CN220526902U - 功率模块信号端子及功率模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种功率模块信号端子，涉及功率半导体器件技术领域。本实用新型的功率模块信号端子包括插针以及底座；所述底座具有相对的第一侧与第二侧，所述底座的所述第一侧用于焊接；其中，所述底座的所述第二侧与所述插针一体式相连。本申请所公开的技术方案能够解决现有分体式信号端子生产成本高，且易出现松动，电气连接不可靠的问题。

Description

功率模块信号端子及功率模块

技术领域

本实用新型涉及功率半导体器件技术领域，特别地涉及一种功率模块信号端子及功率模块。

背景技术

随着电力电子技术的发展，功率半导体器件产品广泛应用于轨道交通、智能电网、工业应用等多个技术领域。信号端子是功率半导体器件封装中的重要电子元器件之一。

信号端子一般为分体式针帽与插针的结构，针帽与插针通过插针机，利用材料的过盈配合形成连接，其中，针帽用于与内部电路板焊接相连，插针用于与外部电路板相连。

但现有的分体式信号端子但现有的分体式信号端子在制造和组装中，不仅需要为针帽专门的固定工装，还需要增加针帽与插针的插接工序，导致生产成本增加，且针帽与插针以过盈配合方式连接，易出现松动，影响电气连接的稳定性。

实用新型内容

本申请实施例提供一种功率模块信号端子及功率模块，能够解决现有分体式信号端子生产成本高，且易出现松动，电气连接不可靠的问题。

第一方面，本申请实施例提供一种功率模块信号端子，包括：

插针；

底座，所述底座具有相对的第一侧与第二侧，所述底座用于焊接；

其中，所述底座的所述第二侧与所述插针一体式相连。

在一个实施方式中，所述插针包括：

主体部，其包括在高度方向上布置的第一主体段与第二主体段，所述第一主体段的一端与所述底座的所述第二侧一体式相连；

插接部，其位于所述第一主体段与所述第二主体段之间，所述插接部的一端与所述第一主体段一体式相连，所述插接部的另一端与所述第二主体段一体式相连；

导向部，其一体式设置于所述第二主体段远离所述插接部的一端上。

在一个实施方式中，所述底座的横截面最小宽度与所述第一主体段的横截面最大宽度的比值大于10/7，且所述底座的横截面最小宽度与所述底座的高度的比值大于5/2。

在一个实施方式中，在垂直于高度方向的平面上，所述底座的投影是圆形或多边形。

在一个实施方式中，所述插接部是非封闭结构，所述插接部包括多个外凸段，所述多个外凸段沿所述高度方向布置且首尾相连；其中，所述插接部的宽度大于所述主体部的宽度。

在一个实施方式中，所述插接部是封闭结构，所述插接部的侧面上设置有至少一个侧凸段，其中，所述插接部的横截面最大宽度大于所述主体部的横截面最大宽度。

在一个实施方式中，所述插接部上设置有通孔。

在一个实施方式中，所述导向部的横截面是圆形，且所述导向部的纵截面是半椭圆形。

在一个实施方式中，所述插针上设置有电镀层。

第二方面，本申请实施例提供一种功率模块，包括如前所述的功率模块信号端子。

与现有技术相比，本申请实施例的优点在于，通过底座与插针的一体化相连，提高了底座与插针之间的连接强度，避免底座与插针之间出现松动，保证信号端子电气连接的稳定性，解决了现有信号端子分体式的结构易出现松动，影响电气连接稳定性的问题；同时底座与插针的一体化相连，减少了插接工序，也无需提供专门的工装固定针帽，从而节约了制造成本。另外，通过设置多种不同形状的底座，可适应功率模块的衬板上多种不同焊接区域的要求，以提高信号端子的通用性与灵活性。通过设置多种不同结构的插接部，可适配不同的应用需求，从而提高信号端子的通用性与灵活性。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本实用新型进行更详细的描述。

图1是本实用新型一实施例提供的功率模块信号端子的结构示意图；

图2是图1中实施例提供的底座的结构示意图；

图3是图1中实施例提供的另一底座的结构示意图；

图4是图1中实施例提供的另一底座的结构示意图；

图5是图1中实施例提供的另一底座的结构示意图；

图6是图1中实施例提供的功率模块信号端子在超声焊头作用下的结构示意图；

图7是图1中实施例提供的功率模块信号端子与功率模块的衬板、基板的安装示意图；

图8是本实用新型另一实施例提供的功率模块信号端子的结构示意图；

图9是本实用新型另一实施例提供的功率模块信号端子的结构示意图；

图10是本实用新型另一实施例提供的功率模块信号端子的结构示意图。

附图标记：

10、插针；110、主体部；1101、第一主体段；1102、第二主体段；120、插接部；1201、外凸段；1202、侧凸段；1203、通孔；130、导向部；20、底座；30、衬板；40、基板；50、超声焊头。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作进一步说明。

功率半导体器件产品，如IGBT功率模块，其广泛应用于轨道交通、智能电网、工业应用等多个技术领域。信号端子是功率半导体器件封装中的重要电子元器件之一。

信号端子一般为分体式针帽与插针的结构，针帽与插针通过插针机，利用过盈配合形成连接，其中，针帽用于与内部电路板焊接相连，插针用于与外部电路板相连。

但现有的分体式信号端子在制造和组装中，不仅需要为针帽提供专门的固定工装，还需要增加针帽与插针的插接工序，导致生产成本增加。另外，针帽与插针以过盈配合方式连接，在周期性应力或外部振动的作用下，针帽与插针易出现松动，影响电气连接的稳定性。

为了解决上述技术问题，本申请至少一实施例提供一种功率模块信号端子包括插针10以及底座20；底座20具有相对的第一侧与第二侧，底座20的第一侧用于焊接；其中，底座20的第二侧与插针10一体式相连。

由上可见，通过底座20与插针10的一体化相连，提高了底座20与插针10之间的连接强度，避免底座20与插针10之间出现松动，保证信号端子电气连接的稳定性，解决了现有信号端子分体式的结构易出现松动，影响电气连接稳定性的问题；同时底座20与插针10的一体化相连，减少了插接工序，也无需提供专门的工装固定针帽，从而节约了制造成本。

如图1所示，功率模块信号端子包括插针10以及底座20；底座20具有相对的第一侧与第二侧，底座20的第一侧用于焊接。

需要说明的是，如图6所示，底座20的第一侧可通过超声焊接的方式与功率模块的衬板30相连；超声焊接是通过超声焊头50带动底座20高频振动，在超声焊头50的压力下，底座20的第一侧与衬板30进行摩擦，由于摩擦生热，第一侧与衬板30材料局部融化，固化后形成原子间的连接，从而实现底座20与衬板30的连接；超声焊接的连接强度高，可靠性高。通过设置插针10与功率模块的基板40互连，底座20与功率模块的衬板30相连，且底座20可支撑超声焊接能量的顺利传递。

还需要说明的是，底座20的第一侧可通过激光焊接的方式与功率模块的衬板30相连，当然，底座20也可采用常规焊接的方式与功率模块的衬板30相连，但采用的焊料为烧结银膜或银膏，从而避免常规焊锡焊接易老化，在冷热冲击下易导致裂纹拓展断裂的问题。

其中，底座20的第二侧与插针10一体式相连。需要说明的是，一体式相连可以是切削机加工成型的方式，也可以是冷镦、拉伸等金属材料成型工艺，本申请不做限制。还需要说明的是，底座20、插针10的材质可以与功率模块的衬板30材质相近或相同，例如，底座20与插针10的材质是Cu-Cu、Cu-Cu合金、Cu合金-Cu合金、Cu-Cu/Ni镀层中的一种。

如图8所示，在一些实施例中，插针10包括主体部110、插接部120以及导向部130。需要说明的是，主体部110、插接部120与导向部130是一体成型以实现相连。

主体部110包括在高度方向上布置的第一主体段1101与第二主体段1102，第一主体段1101的一端与底座20的第二侧一体式相连。需要说明的是，第一主体段1101与第二主体段1102可均为圆柱体，且第一主体段1101与第二主体段1102的直径相等。

插接部120位于第一主体段1101与第二主体段1102之间，插接部120的一端与第一主体段1101一体式相连，插接部120的另一端与第二主体段1102一体式相连；导向部130一体式设置于第二主体段1102远离插接部120的一端上。

在一些实施例中，底座的横截面最小宽度与第一主体段的横截面最大宽度的比值大于10/7，且底座的横截面最小宽度与底座的高度的比值大于5/2。需要说明的是，当第一主体段1101为圆柱体时，第一主体段1101的横截面宽度为第一主体段1101的直径。通过限制底座20的横截面与第一主体段1101的横截面之间的大小关系，使底座20第二侧上形成与超声焊头50相配合的台阶面，台阶面与超声焊头50相抵接。

在一些实施例中，在垂直于高度方向的平面上，底座20的投影是圆形或多边形。需要说明的是，如图1所示，高度方向与Z方向相平行。还需要说明的是，如图2所示，底座20的投影可以是圆形；如图3所示，底座20的投影可以是四边形；如图4所示，底座20的投影可以是五边形；如图5所示，底座20的投影可以是凹多边形。

通过设置多种不同形状的底座20，可适应功率模块的衬板30上多种不同焊接区域的要求，以提高信号端子的通用性与灵活性。

在一个实施方式中，所述插接部120是非封闭结构，所述插接部120包括多个外凸段1201，所述多个外凸段1201沿高度方向布置且首尾相连；其中，所述插接部120的宽度大于所述主体部110的宽度。如图8所示，插接部120具有两个外凸段1201，插接部120的宽度为W1。通过在插接部120上设置外凸段1201，使插接部120的宽度大于主体部110的宽度，利用外凸段1201插入功率模块的基板40后实现插接部120与基板40之间的良好接触，从而形成有效的机械和电气连接。

在一个实施方式中，所述插接部120是封闭结构，所述插接部120的侧面上设置有至少一个侧凸段1202，其中，所述插接部120的横截面最大宽度大于所述主体部110的横截面最大宽度。如图9所示，插接部120的侧面上设置有一个侧凸段1202，插接部120的横截面最大宽度为W2。通过在插接部120上设置侧凸段1202，使插接部120的宽度大于主体部110的宽度，利用侧凸段1202插入功率模块的基板40后实现插接部120与基板40之间的良好接触，从而形成有效的机械和电气连接。

如图10所示，在一些实施例中，插接部120上设置有通孔1203。

通过设置多种不同结构的插接部120，可适配不同的应用需求，从而提高信号端子的通用性与灵活性。

如图1所示，在一些实施例中，导向部130的横截面是圆形，且导向部130的纵截面是半椭圆形。需要说明的是，横截面是与高度方向相平行的平面，纵截面是与高度方向相平行的平面。通过设置导向部130起到定位导向作用，引导插针10插入功率模块的基板40中；同时在使用超声波焊接时，导向部130也能起到定位导向的作用，方便超声焊头50工装吸附插针10。

在一些实施例中，插针10上设置有电镀层。需要说明的是，电镀层是通过电镀处理覆盖于插针10上。还需要说明的是，电镀层包括但不限于是镀镍层、镀锡层以及镀银层。通过设置电镀层实现铜保护以及高焊接润湿性。

如图6、图7所示，通过超声焊头50的拾取孔吸附套设于插针10上，底座20的第一侧与超声焊头50相抵接；超声焊头50带动底座20高频振动，在超声焊头50的压力下，底座20的第一侧与功率模块的衬板30进行摩擦，由于摩擦生热，第一侧与衬板30材料局部融化，固化后形成原子间的连接，从而实现底座20与衬板30的连接；超声焊头50释放插针10，插针10插入功率模块的基板40，插接部120与基板40相抵接，使插针10与基板40形成有效的机械和电气连接。

本申请至少一实施例还提供一种功率模块，包括本申请任一实施例所述的功率模块信号端子，进而具有上述实施例的技术方案所带来的所有技术效果。需要说明的是，功率模块包括基板40、衬板30，衬板30上覆有铜层，衬板30包括但不限于是DBC衬板30、AMB衬板30、、ZTA衬板30、AlN衬板30以及SIN衬板30。

虽然已经参考优选实施例对本实用新型进行了描述，但在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (8)

1.一种功率模块信号端子，其特征在于，包括：

插针；

底座，所述底座具有相对的第一侧与第二侧，所述底座的所述第一侧用于焊接；

其中，所述底座的所述第二侧与所述插针一体式相连；

所述插针包括：

主体部，其包括在高度方向上布置的第一主体段与第二主体段，所述第一主体段的一端与所述底座的所述第二侧一体式相连；

插接部，其位于所述第一主体段与所述第二主体段之间，所述插接部的一端与所述第一主体段一体式相连，所述插接部的另一端与所述第二主体段一体式相连；

导向部，其一体式设置于所述第二主体段远离所述插接部的一端上；

所述导向部的横截面是圆形，且所述导向部的纵截面是半椭圆形。

2.根据权利要求1所述的功率模块信号端子，其特征在于，所述底座的横截面最小宽度与所述第一主体段的横截面最大宽度的比值大于10/7，且所述底座的横截面最小宽度与所述底座的高度的比值大于5/2。

3.根据权利要求1所述的功率模块信号端子，其特征在于，在垂直于高度方向的平面上，所述底座的投影是圆形或多边形。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的功率模块信号端子，其特征在于，所述插接部是非封闭结构，所述插接部包括多个外凸段，所述多个外凸段沿所述高度方向布置且首尾相连；其中，所述插接部的宽度大于所述主体部的宽度。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的功率模块信号端子，其特征在于，所述插接部是封闭结构，所述插接部的侧面上设置有至少一个侧凸段，其中，所述插接部的横截面最大宽度大于所述主体部的横截面最大宽度。

6.根据权利要求5所述的功率模块信号端子，其特征在于，所述插接部上设置有通孔。

7.根据权利要求1所述的功率模块信号端子，其特征在于，所述插针上设置有电镀层。

8.一种功率模块，其特征在于，包括如权利要求1-7中任一项所述的功率模块信号端子。