CN107197607B - 一种功率组件及其组装方法 - Google Patents

Abstract

一种功率组件，包括散热器、功率器件、PCB板、散热底板以及支撑侧板，散热底板安装于散热器表面，支撑侧板与散热底板相连，功率器件通过紧固件安装于散热底板上，PCB板通过紧固件安装于支撑侧板上且与散热底板垂直布置，功率器件的引脚朝向PCB板布置并与PCB板焊接。该功率组件具有步骤简单、效率高、可避免组装时产生机械应力的优点。组装方法，包括步骤：将支撑侧板与散热底板连接；将PCB板安装在支撑侧板上并预紧固，将功率器件安装在散热底板上并预紧固；将功率器件与PCB板焊接；将预紧固的螺栓拧紧到位，消除灰尘和余料，完成功率器件的安装。该方法具有步骤简单、效率高，可消除焊接后再组装导致的机械应力的优点。

Description

一种功率组件及其组装方法

技术领域

本发明涉及半导体器件，尤其涉及一种功率组件及其组装方法。

背景技术

专利文献CN 104658921 A公开了一种功率半导体器件的散热器装配工艺，该工艺首先将功率半导体器件固定在导热基板上，然后将单板和固定有功率半导体器件的导热基板整体压接在散热器上。该技术方案一方面解决了功率单板不能模块化生产的问题，实现了功率单板的简单安装与维护，可以提高生产加工环节的效率，另外一方面可以方便维修备件的存储运输，以及运行现场的快速维护、更换。因此，该技术方案除了适用于光伏发电领域外，也适合其他设备规模大、分布广、需要快速维护的领域。但是存在以下问题：A、不能很好地解决PCB板的支撑问题，采用常规的支撑结构不利于快速化组装；B、其为水平布置结构，不能很好的利用垂直空间（或柜体的深度空间）；C、功率器件引脚需要折弯处理，且对于折弯的尺寸精度要求比较高，增加了组装工时，而且容易造成器件损坏。

专利文献CN 202455714 U公开了一种功率器件散热器装置，包括散热器、功率器件、电路板，电路板通过紧固件安装在散热器的表面，功率器件均匀间隔安装在散热器的上、下两侧面，各个功率器件的触点焊接在电路板上。该技术方案中功率器件的触点无需折弯处理，减少了装置的体积，节省了空间，同时也提高了装配效率，降低了成本。此外，该技术方案改变了功率器件与电路板焊接的方向，将功率器件直接固装在散热器侧边，实现了散热器表面与电路板的边缘齐平，有效提高了散热效率。但是存在以下问题：功率器件需要分别固定在散热器上，不能组成模组进行维护安装。

随着新能源市场的竞争，功率单元的功率密度越来越大，由半导体器件组成的模块对于体积和组装效率上提出了更高的要求。一般功率器件的散热都是采用与散热器直接接触的方式，但是随着功率密度越来越高，散热器体积也越来越大，此时只能采用工装的模式进行组装，此种装配方法影响了组装效率，并且不利于售后维护，同时二次组装容易产生机械应力，导致变形，长期运行后容易出现故障损坏。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种热交换可靠、PCB板支撑性好、空间利用率高、组装工时短的功率组件。

本发明进一步提供一种步骤简单、效率高、可避免组装时产生机械应力的用于该功率组件的组装方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种功率组件，包括散热器、功率器件、PCB板、散热底板以及支撑侧板，所述散热底板安装于所述散热器表面，所述支撑侧板与所述散热底板相连，所述功率器件通过紧固件安装于所述散热底板上，所述PCB板通过紧固件安装于所述支撑侧板上且与散热底板垂直布置，所述功率器件的引脚朝向所述PCB板布置并与所述PCB板焊接。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述散热底板包括底边及侧边，所述底边安装于所述散热器表面，所述功率器件通过紧固件安装于所述底边上，所述侧边与所述底边一体连接且相互垂直，所述支撑侧板与所述侧边通过卡扣组件连接。

所述卡扣组件包括锥孔及卡紧于锥孔内的凸台，所述锥孔设于所述侧边上，所述凸台设于所述支撑侧板上；或所述锥孔设于所述支撑侧板上，所述凸台设于所述侧边上。

所述底边上设有螺纹连接柱，所述功率器件配设有压紧盖并定位于压紧盖的定位槽内，所述螺纹连接柱一端与所述底边铆接，另一端依次穿过所述功率器件和所述压紧盖并通过设于该端的紧固件安装所述功率器件；所述支撑侧板上设有内螺纹连接管并通过设于内螺纹连接管内的紧固件安装所述PCB板。

所述侧边和所述支撑侧板上均开设有用于焊接功率器件和PCB板上的窗口。

所述侧边包括两个以上分板，相邻两个分板之间的间隙形成所述侧边上的窗口。

所述功率器件与所述底边之间设有绝缘导热膜。

所述PCB板靠近所述底边的面为M，所述功率器件与所述绝缘导热膜接触的面为N，则M与N重合。

所述散热底板由铝开模具浇注而成，所述支撑侧板由SMC复合材料开模具浇注而成。

一种上述功率组件的组装方法，包括以下步骤：

S1结构件拼装：将所述支撑侧板与所述散热底板连接；

S2功率器件预组装：将所述PCB板安装在所述支撑侧板上并利用紧固件预紧固，将所述功率器件安装在所述散热底板上并利用紧固件预紧固；

S3将所述功率器件与所述PCB板焊接；

S4功率器件紧固：将预紧固的螺栓拧紧到位，消除灰尘和余料，完成功率器件的安装。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明公开的功率组件，利用散热底板为功率器件进行散热，保证热交换可靠， PCB板采用与散热底板垂直布置的形式，有利于充分利用柜体的深度空间，便于整个柜体的功率扩展，实现多个功率组件并联进行工作，利用支撑侧板为PCB板提供支撑，保证PCB板的安装可靠性，功率器件的引脚朝向PCB板布置，无需折弯，且整体结构简单，便于组装，缩短组装工时，散热底板和支撑侧板可采用不同的材料加工制作，从而降低材料成本。

本发明公开的组装方法，其功率器件组装采用先预紧，再将功率器件与PCB板焊接，最后再完全紧固的方式，步骤简单、效率高，有利于消除焊接后再组装导致的机械应力，避免长期运行后出现故障损坏。

附图说明

图1是本发明功率组件的立体结构示意图。

图2是本发明中散热底板和支撑侧板第一种实施例的立体结构示意图。

图3是本发明中散热底板第一种实施例的立体结构示意图。

图4是本发明中支撑侧板第一种实施例的立体结构示意图。

图5是本发明中散热底板和支撑侧板第二种实施例的立体结构示意图。

图6是本发明中散热底板第二种实施例的立体结构示意图。

图7是本发明中支撑侧板第二种实施例的立体结构示意图。

图8是本发明中功率器件与PCB板的立体结构示意图。

图9是本发明中压紧盖的立体结构示意图。

图中各标号表示：1、散热器；2、功率器件；3、PCB板；4、散热底板；41、底边；411、螺纹连接柱；42、侧边；421、分板；5、支撑侧板；51、内螺纹连接管；6、卡扣组件；61、锥孔；62、凸台；7、压紧盖；71、定位槽；8、窗口；9、绝缘导热膜。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本实施例的功率组件，包括散热器1、功率器件2、PCB板3、散热底板4以及支撑侧板5，散热底板4安装于散热器1表面，支撑侧板5与散热底板4相连，功率器件2通过紧固件安装于散热底板4上，PCB板3通过紧固件安装于支撑侧板5上且与散热底板4垂直布置，功率器件2的引脚朝向PCB板3布置并与PCB板3焊接。其中散热底板4通过多个安装螺栓安装于散热器1表面，保证受力均匀；

该功率组件，利用散热底板4为功率器件2进行散热，保证热交换可靠， PCB板3采用与散热底板4垂直布置的形式，有利于充分利用柜体的深度空间，便于整个柜体的功率扩展，实现多个功率组件并联进行工作，利用支撑侧板5为PCB板3提供支撑，保证PCB板3的安装可靠性，功率器件2的引脚朝向PCB板3布置，无需折弯，且整体结构简单，便于组装，缩短组装工时，散热底板4和支撑侧板5可采用不同的材料加工制作，从而降低材料成本。本实施例中，散热底板4由铝开模具浇注而成，保证散热、以及支撑侧板5和PCB板3连接于散热底板4上的结构强度，支撑侧板5由SMC复合材料（可市购，玻璃钢的一种，主要原料有专用纱（GF）、填料（MD）及各种助剂构成）开模具浇注而成。

如图2至图4所示，本实施例中，散热底板4包括底边41及侧边42，整体为L型，底边41对应水平部分，侧边42对应竖直部分，底边41安装于散热器1表面，功率器件2通过紧固件安装于底边41上，功率器件2与底边41之间设有绝缘导热膜9，利用绝缘导热膜9实现功率器件2、PCB板3的散热及绝缘，可提高散热效率，侧边42与底边41一体连接且相互垂直，也即PCB板3与支撑侧板5平行布置，支撑侧板5与侧边42通过卡扣组件6连接。侧边42与底边41一体连接，可保证结构强度，也便于批量化加工；支撑侧板5与侧边42采用卡扣连接的方式，便于快速组装，缩短组装工时，特别适用于新能源行业尤其是光伏行业的批量化生产。

本实施例中，底边41上设有螺纹连接柱411，功率器件2配设有压紧盖7并定位于压紧盖7的定位槽71内，螺纹连接柱411一端与底边41铆接，另一端依次穿过功率器件2和压紧盖7并通过设于该端的螺母实现功率器件2的安装，压紧盖7可保证功率器件2定位准确及充分压紧于绝缘导热膜9上；支撑侧板5上设有内螺纹连接管51并通过设于内螺纹连接管51内的螺柱实现PCB板3在支撑侧板5上的安装，支撑侧板5可为PCB板3提供可靠的支撑。

如图8所示，本实施例中，PCB板3靠近底边41的面为M，功率器件2与绝缘导热膜9接触的面为N，则M与N重合，便于PCB板3与功率器件2的快速对位，实现快速安装。

如图9所示，本实施例中，侧边42和支撑侧板5上均开设有用于焊接功率器件2和PCB板3上的窗口8，可通过窗口8从侧边42和支撑侧板5的左侧进行焊接，提高组装的便利性。窗口8的大小根据PCB板3而定。

本实施例中，卡扣组件6包括锥孔61及卡紧于锥孔61内的凸台62，锥孔61设于侧边42上，凸台62设于支撑侧板5上。如图5至图7所示，在其他实施例中，也可将锥孔61设于支撑侧板5上，凸台62设于侧边42上，也可达到同样的技术效果。相应地，侧边42包括两个分板421，两个分板421之间的间隙形成侧边42上的窗口8，可减少侧边42的用材，降低整机重量。在其他实施例中，分板421、窗口8的数量也可增加。

本实施例功率组件的组装方法，包括以下步骤：

S1结构件拼装：将支撑侧板5与散热底板4连接；

S2功率器件2预组装：将PCB板3安装在支撑侧板5上并利用紧固件预紧固，将功率器件2安装在散热底板4上并利用紧固件预紧固；

S3将功率器件2与PCB板3焊接；

S4功率器件2紧固：将预紧固的螺栓拧紧到位，消除灰尘和余料，完成功率器件2的安装。

具体地，包括步骤：

各结构件准备

A、在进行批量组装前，需要根据PCB板3的安装固定尺寸、功率器件2的大小定制散热底板4、支撑侧板5。

B、支撑侧板5采用SMC复合材料模具一次成型的方式进行加工。

C、散热底板4采用铝材，先进行模具成型，再铆接螺纹连接柱411。

S1：结构件拼装

A、将支撑侧板5和侧边42，利用各凸台62和锥孔61，进行压和拼接；

S2：功率器件预组装

A、将绝缘导热膜9布置在底边41上；

B、将PCB板3与支撑侧板5利用螺栓进行预紧固。

C、将功率器件2套入压紧盖7（本实施例中为盒状）中，将压紧盖7安装到底边41的螺纹连接柱411上，并用螺母进行紧固。

S3： PCB板3与功率器件2焊接

A、利用窗口8进行焊接功率器件2。

S4：功率器件2及PCB板3紧固

A、将预紧固的螺栓、螺母，完全紧固到位。

B、消除灰尘和余料，功率器件2组装完成。

至于，底边41在散热器1上的安装，可在最开始进行，也可在功率器件2组装完成之后进行。

该组装方法，其功率器件2组装采用先预紧，再将功率器件2与PCB板3焊接，最后再完全紧固的方式，步骤简单、效率高，有利于消除焊接后再组装导致的机械应力，避免长期运行后出现故障损坏。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种功率组件，包括散热器（1）、功率器件（2）、PCB板（3）以及散热底板（4），其特征在于：还包括支撑侧板（5），所述散热底板（4）安装于所述散热器（1）表面，所述支撑侧板（5）与所述散热底板（4）相连，所述功率器件（2）通过紧固件安装于所述散热底板（4）上，所述PCB板（3）通过紧固件安装于所述支撑侧板（5）上且与所述散热底板（4）垂直布置，所述功率器件（2）的引脚朝向所述PCB板（3）布置并与所述PCB板（3）焊接，所述散热底板（4）包括底边（41）及侧边（42），所述底边（41）安装于所述散热器（1）表面，所述功率器件（2）通过紧固件安装于所述底边（41）上，所述侧边（42）与所述底边（41）一体连接且相互垂直，所述支撑侧板（5）与所述侧边（42）通过卡扣组件（6）连接，所述功率器件（2）与所述底边（41）之间设有绝缘导热膜（9），所述PCB板（3）靠近所述底边（41）的面为M，所述功率器件（2）与所述绝缘导热膜（9）接触的面为N，则M与N重合。

2.根据权利要求1所述的功率组件，其特征在于：所述卡扣组件（6）包括锥孔（61）及卡紧于锥孔（61）内的凸台（62），所述锥孔（61）设于所述侧边（42）上，所述凸台（62）设于所述支撑侧板（5）上；或所述锥孔（61）设于所述支撑侧板（5）上，所述凸台（62）设于所述侧边（42）上。

3.根据权利要求1所述的功率组件，其特征在于：所述底边（41）上设有螺纹连接柱（411），所述功率器件（2）配设有压紧盖（7）并定位于压紧盖（7）的定位槽（71）内，所述螺纹连接柱（411）一端与所述底边（41）铆接，另一端依次穿过所述功率器件（2）和所述压紧盖（7）并通过设于该端的紧固件安装所述功率器件（2）；所述支撑侧板（5）上设有内螺纹连接管（51）并通过设于内螺纹连接管（51）内的紧固件安装所述PCB板（3）。

4.根据权利要求1所述的功率组件，其特征在于：所述侧边（42）和所述支撑侧板（5）上均开设有用于焊接功率器件（2）和PCB板（3）上的窗口（8）。

5.根据权利要求4所述的功率组件，其特征在于：所述侧边（42）包括两个以上分板（421），相邻两个分板（421）之间的间隙形成所述侧边（42）上的窗口（8）。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的功率组件，其特征在于：所述散热底板（4）由铝开模具浇注而成，所述支撑侧板（5）由SMC复合材料开模具浇注而成。

7.一种权利要求1至6中任一项所述的功率组件的组装方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1结构件拼装：将所述支撑侧板（5）与所述散热底板（4）连接；

S2功率器件（2）预组装：将所述PCB板（3）安装在所述支撑侧板（5）上并利用紧固件预紧固，将所述功率器件（2）安装在所述散热底板（4）上并利用紧固件预紧固；

S3将所述功率器件（2）与所述PCB板（3）焊接；

S4功率器件（2）紧固：将预紧固的螺栓拧紧到位，消除灰尘和余料，完成功率器件2的安装。

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