CN114071877B - 一种电源模块、制作工艺及封装用模具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电子封装技术领域，尤其涉及一种电源模块、制作工艺及封装用模具，包括：PCB板、热沉基板、功率器件和外壳体，热沉基板包括热沉基底层，及设置在热沉基底层上方的热沉散热层，热沉散热层设置有第一散热座；功率器件胶接于第一散热座的上方，通过若干根引脚与环绕于功率器件四周的PCB板焊盘连接；外壳体罩设在PCB板和热沉基板的外部；热沉散热层设有至少两个承载连接组件，用于热沉基底层和PCB板的连接。本发明通过功率器件设置在热沉散热层的第一散热座上，能够将产生的热量及时排出，提升了整体散热效果，降低了电源模块的热阻，而承载连接组件避免了对PCB板直接接触导致的损坏，延长了电源模块的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及电子封装技术领域，尤其涉及一种电源模块、制作工艺及封装用模具。
背景技术
电源模块封装通常为塑料封装，较为常见的是把功率器件固定在PCB板上，使用键合机将引脚和PCB板焊盘进行连接，但是这类封装的电源模块的散热性能不好，无法将电源模块产生的热量及时排除，造成空间内部的温度上升，高温不仅影响了电源模块的使用寿命，而且存在一定的安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电源模块、制作工艺及封装用模具，以克服背景技术中存在的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种电源模块，包括：PCB板，包括若干焊盘，及通过若干所述焊盘连接的若干电子元器件；
热沉基板，设置在所述PCB板的下方，其包括热沉基底层，及设置在所述热沉基底层上方的热沉散热层，所述热沉散热层设置有第一散热座；
功率器件，胶接于所述第一散热座的上方，并通过引脚与环绕于所述功率器件四周的所述焊盘连接，且所述PCB板位于所述功率器件的放置口处设有封装保护层；
外壳体，呈网状结构，罩设在所述PCB板和所述热沉基板的外部；
其中，所述热沉散热层设有至少两个承载连接组件，用于所述热沉基底层和所述PCB板的连接。
进一步地，所述承载连接组件包括第二散热座，及设置在所述第二散热座上方的导向柱，及沿所述导向柱圆周均布设置的若干限位块；
所述PCB板上设有与所述导向柱和所述限位块配合的嵌入孔，所述导向柱和所述限位块与所述嵌入孔过盈配合。
进一步地，所述第一散热座和所述第二散热座均呈壳体结构，其开口的一侧罩设在所述热沉基底层对应的介面孔上；
设置在所述第二散热座上的所述导向柱通过内通孔与所述壳体结构连通。
所述第一散热座和所述第二散热座与所述热沉基底层采用冲压一体成型。
进一步地，所述第二散热座上沿圆周方向设有多个散热孔。
所述封装保护层为保护罩或封装胶。
本发明还提供了一种电源模块封装用模具，用于封装以上所述的电源模块，包括：模具基板、上模具和下模具，所述下模具固定设置在所述模具基板上，所述上模具可拆卸的设置在所述下模具上；
所述上模具呈倒锥形圆台结构，其靠近所述下模具的一端沿圆周方向由多个弹片形成涨紧口，所述弹片设有滑块，所述滑块上设有顶块；
所述下模具上设有用于承载所述倒锥形圆台结构的介面台阶孔，且沿所述介面台阶孔的圆周设有供所述滑块滑动的滑槽，所述滑槽沿所述倒锥形圆台结构的轴线贯穿所述下模具。
进一步地，所述滑块的外侧立面设有刃口，所述刃口平行于所述倒锥形圆台结构的轴线。
进一步地，所述顶块与所述倒锥形圆台结构的上端面齐平。
进一步地，所述倒锥形圆台结构与导向柱同轴设置。
本发明还提供了一种电源模块的制作工艺，应用以上所述的电源模块封装用模具，包括如下步骤：
制作PCB板，将若干电子元器件焊接在PCB板的指定焊盘位置；
制作热沉基板，采用冲压工艺将第一散热座和第二散热座成型在热沉基底层上，并在第二散热座上设置导向柱和限位块；
将功率器件胶接在第一散热座上，PCB板上的嵌入孔对齐导向柱和限位块的位置，使PCB板连接在热沉基板上，当PCB板接触到第一散热座和第二散热座的顶面时，PCB板与热沉基板上连接到位；
通过引脚将功率器件与环绕于功率器件四周的焊盘连接，并在焊接后的功率器件上方罩设封装保护层，完成PCB板和热沉基板的预装配；
制作模具，将下模具固定在模具基板上，上模具嵌入下模具对应的介面台阶孔内，其滑块置于滑槽内；
组装完成的PCB板和热沉基板整体套设在模具上，下模具穿过介面孔嵌入第二散热座的壳体结构内，其顶块对应设置在限位块下方；
施力组件通过导向柱的内通孔对上模具的涨紧口施加压力，并同时对多个限位块施加垂直向下的压力，当弹片在内部扩张挤压作用下向外涨开时，滑块上的顶块相对限位块具有垂直向上的顶力，在压力和顶力的双重作用下，限位块与嵌入孔接触的侧面呈微隆起状态，使PCB板卡紧在限位孔上，完成PCB板和热沉基板的装配；
最后，进行模具脱离，在PCB板与热沉基板的装配体外侧罩设外壳体，完成电源模块的制作。
进一步地，当弹片在内部扩张挤压作用下向外涨开时，滑块的外侧立面上刃口跟随弹片动作，对第二散热座的侧壁进行挤压形成散热孔。
本发明的有益效果为：本发明将功率器件放置在热沉基板的第一散热座上，其引脚与PCB板上的焊盘连接，通过承载连接组件实现PCB板和热沉基板连接，避免了电源模块封装时对PCB板与功率器件连接处的损坏，保证了PCB板和热沉基板连接的稳定性，另外封装保护层的设置，避免了后续封装工序对功率器件的影响，第一散热座的壳体结构配合网状结构的外壳体，能够将电源模块产生的热量及时排出，提升了整体散热效果，降低了电源模块的热阻，延长了电源模块的使用寿命，有效避免了安全隐患的发生。
本发明中承载连接组件的设置，第二散热座进一步对PCB板起到散热作用，其配合散热孔的设计，加快散热效率，提升了电源模块的散热性能。
本发明中封装模具的设置，简化了封装工序，且在封装时不与PCB板接触，避免了封装过程中对PCB板的损坏，提高了封装效率，延长了电源模块的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中电源模块的结构示意图；
图2为本发明实施例中电源模块的剖视图；
图3为图2的A处局部放大图；
图4为本发明实施例中承载连接组件的结构示意图；
图5为本发明实施例中封装用模具的结构示意图；
图6为本发明实施例中上模具和下模具的分解示意图；
图7为本发明实施例中上模具的结构示意图；
图8为本发明实施例中下模具的结构示意图；
图9为本发明实施例中上模具和下模具与第二散热座的结构示意图；
图10为本发明实施例中对上模具和限位块施加力的示意图；
图11为本发明实施例中限位块的受力示意图；
图12为本发明实施例中散热孔的形成示意图。
附图标记：00、引脚；10、PCB板；20、热沉基板；21、热沉基底层；211、介面孔；22、热沉散热层；221、第一散热座；30、功率器件；40、承载连接组件；41、第二散热座；411、散热孔；42、导向柱；43、限位块；50、模具基板；60、上模具；61、弹片；62、滑块；621、刃口；63、顶块；70、下模具；71、介面台阶孔；72、滑槽。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例一
如图1至图4所示的电源模块包括：PCB板10、热沉基板20、功率器件30和外壳体，PCB板10包括若干焊盘，及通过若干焊盘连接的若干电子元器件；热沉基板20设置在PCB板10的下方，其包括热沉基底层21，及设置在热沉基底层21上方的热沉散热层22，热沉散热层22设置有第一散热座221；功率器件30胶接于第一散热座221的上方，并通过引脚00与环绕于功率器件30四周的焊盘连接，且PCB板10位于功率器件30的放置口处设有封装保护层；外壳体呈网状结构，罩设在PCB板10和热沉基板20的外部；其中，热沉散热层22设有至少两个承载连接组件40，用于热沉基底层21和PCB板10的连接。
具体地，热沉基板20作为微型散热板，是功率器件30向外界散热的主要途径，有助于降低功率器件30结温，当功率器件30胶接于第一散热座221时，使功率器件30与第一散热座221充分接触，降低了功率器件30的热传导阻抗，有助于降低功率器件的工作温度，功率器件30低于PCB板10的焊盘高度，并在功率器件30上方加装封装保护层，保证了功率器件30免受污染，避免了功率器件30和引脚00在空气中的氧化，封装保护层选用保护罩或封装胶，本发明中的封装保护层选用保护罩（附图中未画出），避免了胶水在覆盖功率器件30过程中造成相邻引脚00之间的接触连接。
本发明将功率器件30放置在热沉基板20的第一散热座221上，并通过引脚00与PCB板10上的焊盘连接，通过承载连接组件40实现PCB板10和热沉基板20连接，避免了电源模块封装时对PCB板10与功率器件30连接处的损坏，保证了PCB板10和热沉基板20连接的稳定性，另外封装保护层的设置，避免了后续封装工序对功率器件30的影响，第一散热座221的壳体结构配合网状结构的外壳体，能够将电源模块产生的热量及时排出，提升了整体散热效果，降低了电源模块的热阻，延长了电源模块的使用寿命，有效避免了安全隐患的发生。
本发明优选实施例中，承载连接组件40包括第二散热座41，及设置在第二散热座41上方的导向柱42，及沿导向柱42圆周均布设置的若干限位块43；
PCB板10上设有与导向柱42和限位块43配合的嵌入孔，导向柱42和限位块43与嵌入孔过盈配合。
具体地，通过第二散热座41、导向柱42和限位块43的设置，第二散热座41的上表面用来承接PCB板10，而导向柱42和限位块43分别通过嵌入孔伸入PCB板10，限定了PCB板10相对热沉基板20的封装位置，而限位块43围绕导向柱42均布设置4个，提高了连接的可靠性，且限位块43的上表面低于PCB板10的焊盘所在安装面，避免了限位块43在定位时对PCB板10安装面的损坏，保证了PCB板10的使用寿命。
作为上述实施例的优选，第一散热座221和第二散热座41均呈壳体结构，其开口的一侧罩设在热沉基底层21对应的介面孔211上；设置在第二散热座41上的导向柱42通过内通孔与壳体结构连通。
具体地，第一散热座221和第二散热座41与热沉基底层21采用冲压一体成型，减少了热沉基板20的加工工序，降低了加工成本，保证了结构的稳定性，同时提升了散热效率。
为了进一步地提升热沉散热层22的散热效率，第二散热座41上沿圆周方向设有多个散热孔411。
具体地，在第二散热座41上散热孔411的设置，增大了散热面积，保证了功率器件30的热量能够及时排出，提高了电源模块的使用寿命。
实施例二
如图5至图12所示，本发明还提供了一种电源模块封装用模具，包括：模具基板50、上模具60和下模具70，下模具70固定设置在模具基板50上，上模具60可拆卸的设置在下模具70上；
上模具60呈倒锥形圆台结构，其靠近下模具70的一端沿圆周方向由多个弹片61形成涨紧口，弹片61设有滑块62，滑块62上设有顶块63；
下模具70上设有用于承载倒锥形圆台结构的介面台阶孔71，且沿介面台阶孔71的圆周设有供滑块62滑动的滑槽72，滑槽72沿倒锥形圆台结构的轴线贯穿下模具70。
本发明优选实施例中，上模具60的涨紧口处抵触在介面台阶孔71处，沿涨紧口圆周方向对应弹片61设置的滑块62置于下模具70的滑槽72内，在下模具70下方设有用于固定下模具70的垫板，当弹片61由内向外受到挤压力时，弹片61张开，顶块63对第二散热座41上限位块43具有向上的顶力，限位块43在顶力和上压力作用下，侧面产生微变形，对PCB板10进行固定，一定程度上避免了封装过程中直接接触PCB板10，保证了PCB板10的安装位置的精准度，同时提高了封装效率。
在上述实施例基础上，滑块62的外侧立面设有刃口621，刃口621平行于倒锥形圆台结构的轴线，当滑块62随弹片61涨开时，保证了刃口621对第二散热座41的侧壁具有一定挤压力，由于采用模具的硬度大于热沉基板20的硬度，使刃口621挤压侧壁形成散热孔411，提升了热沉散热层22的散热效率。
在封装过程中，上模具60嵌入下模具70的介面台阶孔71内，而下模具70嵌入第二散热座41的壳体结构内，使其顶块63与倒锥形圆台结构的上端面齐平，避免了限位块43在挤压过程中，受过压导致对PCB板10造成损坏，从而保护PCB板10不受应力作用，保证了PCB板10的使用寿命。
为了提高封装的便捷性，倒锥形圆台结构与导向柱42同轴设置，施力组件通过导向柱42导向后进入上模具60中，对上模具60的涨紧口作用，同时限位块43受到施力组件压力，而施力组件在作用于限位块43时不与PCB板10接触，仅依靠压力和顶块63的顶力使限位块43产生圆周方向微变形，使限位块43与PCB板10的嵌入孔实现过盈配合，简化了封装工序，避免了PCB板10在封装时不必要的损坏。
本发明优选实施例中，上模具60和下模具70的组合体对应第二散热座41设置，用于对第二散热座41上限位块43挤压变形和散热孔411的加工，上模具60的涨紧口处抵触在介面台阶孔71处，当涨紧口处的弹片61涨开时，滑块62侧壁上刃口621对第二散热座41的侧壁挤压，同时滑块62上方的顶块63对限位块43具有向上的顶力，实现PCB板10与热沉基板20连接同时开设了散热孔411，提高封装效率，进一步提升了散热效率。
实施例三
本发明中一种电源模块的制作工艺，应用以上电源模块封装用模具，包括如下步骤：
制作PCB板10，将若干电子元器件焊接在PCB板10的指定焊盘位置；
制作热沉基板20，采用冲压工艺将第一散热座221和第二散热座41成型在热沉基底层21上，并在第二散热座41上设置导向柱42和限位块43；
将功率器件30胶接在第一散热座221上，PCB板10上的嵌入孔对齐导向柱42和限位块43的位置，使PCB板10连接在热沉基板20上，当PCB板10接触到第一散热座221和第二散热座41的顶面时，PCB板10与热沉基板20上连接到位；
通过引脚00将功率器件30与环绕于功率器件30四周的焊盘连接，并在焊接后的功率器件30上方罩设封装保护层，完成PCB板10和热沉基板20的预装配；
制作模具，将下模具70固定在模具基板50上，上模具60嵌入下模具70对应的介面台阶孔71内，其滑块62置于滑槽72内；
组装完成的PCB板10和热沉基板20整体套设在模具上，下模具70穿过介面孔211嵌入第二散热座41的壳体结构内，其顶块63对应设置在限位块43下方；
施力组件通过导向柱42的内通孔对上模具60的涨紧口施加压力，并同时对多个限位块43施加垂直向下的压力，当弹片61在内部扩张挤压作用下向外涨开时，滑块62上的顶块63相对限位块43具有垂直向上的顶力，在压力和顶力的双重作用下，限位块43与嵌入孔接触的侧面呈微隆起状态，使PCB板10卡紧在限位块43上，完成PCB板10和热沉基板20的装配；
最后，进行模具脱离，在PCB板10与热沉基板20的装配体外侧罩设外壳体，完成电源模块的制作。
而当弹片61在内部扩张挤压作用下向外涨开时，滑块62的外侧立面上刃口621跟随弹片61动作，对第二散热座41的侧壁进行挤压形成散热孔411。
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种电源模块，其特征在于，包括：
PCB板(10)，包括若干焊盘，及通过若干所述焊盘连接的若干电子元器件；
热沉基板(20)，设置在所述PCB板(10)的下方，其包括热沉基底层(21)，及设置在所述热沉基底层(21)上方的热沉散热层(22)，所述热沉散热层(22)设置有第一散热座(221)；
功率器件(30)，胶接于所述第一散热座(221)的上方，并通过引脚(00)与环绕于所述功率器件(30)四周的所述焊盘连接，且所述PCB板(10)位于所述功率器件(30)的放置口处设有封装保护层；
外壳体，呈网状结构，罩设在所述PCB板(10)和所述热沉基板(20)的外部；
其中，所述热沉散热层(22)设有至少两个承载连接组件(40)，用于所述热沉基底层(21)和所述PCB板(10)的连接。
2.根据权利要求1所述的电源模块，其特征在于，所述承载连接组件(40)包括第二散热座(41)，及设置在所述第二散热座(41)上方的导向柱(42)，及沿所述导向柱(42)圆周均布设置的若干限位块(43)；
所述PCB板(10)上设有与所述导向柱(42)和所述限位块(43)配合的嵌入孔，所述导向柱(42)和所述限位块(43)与所述嵌入孔过盈配合。
3.根据权利要求2所述的电源模块，其特征在于，所述第一散热座(221)和所述第二散热座(41)均呈壳体结构，其开口的一侧罩设在所述热沉基底层(21)对应的介面孔(211)上；
设置在所述第二散热座(41)上的所述导向柱(42)通过内通孔与所述壳体结构连通。
4.根据权利要求3所述的电源模块，其特征在于，所述第二散热座(41)上沿圆周方向设有多个散热孔(411)。
5.一种电源模块封装用模具，用于封装如权利要求1-4任一项所述的电源模块，其特征在于，包括：模具基板(50)、上模具(60)和下模具(70)，所述下模具(70)固定设置在所述模具基板(50)上，所述上模具(60)可拆卸的设置在所述下模具(70)上；
所述上模具(60)呈倒锥形圆台结构，其靠近所述下模具(70)的一端沿圆周方向由多个弹片(61)形成涨紧口，所述弹片(61)设有滑块(62)，所述滑块(62)上设有顶块(63)；
所述下模具(70)上设有用于承载所述倒锥形圆台结构的介面台阶孔(71)，且沿所述介面台阶孔(71)的圆周设有供所述滑块(62)滑动的滑槽(72)，所述滑槽(72)沿所述倒锥形圆台结构的轴线贯穿所述下模具(70)。
6.根据权利要求5所述的电源模块封装用模具，其特征在于，所述滑块(62)的外侧立面设有刃口(621)，所述刃口(621)平行于所述倒锥形圆台结构的轴线。
7.根据权利要求5所述的电源模块封装用模具，其特征在于，所述顶块(63)与所述倒锥形圆台结构的上端面齐平。
8.根据权利要求5所述的电源模块封装用模具，其特征在于，所述倒锥形圆台结构与导向柱(42)同轴设置。
9.一种电源模块的制作工艺，其特征在于，应用如权利要求5-8任一项所述的电源模块封装用模具，包括如下步骤：
制作PCB板(10)，将若干电子元器件焊接在PCB板(10)的指定焊盘位置；
制作热沉基板(20)，采用冲压工艺将第一散热座(221)和第二散热座(41)成型在热沉基底层(21)上，并在第二散热座(41)上设置导向柱(42)和限位块(43)；
将功率器件(30)胶接在第一散热座(221)上，PCB板(10)上的嵌入孔对齐导向柱(42)和限位块(43)的位置，使PCB板(10)连接在热沉基板(20)上，当PCB板(10)接触到第一散热座(221)和第二散热座(41)的顶面时，PCB板(10)与热沉基板(20)上连接到位；
通过引脚(00)将功率器件(30)与环绕于功率器件(30)四周的焊盘连接，并在焊接后的功率器件(30)上方罩设封装保护层，完成PCB板(10)和热沉基板(20)的预装配；
制作模具，将下模具(70)固定在模具基板(50)上，上模具(60)嵌入下模具(70)对应的介面台阶孔(71)内，其滑块(62)置于滑槽(72)内；
组装完成的PCB板(10)和热沉基板(20)整体套设在模具上，下模具(70)穿过介面孔(211)嵌入第二散热座(41)的壳体结构内，其顶块(63)对应设置在限位块(43)下方；
施力组件通过导向柱(42)的内通孔对上模具(60)的涨紧口施加压力，并同时对多个限位块(43)施加垂直向下的压力，当弹片(61)在内部扩张挤压作用下向外涨开时，滑块(62)上的顶块(63)相对限位块(43)具有垂直向上的顶力，在压力和顶力的双重作用下，限位块(43)与嵌入孔接触的侧面呈微隆起状态，使PCB板(10)卡紧在限位块(43)上，完成PCB板(10)和热沉基板(20)的装配；
最后，将模具拆除，在PCB板(10)与热沉基板(20)的装配体外侧罩设外壳体，完成电源模块的制作。
10.根据权利要求9所述的电源模块的制作工艺，其特征在于，当弹片(61)在内部扩张挤压作用下向外涨开时，滑块(62)的外侧立面上刃口(621)跟随弹片(61)动作，对第二散热座(41)的侧壁进行挤压形成散热孔(411)。
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