到该孔中。从而销通过销与孔壁之间的摩擦接合而保持在孔内，这样就在销和孔的导电内表面之间形成无焊料电连接。
在其优点中，压配技术高度可靠、快速、性价比高，并且不会受与焊料相关的质量问题困扰，例如冷点、空隙、飞溅和裂缝。此外，在印刷电路板上未施加热应力并且压配部件可易于定制以使得包装设计者能够满足其制造目标。随着应用压配技术的模块类型的多样化，该技术广泛用于包括通信和机动车在内的不同行业中。例如，可采用压配技术的模块可用于传送信号或输送功率，并且包括例如PCB与PCB叠加互连、保险丝支架、智能接线盒、电机和功率控制器、照明等。
发明内容
根据本发明的一个方面，电模块包括外壳、安装于外壳内的至少一个电子组件，以及电压配接触器。电压配接触器部分位于外壳内并且具有在其远端的压配部分和止挡部分，以及在其近端的安装部分。安装部分电耦合至电子组件。压配部分位于外壳的外部，使得当将压入力引到电压配接触器上以将压配接触器压入外壳时止挡部分能够阻止压配部分移动进入外壳。
根据本发明的另一个方面，提供用于装配具有至少一个电压配接触器的电模块的方法。该方法包括将电压配接触器以机械方式和电方式固定至支架的安装表面。支架具有固定在其中的至少一个电子组件。压配接触器具有在其远端的压配部分和止挡部分，以及在其近端的安装部分。安装部分电耦合至电子组件。将电压配接触器的远端插入穿过位于外壳的与所述支架相对的表面中的通孔，使得压配部分位于外壳的外部并且至少安装部分位于外壳的内部，其中，所述外壳与支架部分紧密配合以在其中形成内部空间。施加旋转力至电压配接触器的至少压配部分使当将压入力引到电压配接触器的远端上时止挡部分能够阻止压配部分通过外壳的表面中的通孔移回。
附图说明
图1是以电方式和机械方式连接至基板例如印刷电路板的电模块的侧视图。
图2示出穿过如图1所示的电模块的简化示例的剖面图。
图3示出压配销的一个实施例。
图4示出穿过完整电模块例如图1所示的电模块的一个示例的剖面透视图。
图5是如图4所示的电模块的顶视图。
图6是如图4所示的电模块的透视图。
图7示出旋入到防止压配销进一步延伸到其对应孔内的位置的压配销。
图8-图11示出可用于装配上述电模块的一种方法。
图12示出被扭曲前的压配销(图12a)以及被扭曲后的压配销(图12b)。
图13-图14示出将图11的完整电模块固定至基板诸如PC板的方式。
具体实施方式
图1是以电方式和机械方式连接至基板120(诸如印刷电路(PC)板或使用压配技术的其他表面)的电模块100的侧视图。模块包括外壳110，从该外壳延伸出一个或多个压配销130。出于示例的目的，图1示出三个压配销。然而，本发明设想具有许多压配销的电模块。压配销130通过通孔(图1中未示出)各自延伸到基板120中。
电模块100可为任何类型的模块，包括但不限于电源模块、IGBT模块、晶体管模块、二极管模块等。将电模块100保持在基板120上通过使销变形进入基板(出于示例的目的，下文简称PC板)的通孔得以实现。
图2示出穿过如图1所示的电模块的简化示例的剖面图。为简单起见，仅示出单一压配销230。外壳210可注塑到压配销230上或注塑在压配销230周围。将压配销230安装在支架204的安装段208上并且使用例如焊料、导电粘合剂等将其电连接至该安装段。同样，支架204包括一个或多个安装平台205，在该平台上以电方式和机械方式连接一个或多个电子组件(未示出)。例如，可使用任何合适类型的紧固件或连接器诸如螺丝将支架204固定至外壳210。作为另外一种选择，外壳210和支架204可通过重叠注塑等形成为整体单元。
如图3更清楚地示出，在一个实施例中，压配销230通常包括压配部分238、肩部分242、过渡部分236、浮雕部分234和安装部分232。压配销230的尺寸在很大程度上由印刷电路板和应用于印刷电路板的组件诸如连接器的尺寸和形状决定。
压配销230的各部分彼此相连地接合并且形成压配销，该压配销可就材料而言被构造为一个整体。压配销230可被形成为冲压部件/弯曲部件并且包括导电材料，该导电材料表现出良好的弹簧特性。电压配销230可为任何所需的电接触元件，其被例如形成为电压销并且不受限于图3所示的特定形状或构型。
压配销230的压配部分238是渐缩的并且从压配销230的远端朝近端延伸，安装部分232位于该近端。压配部分238摩擦接触位于印刷电路板中的通孔的内表面以允许压配销230自身被固定。为此，压配部分238被构造为在基本上垂直于压配销230的纵轴L的横向上可弹性变形。压配部分238的尺寸被选择为略大于通孔的直径。在此具体实施例中，狭缝(例如针眼)246形成于在纵向L上为压配部分238的部分中，并且具有狭缝246的部分向外扩展，导致压配部分238在横向上可弹性变形。
肩部分242设置于压配部分238的近端。肩部分242在横向上向外延伸超过压配部分238的宽度。肩部分242防止压配销230穿过印刷电路板的通孔并且防止其与通孔的开口接合，即使对压配销230施加过量的插入力亦是如此。
过渡部分236自肩部分242的近端在近侧方向上延伸。过渡部分236的至少一段限定可扭曲部分244，该可扭曲部分自肩部分242的近端延伸。如图所示，与肩部分242在横向上的宽度相比，可扭曲部分236在横向上为相对狭窄的。具体地讲，可扭曲部分244在横向上的宽度足够小使得安装部分232保持固定在适当的位置时该可扭曲部分围绕压配销230的纵轴被扭曲。即可扭曲部分244具有弹性特征或延展性特征，当围绕压配销230的纵轴施加扭矩时该弹性特征或延展性特征允许该可扭曲部分扭曲而不损坏。
应力消除部分234自过渡部分236的近端在近侧方向上延伸。在一些实施例中被构造为一个或多个弯曲诸如S形弯曲的应力消除部分234提供一定程度的弹性或柔性以便补偿由外部影响诸如热伸长、尺寸公差和/或安装公差产生的力。此补偿部分防止过大的力作用于由压配销230建立的电连接。应力消除部分234的其他形状诸如C形可以类似的方式构造。
安装部分232在压配销230的近端并且用作使用例如焊料、导电粘合剂等与支架204的安装段208建立电接触的基础。
图4示出穿过完整电模块410诸如图1所示的电模块100的一个示例的剖面透视图。在此非限制性示例中，所采用的压配销类似于图3所示的压配销230。如图所示，模块410包括具有通孔440的外壳410，压配销430分别延伸穿过通孔440。压配销430的近端以机械方式和电方式连接至支架408的安装段。支架408继而固定到外壳410以限定内部空间，压配销430的除压配部分238和肩部分242之外的部分(参见图3)位于该内部空间中。如图所示，压配部分238和肩部分242从电模块410的外部延伸到外部，使得可将其固定到PC板或其他基板。电模块410的内部空间可用凝胶或其他物质填充以保护模块的内部结构不受外部环境的影响。
图5是如图4所示的电模块410的顶视图并且图6是其透视图，其示出位于外壳410中的通孔440和设置于通孔中的压配销430。如图所示，通过通孔440的横截面具有非圆形形状，该非圆形形状允许压配销440的至少远端(例如压配部分238、肩部分242以及过渡部分236)仅在单一方向上穿过通孔440。即在该示例中，当压配销430围绕其纵轴仅存在单一旋转方向时通孔440仅可容纳压配销430，为此肩部分242在横向上的最大宽度与通孔440的最大横截面宽度是一致的。
更一般地说，通孔和压配销相对于彼此构造，使得仅当销围绕其纵轴旋入任何有限数量的位置时销的至少远端将穿过孔，而在销旋入其他位置时将防止销穿过孔，因为销的肩部分接触在其中形成有通孔的表面，从而防止压配销进一步穿过通孔。因此，肩部分242更一般地可以任何允许其用作止挡部分的方式构造，当将插入力施加到压配销时该止挡部分防止压配销的更多远端穿过通孔440并进入外壳。
图7示出旋入一位置的压配销430，在该位置处销430的相应肩部分阻止销430进一步延伸到孔440内。换句话说，压配销430和通孔440具有互补的几何形状使得根据“锁钥”模型使一者配合穿过另一者。
图8-图11示出可用于装配上述电模块400的一种方法。首先，在图8中，压配销430已经以机械方式和电方式固定到支架408。在一个实施例中，支架408可由直接敷铜(DBC)材料形成，该材料包括设置在两个铜层之间的陶瓷层。当位于外壳内的电子组件为产生大量电流(例如数百安培)的功率组件时，该支架特别有用。在这种情况下，陶瓷层提供良好的电绝缘和导热性并且铜能够承载大电流。
外壳410设置在压配销上使得通孔440与相应的压配销430对准。也如图8所示，电子组件412(例如半导体模片)也固定到支架408并且经由焊线414电耦合到压配销430中的一者或多者。
在图9中，压配销430已经插入穿过外壳410中其相应的通孔440。如图所示，压配销430的横轴与通孔430的最大横截面尺寸一致，从而允许压配销430方便地穿过通孔440。此时，支架408可使用任何合适的方式诸如螺丝、铆钉和/或粘合剂固定到外壳410。
如图10所示，机械工具470用于将旋转机械力施加到压配销430的暴露部分，从而扭曲销430的可扭曲部分。因此，销430被锁定在适当的位置并且不可通过向压配销430的远端施加过量的纵向力而被推进外壳。如具体示例所示，机械工具470具有狭缝或腔体，压配销430的压配部分和肩部分可容纳在该狭缝或腔体中。机械工具470的旋转使得压配销430的可扭曲部分244围绕压配销430的纵轴被扭曲。当然，任何合适的方式均可用于将压配销430扭曲到正确的方向中，包括在不使用机械工具的情况下用手手动旋转压配销430。
图11示出完整电模块400。在该示例中，压配销430的压配部分和肩部分已从其初始位置旋转了45°。当然，压配销430的压配部分和肩部分可旋转不同量，前提条件是压配销430被锁定在适当的位置使得其不可被迫使进入外壳410。此外，所有压配销430可能发生或者可能没有发生相同角量的旋转。
图12示出被扭曲前的压配销(图12a)以及被扭曲后的压配销(图12b)。形成于可扭曲部分244中的扭曲在图12b中是清晰可见的。
图13-图14示出将图11的完整电模块400固定至基板460诸如PC板的方式。在图13中，压配销430对准PC板460中的通孔450。接下来，在图14中，将力施加到PC板的上表面使得压配销430的压配部分被推动穿过通孔450，这些压配销分别对准通孔从而建立所需的机械接触或电接触。有利地，因为压配销430已经如上所述被扭曲，所以肩部分242防止这些压配销由于施加到其上的力塌缩回外壳410中。

Claims (21)

1.一种具有至少一个电压配接触器的电模块，所述电模块包括：
外壳；
至少一个电子组件，所述至少一个电子组件安装于所述外壳内；以及
电压配接触器，所述电压配接触器部分地位于所述外壳内并且具有在其远端的压配部分和止挡部分以及在其近端的安装部分，所述安装部分电耦合到所述至少一个电子组件，所述压配部分和所述止挡部分位于所述外壳的外部，使得当将压入力引到所述电压配接触器上以将所述电压配接触器压入所述外壳时所述止挡部分能够阻止压配部分移动进入所述外壳，
其中所述电压配接触器是压配销并且所述外壳具有在其中形成有通孔的表面，所述压配销具有纵轴以及横向于所述纵轴的横截面形状，使得当所述压配销围绕所述纵轴被扭曲时所述通孔仅在单一方向上容纳所述压配销的所述压配部分和所述止挡部分，所述压配销围绕所述纵轴被扭曲以便所述压配销不在所述单一方向上并且不能完全被所述通孔容纳。
2.根据权利要求1所述的电模块，其中所述电压配接触器是压配销，所述压配部分被构造成可插入到所述外壳的第一通孔中。
3.根据权利要求1所述的电模块，其中所述电压配接触器是压配销并且所述外壳具有在其中形成有通孔的表面，所述通孔具有非圆形形状并且所述压配销具有与所述通孔的所述非圆形形状互补的横截面形状，使得所述压配销以锁钥方式配合穿过所述通孔。
4.根据权利要求3所述的电模块，其中所述压配销被构造为可被扭曲到锁定位置处，在所述安装部分电耦合到所述至少一个电子组件时所述止挡部分能够在所述锁定位置处阻止所述压配部分移动穿过所述通孔。
5.根据权利要求1所述的电模块，其中所述压配销的至少所述压配部分和所述止挡部分关于所述纵轴对称。
6.根据权利要求1所述的电模块，其中所述压配销包括位于所述止挡部分近侧的可扭曲部分，所述可扭曲部分是可扭曲的以便所述压配销不在所述单一方向上并且不能被所述通孔完全容纳。
7.根据权利要求6所述的电模块，其中所述压配销的除所述可扭曲部分之外的剩余部分不会发生扭曲。
8.根据权利要求1所述的电模块，其中所述压配销还包括应力消除部分，所述应力消除部分提供弹性以补偿施加到所述压配销的外力。
9.根据权利要求8所述的电模块，其中所述压配销的所述应力消除部分位于所述外壳内。
10.根据权利要求1所述的电模块，其中所述压配部分具有在其中沿所述纵轴延伸的狭缝。
11.一种用于装配具有至少一个电压配接触器的电模块的方法，所述方法包括：
将电压配接触器以机械方式和电方式固定到支架的安装表面，所述支架具有固定在其中的至少一个电子组件，所述电压配接触器具有在其远端的压配部分和止挡部分以及在其近端的安装部分，所述安装部分电耦合到所述至少一个电子组件；
将所述电压配接触器的远端插入穿过位于外壳的与所述支架相对的表面中的通孔，使得所述压配部分和所述止挡部分位于所述外壳的外部并且至少所述安装部分位于所述外壳的内部，其中，所述外壳与所述支架紧密配合以在其中形成内部空间；以及
施加旋转力至所述电压配接触器的至少所述压配部分，以便当将压入力引到所述电压配接触器的远端上时所述止挡部分能够阻止所述压配部分通过所述外壳的表面中的所述通孔移回。
12.根据权利要求11所述的方法，其中施加所述旋转力仅扭曲在所述止挡部分的近侧位置处的所述电压配接触器的可扭曲部分。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述电压配接触器是压配销，所述压配部分被构造成可插入到所述外壳的第一通孔中。
14.根据权利要求11所述的方法，其中所述电压配接触器是压配销并且所述外壳具有在其中形成有通孔的表面，所述通孔具有非圆形形状并且所述压配销具有与所述通孔的所述非圆形形状互补的横截面形状，使得所述压配销以锁钥方式配合穿过所述通孔。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述电压配销被构造为可被扭曲到锁定位置处，在所述安装部分电耦合到所述至少一个电子组件时所述止挡部分能够在所述锁定位置处阻止所述压配部分移动穿过所述通孔。
16.根据权利要求11所述的方法，其中所述电压配接触器是压配销并且所述外壳具有在其中形成有通孔的表面，所述压配销具有纵轴以及横向于所述纵轴的横截面形状，使得当所述压配销围绕所述纵轴被扭曲时所述通孔仅在单一方向上容纳所述压配销的所述压配部分和所述止挡部分，所述压配销围绕所述纵轴被扭曲以便所述压配销不在所述单一方向上并且不能完全被所述通孔容纳。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述压配销的至少所述压配部分和所述止挡部分关于所述纵轴对称。
18.根据权利要求16所述的方法，其中所述压配销包括位于所述止挡部分近侧的可扭曲部分，所述可扭曲部分是可扭曲的以便所述压配销不在所述单一方向上并且不能被所述通孔完全容纳。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述压配销的除所述可扭曲部分之外的剩余部分不会发生扭曲。
20.根据权利要求11所述的方法，其中所述压配销还包括应力消除部分，所述应力消除部分提供弹性以补偿施加到所述压配销的外力。
21.根据权利要求16所述的方法，其中所述压配部分具有在其中沿所述纵轴延伸的狭缝。
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