CN110756940B - 功率模块电极焊接工装治具及焊接方法 - Google Patents

Abstract

一种功率模块电极焊接工装治具及焊接方法，该治具包括底托板、连接桥定位板和主电极定位板，底托板上设置有安装柱，安装柱穿过电路板底板的安装孔，电路板底板叠置于底托板上，连接桥定位板上设置有定位套筒，安装柱穿过定位套筒，连接桥定位板叠置于电路板底板上，主电极定位板上设置有定位孔，安装柱的至少一部分穿过定位孔，主电极定位板叠置于连接桥定位板上，其中，连接桥定位板上开设中空区并设置有连接桥定位结构，连接桥通过中空区由连接桥定位结构定位于待焊接处，主电极定位板上开设有主电极定位插槽，插入主电极定位插槽的主电极经中空区定位于待焊接处。该治具结构简单，定位可靠，且其安装与操作方式简便，焊接完成后非常方便拆卸。

Description

功率模块电极焊接工装治具及焊接方法

技术领域

本发明涉及电极焊接，特别是涉及一种功率模块电极焊接工装治具及焊接方法。

背景技术

电极是功率模块的重要部件，在模块内部，电极通过焊接技术，与电路板(如DBC(陶瓷覆铜板))焊接在一起，从而与电路板上的芯片形成电路连接。在模块外部，电极作为模块的输出端子与外界电路连接，形成所需要的电路连接。模块在封装时，需要将电极焊接在底板上，以引出模块的集电极主端子和发射极主端子。模块在封装生产的时候需要保证电极能够牢固的焊接在底板上，之后对电极进行折弯。模块焊接工艺包括一次焊接和二次焊接。一次焊接是将芯片焊接到电路板上；二次焊接是指电路板与电路板底板间的焊接以及电极与电路板之间的焊接。对于二次焊接来说，在将电路板焊接到电路板底板上后，还需要通过焊料将电极焊接在电路板上，将连接电路板底板上的多个电路板的连接桥焊接在对应的电路板上。然而，现有的电极焊接治具结构复杂，不易装配；电极和连接桥焊接完后，电极治具不能直接取出，拆卸麻烦；在焊接过程中，焊接治具没有有效的固定结构，焊接时往往容易产生脱落或者焊接点位出错的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种功率模块电极焊接工装治具及焊接方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种功率模块电极焊接工装治具，包括底托板、连接桥定位板和主电极定位板，待焊接的电路板固定在电路板底板上，所述电路板底板上开设有至少两个安装孔，所述底托板上设置有对应于所述安装孔的至少两个安装柱，所述底托板的所述安装柱穿过所述电路板底板的所述安装孔，以将所述电路板底板叠置于所述底托板上，所述连接桥定位板上设置有对应于所述安装柱的至少两个定位套筒，所述底托板的所述安装柱穿过所述连接桥定位板上的所述定位套筒，以将所述连接桥定位板叠置于所述电路板底板上，所述主电极定位板上设置有对应于所述安装柱和所述定位套筒的定位孔，所述安装柱的至少一部分穿过所述主电极定位板上的所述定位孔，以将所述主电极定位板叠置于所述连接桥定位板上，其中，所述连接桥定位板上开设有上下贯通的中空区，所述连接桥定位板上设置有连接桥定位结构，通过所述中空区，待焊接的连接桥由所述连接桥定位结构定位于对应的电路板上的待焊接处，所述主电极定位板上开设有主电极定位插槽，待焊接的主电极插入所述主电极定位插槽，通过所述中空区，由所述主电极定位插槽定位于对应的电路板上的待焊接处。

进一步地：

所述主电极的上端具有弯折部，所述主电极定位板上开设有从所述主电极定位插槽上沿插槽宽度方向延扩的延扩孔，形成一个位置对应于所述弯折部并且尺寸大于所述弯折部的最大水平尺寸的主电极可穿过通道，以使所述主电极定位板能够通过从下往上移动，借助所述主电极可穿过通道与焊接在电路板上之后的主电极相分离。

所述连接桥定位板具有界定出所述中空区的多个内侧壁，所述连接桥定位结构包括从所述内侧壁上延伸出的一对延伸臂，所述一对延伸臂之间形成连接桥容置槽，所述连接桥容置定位在连接桥容置槽内。

所述安装柱的上端为圆锥形。

还包括活动定位销，所述定位套筒上开设有销孔，所述安装柱上设置有对应于所述销孔的销槽，所述活动定位销穿过所述销孔插入所述销槽时，对所述定位套筒相对于所述安装柱的位置进行固定。

所述连接桥定位板和/或主电极定位板上设置有防错防呆结构。

所述安装孔、所述安装柱、所述定位套筒和所述定位孔的数量均为两个，并分别设置在相应板的两个端部位置。

所述主电极定位插槽的数量为三个，并沿所述主电极定位板的长度方向分布。

一种功率模块电极焊接方法，其特征在于，使用所述的功率模块电极焊接工装治具进行功率模块电极焊接，所述方法包括以下步骤：

S1、通过使所述底托板的所述安装柱穿过所述电路板底板的所述安装孔，将固定有电路板的所述电路板底板放置于底托板上，实现电路板底板及电路板的固定；

S2、通过使所述底托板的安装柱穿过所述连接桥定位板的所述定位套筒，将所述连接桥定位板放置到所述电路板底板上方；

S3、连接桥的焊接部包好焊料后，将所述连接桥放置入所述连接桥定位板上的所述连接桥容置槽中，使其焊接部处于所述电路板上的待焊接处；

S4、通过使所述底托板的所述安装柱穿入所述主电极定位板的所述定位孔，将所述主电极定位板放置到所述连接桥定位板上方；

S5、将主电极的焊接部包好焊料，并通过所述主电极定位插槽插入所述主电极定位板内，使其焊接部处于所述电路板上的待焊接处；

S6、将经过步骤S5得到的整个固定工装结构放入焊炉内，加热到焊料的熔融温度，利用焊料将所述连接桥和所述主电极的焊接部焊接到所述电路板上；

S7、焊接操作完成后，先将所述主电极定位板和所述连接桥定位板从所述底托板上直接取下，再从所述底托板上取下完成电极焊接的所述电路板底板。

进一步地，所述电路板为DBC。

本发明具有如下有益效果：

本发明提出一种功率模块电极焊接工装治具及焊接方法，利用该治具可对功率模块的主电极和电路板连接桥可靠地固定于所需焊接的位置，确保定位焊接，保证焊接后的端子的位置准确无偏差，提高电极的焊接品质，并能使用方便，能够显著减少焊接工艺所需的人力操作，使得焊接工艺的效率大大提高，降低加工成本。

该功率模块电极焊接工装治具结构简单，定位可靠，其结构形式使电极和连接桥焊接时定位准确和牢固，且其安装与操作方式简便，焊接完成后非常方便拆卸，能够有效地解决现有技术中更换工装时间长的缺陷。

附图说明

图1为待焊接的DBC底板的结构示意图；

图2为本发明实施例中底托板与DBC底板的组装结构示意图；

图3为本发明实施例中底托板与DBC底板、连接桥定位板的分解结构示意图；

图4为本发明实施例中底托板、DBC底板与连接桥定位板的组装结构示意图；

图5为本发明实施例中底托板、连接桥定位板与主电极定位板的分解结构示意图；

图6为本发明实施例中底托板、DBC底板、连接桥定位板与主电极定位板的组装结构示意图。

具体实施方式

以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接即可以是用于固定作用也可以是用于电路连通作用。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

参阅图1至图6，在一种实施例中，一种功率模块电极焊接工装治具，包括底托板2、连接桥定位板3和主电极定位板4，其中，所述底托板2用来放置电路板底板，所述连接桥定位板3用来放置和定位连接桥，所述主电极定位板4用来放置和定位所述主电极6。以下以待焊接的电路板为DBC为例进行具体说明。待焊接的DBC固定在DBC底板上，所述DBC底板上开设有至少两个安装孔7，所述底托板2上设置有对应于所述安装孔的至少两个安装柱8，所述底托板2的所述安装柱8穿过所述DBC底板的所述安装孔7，以将所述DBC底板叠置于所述底托板2上，所述连接桥定位板3上设置有对应于所述安装柱8的至少两个定位套筒9，所述底托板2的所述安装柱8穿过所述连接桥定位板3上的所述定位套筒9，以将所述连接桥定位板3叠置于所述DBC底板上，所述主电极定位板4上设置有对应于所述安装柱8和所述定位套筒9的定位孔10，所述安装柱8的至少一部分穿过所述主电极定位板4上的所述定位孔10，以将所述主电极定位板4叠置于所述连接桥定位板3上，其中，所述连接桥定位板3上开设有上下贯通的中空区11，所述连接桥定位板3上设置有连接桥定位结构12，通过所述中空区11，待焊接的连接桥5由所述连接桥定位结构12定位于对应的DBC上的待焊接处，所述主电极定位板4上开设有主电极定位插槽13，待焊接的主电极6插入所述主电极定位插槽13，通过所述中空区11，由所述主电极定位插槽13定位于对应的DBC上的待焊接处。

使用该功率模块电极焊接工装治具，将治具的各部分上下依次叠放即可完成组装，并且沿竖直方向直接插入电极即可以实施焊接，焊接完成后，治具的各部分又可以竖直向上依次取出，因此，该功率模块电极焊接工装治具在保证了焊接操作可靠性的同时又非常方便使用，大大提升了工艺效率。

在优选的实施例中，所述主电极6的上端具有弯折部14，典型地，如图所示的倒L形弯折结构，对应地，所述主电极定位板4上开设有从所述主电极定位插槽13上沿插槽宽度方向延扩的延扩孔15，形成一个位置对应于所述弯折部14并且尺寸大于所述弯折部14的最大水平尺寸的主电极可穿过通道，以使所述主电极定位板4能够通过从下往上移动，借助所述主电极可穿过通道与焊接在DBC上之后的主电极6相分离。

在优选的实施例中，所述连接桥定位板3具有界定出所述中空区11的多个内侧壁，所述连接桥定位结构12包括从所述内侧壁上延伸出的一对延伸臂，所述一对延伸臂之间形成连接桥容置槽121，所述连接桥5容置定位在连接桥容置槽121内。

在优选的实施例中，所述安装柱8的上端为圆锥形。

在优选的实施例中，所述工装治具还包括活动定位销16，所述定位套筒9上开设有销孔，所述安装柱8上设置有对应于所述销孔的销槽，所述活动定位销16穿过所述销孔插入所述销槽时，对所述定位套筒9相对于所述安装柱8的位置进行固定。当连接桥定位板3和底托板2之间通过安装柱8和定位套筒9进行配合组装时，并用活动定位销16进行连接固定，可以有效防止加工误差造成两者之间的装配发生偏转。

在优选的实施例中，所述连接桥定位板3和/或主电极定位板4上设置有防错防呆结构。通过主端子定位板和连接桥定位板3的防错防呆结构，能有效防止主电极6和连接桥放错位置。

在优选的实施例中，所述安装孔、所述安装柱8、所述定位套筒9和所述定位孔10的数量均为两个，并分别设置在相应板的两个端部位置。

在一些实施例中，所述主电极定位插槽13的数量为三个，并沿所述主电极定位板4的长度方向分布。当然，根据实际需求，主电极定位插槽13的数量也可以是其他数量。

在如图3-图4所示的实施例中，所述连接桥5的数量为一个，连接桥5将DBC底板上的两个DBC连接起来。根据实际需求，连接桥5的数量也可以是其他数量，例如两个或更多个。

以下进一步描述使用本发明具体实施例的电极焊接工装治具进行功率模块电极焊接的方法，参阅图1至图6，该方法具体包括如下步骤：

1、通过使底托板2的两根安装柱8穿过DBC底板的两个安装孔7，将固定有DBC的DBC底板放置于底托板2上，实现DBC底板及DBC的固定；

2、通过使底托板2的两根安装柱8穿过连接桥定位板3的两个定位套筒9，将连接桥定位板3放置到DBC底板上方；

3、连接桥5的焊接部包好焊料后，将连接桥5放置入连接桥定位板3上的连接桥容置槽121中，使其焊接部处于DBC上的待焊接处；

4、通过使底托板2的两根安装柱8穿入主电极定位板4的两个定位孔10，将主电极定位板4放置到连接桥定位板3上方；

5、将3个主电极6的焊接部包好焊料，并通过主电极定位插槽13插入主电极定位板4内，使其焊接部处于DBC上的待焊接处；

6、将整个固定工装结构放入焊炉内，加热到焊料的熔融温度，利用焊料将连接桥5和主电极6的焊接部焊接到DBC上；

7、焊接操作完成后，先将主电极定位板4和连接桥定位板3从底托板2上直接取下，再从底托板2上取下完成电极焊接的DBC底板。

以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。此外，本发明的范围不旨在限于说明书中所述的过程、机器、制造、物质组成、手段、方法和步骤的特定实施例。本领域普通技术人员将容易理解，可以利用执行与本文所述相应实施例基本相同功能或获得与本文所述实施例基本相同结果的目前存在的或稍后要开发的上述披露、过程、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤。因此，所附权利要求旨在将这些过程、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其范围内。

Claims (7)

1.一种功率模块电极焊接工装治具，其特征在于，包括底托板、连接桥定位板和主电极定位板，待焊接的电路板固定在电路板底板上，所述电路板底板上开设有至少两个安装孔，所述底托板上设置有对应于所述安装孔的至少两个安装柱，所述底托板的所述安装柱穿过所述电路板底板的所述安装孔，以将所述电路板底板叠置于所述底托板上，所述连接桥定位板上设置有对应于所述安装柱的至少两个定位套筒，所述底托板的所述安装柱穿过所述连接桥定位板上的所述定位套筒，以将所述连接桥定位板叠置于所述电路板底板上，所述主电极定位板上设置有对应于所述安装柱和所述定位套筒的定位孔，所述安装柱的至少一部分穿过所述主电极定位板上的所述定位孔，以将所述主电极定位板叠置于所述连接桥定位板上，其中，所述连接桥定位板上开设有上下贯通的中空区，所述连接桥定位板上设置有连接桥定位结构，通过所述中空区，待焊接的连接桥由所述连接桥定位结构定位于对应的电路板上的待焊接处，所述主电极定位板上开设有主电极定位插槽，待焊接的主电极插入所述主电极定位插槽，通过所述中空区，由所述主电极定位插槽定位于对应的电路板上的待焊接处；所述功率模块电极焊接工装治具还包括活动定位销，所述定位套筒上开设有销孔，所述安装柱上设置有对应于所述销孔的销槽，所述活动定位销穿过所述销孔插入所述销槽时，对所述定位套筒相对于所述安装柱的位置进行固定；所述主电极的上端具有弯折部，所述主电极定位板上开设有从所述主电极定位插槽上沿插槽宽度方向延扩的延扩孔，形成一个位置对应于所述弯折部并且尺寸大于所述弯折部的最大水平尺寸的主电极可穿过通道，以使所述主电极定位板能够通过从下往上移动，借助所述主电极可穿过通道与焊接在电路板上之后的主电极相分离。

2.如权利要求1所述的功率模块电极焊接工装治具，其特征在于，所述连接桥定位板具有界定出所述中空区的多个内侧壁，所述连接桥定位结构包括从所述内侧壁上延伸出的一对延伸臂，所述一对延伸臂之间形成连接桥容置槽，所述连接桥容置定位在连接桥容置槽内。

3.如权利要求1所述的功率模块电极焊接工装治具，其特征在于，所述安装柱的上端为圆锥形。

4.如权利要求1所述的功率模块电极焊接工装治具，其特征在于，所述连接桥定位板和/或主电极定位板上设置有防错防呆结构。

5.如权利要求1所述的功率模块电极焊接工装治具，其特征在于，所述主电极定位插槽的数量为三个，并沿所述主电极定位板的长度方向分布。

6.一种功率模块电极焊接方法，其特征在于，使用如权利要求1至5任一项所述的功率模块电极焊接工装治具进行功率模块电极焊接，所述方法包括以下步骤：

S1、通过使所述底托板的所述安装柱穿过所述电路板底板的所述安装孔，将固定有电路板的所述电路板底板放置于底托板上，实现电路板底板及电路板的固定；

S2、通过使所述底托板的安装柱穿过所述连接桥定位板的所述定位套筒，将所述连接桥定位板放置到所述电路板底板上方；

S3、连接桥的焊接部包好焊料后，将所述连接桥放置入所述连接桥定位板上的所述连接桥容置槽中，使其焊接部处于所述电路板上的待焊接处；

S4、通过使所述底托板的所述安装柱穿入所述主电极定位板的所述定位孔，将所述主电极定位板放置到所述连接桥定位板上方；

S5、将主电极的焊接部包好焊料，并通过所述主电极定位插槽插入所述主电极定位板内，使其焊接部处于所述电路板上的待焊接处；

S6、将经过步骤S5得到的整个固定工装结构放入焊炉内，加热到焊料的熔融温度，利用焊料将所述连接桥和所述主电极的焊接部焊接到所述电路板上；

S7、焊接操作完成后，先将所述主电极定位板和所述连接桥定位板从所述底托板上直接取下，再从所述底托板上取下完成电极焊接的所述电路板底板。

7.如权利要求6所述的功率模块电极焊接方法，其特征在于，所述电路板为DBC。

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