CN112888298A - 一种大型功率模块的回流夹具结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大型功率模块的回流夹具结构，用于对功率模块进行回流焊接时的夹装，主要包括配套设置的印刷贴片载具、回流底座、绝缘基板固定框和端子盖板，所述印刷贴片载具用于对不同大小和种类的绝缘基板进行焊料印刷和芯片贴装；所述回流底座用于放置功率模块以便于在功率模块的基板上进行助焊剂印刷和焊片放置；所述绝缘基板固定框放置在功率模块的基板上并通过基板定位柱与基板固定连接以将印刷贴片好的绝缘基板按设计图纸放置在绝缘基板固定框内的基板上；所述端子盖板安装在功率模块的基板上并在端子盖板上插入绝缘基板隔离针以防止绝缘基板移位，放置完成后将功率模块和对应夹具一起放入回流炉进行回流焊接。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子学领域，具体涉及一种大型功率模块的回流夹具结构。
背景技术
传统的功率模块大多使用芯片到DBC和DBC到基板分开回流的两步回流方式，回流夹具设计相对简单，只需考虑单一焊料的焊接过程。不适合大型功率模块的回流焊接。使用一体式DBC固定框在回流结束拆卸夹具时会导致DBC缺角等异常情况。传统的功率模块底部一般为平面设计，和回流炉的底面直接完全接触。当大型模块底部设计有较复杂的突出结构时，就无法直接放置在平的回流炉底面上回流，因没有完全接触，导热受到很大影响，无法完成焊接过程。大型功率模块DBC设计种类和数量多，回流时容易移位，DBC间距离太近或移位太多都会影响模块性能和后续工艺步骤的进行。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种结构简单且能有效简化回流焊接过程的大型功率模块的回流夹具结构。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，一种大型功率模块的回流夹具结构，用于对功率模块进行回流焊接时的夹装，主要包括配套设置的印刷贴片载具、回流底座、绝缘基板固定框和端子盖板，所述印刷贴片载具用于对不同大小和种类的绝缘基板进行焊料印刷和芯片贴装；所述回流底座用于放置功率模块以便于在功率模块的基板上进行助焊剂印刷和焊片放置；所述绝缘基板固定框放置在功率模块的基板上并通过基板定位柱与基板固定连接以将印刷贴片好的绝缘基板按设计图纸放置在绝缘基板固定框内的基板上；所述端子盖板安装在功率模块的基板上并在端子盖板上插入绝缘基板隔离针以防止绝缘基板移位，放置完成后将功率模块和对应夹具一起放入回流炉进行回流焊接。
进一步地，所述印刷贴片载具的上表面开设有若干个与绝缘基板的形状和大小匹配的凹陷槽，所述凹陷槽内均匀穿设有若干小孔，所述印刷贴片载具的下表面设置有真空腔体并通过该真空腔体布置有真空系统以对绝缘基板进行吸附。
进一步地，所述端子盖板主要包括依次设置的上盖板和下盖板，上盖板和下盖板之间设置有若干盖板套筒并通过基板定位柱和螺母紧固连接；所述端子盖板通过基板定位柱插接在功率模块的基板上，端子盖板上设置有若干用于插接绝缘基板隔离针及PIN针的小圆孔。
进一步地，所述回流底座的形状与功率模块背面的形状相匹配；所述绝缘基板固定框的尺寸按照基板的热膨胀系数算出余量值并做成左右分体式，以防止回流时或回流后拆卸绝缘基板固定框时导致的绝缘基板缺角情况。
进一步地，所述印刷贴片载具的上表面经过阳极氧化或着色处理，且印刷贴片载具上两相邻凹陷槽之间均设置有便于对绝缘基板进行夹取的夹取槽；所述印刷贴片载具的下表面设置有加强筋结构。
进一步地，所述基板定位柱由一个细长圆柱及一体式设置在该细长圆柱上的柱座组成，且所述细长圆柱的直径与基板上的定位孔直径一致。
进一步地，所述绝缘基板隔离针由一个细长圆柱和上方的扁平圆柱组成，细长圆柱的下方设置有尖角部并通过该尖角部插入基板上两相邻绝缘基板的缝隙处。
本发明的有益技术效果在于：本发明主要由配套设置的印刷贴片载具、回流底座、绝缘基板固定框和端子盖板组成，可根据实际需求设计适合多种绝缘基板大小的印刷贴片载具，可从而以同时将模块上多种绝缘基板款式在同一个载具上进行焊料的印刷。有效缩短了焊接时间和焊接成本；回流底座、绝缘基板固定框和端子盖板可以实现芯片到绝缘基板和绝缘基板到基板的一步回流，绝缘基板间通过隔离针定位，回流后拆卸夹具也不容易导致绝缘基板陶瓷缺角等异常，也解决了基板底部多种突出设计不能直接在平面上回流的问题。
附图说明
图1为本发明所述功率模块的结构示意图；
图2为本发明所述印刷贴片载具的正面结构示意图；
图3为本发明所述印刷贴片载具的背面结构示意图；
图4为本发明所述回流底座的结构示意图；
图5为本发明所述绝缘基板固定框的结构示意图；
图6为本发明所述端子盖板的结构示意图；
图7为绝缘基板放置在印刷贴片载具上的示意图；
图8为夹具组装后的结构示意图。
具体实施方式
为使本领域的普通技术人员更加清楚地理解本发明的目的、技术方案和优点，以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。
在本发明的描述中，需要理解的是，“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“横向”、“竖向”等术语所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，而不是指示或暗示所指的装置或原件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1-8所示，本发明所述的一种大型功率模块的回流夹具结构，用于对功率模块1进行回流焊接时的夹装，主要包括配套设置的印刷贴片载具2、回流底座3、绝缘基板固定框4和端子盖板5，所述印刷贴片载具2用于对不同大小和种类的绝缘基板7进行焊料印刷和芯片贴装；所述回流底座3用于放置功率模块1以便于在功率模块1的基板11上进行助焊剂印刷和焊片放置；所述绝缘基板固定框4放置在功率模块1的基板11上并通过基板定位柱51与基板11固定连接以将印刷贴片好的绝缘基板7按设计图纸放置在绝缘基板固定框4内的基板11上；所述端子盖板5安装在功率模块1的基板11上并在端子盖板5上插入绝缘基板隔离针6以防止绝缘基板7移位，放置完成后将功率模块1和对应夹具一起放入回流炉进行回流焊接。
参照图2-3所示，所述印刷贴片载具2的上表面开设有若干个与绝缘基板7的形状和大小匹配的凹陷槽21，所述凹陷槽21内均匀穿设有若干小孔22，所述印刷贴片载具2的下表面设置有真空腔体23并通过该真空腔体23布置有真空系统以对绝缘基板7进行吸附。在使用时，可根据加工需求设计多种可适合不同绝缘基板7大小的印刷贴片载具2，从而可以同时将模块上多种绝缘基板款式在一个载具上进行焊料的印刷。
所述印刷贴片载具2的上表面经过阳极氧化或着色处理，以避免强烈的反光对感应器的干扰，从而影响识别效果，且相邻两凹陷槽21之间均设置有便于对绝缘基板7进行夹取的夹取槽24；所述印刷贴片载具2的下表面设置有加强筋结构，使载具在吸真空时既能保证足够的真空度，又可以保持载具整体平整，不易变形。
参照图4-5所示，所述回流底座3的形状与功率模块1背面的形状相匹配；所述绝缘基板固定框4的尺寸按照基板11的热膨胀系数算出余量值并做成左右分体式，以防止热膨胀系数不同导致限位不准或回流时和回流后拆卸绝缘基板固定框4时导致的绝缘基板缺角情况。
参照图6所示，所述端子盖板5主要包括依次设置的上盖板52和下盖板53，上盖板52和下盖板53之间设置有若干盖板套筒54并通过基板定位柱51和螺母55紧固连接；所述端子盖板5通过基板定位柱51插接在功率模块1的基板11上，端子盖板5上设置有若干用于插接绝缘基板隔离针6及PIN针的小圆孔56。端子盖板上设计有若干开孔，分别对应基板定位柱51和绝缘基板隔离针6以及PIN针，端子盖板5上基板定位柱51的开孔位置要与基板定位孔的位置一致，绝缘基板隔离针6的开孔位置与对应相邻绝缘基板的间隙位置一致；端子盖板5上插接PIN针的开孔位置与绝缘基板上放置PIN针的位置一致，用于回流前插入PIN针。
参照图6-8所示，所述基板定位柱51由一个细长圆柱及一体式设置在该细长圆柱上的柱座组成，且所述细长圆柱的直径与基板上的定位孔直径一致，定位柱正好插入其中，并设计配合间隙。端子盖板5及绝缘基板固定框4上的开孔直径与基板定位柱直径保持一致，并设计配合间隙。基板定位柱51上较大直径圆柱的高度根据模块上PIN针的高度而定，装配后下部的端子盖板越靠近PIN针底座，越能起到好的限位作用。
所述绝缘基板隔离针6由一个细长圆柱和上方的扁平圆柱组成，细长圆柱的下方设置有尖角部并通过该尖角部插入基板上两相邻绝缘基板的缝隙处。盖板套筒54是一个筒状结构，盖板套筒54的内径与基板定位柱直径一致，基板定位柱51正好插入其中，并设计配合间隙。盖板套筒54的高度决定了端子盖板限制PIN针上部位置的高度，需根据PIN针的高度而定。
参照图7所示，功率模块正面有abcdef六种不同的绝缘基板7，在印刷贴片载具2上对绝缘基板7进行如图7所示的排布，不同种类的数量比例一致。将绝缘基板7按不同种类大小和方向放置在印刷贴片载具上，全部放好后，印刷时夹具背面的真空系统会将绝缘基板7吸附在印刷贴片载具2上，从而固定位置不会移位，在绝缘基板上表面进行焊料印刷和芯片贴装。
功率模块背面有突起部分，如图4所示，回流底座的设计要匹配模块背面突起部分，使配合后底面平整，利于回流炉加热底板传热。参照图8所示，将功率模块1放置在回流底座3的上面，匹配好后，在基板11上表面进行助焊剂印刷和焊片放置，然后放置绝缘基板固定框4，绝缘基板固定框4通过的基板定位柱51与基板11固定连接。将印刷贴片好的绝缘基板7按设计图纸放置在绝缘基板固定框4内。再将端子盖板5装配好后放置在模块上，基板定位柱51插入基板开孔g内。固定好位置后，在端子盖板5上相应开孔处插入绝缘基板隔离针6，绝缘基板隔离针6的下端尖头处插入绝缘基板之间的空隙位置，将相邻绝缘基板隔离开，防止绝缘基板移位。放置完成后将模块和载具一起放进回流炉进行回流焊接。芯片下焊料的融化温度稍低于绝缘基板下焊料的融化温度，因回流炉通过接触传热，上层传递到的热量相对少，这样上下两层焊料在同一回流过程都能融化，达到一步焊接的效果。
芯片、绝缘基板与基板回流焊接后，整体键合，整体键合完成后，进行PIN针焊接；PIN针焊接时，绝缘基板上端子焊接位置点好锡膏后，需将绝缘基板固定框通过基板定位柱预先安装在端子盖板上，然后将模块倒放沿基板定位柱扣在端子盖板上，随后翻转180°，将端子盖板朝上放置，插入绝缘基板隔离针后，检查无误后即可回流。
本发明主要由配套设置的印刷贴片载具、回流底座、绝缘基板固定框和端子盖板组成，可根据实际需求设计适合多种绝缘基板大小的印刷贴片载具，可从而以同时将模块上多种绝缘基板款式在同一个载具上进行焊料的印刷。有效缩短了焊接时间和焊接成本；回流底座、绝缘基板固定框和端子盖板可以实现芯片到绝缘基板和绝缘基板到基板的一步回流，绝缘基板间通过隔离针定位，回流后拆卸夹具也不容易导致绝缘基板陶瓷缺角等异常，也解决了基板底部多种突出设计不能直接在平面上回流的问题。
本文中所描述的具体实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，但凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (7)
1.一种大型功率模块的回流夹具结构，用于对功率模块进行回流焊接时的夹装，其特征在于：主要包括配套设置的印刷贴片载具、回流底座、绝缘基板固定框和端子盖板，所述印刷贴片载具用于对不同大小和种类的绝缘基板进行焊料印刷和芯片贴装；所述回流底座用于放置功率模块以便于在功率模块的基板上进行助焊剂印刷和焊片放置；所述绝缘基板固定框放置在功率模块的基板上并通过基板定位柱与基板固定连接以将印刷贴片好的绝缘基板按设计图纸放置在绝缘基板固定框内的基板上；所述端子盖板安装在功率模块的基板上并在端子盖板上插入绝缘基板隔离针以防止绝缘基板移位，放置完成后将功率模块和对应夹具一起放入回流炉进行回流焊接。
2.根据权利要求1所述的大型功率模块的回流夹具结构，其特征在于：所述印刷贴片载具的上表面开设有若干个与绝缘基板的形状和大小匹配的凹陷槽，所述凹陷槽内均匀穿设有若干小孔，所述印刷贴片载具的下表面设置有真空腔体并通过该真空腔体布置有真空系统以对绝缘基板进行吸附。
3.根据权利要求1或2所述的大型功率模块的回流夹具结构，其特征在于：所述端子盖板主要包括依次设置的上盖板和下盖板，上盖板和下盖板之间设置有若干盖板套筒并通过基板定位柱和螺母紧固连接；所述端子盖板通过基板定位柱插接在功率模块的基板上，端子盖板上设置有若干用于插接绝缘基板隔离针及PIN针的小圆孔。
4.根据权利要求3所述的大型功率模块的回流夹具结构，其特征在于：所述回流底座的形状与功率模块背面的形状相匹配；所述绝缘基板固定框的尺寸按照基板的热膨胀系数算出余量值并做成左右分体式，以防止回流时或回流后拆卸绝缘基板固定框时导致的绝缘基板缺角情况。
5.根据权利要求4所述的大型功率模块的回流夹具结构，其特征在于：所述印刷贴片载具的上表面经过阳极氧化或着色处理，且印刷贴片载具上两相邻凹陷槽之间均设置有便于对绝缘基板进行夹取的夹取槽；所述印刷贴片载具的下表面设置有加强筋结构。
6.根据权利要求5所述的大型功率模块的回流夹具结构，其特征在于：所述基板定位柱由一个细长圆柱及一体式设置在该细长圆柱上的柱座组成，且所述细长圆柱的直径与基板上的定位孔直径一致。
7.根据权利要求5所述的大型功率模块的回流夹具结构，其特征在于：所述绝缘基板隔离针由一个细长圆柱和上方的扁平圆柱组成，细长圆柱的下方设置有尖角部并通过该尖角部插入基板上两相邻绝缘基板的缝隙处。
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| CN116944626A (zh) * | 2023-08-08 | 2023-10-27 | 合肥工业大学 | 适用于多芯片串并联功率模块端子回流焊的分立式夹具 |
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