CN114190042A - 宇航电源产品的大功率模块集成电路装置及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及星载电源集成电路的装置及安装技术领域的一种宇航电源产品的大功率模块集成电路装置及其安装方法。该集成电路装置包括：一体化底座(1)，所述一体化底座(1)的上表面由陶瓷板组件功能区、变压器组件功能区和电感器组件功能区组成；陶瓷板组件(2)，所述陶瓷板组件(2)设置在所述陶瓷板组件功能区上；变压器组件(3)，所述变压器组件(3)设置在所述变压器组件功能区上；电感器组件(4)，所述电感器组件(4)设置在所述电感器组件功能区上。本发明可解决宇航电源产品的大功率模块安装、调试和测试复杂、可维修性的实现难度越来越高的问题，提高宇航电源产品安装、调试、测试和维修工作的效率。

Description

宇航电源产品的大功率模块集成电路装置及其安装方法

技术领域

本发明涉及星载电源集成电路的装置及安装技术领域，尤其涉及一种宇航电源产品的大功率模块集成电路装置及其安装方法。

背景技术

航天器电源和供配电产品内部包含大量的大功率模块，而且模块内部功率器件多、安装复杂。随着产品体积的减小，产品内部大功率模块的安装、调试、测试越发复杂，可维修性的实现难度也越来越高。所以，需要通过对大功率模块的一体化设计、嵌入式结构的安装设计和互换性设计等手段，提升大功率模块安装、调试和维修的效率。

传统大功率模块安装时，采用平面内平铺式设计的布局方法，将功率变压器、输出滤波电感、功率开关管和输出整流、续流二极管等器件均匀布局在模块内部。但是，由于器件的热耗分布不均匀，在大功率模块工作时易引起产品内部温度梯度较大，引起局部器件升温较高的问题。同时，由于不同器件的尺寸公差、安装要求等各不相同，还存在不同独立单元之间引线相互交叉、难于维修等缺陷。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种宇航电源产品的大功率模块集成电路装置及其安装方法，可解决宇航电源产品的大功率模块安装、调试和测试越发复杂、可维修性的实现难度越来越高的问题，提高宇航电源产品安装、调试、测试和维修工作的效率。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：

本发明提供了一种宇航电源产品的大功率模块集成电路装置，包括：

一体化底座，所述一体化底座的上表面由陶瓷板组件功能区、变压器组件功能区和电感器组件功能区组成；

陶瓷板组件，所述陶瓷板组件设置在所述陶瓷板组件功能区上；

变压器组件，所述变压器组件设置在所述变压器组件功能区上；

电感器组件，所述电感器组件设置在所述电感器组件功能区上。

根据本发明的一个方面，所述陶瓷板组件功能区包括第一陶瓷板组件功能区和第二陶瓷板组件功能区，且分别在所述第一陶瓷板组件功能区和所述第二陶瓷板组件功能区上设置第一铅锡合金镀层和所述第二铅锡合金镀层，

所述陶瓷板组件包括第一陶瓷组件和第二陶瓷组件，且所述第一陶瓷组件和第二陶瓷组件分别设置在所述第一铅锡合金镀层和所述第二铅锡合金镀层上。

根据本发明的一个方面，所述陶瓷板组件包括功率开关管、整流二极管、续流二极管、陶瓷板和焊盘，

所述功率开关管、所述整流二极管和所述续流二极管均匀布局并焊接在所述陶瓷板上；

所述第一陶瓷组件和第二陶瓷组件通过设置在所述陶瓷板底部的所述焊盘分别焊接在所述第一铅锡合金镀层和所述第二铅锡合金镀层上。

根据本发明的一个方面，所述变压器组件包括变压器底座、变压器压块、高频变压器和变压器组件第二安装孔，

所述变压器底座和所述变压器压块夹持所述高频变压器；

所述变压器组件第二安装孔设置在所述变压器底座的底部；

所述变压器组件第二安装孔与设置在所述变压器组件功能区上的变压器组件第一安装孔对齐并螺接，实现所述变压器组件与所述一体化底座的连接。

根据本发明的一个方面，所述电感器组件包括绕线式电感器和电感器组件第二安装孔，

所述电感器组件第二安装孔设置在所述绕线式电感器的底部中心处；

所述电感器组件第二安装孔与设置在所述电感器组件功能区上的电感器组件第一安装孔对齐并螺接，实现所述电感器组件与所述一体化底座的连接。

根据本发明的一个方面，所述一体化底座的材料为铝基碳化硅。

另一方面，本发明提供了一种宇航电源产品的大功率模块集成电路装置安装方法，包括：

S1.在一体化底座的上表面上设置陶瓷板组件功能区、变压器组件功能区和电感器组件功能区；

S2.在所述陶瓷板组件功能区上安装陶瓷板组件；

S3.在所述变压器组件功能区上安装变压器组件；

S4.在所述电感器组件功能区安装电感器组件。

根据本发明的一个方面，步骤S2还包括：

在所述陶瓷板组件功能区上设置铅锡合金镀层；

将功率开关管、整流二极管、续流二极管焊接在陶瓷板上；

在所述陶瓷板的底部设置焊盘；

通过所述焊盘，将所述陶瓷板组件焊接在所述铅锡合金镀层上。

根据本发明的一个方面，步骤S3还包括：

设置变压器底座和变压器压块夹持高频变压器，形成变压器组件；

在所述变压器底座的底部设置变压器组件第二安装孔；

在所述变压器组件功能区上设置变压器组件第一安装孔；

将所述变压器组件第一安装孔和所述变压器组件第二安装孔对齐并螺接，实现所述变压器组件与所述一体化底座的连接。

根据本发明的一个方面，步骤S4还包括：

在绕线式电感器的底部中心处设置电感器组件第二安装孔；

在所述电感器组件功能区上设置电感器组件第一安装孔；

将所述电感器组件第一安装孔和所述电感器组件第二安装孔对齐并螺接，实现所述电感器组件与所述一体化底座的连接。

有益效果：

根据本发明的方案，该宇航电源产品的大功率模块集成电路装置通过将陶瓷板组件、变压器组件和电感器组件进行布局并集成在一体化底座上，一方面可以使该集成电路装置实现功率变换和变压变换的功能，另一方面使集成的各个大功率模块或组件产生的高热量快速散热，减少对各组件性能的影响。

该星载集成电路装置主要实现DC/DC功率变换功能，将卫星蓄电池经配电器提供的直流电变换为载荷设备需要的各种电压，保证各单机设备正常工作用电，同时接收天线配电器的开关机信号，实现开关机动作。具有大功率、大电流、集成度高的优点。

根据本发明的一个方案，采用具有多种独立电气功能的组件集成立体安装的方式，将同一功能模块内的不同器件集成安装在多功能、一体化的大功率模块底座上，为模块内的独立组件提供温度保护功能，有效保证关键器件热可靠性的同时，兼顾安装设计需求。

本发明可为模块内的独立组件配置独立的安装接口，针对不同器件设计参数采取不同的器件嵌入式安装接口。采取内部器件互换性的设计，可以增强该集成电路装置的通用性和可更换性，使其可维修性强，调试操作方便，具有操作简单、灵活的优点。

附图说明

图1示意性表示本发明的一种实施方式的宇航电源产品的大功率模块集成电路装置的结构示意图；

图2示意性表示本发明的一种实施方式的宇航电源产品的大功率模块集成电路装置中一体化底座上表面的结构示意图；

图3示意性表示本发明的一种实施方式的宇航电源产品的大功率模块集成电路装置中变压器组件的正视图；

图4示意性表示本发明的一种实施方式的宇航电源产品的大功率模块集成电路装置中变压器组件的仰视图；

图5示意性表示本发明的一种实施方式的宇航电源产品的大功率模块集成电路装置安装方法的流程图。

附图标记：

1：一体化底座；2：陶瓷板组件；2-1：第一陶瓷板组件；2-2：第二陶瓷板组件；3：变压器组件；4：电感器组件；5：第一铅锡合金镀层；5-1：第二铅锡合金镀层；6：变压器组件第一安装孔；7：电感器组件第一安装孔；8：变压器压块；9：变压器底座；10：高频变压器；11：变压器组件第二安装孔。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，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。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。

图1示意性表示本实施方式的宇航电源产品的大功率模块集成电路装置的结构示意图。如图1所示，本实施方式提供了一种宇航电源产品的大功率模块集成电路装置。该装置主要包括：一体化底座1、陶瓷板组件2、变压器组件3和电感器组件4。其中，一体化底座1的上表面由三个功能区，分别是陶瓷板组件功能区、变压器组件功能区和电感器组件功能区组成。陶瓷板组件2、变压器组件3和电感器组件4分别设置在上述陶瓷板组件功能区、变压器组件功能区和电感器组件功能区上。通过将陶瓷板组件2、变压器组件3和电感器组件4集成在一体化底座1上，形成可以实现功率变换、变压变换功能的大功率模块集成电路装置。该星载集成电路装置主要实现DC/DC功率变换功能，将卫星蓄电池经配电器提供的直流电变换为载荷设备需要的各种电压，保证各单机设备正常工作用电，同时接收天线配电器的开关机信号，实现开关机动作。具有大功率、大电流、集成度高的优点。

图2示意性表示本实施方式的宇航电源产品的大功率模块集成电路装置中一体化底座上表面的结构示意图。如图2所示，一体化底座1的上表面的陶瓷板组件功能区包括第一陶瓷板组件功能区和第二陶瓷板组件功能区，且分别在第一陶瓷板组件功能区和第二陶瓷板组件功能区上设置第一铅锡合金镀层5和第二铅锡合金镀层5-1，并预留了不同器件的安装接口，例如变压器组件第一安装孔6和电感器组件第一安装孔7。其中，如图1所示，铅锡合金镀层用于安装陶瓷板组件2，变压器组件第一安装孔6用于安装变压器组件3，电感器组件第一安装孔7用于安装电感器组件4。陶瓷板组件2包括第一陶瓷组件2-1和第二陶瓷组件2-2，并分别将第一陶瓷组件2-1和第二陶瓷组件2-2设置在第一铅锡合金镀层5和第二铅锡合金镀层5-1上，从而将陶瓷板组件2设置在陶瓷板组件功能区上。在本实施方式中，这里的设置方式可以是通过将陶瓷板组件2焊接在铅锡合金镀层5上。

陶瓷板组件2包括功率开关管、整流二极管、续流二极管、陶瓷板和焊盘(图中未示出)。如图1所示，功率开关管、整流二极管和续流二极管均匀布局并焊接在陶瓷板上。焊盘设置在陶瓷板的底部。进一步地，本实施方式可以通过将第一陶瓷组件2-1和第二陶瓷组件2-2上的焊盘分别焊接在第一铅锡合金镀层5和第二铅锡合金镀层5-1上，使得陶瓷板组件2设置在陶瓷板组件功能区上。

图3和图4分别示意性表示本实施方式的宇航电源产品的大功率模块集成电路装置中变压器组件的正视图和仰视图。变压器组件3包括变压器底座9、变压器压块8、高频变压器10和变压器组件第二安装孔11。其中，如图3所示，通过变压器底座9和变压器压块8夹持高频变压器10，形成独立的变压器组件。同时，变压器组件第二安装孔11设置在变压器底座9的底部，如图4所示。变压器组件3通过变压器组件第二安装孔11与变压器组件第一安装孔6对齐，并将变压器组件2与一体化底座1进行连接。在本实施方式中，可以采用螺钉将变压器组件2与一体化底座1连接，从而将变压器组件2安装在一体化底座1上。当然，本领域技术人员应该明白，也可以采用其他适当的方式来连接变压器组件2与一体化底座1。

在本实施方式中，电感器组件4包括绕线式电感器和电感器组件第二安装孔。其中，电感器组件第二安装孔设置在绕线式电感器的底部中心处。并且，电感器组件4通过电感器组件第二安装孔与电感器组件第一安装孔对齐，并将电感器组件4与一体化底座1进行连接。在本实施方式中，也可以采用螺钉将电感器组件4与一体化底座1连接，从而将电感器组件4安装在一体化底座1上。当然，本领域技术人员应该明白，也可以采用其他适当的方式来连接电感器组件4与一体化底座1。

一体化底座1的材料为铝基碳化硅。采用该材料的一体化底座1具有高导热性和快速散热的特性，可以使集成在一体化底座1上的各个大功率模块或组件在工作时产生的高热量快速散热，减少对各大功率模块或组件性能的影响，为模块内的独立组成单元提供温度保护功能。

另外，一体化底座1上的铅锡合金镀层5、变压器组件第一安装孔6和电感器组件第一安装孔7的位置、大小和数量均可以根据集成的模块及其布局进行调整。上述一体化底座1可安装的器件不局限于上述陶瓷板组件2、变压器组件3、电感器组件4，可安装任意的具有独立安装接口的器件或组件。同时，一体化底座1可为不同器件设计适配的安装接口。

图5示意性表示本实施方式的宇航电源产品的大功率模块集成电路装置安装方法流程图。

如图5所示，该方法包括以下步骤：S1.在一体化底座的上表面上设置陶瓷板组件功能区、变压器组件功能区和电感器组件功能区；S2.在陶瓷板组件功能区上安装陶瓷板组件；S3.在变压器组件功能区上安装变压器组件；S4.在电感器组件功能区安装电感器组件。

具体地，步骤S2还包括：在所述陶瓷板组件功能区上设置铅锡合金镀层；将功率开关管、整流二极管、续流二极管焊接在陶瓷板上；在陶瓷板的底部设置焊盘；通过焊盘，将陶瓷板组件焊接在铅锡合金镀层上。

具体地，步骤S3还包括：设置变压器底座和变压器压块夹持高频变压器，形成变压器组件；在变压器底座的底部设置变压器组件第二安装孔；在变压器组件功能区上设置变压器组件第一安装孔；将变压器组件第一安装孔和变压器组件第二安装孔对齐并螺接，从而实现变压器组件与一体化底座的连接。

具体地，步骤S4还包括：在绕线式电感器的底部中心处设置电感器组件第二安装孔；在电感器组件功能区上设置电感器组件第一安装孔；将电感器组件第一安装孔和电感器组件第二安装孔对齐并螺接，从而实现电感器组件与一体化底座的连接。

通过上述对宇航电源产品的大功率模块集成电路装置的安装方法，可以将陶瓷板组件、变压器组件和电感器组件集成在一体化底座上，并对这些组件按照本实施方式的布局方式进行布局设计，一方面可以使该集成电路装置实现功率变换和变压变换的功能，一方面可以为模块内的独立组件提供温度保护功能，有效保证关键器件热可靠性、快速散热的同时，兼顾安装设计需求，另一方面可以使该集成电路装置具有通用性和易更换性，提高宇航电源产品安装、调试、测试和维修工作的效率。

以上所述仅为本发明的一个实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种宇航电源产品的大功率模块集成电路装置，其特征在于，包括：

一体化底座(1)，所述一体化底座(1)的上表面由陶瓷板组件功能区、变压器组件功能区和电感器组件功能区组成；

陶瓷板组件(2)，所述陶瓷板组件(2)设置在所述陶瓷板组件功能区上；

变压器组件(3)，所述变压器组件(3)设置在所述变压器组件功能区上；

电感器组件(4)，所述电感器组件(4)设置在所述电感器组件功能区上。

2.根据权利要求1所述的集成电路装置，其特征在于，所述陶瓷板组件功能区包括第一陶瓷板组件功能区和第二陶瓷板组件功能区，且分别在所述第一陶瓷板组件功能区和所述第二陶瓷板组件功能区上设置第一铅锡合金镀层(5)和所述第二铅锡合金镀层(5-1)，

所述陶瓷板组件(2)包括第一陶瓷组件(2-1)和第二陶瓷组件(2-2)，且所述第一陶瓷组件(2-1)和第二陶瓷组件(2-2)分别设置在所述第一铅锡合金镀层(5)和所述第二铅锡合金镀层(5-1)上。

3.根据权利要求2所述的集成电路装置，其特征在于，所述陶瓷板组件(2)包括功率开关管、整流二极管、续流二极管、陶瓷板和焊盘，

所述功率开关管、所述整流二极管和所述续流二极管均匀布局并焊接在所述陶瓷板上；

所述第一陶瓷组件(2-1)和第二陶瓷组件(2-2)通过设置在所述陶瓷板底部的所述焊盘分别焊接在所述第一铅锡合金镀层(5)和所述第二铅锡合金镀层(5-1)上。

4.根据权利要求1所述的集成电路装置，其特征在于，所述变压器组件(3)包括变压器底座(9)、变压器压块(8)、高频变压器(10)和变压器组件第二安装孔(11)，

所述变压器底座(9)和所述变压器压块(8)夹持所述高频变压器(10)；

所述变压器组件第二安装孔(11)设置在所述变压器底座(9)的底部；

所述变压器组件第二安装孔(11)与设置在所述变压器组件功能区上的变压器组件第一安装孔(6)对齐并螺接，实现所述变压器组件(3)与所述一体化底座(1)的连接。

5.根据权利要求1所述的集成电路装置，其特征在于，所述电感器组件(4)包括绕线式电感器和电感器组件第二安装孔，

所述电感器组件第二安装孔设置在所述绕线式电感器的底部中心处；

所述电感器组件第二安装孔与设置在所述电感器组件功能区上的电感器组件第一安装孔(7)对齐并螺接，实现所述电感器组件(4)与所述一体化底座(1)的连接。

6.根据权利要求1至5任一项所述的集成电路装置，其特征在于，所述一体化底座(1)的材料为铝基碳化硅。

7.一种宇航电源产品的大功率模块集成电路装置安装方法，包括：

S1.在一体化底座的上表面上设置陶瓷板组件功能区、变压器组件功能区和电感器组件功能区；

S2.在所述陶瓷板组件功能区上安装陶瓷板组件；

S3.在所述变压器组件功能区上安装变压器组件；

S4.在所述电感器组件功能区安装电感器组件。

8.根据权利要求7所述的安装方法，其特征在于，步骤S2还包括：

在所述陶瓷板组件功能区上设置铅锡合金镀层；

将功率开关管、整流二极管、续流二极管焊接在陶瓷板上；

在所述陶瓷板的底部设置焊盘；

通过所述焊盘，将所述陶瓷板组件焊接在所述铅锡合金镀层上。

9.根据权利要求7所述的安装方法，其特征在于，所述步骤S3还包括：

设置变压器底座和变压器压块夹持高频变压器，形成变压器组件；

在所述变压器底座的底部设置变压器组件第二安装孔；

在所述变压器组件功能区上设置变压器组件第一安装孔；

将所述变压器组件第一安装孔和所述变压器组件第二安装孔对齐并螺接，实现所述变压器组件与所述一体化底座的连接。

10.根据权利要求7所述的安装方法，其特征在于，所述步骤S4还包括：

在绕线式电感器的底部中心处设置电感器组件第二安装孔；

在所述电感器组件功能区上设置电感器组件第一安装孔；

将所述电感器组件第一安装孔和所述电感器组件第二安装孔对齐并螺接，实现所述电感器组件与所述一体化底座的连接。

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