CN204966482U - 功率端子以及利用所述功率端子的功率模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种功率端子以及功率模块，尤其是一种功率端子以及利用所述功率端子的功率模块，属于功率电力电子器件的技术领域。按照本实用新型提供的技术方案，所述功率端子，包括功率引出连接体以及与所述功率引出连接体采用螺纹联接的连接紧固体，所述连接紧固体与功率引出连接体紧固连接后，连接紧固体与功率引出连接体呈同轴分布。本实用新型可以明显降低功率模块的整体高度，减少寄生参数，同时减少了功率模块的加工工序，达到提高功率模块性能和降低功率模块的加工成本的双重目的。

Description

功率端子以及利用所述功率端子的功率模块

技术领域

本实用新型涉及一种功率端子以及功率模块，尤其是一种功率端子以及利用所述功率端子的功率模块，属于功率电力电子器件的技术领域。

背景技术

功率IGBT（绝缘栅双极晶体管）、MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）模块是高效节能系统和工业自动化系统的核心部件，其广泛应用于逆变焊机、电动汽车控制器、可再生能源（太阳能和风能）等领域，是把电能从一种形式变换成另一种形式，满足用电设备的各种需要，以达到最佳利用电能的目的，在电能转换过程中对功率模块和电力电子系统永恒的要求是：轻薄化、高功率密度、价格便宜和使用安装方便等，这也是模块设计者长期追求的目标。

为了满足上述提到的轻薄化、高功率密度、价格便宜和安装使用方便等特点，功率模块设计的第一考虑要素就是设计何种形式的模块功率端子，这是由于功率端子决定着功率模块的电气连接方式和过电流能力，影响着功率模块的尺寸、布局和加工工艺，是功率模块内部寄生参数的主要影响因素，好的功率端子设计是功率模块整体性能是否达到设计目标的关键。

传统功率模块的功率端子引出方式主要有两种：一种是将功率端子通过注塑方式镶嵌入塑料壳体，再用铝线连接电路结构和功率端子；另一种为带螺母的功率端子，先将功率端子直接焊接于电路结构上，然后通过折弯的方式将伸出壳体的所述功率端子弯折成约90度，螺母放置于折弯后的功率端子下面。

如图1所示，为功率模块常见功率端子的引出形式，功率引出端子101通过注塑镶嵌入塑料壳体100上，塑料壳体100和底板102配合形成一密闭空间，在所述密闭空间内，用铝线104将电路结构103和功率引出端子101电连接。所述引出方式的缺陷在于：铝线104的过流能力与由铜制成的功率引出端子101差异较大，铝线104的阻值也比铜功率引出端子101要大，过多铝线104连接，会导致铝线104之间的电流不均匀，而电流不均容易导致电路结构103的局部过热，严重时会造成电路结构103以及铝线104的烧熔。同时，在铝线104内通过大电流会产生较高的电磁场，由于各铝线104之间的间隔小，由所述的高电磁场引起的强机械力在铝线104之间产生，从而影响铝线104焊接处的可靠性。

此外，多根铝线104之间还会产生自感和互感，这种寄生电感会增加瞬间电压Vovershoot，当瞬间电压Vovershoot和电源电压VDD之和大于功率模块能承受之电压时，会造成模块过电压击穿而失效。另外，这种镶嵌式端子增加了塑料壳体100的制造难度和成本，镶入的功率引出端子101会在塑料壳体100注塑过程中因为匹配间隙的问题导致表面有较多的塑料飞边和溢料产生，同时为使得塑料壳体100顺利脱模会在冲塑前后喷入适量的脱模剂等，加之运输和存储问题，都会造成这种镶嵌形式的污染和氧化现象，影响到后续的工艺加工难度和产品的可靠性。

如图2和图3所示，为功率模块常见功率端子的另一种引出形式，具体地，功率引出端子101直接焊接于电路结构103上，功率引出端子101伸出塑料壳体100部分通过折弯治具折成90度，在功率引出端子101下方预放入螺母105，以便于后续通过螺丝将功率引出端子101与外部引出端相连。所述引出方式的缺陷在于：功率引出端子101需要进行折弯工艺，但功率引出端子101的折弯力度和角度不易控制，折弯后的功率引出端子101很难成标准的90度角（见图3），使得折弯工艺要求较高，一方面功率引出端子101在折弯处可能会产生裂纹，因裂纹处的存在而造成局部电阻的增加的问题，另一方面折弯后的多个功率引出端子101很难在一个平面上，这会造成在应用过程中的电路板和个别功率引出端子101的接触不良而引起的接触电阻过大，进而造成局部的过热现象，也会影响到连接处的牢固性。并且这种方式焊接的功率引出端子101，如遇到装配匹配不好的情况，最易造成功率引出端子101受到塑料外壳100的限制，而导致功率引出端子101受到一个长期的应力，加之折弯过程中的应力，应用过程中拧紧螺丝的应力，严重时会造成焊点松动甚至脱落，影响到模块的长期可靠性。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种功率端子以及利用所述功率端子的功率模块，其可以明显降低功率模块的整体高度，减少寄生参数，同时减少了功率模块的加工工序，达到提高功率模块性能和降低功率模块的加工成本的双重目的。

按照本实用新型提供的技术方案，所述功率端子，包括功率引出连接体以及与所述功率引出连接体采用螺纹联接的连接紧固体，所述连接紧固体与功率引出连接体紧固连接后，连接紧固体与功率引出连接体呈同轴分布。

所述功率引出连接体内设有连接内螺纹，连接紧固体上设有与所述连接内螺纹匹配的紧固外螺纹，连接紧固体能嵌置在功率引出连接体内，并通过紧固外螺纹与连接内螺纹配合与功率引出连接体紧固连接。

所述紧固外螺纹位于连接紧固体的一端，连接紧固体的另一端端部设有连接紧固螺母，所述连接紧固螺母与紧固外螺纹通过连接紧固体上的连接定位板间隔。

所述连接内螺纹的深度为功率引出连接体高度的0.3倍~1倍，功率引出连接体的两端均呈平面状。

一种功率模块，包括散热基板以及与所述散热基板匹配连接的外壳体，在所述散热基板上设有功率开关电路，所述功率开关电路上设置功率端子，所述功率端子的一端与功率开关电路电连接，功率端子的另一端穿出外壳体外，其

所述功率端子包括用于与功率开关电路电连接的功率引出连接体以及与所述功率引出连接体采用螺纹联接的连接紧固体，所述连接紧固体与功率引出连接体紧固连接后，连接紧固体与功率引出连接体呈同轴分布。

所述功率引出连接体穿出外壳体后，功率引出连接体穿出外壳体的端部与外壳体外表面间的距离为0.5mm以上。

所述功率引出连接体内设有连接内螺纹，连接紧固体上设有与所述连接内螺纹匹配的紧固外螺纹，连接紧固体能嵌置在功率引出连接体内，并通过紧固外螺纹与连接内螺纹配合与功率引出连接体紧固连接。

所述紧固外螺纹位于连接紧固体的一端，连接紧固体的另一端端部设有连接紧固螺母，所述连接紧固螺母与紧固外螺纹通过连接紧固体上的连接定位板间隔。

所述连接内螺纹的深度为功率引出连接体高度的0.3倍~1倍，功率引出连接体的两端均呈平面状。

所述散热基板为覆铜陶瓷基板、铜散热基板、铝基覆铜板、铜基覆铜板或铝碳化硅基板中的一种。

本实用新型的优点：由功率引出连接体与紧固连接体紧固连接形成功率端子，在利用所述功率端子形成的功率模块时，能有效降低功率模块的厚度以及寄生参数，能省去现有功率引出端子折弯的工序，降低了加工成本，缩短功率模块的封装周期，安装使用方便，适应范围广，安全可靠。

附图说明

图1为现有功率端子与功率模块配合的一种实施结构示意图。

图2为现有功率端子与功率模块配合的另一种实施结构示意图。

图3为现有功率端子与功率模块配合的第三种实施结构示意图。

图4为本实用新型的结构示意图。

图5为图4的A-A剖视图。

图6为本实用新型功率端子的一种实施结构示意图。

图7为本实用新型功率端子的另一种实施结构示意图。

图8为本实用新型功率端子的第三种实施结构示意图。

图9为本实用新型功率引出连接体的一种实施结构示意图。

图10为本实用新型功率引出连接体的另一种实施结构示意图。

附图标记说明：1-外壳体、2-功率端子、3-散热底板、4-功率开关电路、5-功率引出连接体、6-连接内螺纹、7-连接紧固体、8-功率端子孔、9-紧固外螺纹、10-连接定位板、11-连接紧固螺母、100-塑料壳体、101-功率引出端子、102-底板、103-电路结构、104-铝线以及105-螺母。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图6、图7、图8、图9和图10所示：为了可以明显降低功率模块的整体高度，减少寄生参数，同时减少了功率模块的加工工序，本实用新型的功率端子2包括功率引出连接体5以及与所述功率引出连接体5采用螺纹联接的连接紧固体7，所述连接紧固体7与功率引出连接体5紧固连接后，连接紧固体7与功率引出连接体5呈同轴分布。

具体地，功率引出连接体5与连接紧固体7均采用导电材料制成，功率端子2通过功率引出连接体5将功率开关电路4的功率连接端引出，连接紧固体7与功率引出连接体7紧固连接后，能实现方便与外部的连接。一般地，现有功率引出端子101的自感值为10nH以上，本实用新型所形成功率端子2的自感值只有1~2nH，从而在功率模块使用功率端子2时，能有效改善功率模块内的寄生参数，减少功率模块在工作中受到的电磁干扰。

进一步地，所述功率引出连接体5内设有连接内螺纹6，连接紧固体7上设有与所述连接内螺纹6匹配的紧固外螺纹9，连接紧固体7能嵌置在功率引出连接体5内，并通过紧固外螺纹9与连接内螺纹6配合与功率引出连接体5紧固连接。

本实用新型实施例中，在功率引出连接体5内设有同轴分布的连接内孔，连接内螺纹6分布在连接内孔的内壁上。连接紧固体7对应形成紧固外螺纹9的一端能嵌置在连接内孔内，连接紧固体7通过紧固外螺纹9与功率引出连接体5的连接内螺纹6进行连接配合，从而能实现连接紧固体7与功率引出连接体5之间的紧固连接。

一般地，功率引出连接体5可以呈圆柱形、四方体、六方体等多种形式，功率引出连接体5的截面可以呈梯形或多边形等，且功率引出连接体5的外表面还可以设置一个或多个台阶，具体如图6~图10所示。在具体实施时，功率引出连接体5的形状可以根据需要进行选择，并不限于上述所列举的形状，只要能使得功率引出连接体5与连接紧固体7之间紧固连接的可靠性，并保证与功率开关电路4连接的可靠性即可。

所述连接内螺纹6的深度为功率引出连接体5高度的0.3倍~1倍，功率引出连接体5的两端均呈平面状。

本实用新型实施例中，功率引出连接体5内连接内螺纹6的深度主要实现与连接紧固体7的紧固外螺纹9之间的匹配，既能保证连接紧固体7与功率引出连接体5之间的紧固连接可靠性，又能在连接紧固体7与功率引出连接体5紧固连接后，能通过连接紧固体7与外部的用电设备之间的连接。功率引出连接体5的两端均呈平面状，主要便于将所述功率引出连接体5与功率开关电路4的焊接固定，以及功率引出连接体5与连接紧固体7之间的精密连接。

所述紧固外螺纹9位于连接紧固体7的一端，连接紧固体7的另一端端部设有连接紧固螺母11，所述连接紧固螺母11与紧固外螺纹9通过连接紧固体7上的连接定位板10间隔。

本实用新型实施例中，连接紧固体7整体呈杆状，紧固外螺纹9位于连接紧固体7的一端，紧固外螺纹9的长度与连接内螺纹6相匹配，紧固外螺纹9的端部与连接定位板10相接触，连接定位板10呈圆形，在连接紧固体7与功率引出连接体5紧固连接后，通过连接定位板10与功率引出连接体5端面的紧密接触。连接紧固螺母11与紧固外螺纹9分别位于连接紧固体7的两端部，连接紧固螺母11不与连接定位板10接触。在具体使用时，通过连接紧固螺母11能方便实现连接紧固体7与功率引出连接体5之间的安装与拆卸。

如图4和图5所示，利用上述功率端子2形成功率模块时，所述功率模块包括散热基板3以及与所述散热基板3匹配连接的外壳体1，在所述散热基板3上设有功率开关电路4，所述功率开关电路4上设置功率端子2，所述功率端子2的一端与功率开关电路4电连接，功率端子2的另一端穿出外壳体1外，

所述功率端子2包括用于与功率开关电路4电连接的功率引出连接体5以及与所述功率引出连接体5采用螺纹联接的连接紧固体7，所述连接紧固体7与功率引出连接体5紧固连接后，连接紧固体7与功率引出连接体5呈同轴分布。

本实用新型实施例中，所述散热基板3为覆铜陶瓷基板、铜散热基板、铝基覆铜板、铜基覆铜板或铝碳化硅基板中的一种。所述功率开关电路4包括由MOSFET或IGBT对应连接配合形成的半桥电路、斩波电路、全桥电路或H桥电路，即功率开关电路4为半桥电路、斩波电路、全桥电路或H桥电路中的任意一种，当然，功率开关电路4还可以采用其他的形式，功率开关电路4的具体形式可以根据需要选择确定，所述半桥电路、斩波电路、全桥电路或H桥电路只能通过MOSFET或IGBT中的一种构成，通过MOSFET、IGBT连接成半桥电路、斩波电路、H桥电路或全桥电路的具体结构为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。当然，还可以通过其他功率器件来形成所需的半桥电路、斩波电路或全桥电路，具体的功率器件可以根据需要进行选择，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。

外壳体1与散热基板3之间匹配，以在外壳体1内与散热基板3间形成一个所需的收纳空间，功率开关电路4等均位于收纳空间内。外壳体1上设有贯通所述外壳体1的功率端子孔8，以使得功率引出连接体5与功率开关电路4焊接后从收纳空间穿出，便于将外壳体1外的连接紧固体7与功率引出连接体5之间的连接。

所述功率引出连接体5穿出外壳体1后，功率引出连接体5穿出外壳体1的端部与外壳体1外表面间的距离为0.5mm以上。

本实用新型实施例中，在使用上述的功率端子2将功率开关电路4引出时，所形成功率模块的厚度可以做到的7mm厚，功率端子2只要高出外壳体1外表面0.5mm或以上，即可以保证后续有效的电气连接。此外，在使用上述的功率端子2将功率开关电路4引出时，在后续安装扭力作用下，位于功率开关电路4上的用于焊接功率端子2的焊料所受到的应力比现有常用的C型，S型和L型小了三个数量级别，有效的保证了焊点的接合可靠性。

在使用上述的功率端子2将功率开关电路4引出时，功率引出连接体5以及紧固连接体7的热传导能力比现有C型，S型和L型的功率引出端子101的导热能力更强，在使用时，能使得功率模块的整体温升下降了3℃，热阻也相应变小。

在使用上述的功率端子2将功率开关电路4引出时，功率端子2自感值能明显，能有效改善功率模块的寄生参数，减少了功率模块在工作中的电磁干扰。

本实用新型由功率引出连接体5与紧固连接体7紧固连接形成功率端子2，在利用所述功率端子2形成的功率模块时，能有效降低功率模块的厚度以及寄生参数，能省去现有功率引出端子101折弯的工序，降低了加工成本，缩短功率模块的封装周期，安装使用方便，适应范围广，安全可靠。

以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型不限于以上实施例，可以理解，本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化均应认为在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种功率端子，其特征是：包括功率引出连接体（5）以及与所述功率引出连接体（5）采用螺纹联接的连接紧固体（7），所述连接紧固体（7）与功率引出连接体（5）紧固连接后，连接紧固体（7）与功率引出连接体（5）呈同轴分布。

2.根据权利要求1所述的功率端子，其特征是：所述功率引出连接体（5）内设有连接内螺纹（6），连接紧固体（7）上设有与所述连接内螺纹（6）匹配的紧固外螺纹（9），连接紧固体（7）能嵌置在功率引出连接体（5）内，并通过紧固外螺纹（9）与连接内螺纹（6）配合与功率引出连接体（5）紧固连接。

3.根据权利要求2所述的功率端子，其特征是：所述紧固外螺纹（9）位于连接紧固体（7）的一端，连接紧固体（7）的另一端端部设有连接紧固螺母（11），所述连接紧固螺母（11）与紧固外螺纹（9）通过连接紧固体（7）上的连接定位板（10）间隔。

4.根据权利要求2所述的功率端子，其特征是：所述连接内螺纹（6）的深度为功率引出连接体（5）高度的0.3倍~1倍，功率引出连接体（5）的两端均呈平面状。

5.一种功率模块，包括散热基板（3）以及与所述散热基板（3）匹配连接的外壳体（1），在所述散热基板（3）上设有功率开关电路（4），所述功率开关电路（4）上设置功率端子（2），所述功率端子（2）的一端与功率开关电路（4）电连接，功率端子（2）的另一端穿出外壳体（1）外，其特征是：

所述功率端子（2）包括用于与功率开关电路（4）电连接的功率引出连接体（5）以及与所述功率引出连接体（5）采用螺纹联接的连接紧固体（7），所述连接紧固体（7）与功率引出连接体（5）紧固连接后，连接紧固体（7）与功率引出连接体（5）呈同轴分布。

6.根据权利要求5所述的功率模块，其特征是：所述功率引出连接体（5）穿出外壳体（1）后，功率引出连接体（5）穿出外壳体（1）的端部与外壳体（1）外表面间的距离为0.5mm以上。

7.根据权利要求5所述的功率模块，其特征是：所述功率引出连接体（5）内设有连接内螺纹（6），连接紧固体（7）上设有与所述连接内螺纹（6）匹配的紧固外螺纹（9），连接紧固体（7）能嵌置在功率引出连接体（5）内，并通过紧固外螺纹（9）与连接内螺纹（6）配合与功率引出连接体（5）紧固连接。

8.根据权利要求7所述的功率模块，其特征是：所述紧固外螺纹（9）位于连接紧固体（7）的一端，连接紧固体（7）的另一端端部设有连接紧固螺母（11），所述连接紧固螺母（11）与紧固外螺纹（9）通过连接紧固体（7）上的连接定位板（10）间隔。

9.根据权利要求7所述的功率模块，其特征是：所述连接内螺纹（6）的深度为功率引出连接体（5）高度的0.3倍~1倍，功率引出连接体（5）的两端均呈平面状。

10.根据权利要求5所述的功率模块，其特征是：所述散热基板（3）为覆铜陶瓷基板、铜散热基板、铝基覆铜板、铜基覆铜板或铝碳化硅基板中的一种。