專利名稱：一種隔離直流電源模塊的制作方法
技術領域：
本發明涉及電力電子領域，特別涉及一種隔離直流電源模塊。
背景技術：
電源模塊是可以直接貼裝在PCB(Printed Circuit Board,印刷電路板)上的電源供應器。按照功能的不同，電源模塊可分為DC/DC (Direct Current to Direct Current,直流電轉直流電)電源模塊和AC/DC (Alternating Current to Direct Current,交流電轉直流電)電源模塊。其中，DC/DC電源模塊用于將一種直流電壓轉換成另一種直流電壓，又可分為隔離直流電源模塊(又稱為隔離直流電源轉換裝置或隔離DC/DC電源模塊)和非隔離直流電源模塊。隔離直流電源模塊主要由隔離變壓器構成。隔離變壓器的原邊將直流電轉換成交流電，隔離變壓器的副邊將交流電整流成直流電并輸出給用電設備。進一步地，原、副邊的核心器件為功率 MOSFET (Metallic Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,金屬氧化物半導體場效應晶體管)。功率MOSFET為功率器件，在工作過程中會產生大量的熱量，散熱不充分將會導致電源模塊不能正常工作。現有隔離直流電源模塊的各組成器件通常貼裝于PCB上，主要通過PCB散熱。在實現本發明的過程中，發明人發現現有技術至少存在以下問題PCB組成材料的導熱系數小，使得隔離直流電源模塊的功率器件到PCB的熱阻較大，功率器件產生的熱量無法高效導出，進而影響隔離直流電源模塊的性能。

發明內容
為了解決現有技術的問題，本發明實施例提供了一種隔離直流電源模塊。所述技術方案如下本發明實施例提供了一種隔離直流電源模塊，所述電源模塊包括變壓器、用于轉換電壓的功率回路、與所述功率回路連接的用于控制電壓轉換的控制回路、以及承載所述變壓器、所述功率回路和所述控制回路的電路板組，所述電路板組包括第一電路板和與所述第一電路板固定連接的第二電路板；所述控制回路設在所述第一電路板的第一板面上；所述功率回路設在所述第二電路板的第一板面上；所述第二電路板為陶瓷覆銅板。其中，所述第一電路板和所述第二電路板的第一板面上分別設有銅線路；所述功率回路包括若干金屬氧化物半導體場效應晶體管芯片和控制器芯片；各所述金屬氧化物半導體場效應晶體管芯片的底面分別固定在所述第二電路板的第一板面的銅線路上；所述電源模塊還包括第一銅片和第一引線；各所述金屬氧化物半導體場效應晶體管芯片頂面的電極通過所述第一銅片與所述第二電路板的第一板面的銅線路連接；所述控制器芯片通過所述第一引線分別與所述金屬氧化物半導體場效應晶體管芯片和所述第二電路板的一面的銅線路連接。其中，所述第二電路板的第一板面與所述第一電路板的第一板面位于同一個平面；所述電源模塊還包括若干第二引線和/或第二銅片；所述功率回路通過所述第二引線和/或第二銅片與所述控制回路連接；所述變壓器設在所述第二電路板的第一板面上。可選地，所述第一電路板為印刷電路板。優選地，所述印刷電路板內嵌有金屬塊，所述第二電路板固定在所述金屬塊上。優選地，所述第一電路板為金屬襯底電路板，所述金屬襯底電路板包括金屬襯底、依次覆蓋在所述金屬襯底上的粘接層和電路層；所述金屬襯底電路板上開設有凹槽，所述凹槽從所述電路層延伸至所述金屬襯底；所述第二電路板固定在所述凹槽中。可選地，所述第二電路板的第二板面上設有引腳，所述第二電路板通過所述引腳固定在所述第一電路板的第一板面上，所述功率回路通過所述引腳與所述控制回路電路連接。可選地，所述變壓器設在所述第一電路板的第一板面上，所述功率回路包括所述變壓器原邊的電路和所述變壓器副邊的電路；所述電路板組包括兩個所述第二電路板和一個所述第一電路板；所述變壓器原邊的電路設在其中一個所述第二電路板上；所述變壓器副邊的電路設在另一個所述第二電路板上；兩個所述第二電路板位于所述變壓器的相對的兩側。優選地，所述電源模塊還包括灌封外殼；所述灌封外殼設在所述第二電路板上，并與所述第二電路板密封形成灌封腔體，所述功率回路灌封在所述灌封腔體中。優選地，所述電源模塊還包括設于所述第二電路板的第二板面上的散熱器。本發明實施例提供的技術方案帶來的有益效果是由于陶瓷覆銅板具有銅制成的電路層和陶瓷制成的絕緣層，導熱系數高；將電源模塊的功率回路貼裝至陶瓷覆銅板上，陶瓷覆銅板能夠將功率回路工作時產生的熱量迅速傳導；有效降低了功率回路中功率元器件的結溫，避免電源模塊過熱而影響工作效率，從而可以進一步提升電源模塊的功率密度。


為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1是本發明實施例一提供的一種隔離直流電源模塊的結構示意圖；圖2是本發明實施例二提供的一種隔離直流電源模塊的側視結構示意圖；圖3是本發明實施例二提供的一種隔離直流電源模塊的俯視結構示意；圖4是本發明實施例二提供的設有功率回路的第二電路板的俯視結構示意圖；圖5是本發明實施例二提供的陶瓷覆銅板的層結構示意圖；圖6是本發明實施例二提供的第一電路板與第二電路板之間的位置關系的示意圖；圖7是本發明實施例三提供的第一電路板的層結構示意圖；圖8是本發明實施例三提供的第一電路板與第二電路板之間的位置關系的示意圖；圖9是本發明實施例四提供的一種隔離直流電源模塊的結構示意圖10是本發明實施例四提供的第二電路板的結構示意圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地詳細描述。為了便于理解本發明描述的技術方案，首先對隔離直流電源模塊進行介紹。隔離直流電源模塊一般由變壓器、負責電壓轉換的功率回路、負責監控和控制功率回路的控制回路、以及承載變壓器、功率回路和控制回路的電路板組成。在本發明實施例中，承載是指，變壓器、功率回路和控制回路機械固定在電路板上，并通過其上的銅線路實現部分電路連接。其中，功率回路包括隔離變壓器原邊的全橋或半橋電路、以及隔離變壓器副邊的整流電路。全橋或半橋電路、整流電路的主要元器件為功率MOSFET芯片及驅動器、控制器等半導體芯片。控制回路包括用于控制輸入/輸出端的功率MOSFET芯片的開關、電感等無源元器件。實施例一本發明實施例提供了 一種隔離直流電源模塊，參見圖1，該電源模塊包括變壓器
11、用于轉換電壓的功率回路12、與功率回路12連接的用于控制電壓轉換的控制回路13、以及承載變壓器11、功率回路12和控制回路13的電路板組14。其中，該電路板組14包括第一電路板15和與第一電路板15固定連接的第二電路板16。控制回路13設在第一電路板15的第一板面上。功率回路12設在第二電路板16的第一板面上。第二電路板16為DBC (Direct Bonded Copper,陶瓷覆銅)板。本實施例提供的上述電源模塊帶來的有益效果是本發明實施例將電源模塊的功率回路安裝在DBC板上；由于DBC板具有銅制成的電路層和陶瓷制成的絕緣層，導熱系數高；所以DBC板能夠將功率回路工作時產生的熱量迅速傳導；有效降低了功率回路中功率元器件的結溫，避免電源模塊過熱而影響工作效率，從而可以進一步提升電源模塊的功率
山/又o實施例二本發明實施例提供了一種隔離直流電源模塊，參見圖2 圖3，該電源模塊包括變壓器21、用于轉換電壓的功率回路22、與功率回路22連接的用于控制電壓轉換的控制回路23、以及承載變壓器21、功率回路22和控制回路23的電路板組24。其中，該電路板組24包括第一電路板25和與第一電路板25固定連接的第二電路板26。控制回路23設在第一電路板25的第一板面上。功率回路22設在第二電路板26的第一板面上。第二電路板26為DBC板。其中，第一電路板25和第二電路板26的第一板面上分別設有銅線路(圖中未示出)。參見圖4，功率回路22包括若干功率MOSFET芯片22a和控制器芯片22b。各功率MOSFET芯片22a的底面分別固定(焊接或燒結)在第二電路板26的第一板面的銅線路上。該電源模塊還包括第一銅片27和第一引線28，各功率MOSFET芯片22a頂面的電極通過第一銅片27與第二電路板26的第一板面的銅線路連接，控制器芯片22b通過第一引線28分別與功率MOSFET芯片22a和第二電路板26的第一板面的銅線路連接。具體地，功率回路22的組成元器件在組裝到第二電路板26上之前，可以經過塑封。
具體地，可通過銅片焊接技術，使第一銅片27連接功率MOSFET芯片22a頂面的電極和第二電路板26上的銅線路；可通過引線鍵合技術，使第一引線28連接控制器芯片22b與功率MOSFET芯片22a、以及控制器芯片22b和第二電路板26上的銅線路的電路。引線鍵合技術和銅片焊接技術均為本領域熟知技術，在此不再詳述。具體地，DBC板可以通過現有DBC電路板制作技術制作。參見圖5，DBC板包括絕緣層26a、以及分別布置在絕緣層26a兩面的DBC電路層26b。絕緣層26a由陶瓷制成。DBC電路層26b由銅制成，能夠和半導體芯片或其他金屬基座焊接或燒結。DBC電路層26b包括若干銅線路，用于為貼裝在DBC板的電路層26b上元器件提供電氣連接。此為本領域熟知技術，在此不再詳述。正因為DBC板具有銅-陶瓷-銅這樣的三明治結構，銅和陶瓷都具有比PCB高得多的導熱系數，其導熱能力遠遠強于PCB。所以，功率回路22貼裝在DBC板上時，散熱效果良好。 進一步地，如圖6所示，在本實施例中，第一電路板25為PCB，且該PCB內嵌有金屬塊211。第二電路板26固定在該金屬塊211上。在具體實現中，可采用現有的PCB金屬塊嵌入技術，預先將金屬塊211嵌入到兩個第一電路板25之間，然后再將第二電路板26布置到金屬塊211上。在本實施例中，變壓器21設在第二電路板26的第一板面上，第二電路板26的第一板面與第一電路板25的第一板面位于同一個平面。電源模塊還包括若干第二引線29和/或第二銅片210。功率回路22通過第二引線29和/或第二銅片210與控制回路23連接。具體地，功率回路22和控制回路23上預留對應的用于焊接的焊端，可通過引線鍵合技術，使第二引線29連接功率回路22和控制回路23 ;還可通過銅片焊接技術，使第二銅片210連接功率回路22和控制回路23。引線鍵合技術和銅片焊接技術均為本領域熟知技術，在此不再詳述。更進一步地，再次參見圖3和圖4，控制回路23分布在第二電路板26的相對兩側，并從第二電路板26兩側與功率回路22電路連接，這種布置可以優化電路連接；另外，第一電路板25的第一板面的相對兩側邊設有用于與外部電路連接的引腳，便于電源模塊與用電設備的電路連接。優選地,該電源模塊還包括灌封外殼(圖中未不出)。灌封外殼設在第二電路板26上，并與第二電路板26密封形成灌封腔體，功率回路22灌封在該灌封腔體中，以保護功率回路22中的元器件。優選地，該電源模塊還可以包括設在第二電路板26的第二板面上的散熱器(圖中未示出)。需要說明的是，本實施例并不限制電路板組24中第一電路板25的數量。該電路板組24可包括一個第一電路板25，也可包括兩個及以上數量的第一電路板25。當電路板組24包括一個第二電路板26和兩個第一電路板25時，可在第二電路板26的兩側(相鄰兩側或相對兩側，優選為相對兩側)布置第一電路板25。另外,在本實施例中，第一電路板25為PCB，然而，在其它實施例中，第一電路板25也可以為DBC板，這時，第二電路板26和第一電路板25可為同一塊DBC板。本實施例提供的上述電源模塊帶來的有益效果是本發明實施例將電源模塊的功率回路安裝在DBC板上；由于DBC板具有銅制成的電路層和陶瓷制成的絕緣層，導熱系數高；所以DBC板能夠將功率回路工作時產生的熱量迅速傳導；有效降低了功率回路中功率元器件的結溫，避免電源模塊過熱而影響工作效率，從而可以進一步提升電源模塊的功率
山/又o實施例三本發明實施例提供了一種隔離直流電源模塊，該電源模塊的結構與實施例二的電源模塊的結構基本相同，不同之處在于，本實施例的第一電路板為金屬襯底電路板。參見圖7,該金屬襯底電路板包括金屬襯底35a、依次覆蓋在金屬襯底35a上的粘接層35b和電路層35c。結合圖8，該金屬襯底電路板上開設有凹槽，該凹槽從電路層35c延伸至金屬襯底35a。第二電路板36固定在該凹槽中。本實施例提供的上述電源模塊帶來的有益效果是本發明實施例將電源模塊的功率回路安裝在DBC板上；由于DBC板具有銅制成的電路層和陶瓷制成的絕緣層，導熱系數高；所以DBC板能夠將功率回路工作時產生的熱量迅速傳導；有效降低了功率回路中功率元器件的結溫，避免電源模塊過熱而影響工作效率，從而可以進一步提升電源模塊的功率
山/又o實施例四本發明實施例提供了一種隔離直流電源模塊，參見圖9，該電源模塊包括變壓器41、用于轉換電壓的功率回路42、與功率回路42連接的用于控制電壓轉換的控制回路43、以及承載變壓器41、功率回路42和控制回路43的電路板組44。其中，該電路板組44包括第一電路板45和與第一電路板45固定連接的第二電路板46。控制回路43設在第一電路板45的第一板面上。功率回路42設在第二電路板46的第一板面上。第二電路板46為DBC板。其中，參見圖10，第二電路板46的第二板面上設有引腳412。第二電路板46通過該引腳412固定在第一電路板45的第一板面上。功率回路42通過該引腳412與控制回路43電路連接。在實際應用中，第二電路板46和第一電路板45上預留有引出該引腳412的焊端。優選地，在本實施例中，變壓器41設在第一電路板45的第一板面上，電路板組44包括兩個第二電路板46和一個第一電路板45。由于功率回路42包括變壓器41原邊的電路和變壓器41副邊的電路。因此，變壓器41原邊的電路設在其中一個第二電路板46上；變壓器41副邊的電路設在另一個第二電路板46上。兩個第二電路板46、位于變壓器41的相對的兩側。需要說明的是，本實施例不限定電路板組44中第二電路板46的數量，在其它實施例中，該電路板組44可包括一個第二電路板46，也可包括兩個及以上數量的第二電路板46。本實施例提供的上述電源模塊帶來的有益效果是本發明實施例將電源模塊的功率回路安裝在DBC板上；由于DBC板具有銅制成的電路層和陶瓷制成的絕緣層，導熱系數高；所以DBC板能夠將功率回路工作時產生的熱量迅速傳導；有效降低了功率回路中功率元器件的結溫，避免電源模塊過熱而影響工作效率，從而可以進一步提升電源模塊的功率
山/又o以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種隔離直流電源模塊，所述電源模塊包括變壓器、用于轉換電壓的功率回路、與所述功率回路連接的用于控制電壓轉換的控制回路、以及承載所述變壓器、所述功率回路和所述控制回路的電路板組，其特征在于，所述電路板組包括第一電路板和與所述第一電路板固定連接的第二電路板；所述控制回路設在所述第一電路板的第一板面上；所述功率回路設在所述第二電路板的第一板面上；所述第二電路板為陶瓷覆銅板。
2.根據權利要求1所述的電源模塊，其特征在于，所述第一電路板和所述第二電路板的第一板面上分別設有銅線路；所述功率回路包括若干金屬氧化物半導體場效應晶體管芯片和控制器芯片；各所述金屬氧化物半導體場效應晶體管芯片的底面分別固定在所述第二電路板的第一板面的銅線路上；所述電源模塊還包括第一銅片和第一引線；各所述金屬氧化物半導體場效應晶體管芯片頂面的電極通過所述第一銅片與所述第二電路板的第一板面的銅線路連接；所述控制器芯片通過所述第一引線分別與所述金屬氧化物半導體場效應晶體管芯片和所述第二電路板的一面的銅線路連接。
3.根據權利要求1所述的電源模塊，其特征在于，所述第二電路板的第一板面與所述第一電路板的第一板面位于同一個平面；所述電源模塊還包括若干第二引線和/或第二銅片；所述功率回路通過所述第二引線和/或第二銅片與所述控制回路連接；所述變壓器設在所述第二電路板的第一板面上。
4.根據權利要求1所述的電源模塊，其特征在于，所述第一電路板為印刷電路板。
5.根據權利要求4所述的電源模塊，其特征在于，所述印刷電路板內嵌有金屬塊，所述第二電路板固定在所述金屬塊上。
6.根據權利要求1所述的電源模塊，其特征在于，所述第一電路板為金屬襯底電路板，所述金屬襯底電路板包括金屬襯底、依次覆蓋在所述金屬襯底上的粘接層和電路層；所述金屬襯底電路板上開設有凹槽，所述凹槽從所述電路層延伸至所述金屬襯底；所述第二電路板固定在所述凹槽中。
7.根據權利要求1所述的電源模塊，其特征在于，所述第二電路板的第二板面上設有引腳，所述第二電路板通過所述引腳固定在所述第一電路板的第一板面上，所述功率回路通過所述引腳與所述控制回路電路連接。
8.根據權利要求7所述的電源模塊，其特征在于，所述變壓器設在所述第一電路板的第一板面上，所述功率回路包括所述變壓器原邊的電路和所述變壓器副邊的電路；所述電路板組包括兩個所述第二電路板和一個所述第一電路板；所述變壓器原邊的電路設在其中一個所述第二電路板上；所述變壓器副邊的電路設在另一個所述第二電路板上；兩個所述第二電路板位于所述變壓器的相對的兩側。
9.根據權利要求1-8任一項所述的電源模塊，其特征在于，所述電源模塊還包括灌封外殼；所述灌封外殼設在所述第二電路板上，并與所述第二電路板密封形成灌封腔體，所述功率回路灌封在所述灌封腔體中。
10.根據權利要求1-6任一項所述的電源模塊，其特征在于，所述電源模塊還包括設于所述第二電路板的第二板面上的散熱器。
全文摘要
本發明公開了一種隔離直流電源模塊，屬于電力電子領域。所述電源模塊包括變壓器、用于轉換電壓的功率回路、與所述功率回路連接的用于控制電壓轉換的控制回路、以及承載所述變壓器、所述功率回路和所述控制回路的電路板組，所述電路板組包括第一電路板和與所述第一電路板固定連接的第二電路板；所述控制回路設在所述第一電路板的第一板面上；所述功率回路設在所述第二電路板的第一板面上；所述第二電路板為陶瓷覆銅板。本發明通過將電源模塊的功率回路貼裝至陶瓷覆銅板上；陶瓷覆銅板能夠將功率回路工作時產生的熱量迅速傳導；避免電源模塊過熱而影響工作效率。
文檔編號H02M3/22GK103051188SQ20121052549
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月7日 優先權日2012年12月7日
發明者陳鍇, 葛翔, 侯召政 申請人:聚信科技有限公司