CN105789193B - 一种设有绝缘隔板的功率模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种设有绝缘隔板的功率模块，包括DBC、输出电极和多个电源电极，所述电源电极包括引出部、主体部、连接部和焊脚，引出部与主体部相连，主体部通过连接部与焊脚相连，焊脚连接在DBC上，还包括绝缘隔板，所述绝缘隔板位于电源电极与DBC之间，绝缘隔板包括板体，板体上设有焊脚孔，焊脚穿过焊脚孔与DBC相连。本发明通过在功率模块的DBC与电源电极之间设置绝缘隔板，用绝缘隔板隔离连接部的大臂并且包围焊脚，即使芯片出现爆炸现象，也能够有效的将爆炸产生的导电性气体与电极隔开，从而防止其中任意两个电极导通而导致电极拉弧和模块燃烧等危险状况，提高了模块使用的安全性。

Description

一种设有绝缘隔板的功率模块
技术领域
本发明涉及电力电子领域，具体涉及一种设有绝缘隔板的功率模块。
背景技术
功率模块是功率电力电子器件如MOS管(金属氧化物半导体)、IGBT(绝缘栅型场效应晶体管)、FRD(快恢复二极管)按一定的功能组合封装成的电力开关模块，其主要用于电动汽车、光伏发电、风力发电、工业变频等各种场合下的功率转换。
现有的一些功率模块，其多个电源电极之间的距离很近，以三电平功率模块为例，如图1所示，是一种现有的功率模块，包括DBC(Direct Bonding Copper，绝缘覆铜基板)1、输出电极2、中间电极3、正电极4和负电极5，而中间电极3、正电极4和负电极5三者距离较近，这三个电源电极与下方芯片集合的距离也很近。在模块使用过程中，由于某些原因芯片可能会产生爆炸，而爆炸会产生大量导电性气体，正电极、负电极与中间电极之间并无绝缘防护，当爆炸产生的导电性气体导通其中任意两个电极时，便会发生电极拉弧燃烧现象，从而使安装模块的整机系统造成损失，甚至产生危险。
发明内容
发明目的：针对上述问题，本发明旨在提供一种避免芯片爆炸时造成电极拉弧的功率模块。
技术方案：一种设有绝缘隔板的功率模块，包括DBC、输出电极和多个电源电极，所述电源电极包括引出部、主体部、连接部和焊脚，引出部与主体部相连，主体部通过连接部与焊脚相连，焊脚连接在DBC上，还包括绝缘隔板，所述绝缘隔板位于电源电极与DBC之间，绝缘隔板包括板体，板体上设有焊脚孔，焊脚穿过焊脚孔与DBC相连。
进一步的，每个所述电源电极的连接部包括与主体部相连的大臂，大臂一侧或两侧连接小臂，小臂的宽度小于大臂，小臂与焊脚相连，大臂上设有通孔，板体上还设有连接柱，连接柱穿过通孔并固定在大臂上。
进一步的，多个电源电极为中间电极、正电极和负电极，当中间电极的焊脚与正电极的焊脚连接同一DBC时，该中间电极的焊脚所连接的大臂与该正电极的焊脚所连接的大臂在平行于DBC方向上层叠设置，一根连接柱穿过该中间电极的通孔和该正电极的通孔并固定在该中间电极的大臂和/或该正电极的大臂上；当中间电极的焊脚与负电极的焊脚连接同一DBC时，该中间电极的焊脚所连接的大臂与该负电极的焊脚所连接的大臂在平行于DBC方向上层叠设置，一根连接柱穿过该中间电极的通孔和该负电极的通孔并固定在该中间电极的大臂和/或该负电极的大臂上。
进一步的，连接柱为绝缘材料，当两个大臂在平行于DBC方向上层叠设置时，连接柱通过热熔固定在位于上层的大臂上。
进一步的，连接柱为绝缘材料，连接柱上设有螺纹，当两个大臂在平行于DBC方向上层叠设置时，连接柱的顶部通过螺母固定在位于上层的大臂上。
进一步的，当中间电极的焊脚与正电极的焊脚连接同一DBC时，该中间电极的焊脚与该正电极的焊脚穿过同一个焊脚孔；当中间电极的焊脚与负电极的焊脚连接同一DBC时，该中间电极的焊脚与该负电极的焊脚穿过同一个焊脚孔。
进一步的，所述焊脚孔为矩形，板体正面由焊脚孔向下延伸出焊脚框，焊脚由焊脚孔穿过焊脚框与DBC相连。
进一步的，所述焊脚框的底部与DBC接触。
进一步的，所述焊脚框的形状为倒四棱台。
一种绝缘隔板，包括板体，板体上设有焊脚孔和连接柱，连接柱与功率模块的连接部相连，连接柱为绝缘材料，所述焊脚孔为矩形，板体正面由焊脚孔向下延伸出焊脚框，功率模块的焊脚由焊脚孔穿过焊脚框与功率模块的DBC相连，所述焊脚框的形状为倒四棱台。
有益效果：本发明通过在功率模块的DBC与电源电极之间设置绝缘隔板，用绝缘隔板隔离连接部的大臂并且包围焊脚，即使芯片出现爆炸现象，也能够有效的将爆炸产生的导电性气体与电极隔开，从而防止其中任意两个电极导通而导致电极拉弧和模块燃烧等危险状况，提高了模块使用的安全性。
附图说明
图1是现有技术的功率模块的结构示意图；
图2是本发明的安装示意图；
图3是本发明的局部结构示意图；
图4是带有输出电极的结构示意图；
图5是绝缘隔板与电源电极的安装示意图；
图6(a)是绝缘隔板的正面示意图；
图6(b)是绝缘隔板的反面示意图；
图7是本发明的拆装结构示意图。
具体实施方式
实施例1：一种设有绝缘隔板的功率模块，本实施以三电平的功率模块为例，本发明也可以应用于两电平的功率模块中，如图2所示，包括DBC1、输出电极2和多个电源电极，多个电源电极为中间电极3、正电极4和负电极5，所述电源电极包括引出部6、主体部7、连接部8和焊脚9，引出部6与主体部7相连，主体部7通过连接部8与焊脚9相连，焊脚9连接在DBC1上，每个电源电极的连接部8包括与主体部7相连的大臂81，大臂81一侧或两侧连接小臂82，小臂82的宽度小于大臂81，小臂82与焊脚9相连，大臂81上设有通孔811；
如图3所示，还包括绝缘隔板10，所述绝缘隔板10位于电源电极与DBC1之间，绝缘隔板10包括板体101，板体101的形状可以为矩形，带有输出电极的功率模块结构如图4所示，本实施例中板体101的形状并非规则的矩形，板体101的形状是由输出电极2与各电源电极的形状、位置所决定，以能够隔开电源电极与DBC为准，因此本发明并未对板体的形状具体做出限定，如图5所示，板体101上设有焊脚孔102，焊脚9穿过焊脚孔102与DBC1相连；板体101上还设有连接柱103，连接柱103为绝缘材料，连接柱103穿过通孔811并固定在大臂81上。
当中间电极3的焊脚9与正电极4的焊脚9连接同一DBC1时，该中间电极3的焊脚9与该正电极4的焊脚9穿过同一个焊脚孔102；且该中间电极3的焊脚9所连接的大臂81与该正电极4的焊脚9所连接的大臂81在平行于DBC1方向上层叠设置，一根连接柱103穿过该中间电极3的通孔811和该正电极4的通孔811并固定在该中间电极3的大臂81和/或该正电极4的大臂81上；本实施例中，连接柱103上设有螺纹，此时连接柱103的顶部通过螺母固定在位于上层的大臂81上；也可以将连接柱103通过热熔固定在位于上层的大臂81上；若功率模块的连接部没有大臂，也可以将绝缘隔板固定在电极的主体部上，同样可通过热铆或者螺钉等方式固定，由于电极主体部为竖直，绝缘隔板为水平，不方便固定，因此也可以将绝缘隔板距离主体部较近的一端向上延伸出一块与主体部平行的延伸部，为安装牢固，可在中间电极的主体部上开设通孔，将该延伸部固定在中间电极的主体部上。具体情况下中间电极3的大臂81与正电极4的大臂81何者位于上层由该功率模块的DBC结构以及电源电极的结构共同决定，中间电极3的大臂81与负电极5的大臂81何者在上，原理亦相同。
当中间电极3的焊脚9与负电极5的焊脚9连接同一DBC1时，该中间电极3的焊脚9与该负电极5的焊脚9穿过同一个焊脚孔102；且该中间电极3的焊脚9所连接的大臂81与该负电极5的焊脚9所连接的大臂81在平行于DBC1方向上层叠设置，一根连接柱103穿过该中间电极3的通孔811和该负电极5的通孔811并固定在该中间电极3的大臂81和/或该负电极5的大臂81上。
如图6(a)、6(b)所示，焊脚孔102为矩形，板体101正面由焊脚孔102向下延伸出焊脚框104，焊脚9由焊脚孔102穿过焊脚框104与DBC1相连；焊脚框104的底部与DBC1接触，焊脚框104的形状为倒四棱台，即：焊脚框104的四条边均向焊脚孔102的内部倾斜，在焊脚框104的底部形成一个面积小于焊脚孔102的底孔105，本发明的拆装结构如图7所示。
应用在上述功率模块中的一种绝缘隔板，包括板体101，板体101上设有焊脚孔102和连接柱103，连接柱103与功率模块的连接部8相连，连接柱103为绝缘材料，所述焊脚孔102为矩形，板体101正面由焊脚孔102向下延伸出焊脚框104，功率模块的焊脚9由焊脚孔102穿过焊脚框104与功率模块的DBC1相连，所述焊脚框104的形状为倒四棱台，即：焊脚框104的四条边均向焊脚孔102的内部倾斜，在焊脚框104的底部形成一个面积小于焊脚孔102的底孔105；并且本绝缘隔板具有前述一种设有绝缘隔板的功率模块中绝缘隔板的所有特征。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“水平”、“竖直”、“上”、“下”、“宽度”、“正面”、“背面”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明通过在功率模块的DBC与电源电极之间设置绝缘隔板，提高了模块使用的安全性。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种设有绝缘隔板的功率模块，包括DBC(1)、输出电极(2)和多个电源电极，所述电源电极包括引出部(6)、主体部(7)、连接部(8)和焊脚(9)，引出部(6)与主体部(7)相连，主体部(7)通过连接部(8)与焊脚(9)相连，焊脚(9)连接在DBC(1)上，其特征在于，还包括绝缘隔板(10)，所述绝缘隔板(10)位于电源电极与DBC(1)之间，绝缘隔板(10)包括板体(101)，板体(101)上设有焊脚孔(102)，板体(101)正面由焊脚孔(102)向下延伸出焊脚框(104)，焊脚(9)由焊脚孔(102)穿过焊脚框(104)与DBC(1)相连，焊脚框(104)的底部与DBC(1)接触。
2.根据权利要求1所述的一种设有绝缘隔板的功率模块，其特征在于，每个所述电源电极的连接部(8)包括与主体部(7)相连的大臂(81)，大臂(81)一侧或两侧连接小臂(82)，小臂(82)的宽度小于大臂(81)，小臂(82)与焊脚(9)相连，大臂(81)上设有通孔(811)，板体(101)上还设有连接柱(103)，连接柱(103)穿过通孔(811)并固定在大臂(81)上。
3.根据权利要求2所述的一种设有绝缘隔板的功率模块，其特征在于，所述多个电源电极为中间电极(3)、正电极(4)和负电极(5)，当中间电极(3)的焊脚(9)与正电极(4)的焊脚(9)连接同一DBC(1)时，该中间电极(3)的焊脚(9)所连接的大臂(81)与该正电极(4)的焊脚(9)所连接的大臂(81)在平行于DBC(1)方向上层叠设置，一根连接柱(103)穿过该中间电极(3)的通孔(811)和该正电极(4)的通孔(811)并固定在该中间电极(3)的大臂(81)和/或该正电极(4)的大臂(81)上；当中间电极(3)的焊脚(9)与负电极(5)的焊脚(9)连接同一DBC(1)时，该中间电极(3)的焊脚(9)所连接的大臂(81)与该负电极(5)的焊脚(9)所连接的大臂(81)在平行于DBC(1)方向上层叠设置，一根连接柱(103)穿过该中间电极(3)的通孔(811)和该负电极(5)的通孔(811)并固定在该中间电极(3)的大臂(81)和/或该负电极(5)的大臂(81)上。
4.根据权利要求3所述的一种设有绝缘隔板的功率模块，其特征在于，所述连接柱(103)为绝缘材料，当两个大臂(81)在平行于DBC(1)方向上层叠设置时，连接柱(103)通过热熔固定在位于上层的大臂(81)上。
5.根据权利要求3所述的一种设有绝缘隔板的功率模块，其特征在于，所述连接柱(103)为绝缘材料，连接柱(103)上设有螺纹，当两个大臂(81)在平行于DBC(1)方向上层叠设置时，连接柱(103)的顶部通过螺母固定在位于上层的大臂(81)上。
6.根据权利要求3所述的一种设有绝缘隔板的功率模块，其特征在于，当中间电极(3)的焊脚(9)与正电极(4)的焊脚(9)连接同一DBC(1)时，该中间电极(3)的焊脚(9)与该正电极(4)的焊脚(9)穿过同一个焊脚孔(102)；当中间电极(3)的焊脚(9)与负电极(5)的焊脚(9)连接同一DBC(1)时，该中间电极(3)的焊脚(9)与该负电极(5)的焊脚(9)穿过同一个焊脚孔(102)。
7.根据权利要求1所述的一种设有绝缘隔板的功率模块，其特征在于，所述焊脚孔(102)为矩形。
8.根据权利要求1所述的一种设有绝缘隔板的功率模块，其特征在于，所述焊脚框(104)的形状为倒四棱台。
9.一种绝缘隔板，包括板体(101)，其特征在于，板体(101)上设有焊脚孔(102)和连接柱(103)，连接柱(103)与功率模块的连接部(8)相连，连接柱(103)为绝缘材料，所述焊脚孔(102)为矩形，板体(101)正面由焊脚孔(102)向下延伸出焊脚框(104)，功率模块的焊脚(9)由焊脚孔(102)穿过焊脚框(104)与功率模块的DBC(1)相连，所述焊脚框(104)的形状为倒四棱台，所述绝缘隔板位于电源电极与DBC(1)之间，焊脚框(104)的底部与DBC(1)接触。
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