專利名稱：智能功率模塊端子及其連接結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種智能功率模塊端子及其連接結(jié)構(gòu)，屬于功率模塊制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
智能功率模塊(簡(jiǎn)稱IPM)廣泛應(yīng)用于交流電機(jī)變頻調(diào)速和直流電機(jī)斬波調(diào)速以及各種高性能電源，如UPS、感應(yīng)加熱、電焊機(jī)、有源補(bǔ)償、DC-DC等以及工業(yè)電氣自動(dòng)化等領(lǐng)域，有著廣闊的市場(chǎng)。傳統(tǒng)智能功率半導(dǎo)體模塊主要包括外殼、主電路板和驅(qū)動(dòng)電路板，半導(dǎo)體芯片等各器件和多個(gè)端子焊接在覆金屬陶瓷基板并構(gòu)成主電路板，而焊接有集成電路芯片及各器件的印刷電路板構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電路板，為減小功率模塊的體積，將驅(qū)動(dòng)電路板通過螺釘安裝外殼上，端子需穿出外殼蓋板上的端子孔和驅(qū)動(dòng)電路板上的端子孔，再通過焊料將端子焊接在驅(qū)動(dòng)電路板上，通過端子實(shí)現(xiàn)與功率半導(dǎo)體模塊外部電路的連接以及驅(qū)動(dòng)信號(hào)的輸入輸出。目前功率模塊上的端子大都通過焊料高溫?zé)Y(jié)在覆金屬陶瓷基板的金屬層上，端子包括電極端子和信號(hào)端子，在焊接過程中，高溫下會(huì)使覆金屬陶瓷基板的金屬層與端子在焊料層處產(chǎn)生焊接應(yīng)力，而智能功率模塊的工作環(huán)境是在_40°C至125°C進(jìn)行循環(huán)，因此經(jīng)過一段時(shí)間工作后，最終會(huì)引起覆金屬陶瓷基板的金屬層與端子連接處脫落，而產(chǎn)生焊接疲勞現(xiàn)象，從而影響到整體功率器件的壽命。其次，端子采用焊料焊接在覆金屬陶瓷基板的金屬層上，不僅對(duì)覆金屬陶瓷基板的金屬層表面及端子表面要求較高，尤其覆金屬陶瓷基板的金屬層即銅箔與電極端子的銅材之間還會(huì)存在熱膨脹差別，焊接性能不高，而影響導(dǎo)其電性。同時(shí)焊接過程不僅需要焊料、助焊劑以及焊接時(shí)的保護(hù)性氣體，不僅高溫?zé)Y(jié)焊接工序時(shí)間長(zhǎng)，而且所產(chǎn)生的高溫又易導(dǎo)致其他部位材料金屬特性弱化，加之焊接過程中的焊料流淌以及阻焊油墨等因素，又會(huì)造成焊接面沾污的風(fēng)險(xiǎn)，現(xiàn)有的端子焊接均存在著焊接面不易控制，工藝操作復(fù)雜，焊接效率低的問題。再則，電極端子需要進(jìn)行打彎工藝，但電極端子的折彎的力度和角度不易控制，使折彎工藝要求較高，一方面電極端子在折彎處還會(huì)產(chǎn)生裂紋，因裂紋處的存在而造成局部電阻增加的問題。另一方面折彎后的多個(gè)電極端子不容易在同一高度，還會(huì)造成驅(qū)動(dòng)電路板與端子接觸不良而引起的接觸電阻過大，進(jìn)而造成局部過熱的現(xiàn)象，也會(huì)影響端子連接處的牢固性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)合理，體積小，端子鍵合牢固，能提高工作可靠性的智能功率模塊端子及其連接結(jié)構(gòu)。本發(fā)明為達(dá)到上述目的的技術(shù)方案是一種智能功率模塊端子，其特征在于端子呈臺(tái)階形結(jié)構(gòu)，端子包括豎置的連接柱、設(shè)置在連接柱下部的上鍵合座、底部的下鍵合座以及位于上鍵合座與下鍵合座之間豎置的連接座。一種智能功率模塊端子的連接結(jié)構(gòu)，其特征在于所述端子嵌接在外殼窗口的周邊，端子的連接座設(shè)置在外殼內(nèi)、下鍵合座固定在窗口的下臺(tái)階面處、上鍵合座固定在窗口的上臺(tái)階面處、連接柱穿出外殼的上端面，主電路板密封固定在外殼的底部，端子的下鍵合座通過金屬鍵合絲與主電路板鍵合，端子的上鍵合座通過金屬鍵合絲與設(shè)置在外殼內(nèi)的驅(qū)動(dòng)電路板鍵合。本發(fā)明的端子呈臺(tái)階形結(jié)構(gòu)，因此能通過機(jī)械方式加工而成，能很好的控制端子的尺寸和平整度，由于端子是嵌接在外殼的窗口周邊，因此當(dāng)外殼制得后，可以實(shí)現(xiàn)所有端子的上鍵合座控制在同一平面，同時(shí)所有端子的下鍵合座也控制在同一平面，本發(fā)明將端子固定在外殼上，尤其端子的下鍵合座固定在窗口的下臺(tái)階面，其上鍵合座固定在窗口的上臺(tái)階面上，使端子與外殼連接部分都能被包裹在外殼內(nèi)，大大加強(qiáng)端子連接的牢固程度，端子不會(huì)晃動(dòng)，能避免其晃動(dòng)而造成的功率損失。本發(fā)明將主電路板密封固定在外殼底部時(shí)，由于端子的下接合座位于窗口的下臺(tái)階面處、上接合座位于窗口的上臺(tái)階面上，在通過金屬鍵合絲將端子的下鍵合座與主電路板進(jìn)行鍵合以及將上鍵合座與驅(qū)動(dòng)電路板鍵合時(shí)，通過外殼對(duì)端子的連接座的包裹，尤其端子的上下鍵合座均不會(huì)晃動(dòng)，能大幅度提高了端子鍵合點(diǎn)的牢固程度和可靠性，解決了主電路板及驅(qū)動(dòng)電路板與端子接觸不良而引起的接觸電阻過大，進(jìn)而造成局部過熱的問題。本發(fā)明由于無需對(duì)端子進(jìn)行折彎工藝，故能提高端子自身的強(qiáng)度及鍵合點(diǎn)的連接強(qiáng)度，在震動(dòng)環(huán)境下，能最大程度減少端子在承受機(jī)械振動(dòng)、機(jī)械應(yīng)力以及熱應(yīng)力時(shí)而作用于其鍵合點(diǎn)處，保證了智能功率模塊在惡劣環(huán)境下的工作可靠性。本發(fā)明智能功率模塊功率的端子采用雙鍵合平臺(tái)結(jié)構(gòu)，端子與主電路板及驅(qū)動(dòng)電路板都通過金屬鍵合絲鍵合連接，一方面取代以往在主電路板和驅(qū)動(dòng)板與端子焊接工藝，可減少端子焊接所需的面積，可以使主電路板及驅(qū)動(dòng)電路板設(shè)計(jì)的更小，進(jìn)一步減小智能功率模塊的整體體積，另一方面將主電路板和驅(qū)動(dòng)電路板通過外殼集成在一起，減少了外部連接導(dǎo)線，簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)，可使功率器件可靠導(dǎo)通與關(guān)斷，不易受到外部干擾，而進(jìn)一步提高其工作可靠性。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。圖1是本發(fā)明端子的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明將端子固定在智能功率模塊上的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明將端子固定在智能功率模塊上的爆炸結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明外殼的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是圖4的A向結(jié)構(gòu)示意圖。其中1-端子，1-1-連接柱，1-2-上鍵合座，1-3-連接座，1-4-下鍵合座，2-外殼，
2-1-限位凸柱，2-2-下臺(tái)階面，2-3-上臺(tái)階面，2-4-支承臺(tái)面，2-5-支承柱，2-6-下止口，
3-蓋板，4-主電路板，5-金屬鍵合絲，6-驅(qū)動(dòng)電路板，6-1-側(cè)限位槽。
具體實(shí)施例方式見圖1所示，本發(fā)明的智能功率模塊端子，端子I呈臺(tái)階形結(jié)構(gòu)，端子I包括豎置的連接柱1-1、設(shè)置在連接柱1-1下部的上鍵合座1-2、底部的下鍵合座1-4以及位于上鍵合座1-2與下鍵合座1-4之間豎置的連接座1-3，其連接柱1-1、上鍵合座1-2、連接座1_3和下鍵合座1-4均與外殼2固定。見圖1的所示，本發(fā)明端子I的連接柱1-1為倒T形。本發(fā)明的端子I為電極端子或/和信號(hào)端子。見圖1-5所示，本發(fā)明的智能功率模塊端子的連接結(jié)構(gòu)，端子I嵌接在外殼2窗口的周邊，端子I的連接座1-3設(shè)置在外殼2內(nèi)、下鍵合座1-4固定在窗口的下臺(tái)階面2-2處、上鍵合座1-2固定在窗口的上臺(tái)階面2-3處、連接柱1-1穿出外殼2的上端面。見圖2-5所示，本發(fā)明的外殼2具有窗口，窗口四周呈環(huán)形的臺(tái)階面，該臺(tái)階面為下部的下臺(tái)階面2-2、上部的上臺(tái)階面2-3、以及位于下臺(tái)階面2-2與上臺(tái)階面2-3之間的支承臺(tái)面2-4，本發(fā)明將多個(gè)端子間隔嵌接在外殼2窗口的周邊并與主電路板4和驅(qū)動(dòng)電路板6進(jìn)行鍵合。見圖2-5所示，本發(fā)明主電路板4密封固定在外殼2的底部，端子I的下鍵合座1-4通過金屬鍵合絲5與主電路板4鍵合，金屬鍵合絲5可采用鋁絲、銅絲或銅合金絲，或鋁絲及鋁合金絲以及現(xiàn)有金絲或銀絲等，可采用超聲波鍵合，本發(fā)明外殼2在窗口的底部設(shè)有下止口 2-6，主電路板4設(shè)置在窗口的下止口 2-6內(nèi)并與外殼2密封連接，通過密封膠將主電路板4固定在外殼2的底部。本發(fā)明的主電路板4是將半導(dǎo)體芯片、電容、電阻、二極管等器件焊接在覆金屬絕緣基板的金屬層上進(jìn)行功率的變換，端子I鍵合在主電路板4上，通過端子I實(shí)現(xiàn)與外部電源及設(shè)備的連接。見圖1-5所示，本發(fā)明端子I的上鍵合座1-2通過金屬鍵合絲5與設(shè)置在外殼2內(nèi)的驅(qū)動(dòng)電路板6鍵合，金屬鍵合絲5可采用鋁絲、銅絲或銅合金絲，或鋁絲及鋁合金絲以及現(xiàn)有金絲或銀絲等，該驅(qū)動(dòng)電路板6則由印刷電路板和焊接在印刷電路板板上的電阻、電容、二極管、集成電路等器件構(gòu)成，通過端子I實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的輸入/輸出。本發(fā)明外殼2在窗口內(nèi)具有支承臺(tái)面2-4和限位凸柱2-1，驅(qū)動(dòng)電路板6設(shè)置在支承臺(tái)面2-4上，且驅(qū)動(dòng)電路板6上的側(cè)限位槽6-1與限位凸柱2-1相配，將驅(qū)動(dòng)電路板6安裝在外殼2內(nèi)，本發(fā)明在下臺(tái)階面2-2上還設(shè)有支承柱2-5，支承柱2-5與支承臺(tái)面2-4為同一平面，以此增加驅(qū)動(dòng)電路板6支承在外殼2上的支承面積。發(fā)明的驅(qū)動(dòng)電路板6也可直接卡接在窗口內(nèi)，將驅(qū)動(dòng)電路板6可靠支承在外殼2內(nèi)，蓋板3扣合在外殼頂部，各端子I的連接柱1-1穿出蓋板3。本發(fā)明由于端子I均被外殼2包裹，能加強(qiáng)端子I的連接牢固程度，無論通過超聲波鍵合以及工作中，端子I不會(huì)晃動(dòng)，提高端子I鍵合點(diǎn)的牢固程度，能效避免因端子I晃動(dòng)而產(chǎn)生的功率損失。
權(quán)利要求
1.一種智能功率模塊端子，其特征在于:端子(I)呈臺(tái)階形結(jié)構(gòu)，端子(I)包括豎置的連接柱(1-1 )、設(shè)置在連接柱(1-1)下部的上鍵合座(1-2)、底部的下鍵合座(1-4)以及位于上鍵合座(1-2)與下鍵合座(1-4)之間豎置的連接座(1-3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能功率模塊端子，其特征在于:所述端子(I)的連接柱(1-1)為倒T形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能功率模塊端子的連接結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述端子(I)嵌接在外殼(2)窗口的周邊，端子(I)的連接座(1-3)設(shè)置在外殼(2)內(nèi)、下鍵合座(1-4)固定在窗口的下臺(tái)階面(2-2)處、上鍵合座(I_2)固定在窗口的上臺(tái)階面(2-3)處、連接柱(1-1)穿出外殼(2)的上端面，主電路板(4)密封固定在外殼(2)的底部，端子(I)的下鍵合座(1-4)通過金屬鍵合絲(5)與主電路板(4)鍵合，端子(I)的上鍵合座(1-2)通過金屬鍵合絲(5)與設(shè)置在外殼(2)內(nèi)的驅(qū)動(dòng)電路板(6)鍵合。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的智能功率模塊端子的連接結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述外殼(2)在窗口的底部設(shè)有下止口(2-6)，主電路板(4)設(shè)置在窗口的下止口(2-6)內(nèi)并與外殼(2)密封連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的智能功率模塊端子的連接結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述外殼(2)在窗口內(nèi)設(shè)有支承臺(tái)面(2-4)和限位凸柱(2-1)，驅(qū)動(dòng)電路板(6)設(shè)置在支承臺(tái)面(2-4)上，且驅(qū)動(dòng)電路板(6)上的側(cè)限位槽(6-1) 與限位凸柱(2-1)相配。
全文摘要
本發(fā)明涉一種智能功率模塊端子及其連接結(jié)構(gòu)，端子呈臺(tái)階形結(jié)構(gòu)，端子包括豎置的連接柱、設(shè)置在連接柱下部的上鍵合座、底部的下鍵合座以及位于上鍵合座與下鍵合座之間豎置的連接座。端子間隔嵌接在外殼窗口的周邊，端子的連接座設(shè)置在外殼內(nèi)、下鍵合座固定在窗口的下臺(tái)階面處、上鍵合座固定在窗口的處、連接柱穿出外殼的上端面，主電路板密封固定在外殼的底部，端子的下鍵合座通過金屬鍵合絲與主電路板鍵合，端子的上鍵合座通過金屬鍵合絲與設(shè)置在外殼內(nèi)的驅(qū)動(dòng)電路板鍵合。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)合理，體積小，端子鍵合牢固和提高工作可靠性的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02M1/00GK103078477SQ20131003366
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2013年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月28日
發(fā)明者聶世義, 張敏, 鄭軍, 亓笑妍 申請(qǐng)人:江蘇宏微科技股份有限公司