直流電機勵磁控制的功率模塊的製作方法

2023-09-22 10:19:25 2

專利名稱：直流電機勵磁控制的功率模塊的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種直流電機勵磁控制的功率模塊，屬於半控整流橋晶閘管模塊製造技術領域。
背景技術：
現有直流電機勵磁控制的功率模塊包括直接敷銅基板(DBC)、晶閘管晶片、二極體晶片、輸入、輸出以及控制端子和外殼。晶閘管晶片、二極體晶片以及輸入、輸出以及控制端子分別固定在直接敷銅基板上。但直接敷銅基板是在中間的陶瓷材料上、下兩端面覆有銅箔層，而中間一般為氧化鋁陶瓷是用於保證上下銅箔之間的絕緣。使用時是將功率模塊的直接敷銅基板安裝至散熱器上，其底部熱擴散面積較小，因此功率模塊底部的殼溫較高，使用條件較為苛刻。另外，該功率模塊在焊接過程後，往往會出現一些變形，使得功率模塊的底面往往不能與散熱器形成良好、緊密的接觸，故會影響功率模塊在工作中的散熱效果，如果熱量長時間積累在功率模塊中不能及時散掉，會大大影響功率模塊的質量，甚至損壞功率模塊中的晶片，導致功率模塊損壞。其次，由於直接敷銅基板中間為陶瓷片，在安裝壓力作用下很容易破裂，導致功率模塊的絕緣耐壓失效。再則，目前用於直流電機勵磁控制的功率模塊其晶閘管晶片和二極體晶片都集中在直接敷銅基板的中間區域，因此散熱分布不均勻。
發明內容本實用新型的目的是提供一種結構合理，散熱分布均勻、低殼溫、使用可靠的直流電機勵磁控制的功率模塊。本實用新型為達到上述目的的技術方案是一種直流電機勵磁控制的功率模塊， 包括直接敷銅基板、晶閘管晶片以及二極體晶片和外殼，其特徵在於所述直接敷銅基板固定在銅底板上，且直接敷銅基板連接有兩個晶閘管晶片構成的晶閘管組和三個二極體晶片構成的二極體組，所述兩晶閘管晶片、兩個二極體晶片分別位於直接敷銅基板的四個角落， 另一個二極體晶片位於直接敷銅基板中間，各晶閘管晶片的陽極和各二極體晶片的陰極分別焊接在直接敷銅基板上，各晶閘管晶片的陰極以及各二極體晶片的陽極分別通過過渡片及連接橋板與直接敷銅基板連接，直接敷銅基板上的輸入區固定有輸入端子、輸出區固定有輸出端子、門極區固定有控制端子，外殼固定在銅底板上，各二極體晶片、晶閘管晶片、過渡片、連接橋板以及輸入端子、輸出端子和控制端子的一側通過灌注軟彈性膠密封在外殼內。本實用新型將直接敷銅基板固定在銅底板上，通過銅底板傳遞各晶閘管晶片和各二極體晶片工作時所生的熱量，故功率模塊殼溫低，同時銅底板在安裝時可以承受更大的安裝應力，不會造成直接敷銅基板中陶瓷的破裂，安裝可靠方便。本實用新型將兩晶閘管晶片、兩個二極體晶片分別位於直接敷銅基板的四個角落，另一個二極體晶片位於直接敷銅基板的中間，使各晶片在直接敷銅基板上能分布均勻，因此散熱更加均勻，故而能使功率模塊長時間穩定工作，結構合理。本實用新型通過軟彈性膠對各二極體晶片、晶閘管晶片、過渡片、連接橋板以及輸入端子、輸出端子和控制端子進行灌注軟彈性膠密封，通過軟彈性膠對二極體晶片和晶閘管晶片進行保護，不僅使連接橋板和各端子能釋放因振動而產生的機械應力以及工作中所產生的熱應力，而且通過軟彈性膠使熱應力不會作用於二極體晶片和和晶閘管晶片上，因此功率模塊的工作可靠性得到很大提高。

[0006]
以下結合附圖對本實用新型的實施例作進一步的詳細描述。[0007]圖I是本實用直流電機勵磁控制的功率模塊的結構示意圖。[0008]圖2是圖I的俯視結構不意圖。[0009]圖3是圖2的A-A剖視結構示意圖。[0010]圖4是本實用直流電機勵磁控制的功率模塊去除外殼後的結構示意圖，[0011]圖5是本實用直流電機勵磁控制的功率模塊的等效電路拓撲圖。[0012]其中1_外殼，1-1-氣孔，1~2~加強筋，1-3-定位擋板，2-銅底板，3-第一控制端
子，4-第一輸出端子，5-第二控制端子，6-第二輸入端子，7-第二輸出端子，8-第一輸入端子，9- 二極體晶片，10-過渡片，11-直接敷銅基板，11-1-門極區，11-2-輸入區，11-3-輸出區，11-4-定位孔，12-連接橋板，13-晶閘管晶片，14-軟彈性膠，15-環氧樹脂，16-鋁絲。
具體實施方式
見圖I 4所示，本實用新型的直流電機勵磁控制的功率模塊，包括直接敷銅基板
11、晶閘管晶片13以及二極體晶片9和外殼I。見圖3所示，本實用新型直接敷銅基板11 固定在銅底板2上，可將直接敷銅基板11通過釺焊焊接在銅底板2上，直接敷銅基板11連接有兩個晶閘管晶片13構成的晶閘管組和三個二極體晶片9構成的二極體組，通過晶閘管組和二極體組構成半控整流橋晶閘管功率模塊，見圖5所示，是本實用新型的等效電路拓撲圖。見圖I 4所示，本實用新型兩晶閘管晶片13、兩個二極體晶片9分別位於直接敷銅基板11的四個角落，而另一個二極體晶片9位於直接敷銅基板11中間，使各晶片能均布在直接敷銅基板11上，也使得散熱更加均勻。見圖4所示，本實用新型直接敷銅基板11上設有對各晶閘管晶片13和各二極體晶片9定位的定位孔11-4，通過定位孔11-4方便對各晶閘管晶片13和各二極體晶片9的定位。本實用新型各晶閘管晶片13的陽極和各二極體晶片9的陰極分別焊接在直接敷銅基板11上，即兩個晶閘管晶片13的陽極通過釺焊焊接在直接敷銅基板11上，而三個二極體晶片9通過釺焊焊接在直接敷銅基板11上，各晶閘管晶片13的陰極以及各二極體晶片9的陽極分別通過過渡片10和連接橋板12焊接在直接敷銅基板11上，本實用新型的過渡片10為鑰片或鎢片或可伐片，由於過渡片10熱膨脹係數介於晶片和連接橋板12之間，因此通過過渡片10使各晶閘管晶片13的陰極以及各二極體晶片9的陽極與各連接橋板12 —端通過釺焊焊接，而連接橋板12的另一端通過纖焊焊接在直接敷銅基板11上，能有效減小由於熱膨脹係數不匹配引起晶閘管晶片13、二極體晶片 9與連接橋板12之間的熱應力。見圖4所示，本實用新型直接敷銅基板11上的輸入區11-2固定有輸入端子、輸出區11-3固定有輸出端子、門極區11-1固定有控制端子，直接敷銅基板11的左右兩側區域為輸入區11-2、上下中間區域為輸出區11-3，第一輸入端子8和第二輸入端子6分別固定在左輸入區和右輸入區的中部，通過第一輸入端子8和第二輸入端子6將電源引入功率模塊，而第一輸出端子4和第二輸出端子7分別固定在上輸出區和下輸出區的中部，通過第一輸出端子4和第二輸出端子7將整流後的電壓輸出，而直接敷銅基板11的左右下方區域為門極區11-1，晶閘管晶片13的門極通過鋁絲16鍵合在直接敷銅基板11的門極區11-1，左門極區和右門極區分別固定有第一控制端子3和第二控制端子5，通過第一控制端子3和第二控制端子5將控制信號引入。見圖3、4所示，本實用新型的外殼I固定在銅底板2上，外殼I與銅底板2之間可通過粘合劑連接，外殼I與銅底板2之間可採用止口結構，方便定位並可靠連接，各二極體晶片9、晶閘管晶片13、過渡片10、連接橋板12以及輸入端子、輸出端子和控制端子的一側通過灌注軟彈性膠14密封在外殼I內，將連接區域保護密封，最後再用環氧樹脂15灌注充滿外殼I空間。見圖2、3所示，本實用新型外殼I上設有縱橫交錯的加強筋1-2，且加強筋 1-2的下部設有定位擋板1-3,通過定位擋板1-3對各端子進行限位,而外殼I的牆板的外側設有至少兩個氣孔1-1，外殼I上可設置有四個或更多個氣孔1-1，通過牆板可以阻擋環氧樹脂15充入氣孔1-1下方的空間，在溫度循環作用時，軟彈性膠14和環氧樹脂15在氣孔1-1的下方空間自由膨脹和收縮，而不會對結構造成破壞。見圖3、4所示，本實用新型直接敷銅基板11位於銅底板2正中間位置，且銅底板 2的面積是直接敷銅基板11的面積的2倍以上，按照工業上晶片熱擴散時常用的熱擴散角為45°C，本實用新型帶有銅底板的功率模塊底部的熱擴散面積要遠大於不帶銅底板的熱擴散面積。因此，在相同的對流係數和晶片發熱功率的條件下，本實用新型直流電機勵磁控制的功率模塊的殼溫會更低。
權利要求1.一種直流電機勵磁控制的功率模塊，包括直接敷銅基板(11)、晶閘管晶片(13)以及二極體晶片(9)和外殼(I)，其特徵在於所述直接敷銅基板(11)固定在銅底板(2)上，且直接敷銅基板(11)連接有兩個晶閘管晶片(13)構成的晶閘管組和三個二極體晶片(9)構成的二極體組，所述兩晶閘管晶片(13)、兩個二極體晶片(9)分別位於直接敷銅基板(11) 的四個角落，另一個二極體晶片(9)位於直接敷銅基板(11)中間，各晶閘管晶片(13)的陽極和各二極體晶片(9)的陰極分別焊接在直接敷銅基板(11)上，各晶閘管晶片(13)的陰極以及各二極體晶片(9)的陽極分別通過過渡片(10)及連接橋板(12)與直接敷銅基板(11)連接，直接敷銅基板(11)上的輸入區(11-2)固定有輸入端子、輸出區(11-3)固定有輸出端子、門極區(11-1)固定有控制端子，外殼(I)固定在銅底板(2)上，各二極體晶片(9)、晶閘管晶片(13)、過渡片(10)、連接橋板(12)以及輸入端子、輸出端子和控制端子的一側通過灌注軟彈性膠(14)密封在外殼(I)內。
2.根據權利要求I所述的直流電機勵磁控制的功率模塊，其特徵在於所述直接敷銅基板(11)位於銅底板(2)正中間位置，且銅底板(2)底部面積是直接敷銅基板(11)底部面積的2倍以上。
3.根據權利要求I所述的直流電機勵磁控制的功率模塊，其特徵在於所述直接敷銅基板(11)的左右兩側區域為輸入區(11-2)、上下中間區域為輸出區(11-3)，直接敷銅基板(11)的左右下方區域為門極區(11-1)，且晶閘管的門極通過鋁絲鍵合在直接敷銅基板(11)的門極區(11-1)。
4.根據權利要求I所述的直流電機勵磁控制的功率模塊，其特徵在於所述外殼(I) 內設有縱橫交錯的加強筋(1-2)，且加強筋(1-2)的下部設有定位擋板(1-3)，外殼(I)的牆板外側設有至少兩個氣孔(1-1)。
5.根據權利要求I所述的直流電機勵磁控制的功率模塊，其特徵在於所述的過渡片(10)為鑰片或鎢片或可伐片。
6.根據權利要求I所述的直流電機勵磁控制的功率模塊，其特徵在於所述的直接敷銅基板(11)上設有對各晶閘管晶片(13)和各二極體晶片(9)定位的定位孔。
專利摘要本實用新型涉及一種直流電機勵磁控制的功率模塊，直接敷銅基板固定在銅底板上，兩晶閘管晶片、三個二極體晶片分別位於直接敷銅基板的四個角落及中間，各晶閘管晶片的陽極和各二極體晶片的陰極分別焊接在直接敷銅基板上，各晶閘管晶片的陰極以及各二極體晶片的陽極分別通過過渡片及連接橋板與直接敷銅基板連接，直接敷銅基板上的輸入區固定有輸入端子、輸出區固定有輸出端子、門極區固定有控制端子，外殼固定在銅底板上，各二極體晶片、晶閘管晶片、過渡片、連接橋板以及輸入端子、輸出端子和控制端子的一側通過灌注軟彈性膠密封在外殼內。本實用新型具有結構合理，散熱分布均勻、低殼溫、使用可靠的特點。
文檔編號H01L23/14GK202352664SQ20112048511
公開日2012年7月25日 申請日期2011年11月30日 優先權日2011年11月30日
發明者姚天保, 姚玉雙, 王曉寶, 王濤, 麻長勝 申請人:江蘇宏微科技有限公司