CN109219233B - Pcb板与igbt模块压接结构及压接方法 - Google Patents

Pcb板与igbt模块压接结构及压接方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种PCB板与IGBT模块压接结构及压接方法，包括由下到上依次设置水冷板、IGBT模块和PCB板，通过定位销将水冷板、IGBT模块和PCB板定位，通过螺钉固定水冷板和IGBT模块，再通过压接工装和压接针脚将PCB板和IGBT模块压接并用螺钉固定。本发明提供一种PCB板与IGBT模块压接结构及压接方法，克服现有技术的缺陷，实现PCB与IGBT模块装配的高质量高产量生产。

Description

PCB板与IGBT模块压接结构及压接方法
技术领域
本发明涉及微电子技术领域，具体涉及PCB板与IGBT模块压接结构及压接方法。
背景技术
目前汽车控制器中PCB与IGBT模块的组装常采用的工艺是人工焊接。人工焊接成本高，且效率低，同时PCB要经受温度的冲击和机械变形带来的风险。并且随着ROHS标准的出台和实施，无铅焊接的温度要求会更高，手工焊接质量更加不好控制。并且维修拆卸非常麻烦。现有技术中，另一种汽车控制器中PCB与IGBT模块组装常用的工艺是弹簧式连接。这种连接技术是一种可分离的电气连接。随着污染或者时间的推移，在可分离的连接部件之间的污染及部件表面的氧化会引起烧结效应，并且会造成接触点阻抗增加。并且IGBT模块与PCB打螺钉固定时对螺钉固定顺序要求严格，防错能力差。
发明内容
本发明目的是：提供PCB板与IGBT模块压接结构及压接方法，克服现有技术的缺陷，实现PCB与IGBT模块装配的高质量高产量生产的目的。
本发明的技术方案是：提供一种PCB板与IGBT模块压接结构，包括由下到上依次设置：
水冷板，所述水冷板上设置有水冷板定位销孔和水冷板螺纹孔；
IGBT模块，所述IGBT模块上固定设置有贯穿的定位销、压接针脚，所述定位销下端与所述水冷板定位销孔配合，使得所述IGBT模块与水冷板相对定位，所述IGBT模块通过IGBT模块螺钉与所述水冷板固定，所述IGBT模块上侧面紧贴着所述IGBT模块固定设置有限高凸台；
PCB板，所述PCB板上设置有PCB板压接孔和PCB板定位销孔，所述PCB板通过PCB板定位销孔与所述定位销的上端配合，使得PCB板与IGBT模块相对定位，所述压接针脚穿入所述PCB板压接孔而压接，所述PCB板通过PCB板螺钉与所述IGBT模块固定。
在一个实施例中，所述定位销的数量为两个。
在一个实施例中，所述两个定位销直径不同，一大一小。
在一个实施例中，所述限高凸台的数量与所述定位销的数量相同，且限高凸台设置于定位销所在位置与所述定位销同轴。
在一个实施例中，所述PCB板上与所述IGBT模块螺钉对应的位置设置有通孔，且所述通孔直径大于所述IGBT模块螺钉的螺帽直径。
本发明实施例还提供一种PCB板与IGBT模块压接方法，包括如下步骤：
准备水冷板，预先在所述水冷板上钻出水冷板定位销孔和水冷板螺纹孔；
准备IGBT模块，预先在IGBT模块上设置与所述IGBT模块上固定且贯穿所述IGBT模块的定位销，在所述IGBT模块上侧固定设置多个压接针脚，所述IGBT模块上预留可通过IGBT模块螺钉的通孔及PCB板螺纹固定孔，在所述IGBT模块定位销的位置设置限高凸台，限高凸台紧贴所述IGBT模块上面；
准备PCB板，在所述PCB板上预留PCB板压接孔、PCB板定位销孔和PCB板螺钉通孔；
准备压接工装，所述压接工装上在与所述定位销和压接针脚对应的每个位置设置工装凸台，所述工装凸台上设置相应的压接工装定位销孔和压接针脚对位孔；
将所述IGBT模块通过定位销与水冷板进行对位将IGBT模块放置在水冷板上，使IGBT模块下面的散热面与水冷板紧密接触，通过IGBT模块螺钉将IGBT模块与水冷板进行固定；
将PCB板定位销孔与所述定位销进行对位，将定位销穿入PCB定位销孔，轻轻下压PCB板，确保IGBT模块的压接针脚正确穿入PCB板压接孔内。此时IGBT模块在水冷板和PCB板中间。PCB板位于IGBT模块上面，IGBT模块的定位销伸出PCB防呆孔定位销孔；
将压接工装放在PCB板上，压接工装定位销孔与定位销对齐，并按压压接工装，直到PCB板底面与IGBT限高凸台紧密相贴，此时PCB板在压接工装和IGBT模块中间；
最后用PCB板螺钉将PCB板与IGBT模块固定。
本发明实施例还提供一种PCB板与IGBT模块压接方法，包括如下步骤：
准备水冷板，预先在所述水冷板上钻出水冷板定位销孔和水冷板螺纹孔；
准备IGBT模块，预先在IGBT模块上设置与所述IGBT模块上固定且贯穿所述IGBT模块的定位销，在所述IGBT模块上侧固定设置多个压接针脚，所述IGBT模块上预留可通过IGBT模块螺钉的通孔及PCB板螺纹固定孔，在所述IGBT模块定位销的位置设置限高凸台，限高凸台紧贴所述IGBT模块上面；
准备PCB板，在所述PCB板上预留PCB板压接孔、PCB板定位销孔和PCB板螺钉通孔，所述PCB板上与所述IGBT模块螺钉对应位置预留通孔，且所述通孔直径大于所述IGBT模块螺钉的螺帽直径；
准备压接工装，所述压接工装上在与所述定位销和压接针脚对应的每个位置设置工装凸台，所述工装凸台上设置相应的压接工装定位销孔和压接针脚对位孔；
将IGBT模块水平放置，将PCB板定位销孔与IGBT模块定位销进行对位，将IGBT模块定位销穿入PCB板定位销孔，用手轻轻下压PCB板，确认此时IGBT模块压接针脚正确穿入PCB板压接孔内，PCB板位于IGBT模块上面，IGBT模块定位销伸出PCB板定位销孔；
将压接工装放在PCB板上，压接工装定位销孔与IGBT模块定位销对齐， PCB板在压接工装和IGBT模块中间，按压压接工装，直到PCB板底面与IGBT模块限高凸台紧密相贴；
用PCB板螺钉将PCB板与IGBT模块进行固定，完成PCB板与IGBT模块的压接；
将IGBT模块与PCB板装配后的组件通过IGBT模块定位销与水冷板进行对位，正确对位后将安装组件放置在水冷板上，使IGBT模块下面的散热面与水冷板紧密接触，此时PCB板在IGBT模块上方；使用IGBT模块螺钉在PCB板上与IGBT模块螺钉对应的位置处从PCB板通孔穿过，通过PCB板通孔将IGBT模块与水冷板进行固定，完成装配
本发明的优点是：本申请PCB与IGBT模块采用压接技术，减少焊接工艺。同时避免焊接过程的热集中造成PCB板电路失效的风险。然后，压接后的PCB金属化孔与IGBT针脚接触部分随着自由电子的运动，使连接结构形成稳定的晶体结构，连接结构可靠稳定，并且抗振动、抗氧化。最后，压接后的PCB与IGBT通过拆分工装，可以实现PCB与IGBT模块的分离，使维修更方便，并且拆卸后的IGBT可以通过焊接工艺再次使用。该压接技术真正实现了PCB与IGBT模块的便捷组装，大大提高了生产效率。同时从时间和人力上都大大降低了生产成本。装配过程便捷高效，节省装配时间；减少人工焊接工艺、降低成本且环保。
IGBT模块上的定位导销不仅在PCB板与IGBT模块装配过程中起到防呆的作用，还在IGBT模块与水冷板固定过程中起到防呆作用。同时在压接工装与PCB板对位时也起到防呆的作用。这两个定位销不仅帮助可以快速对位，还有效的定义IGBT模块的旋转角度。这使得整个装配过程都有防呆措施，使操作更简单，避免装配错误。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明实施例1压接结构爆炸图；
图2为本发明实施例2压接结构爆炸图；
图3为本发明实施例3压接方法流程图；
图4为本发明实施例4压接方法流程图；
其中：
1、水冷板；1.1、水冷板螺纹孔；1.3、水冷板定位销孔；
2、IGBT模块；2.1、IGBT模块通孔；2.2：IGBT模块限高凸台；2.3、定位销；2.4、压接针脚；2.5、PCB板螺纹固定孔；
3、PCB板；3.1、PCB板通孔；3.3、PCB板定位销孔；3.4、PCB板压接孔；3.5、PCB板螺钉通孔；
4、压接工装；4.1、工装凸台；4.3、压接工装定位销孔；4.4、压接针脚对位孔
5、IGBT模块螺钉；
6、PCB板螺钉。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本发明是应用于汽车控制器中PCB与IGBT模块安装过程中使用的压接技术。
实施例1
如图1所示一种PCB板与IGBT模块压接结构爆炸图，包括由下到上依次设置：
水冷板1，所述水冷板上设置有水冷板定位销孔1.3和水冷板螺纹孔1.1；
IGBT模块2，所述IGBT模块2上固定设置有贯穿的定位销2.3、压接针脚2.4，优选所述定位销的数量为两个。进一步优先的，所述两个定位销直径不同，一大一小。可以起到防呆作用。压接针脚数量根据结构尺寸大小选用，所述定位销2.3下端与所述水冷板定位销孔1.3配合，使得所述IGBT模块2与水冷板1相对定位，所述IGBT模块2通过IGBT模块螺钉5穿过IGBT模块通孔2.1与所述水冷板1固定，所述IGBT模块2上面紧贴着所述IGBT模块2固定设置有限高凸台2.2，优选的，所述限高凸台2.2的数量与所述定位销2.3的数量相同，且限高凸台2.2设置于定位销2.3所在位置与所述定位销2.3同轴。
PCB板3，所述PCB板3上设置有PCB板压接孔3.4和PCB板定位销孔3.3，所述PCB板3通过PCB板定位销孔3.3与所述定位销2.3的上端配合，使得PCB板3与IGBT模块2相对定位，所述压接针脚2.4穿入所述PCB板压接孔3.4而压接，所述PCB板3通过PCB板螺钉6与所述IGBT模块2固定，其中PCB板3为内部有电气连接线，且已贴装相应电子元件的PCB。PCB板压接孔3.4为金属化孔。
压接IGBT设有2个定位导销，在装配过程中不仅起到快速对位的作用，还有效的提供了IGBT模块旋转角度信息，起到防呆作用，使装配对位过程避免出错。
实施例2
如图2所示PCB板3与IGBT模块2压接结构爆炸图，在所述实施例1的基础上，所述PCB板3上与所述IGBT模块螺钉5对应的位置设置有PCB板通孔3.1，且所述PCB板通孔3.1直径大于所述IGBT模块螺钉5的螺帽直径。
实施例3
如图1和3所示，本发明实施例还提供一种PCB板与IGBT模块压接方法，包括如下步骤：
准备水冷板1，预先在所述水冷板1上钻出水冷板定位销孔1.3和水冷板螺纹孔1.1；
准备IGBT模块2，预先在IGBT模块2上设置与所述IGBT模块2上固定且贯穿所述IGBT模块2的定位销2.3，在所述IGBT模块2上侧固定设置多个压接针脚2.4，所述IGBT模块2上预留可通过IGBT模块螺钉的IGBT模块通孔2.1及PCB板螺纹固定孔2.5，在所述IGBT模块定位销2.3的位置设置限高凸台2.2，限高凸台2.2紧贴所述IGBT模块2上面；
准备PCB板3，在所述PCB板3上预留PCB板压接孔3.4、PCB板定位销孔3.3和PCB板螺钉通孔3.5；其中PCB板3为内部有电气连接线，且已贴装相应电子元件的PCB。PCB板压接孔3.4为金属化孔。
准备压接工装4，所述压接工装4上在与所述定位销2.3和压接针脚2.4对应的每个位置设置工装凸台4.1，所述工装凸台4.1上设置相应的压接工装定位销孔4.3和压接针脚对位孔4.4；
将IGBT模块2通过定位销2.3与水冷板1进行对位将IGBT模块2放置在水冷板1上，使IGBT模块2下面的散热面与水冷板1紧密接触，通过IGBT模块螺钉5将IGBT模块2与水冷板1进行固定；
将PCB板定位销孔3.3与所述定位销2.3进行对位，将定位销2.3穿入PCB定位销孔3.3，轻轻下压PCB板3，确保IGBT模块2的压接针脚2.4正确穿入PCB板压接孔3.4内。此时IGBT模块2在水冷板1和PCB板3中间。PCB板3位于IGBT模块2上面，IGBT模块2的定位销2.3伸出PCB定位销孔3.3；
将压接工装4放在PCB板3上，压接工装定位销孔4.3与定位销2.3对齐，并按压压接工装4，直到PCB板3底面与IGBT限高凸台2.2紧密相贴，此时PCB板3在压接工装4和IGBT模块2中间；
最后用PCB板螺钉6将PCB板3与IGBT模块2固定。
首先，这种安装方式可以先将IGBT模块固定在水冷板上，然后再将PCB板与IGBT模块进行压接，IGBT模块与水冷板的固定螺丝不需要从PCB上开孔，节省PCB空间。其次，PCB与IGBT模块采用压接技术，减少焊接工艺；同时避免焊接过程的热集中造成PCB板电路失效的风险。然后，压接后的PCB金属化孔与IGBT模块针脚接触部分随着自由电子的运动，使连接结构形成稳定的晶体结构，连接结构可靠稳定，并且抗振动、抗氧化。最后，压接后的PCB板与IGBT模块通过拆分工装，可以实现PCB板与IGBT模块的分离，使维修更方便，并且拆卸后的IGBT模块可以通过焊接工艺再次使用。该压接技术真正实现了PCB板与IGBT模块的便捷组装，大大提高了生产效率。同时从时间和人力上都大大降低了生产成本。
实施例4
如图2和4所示，在实施例3的基础上作一些调整，首先如实施例3一样准备各部件。其中，在准备PCB板3时，所述PCB板3上与所述IGBT模块螺钉5对应位置预留PCB板通孔3.1，且所述PCB板通孔3.1直径大于所述IGBT模块螺钉5的螺帽直径；
压接时，先用压接工装4将所述PCB板3与所述IGBT模块4压接，再将IGBT模块2与PCB板3固定在水冷板1上。此时IGBT与水冷板的固定螺丝需要从PCB上开孔，占用PCB空间。
具体压接过程如下：IGBT模块2水平放置，将PCB板定位销孔3.3与IGBT模块定位销2.3进行对位，将IGBT模块定位销2.3穿入PCB板定位销孔3.3，用手轻轻下压PCB板3，确认此时IGBT模块压接针脚2.4正确穿入PCB板压接孔3.4内。此时PCB板3位于IGBT模块2上面。此时IGBT模块定位销2.3伸出PCB板定位销孔3.3。
将压接工装4放在PCB板3上，压接工装定位销孔4.3与IGBT模块定位销2.3对齐，此时也代表压接工装定位销孔4.3也与PCB定位销孔3.3对齐了，此时PCB板3在压接工装4和IGBT模块2中间。按压压接工装4，直到PCB板3底面与IGBT模块限高凸台2.2紧密相贴。此时PCB板3与IGBT模块2已压装到位。
用PCB板螺钉6将PCB板3与IGBT模块2进行固定。此时PCB板3与IGBT模块2已完成压接过程。
将IGBT模块2与PCB板3装配后的组件通过IGBT模块定位销2.3与水冷板1进行对位，正确对位后将安装组件放置在水冷板1上，使IGBT模块2下面的散热面与水冷板1紧密接触，此时PCB板3在IGBT模块2上方。使用IGBT模块螺钉5在PCB板3上与IGBT模块螺钉5对应的位置处从PCB板通孔3.1穿过，通过PCB板通孔3.1将IGBT模块2与水冷板1进行固定。装配过程完成。
PCB与IGBT的压接技术属于冷压焊接，是一种可以实现可分离的连接技术。它是通过IGBT模块压接针脚与PCB板压接孔在压接过程中，通过压力，增大两金属接触面积，接触点通过金属原子晶体中的自由电子的运动来超出接触点范围，产生交叉连接。随着自由电子的运动，这种连接结构会逐步增强，在接触区附近形成一个稳定的晶体结构。所以压接技术是一种连接质量非常可靠的技术。
装配完成后的产品在受到振动或者挤压的时候，IGBT模块的压接针脚由于没有与PCB板压接孔用焊锡焊接固定，其压接针脚的移动可以很好的释放掉机械应力，使压接连接有很好的抗振特性。同时在振动或挤压的过程中，接触点通过摩擦和烧结，有效地消除了接触面的氧化层，从而实现接触点与空气隔离，不会失去电接触，这保证了接触点可靠的连接关系。这同时也使得产品具有很好的抗污染、抗氧化的特性。
其中实施例1和3中，装配过程可以不再局限于先将IGBT模块与PCB板装配好再固定到水冷板上。可以先将IGBT模块固定到水冷板上再与PCB板装配。这样IGBT模块与水冷板固定的螺钉位置不需要对应的PCB板进行开孔来方便安装，这有效的增大了PCB板布局的可利用空间。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种PCB板与IGBT模块压接方法，其特征在于，包括如下步骤：
准备水冷板，预先在所述水冷板上钻出水冷板定位销孔和水冷板螺纹孔；
准备IGBT模块，预先在IGBT模块上设置与所述IGBT模块上固定且贯穿所述IGBT模块的定位销，在所述IGBT模块上侧固定设置多个压接针脚，所述IGBT模块上预留可通过IGBT模块螺钉的通孔及PCB板螺纹固定孔，在所述IGBT模块定位销的位置设置限高凸台，限高凸台紧贴所述IGBT模块上面；
准备PCB板，在所述PCB板上预留PCB板压接孔、PCB板定位销孔和PCB板螺钉通孔；
准备压接工装，所述压接工装上在与所述定位销和压接针脚对应的每个位置设置工装凸台，所述工装凸台上设置相应的压接工装定位销孔和压接针脚对位孔；
将所述IGBT模块通过定位销与水冷板进行对位将IGBT模块放置在水冷板上，使IGBT模块下面的散热面与水冷板紧密接触，通过IGBT模块螺钉将IGBT模块与水冷板进行固定；
将PCB板定位销孔与所述定位销进行对位，将定位销穿入PCB定位销孔，轻轻下压PCB板，确保IGBT模块的压接针脚正确穿入PCB板压接孔内，此时IGBT模块在水冷板和PCB板中间，PCB板位于IGBT模块上面，IGBT模块的定位销伸出PCB防呆孔定位销孔；
将压接工装放在PCB板上，压接工装定位销孔与定位销对齐，并按压压接工装，直到PCB板底面与IGBT限高凸台紧密相贴，此时PCB板在压接工装和IGBT模块中间；
最后用PCB板螺钉将PCB板与IGBT模块固定。
2.一种PCB板与IGBT模块压接方法，其特征在于，包括如下步骤：
准备水冷板，预先在所述水冷板上钻出水冷板定位销孔和水冷板螺纹孔；
准备IGBT模块，预先在IGBT模块上设置与所述IGBT模块上固定且贯穿所述IGBT模块的定位销，在所述IGBT模块上侧固定设置多个压接针脚，所述IGBT模块上预留可通过IGBT模块螺钉的通孔及PCB板螺纹固定孔，在所述IGBT模块定位销的位置设置限高凸台，限高凸台紧贴所述IGBT模块上面；
准备PCB板，在所述PCB板上预留PCB板压接孔、PCB板定位销孔和PCB板螺钉通孔，所述PCB板上与所述IGBT模块螺钉对应位置预留通孔，且所述通孔直径大于所述IGBT模块螺钉的螺帽直径；
准备压接工装，所述压接工装上在与所述定位销和压接针脚对应的每个位置设置工装凸台，所述工装凸台上设置相应的压接工装定位销孔和压接针脚对位孔；
将IGBT模块水平放置，将PCB板定位销孔与IGBT模块定位销进行对位，将IGBT模块定位销穿入PCB板定位销孔，用手轻轻下压PCB板，确认此时IGBT模块压接针脚正确穿入PCB板压接孔内，PCB板位于IGBT模块上面，IGBT模块定位销伸出PCB板定位销孔；
将压接工装放在PCB板上，压接工装定位销孔与IGBT模块定位销对齐，PCB板在压接工装和IGBT模块中间，按压压接工装，直到PCB板底面与IGBT模块限高凸台紧密相贴；用PCB板螺钉将PCB板与IGBT模块进行固定，完成PCB板与IGBT模块的压接；
将IGBT模块与PCB板装配后的组件通过IGBT模块定位销与水冷板进行对位，正确对位后将安装组件放置在水冷板上，使IGBT模块下面的散热面与水冷板紧密接触，此时PCB板在IGBT模块上方；使用IGBT模块螺钉在PCB板上与IGBT模块螺钉对应的位置处从PCB板通孔穿过，通过PCB板通孔将IGBT模块与水冷板进行固定，完成装配。
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