CN104952807A

CN104952807A - 一种可适配多种不同厚度pcb板的功率半导体模块

Info

Publication number: CN104952807A
Application number: CN201510220001.1A
Authority: CN
Inventors: 封丹婷
Original assignee: STARPOWER SEMICONDUCTOR Ltd
Current assignee: STARPOWER SEMICONDUCTOR Ltd
Priority date: 2015-05-04
Filing date: 2015-05-04
Publication date: 2015-09-30

Abstract

一种可适配多种不同厚度PCB板的功率半导体模块，所述的功率半导体模块的半导体电路部分包裹在外壳以及底板之间，该功率半导体模块与外部电气连接的端子部分穿过外壳，伸出模块的上表面，并且与位于上方的PCB板电路部分通过焊接或者插接的方式连接，所述功率半导体模块的外壳包括了保护内部半导体元器件的包覆部分以及与PCB板相互锁定部分；所述的锁定部分包括支撑部分与压紧部分，所述支撑部分通过向上支撑PCB板的力和压紧部分通过向下压紧PCB的力，从而固定PCB板；它具有结构合理、紧凑，安装使用方便，能通过安装卡扣的设置与多种不同厚度的PCB进行对接安装，从而提高半导体模块的可靠性，延长半导体模块使用年限等特点。

Description

一种可适配多种不同厚度PCB板的功率半导体模块

技术领域

本发明涉及的是一种可适配多种不同厚度PCB板的功率半导体模块，尤其是可以装载不同的电路拓扑，用于小型通用变频器的调速，UPS电源，光伏逆变等应用的小功率半导体模块，属于功率半导体模块技术领域。

背景技术

小功率的半导体模块，半导体模块与外部驱动以及控制电路通过PCB板相连接。不同的厂家根据不同的应用场合以及不同的使用环境所设计来与小功率的半导体模块所匹配的PCB板厚度不一定相同。为解决同一款小功率半导体模块在不同客户端装载不同厚度PCB板的问题，本发明使用了一种可兼容不同厚度PCB板的安装结构。

小功率模块与PCB板安装以后，半导体模块的端子与PCB板焊接在一起，形成一个刚性的结构。在运输以及后续产品使用的过程中难免会出现震动，震动过程中会对端子形成很大的拉力或压力。瞬时拉力过大可能造成端子断裂，长期的震荡会造成端子的焊点疲劳脱落，从而导致半导体模块不可修复性的损坏。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种结构合理、紧凑，安装使用方便，能通过安装卡扣的设置与多种不同厚度的PCB进行对接安装，从而提高半导体模块的可靠性，延长半导体模块使用年限的可适配多种不同厚度PCB板的功率半导体模块。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，一种可适配多种不同厚度PCB板的功率半导体模块，所述的功率半导体模块的半导体电路部分包裹在外壳以及底板之间，该功率半导体模块与外部电气连接的端子部分穿过外壳，伸出模块的上表面，并且与位于上方的PCB板电路部分通过焊接或者插接的方式连接，所述功率半导体模块的外壳包括了保护内部半导体元器件的包覆部分以及与PCB板相互锁定部分。

所述的锁定部分包括支撑部分与压紧部分，所述支撑部分通过向上支撑PCB板的力和压紧部分通过向下压紧PCB的力，从而固定PCB板。

所述功率模块外壳的支撑部分有三个高度不同的凸台，每个凸台用于支撑对应厚度的PCB板；所述的PCB板表面有适用于功率半导体模块端子通过的通孔，半导体模块的端子通过这些通孔穿过PCB板，并使用焊接的方式与PCB板承载的外部电路相连接。

所述的功率半导体模块端子靠近底部焊盘的位置有一段S型的扭曲部分，该扭曲部分包含两个不同方向的折弯，该S型扭曲部分用于减缓PCB板震动后传递到端子上的应力。

所述功率半导体模块内部使用的功率半导体芯片，包括IGBT、整流二极管、快恢复二极管中的一种或者多种；所述功率半导体模块通过内部不同的电连接方式形成不同的电路拓扑，包括PIM、NPC、T-NPC、Booster。

本发明通过安装卡扣的设置可以与多种不同厚度的PCB进行对接安装，同时PCB板安装部位的结构根据厚度不同略有差异，不同厚度的PCB板安装以后与功率半导体模块的支撑部分的接触位置不同；该功率半导体模块的端子在靠近底部焊盘一端有一段S型的弯曲部分，该部分用于释放模块与PCB板之间的应力，用以延长功率半导体模块端子部分的使用寿命。本发明具有结构合理、紧凑，安装使用方便，能通过安装卡扣的设置与多种不同厚度的PCB进行对接安装，从而提高半导体模块的可靠性，延长半导体模块使用年限等特点。

附图说明

图1是本发明所述功率模块与1.5mmPCB板安装截面图。

图2是本发明所述1.5mm厚度PCB板的安装位置细节图。

图3是本发明所述功率模块与2.0mmPCB板安装截面图。

图4是本发明所述2.0mm厚度PCB板的安装位置细节图。

图5是本发明所述功率模块与2.5mmPCB板安装截面图。

图6是本发明所述2.5mm厚度PCB板的安装位置细节图。

图7是本发明所述功率模块安装部位支撑部分细节图。

图8是本发明所述半导体功率模块端子细节图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作详细的介绍：图1-8所示，本发明所述的一种可适配多种不同厚度PCB板的功率半导体模块，所述的功率半导体模块的半导体电路部分包裹在外壳以及底板之间，该功率半导体模块与外部电气连接的端子30部分穿过外壳，伸出模块的上表面，并且与位于上方的PCB板10电路部分通过焊接或者插接的方式连接，所述功率半导体模块的外壳21包括了保护内部半导体元器件的包覆部分以及与PCB板相互锁定部分22、23。

本发明所述的锁定部分包括支撑部分22与压紧部分23，所述支撑部分22通过向上支撑PCB板10的力和压紧部分23通过向下压紧PCB10的力，从而固定PCB板。

所述功率模块外壳21的支撑部分22有三个高度不同的凸台221、222、223，每个凸台用于支撑对应厚度的PCB板10；所述的PCB板10表面有适用于功率半导体模块端子通过的通孔，半导体模块的端子3通过这些通孔穿过PCB板，并使用焊接的方式与PCB板承载的外部电路相连接。

所述的功率半导体模块端子30靠近底部焊盘32的位置有一段S型的扭曲部分31，该扭曲部分包含两个不同方向的折弯，该S型扭曲部分31用于减缓PCB板震动后传递到端子上的应力。

实施例：图1、2所示，该功率半导体模块安装部位的压紧部分23呈一个L型，伸出PCB板上表面的部分扣住PCB板的上表面。在模块的四个边角各有一个L型的卡扣，在PCB板上有四个用于功率模块的压紧部分23通过的长方形或者长方形带圆角的通孔11，这四个通孔的位置与模块四个边角L型卡扣23的位置相对应，四个方向同时卡紧PCB板，避免了PCB板在平行方向上的左右晃动。

同时功率半导体模块的安装部位的支撑部分22的第一凸台表面221向上顶住PCB板的下表面。这样L型卡扣23向下卡紧和支撑部分22向上顶住从上下方向上把PCB板锁紧。需要注意的是L型卡扣23的下面表与支撑部分的第一凸台表面221之间的高度差略小于1.5mm，这样L型卡扣23、支撑部分22的第一凸台表面221、1.5mm厚度的PCB板10之间使用过盈配合。

图3示出了功率模块与2mm厚度的PCB板装配后的剖面示意图，附图3为2mm厚度的PCB板安装部位的细节图。

功率半导体模块L型压紧部分23与不同厚度的PCB板之间的配合是相同的，都是L型卡扣23的下表面压紧PCB板的上表面。

2mm厚的PCB板上除了允许L型卡扣通过的长方形或者长方形带圆角的通孔，还有四个圆形的通孔，这四个圆形的通孔位置与功率半导体模块外壳上的支撑部位相对应。该通孔的直径略大于支撑部分的第一凸台表面221的直径，又小于支撑部分的第二凸台表面222的直径。

PCB板的下表面由第二凸台表面222向上顶住，并且是四个方向同时顶住第一凸台则位于PCB板的四个通孔中。需要注意的是L型卡扣23的下面表与支撑部分23的第一凸台表面222之间的高度差略小于2mm，这样L型卡扣23、支撑部分22的第一凸台表面222、2mm厚度的PCB板10之间使用过盈配合。这样PCB板与功率半导体模块之间由紧密的配合牢牢锁定。

图5示出了功率模块与2.5mm厚度的PCB板装配后的剖面示意图，图6为2.5mm厚度的PCB板安装部位的细节图。

2.5mm厚的PCB板上除了允许L型卡23扣通过的长方形或者长方形带圆角的通孔11，还有四个圆形的通孔12，这四个圆形的通孔12位置与功率半导体模块外壳上的支撑部分22相对应。该通孔的直径略大于支撑部分的第二凸台表面222的直径，又小于支撑部分的第三凸台表面223的直径。

PCB板的下表面由第三凸台表面223向上顶住，并且是四个方向同时顶住第一凸台221部分则位于PCB板的四个通孔12中。需要注意的是L型卡扣23的下面表与支撑部分22的第三凸台表面223之间的高度差略小于2.5mm，这样L型卡扣23、支撑部分的第三凸台表面223、2.5mm厚度的PCB板之间使用过盈配合。这样PCB板与功率半导体模块之间由紧密的配合牢牢锁定。

图8为功率半导体模块的端子30示意图。该端子的下部焊盘与功率半导体覆铜陶瓷基板上表面的铜电路图层通过钎焊的方式连接。端子30上部的圆针型部位穿过PCB板上的通孔，通过焊接的方式与PCB板承载的电路电连接。

端子的两端这样焊接固定之后一旦PCB板上下震动，会对端子的焊点以及端子本身带来很大的应力，导致焊点疲劳脱落或者端子疲劳断裂。本发明在端子的中间部位设计了一段S型弯曲部位31。当PCB被往下压时，端子与PCB板的焊点承受一个下压的力，S型弯曲部位31被压缩，弯曲部位的长度减小，应力被释放。当PCB被向上拉时，端子与PCB板的焊点承受一个下上的力，S型弯曲部位31被拉伸，弯曲部位的长度加大，应力被释放。

Claims

1.一种可适配多种不同厚度PCB板的功率半导体模块，所述的功率半导体模块的半导体电路部分包裹在外壳以及底板之间，该功率半导体模块与外部电气连接的端子（30）部分穿过外壳，伸出模块的上表面，并且与位于上方的PCB板（10）电路部分通过焊接或者插接的方式连接，其特征在于所述功率半导体模块的外壳（21）包括了保护内部半导体元器件的包覆部分以及与PCB板相互锁定部分（22、23）。

2.根据权利要求1所述的可适配多种不同厚度PCB板的功率半导体模块，其特征在于所述的锁定部分包括支撑部分（22）与压紧部分（23），所述支撑部分（22）通过向上支撑PCB板（10）的力和压紧部分（23）通过向下压紧PCB（10）的力，从而固定PCB板。

3.根据权利要求2所述的可适配多种不同厚度PCB板的功率半导体模块，其特征在于所述功率模块外壳（21）的支撑部分（22）有三个高度不同的凸台（221、222、223），每个凸台用于支撑对应厚度的PCB板（10）；所述的PCB板（10）表面有适用于功率半导体模块端子通过的通孔，半导体模块的端子（3）通过这些通孔穿过PCB板，并使用焊接的方式与PCB板承载的外部电路相连接。

4.根据权利要求3所述的可适配多种不同厚度PCB板的功率半导体模块，其特征在于所述的功率半导体模块端子（30）靠近底部焊盘（32）的位置有一段S型的扭曲部分（31），该扭曲部分包含两个不同方向的折弯，该S型扭曲部分（31）用于减缓PCB板震动后传递到端子上的应力。

5.根据权利要求1或3或4所述的可适配多种不同厚度PCB板的功率半导体模块，其特征在于所述功率半导体模块内部使用的功率半导体芯片，包括IGBT、整流二极管、快恢复二极管中的一种或者多种；所述功率半导体模块通过内部不同的电连接方式形成不同的电路拓扑，包括PIM、NPC、T-NPC、Booster。