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防腐防爆智能IPM變頻模塊的制作方法

文檔序號(hào):11335832閱讀:538來(lái)源:國(guó)知局
防腐防爆智能IPM變頻模塊的制造方法與工藝

本實(shí)用新型屬于電子元件制造領(lǐng)域,具體涉及一種防腐防爆智能IPM變頻模塊。



背景技術(shù):

IPM模塊作為變頻器的核心部件,其內(nèi)部集成了功率開(kāi)關(guān)器件和驅(qū)動(dòng)電路,并配置有相應(yīng)的故障檢測(cè)電路,其性能好壞一定程度上決定了變頻器的可靠性和可維護(hù)性。現(xiàn)有變頻模塊PCB采用直插元件配合人工焊接的生產(chǎn)工藝,生產(chǎn)和安裝工序多,工藝復(fù)雜,生產(chǎn)效率低。由于元件采用直插的安裝方式和不合理的封裝形式,這類變頻模塊在出現(xiàn)故障后故障查找和維修過(guò)程復(fù)雜,造成維修成本增加?,F(xiàn)有IPM變頻模塊并沒(méi)有配備過(guò)流硬件保護(hù)功能,在故障發(fā)生電流過(guò)大時(shí)保護(hù)不及時(shí),往往造成IPM變頻模塊整個(gè)高壓回路故障,降低了產(chǎn)品的可靠性。除此之外,IPM變頻模塊內(nèi)部元器件安排較為松散,仍有繼續(xù)優(yōu)化的空間,進(jìn)一步縮小模塊體積。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有IPM變頻模塊的不足,提出一種防腐防爆智能IPM變頻模塊結(jié)構(gòu)。

一種防腐防爆智能IPM變頻模塊,包括PCB、八單元IGBT模塊、前蓋板、IPM塑膠外框和后蓋板;

所述八單元IGBT功率模塊,包括底部散熱板、陶瓷銅基板、若干功率芯片、IGBT塑膠外框、塑膠封蓋、限位柱。

陶瓷銅基板由下表面銅板層、中間陶瓷板層、上表面區(qū)域布線銅板層三部分組成;底部散熱板上表面與陶瓷銅基板的下表面銅板層貼合;陶瓷銅基板的中間陶瓷層為絕緣層,陶瓷銅基板的上表面區(qū)域布線銅板層是功率芯片的表面貼裝層,各芯片之間的電路連接通過(guò)鋁線進(jìn)行連接;IGBT塑膠外框由上往下將整個(gè)陶瓷銅基板的外邊以及區(qū)域布線銅板層上的功率芯片包圍在IGBT塑膠外框的內(nèi)部,并同時(shí)將底部散熱銅板的外周邊包住部分深度;在陶瓷銅基板與功率芯片之上,塑膠外殼之內(nèi)的空間填注專用電子封裝膠,填注高度不超過(guò)塑膠封蓋的安裝高度,最后用塑膠封蓋將功率芯片完全封在IGBT塑膠外框內(nèi)部;所述的底部散熱板的兩端開(kāi)有兩個(gè)安裝孔,安裝孔內(nèi)設(shè)有限位柱,限位柱與底部散熱板的兩個(gè)安裝孔過(guò)盈配合;IGBT塑膠外框的兩端也分別開(kāi)有一個(gè)限位孔,限位孔與限位柱直徑一致,限位柱套在IGBT塑膠外框的兩端限位孔內(nèi)。所述的IGBT塑膠外框上端開(kāi)有四個(gè)安裝槽,所述的塑膠封蓋的四角分別留有凸出結(jié)構(gòu),與IGBT塑膠外框的凹槽相配合。

安裝可控硅作為相比于傳統(tǒng)七單元功率模塊額外增加的第八個(gè)單元,用于實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)智能模塊外圍電路中的繼電器功能,提升了模塊集成度;

在陶瓷銅基板上表面的布線銅板層設(shè)置有感溫元件,該感溫元件用來(lái)檢測(cè)封裝內(nèi)部溫度,使當(dāng)內(nèi)部溫度達(dá)到一定溫度后通過(guò)程序控制停止模塊的繼續(xù)使用,防止整個(gè)模塊發(fā)生爆炸,達(dá)到安全生產(chǎn)的目的,并提升了模塊集成度;

所述的IGBT塑膠外框沿長(zhǎng)度方向上的兩個(gè)邊內(nèi)都含有引腳,其中一個(gè)邊含有7個(gè)引腳,另一個(gè)含有18個(gè)引腳,引腳都成Z字型結(jié)構(gòu),引腳的上邊緣高出外框上邊緣0.1mm,下邊緣低于外框下方安裝面邊緣0.1mm,引腳的材料為銅,銅的外表面鍍錫。

所述PCB上通過(guò)印刷電路和元器件焊接,實(shí)現(xiàn)IPM變頻模塊的電路原理;PCB上焊接的元器件,八單元IGBT模塊焊接一側(cè),定義這一側(cè)為反面,其他元件焊接在另外一側(cè),定義這一側(cè)為正面;在PCB反面?zhèn)确搅粲?個(gè)焊盤(pán),反面下方留有10個(gè)焊盤(pán),這12個(gè)焊盤(pán)均與IPM塑膠外框相連接;在PCB上打兩個(gè)通孔,通孔內(nèi)徑等于限位柱的外徑,用于安裝IGBT模塊的定位;在PCB反面為八單元IGBT模塊留有相應(yīng)的焊盤(pán),使用定位柱作為安裝基準(zhǔn),按照IGBT模塊尺寸分成兩排,分別有7個(gè)和18個(gè)焊盤(pán),用于八單元IGBT模塊的焊接;IPM塑膠外框?qū)?yīng)于PCB背面留有的焊盤(pán)位置,預(yù)埋了相應(yīng)數(shù)量(側(cè)面2個(gè),下方10個(gè))的銅柱焊盤(pán),朝內(nèi)一端用于與PCB進(jìn)行貼片式焊接,朝外一端用于與整個(gè)模塊外電路進(jìn)行連接;IPM塑膠外框正面與反面均設(shè)計(jì)有臺(tái)階作為安裝面,用于前蓋板和后蓋板的安裝,正面留有四個(gè)安裝直插卡口用于前蓋板的固定;IPM塑膠外框下方左右兩側(cè)各留有一個(gè)安裝孔,用于整個(gè)模塊的安裝固定;前蓋板為PCB正面上焊接的高度較高的元器件留有相應(yīng)形狀的通孔,為八單元IGBT模塊的限位柱留有兩個(gè)通孔;前蓋板左下方為石英陶瓷防爆保險(xiǎn)絲設(shè)置了長(zhǎng)方體凸起;后蓋板整體為矩形薄板結(jié)構(gòu),按照八單元IGBT模塊的外輪廓留有通孔,后蓋板安裝在IPM塑膠外框上,八單元IGBT模塊的陶瓷銅基板外緣與后蓋板平齊,在整個(gè)IPM變頻模塊安裝時(shí),模塊反面與外部鋁板貼合,用螺絲通過(guò)兩個(gè)限位柱進(jìn)行緊固,使銅基板與外部鋁板緊密貼合,提升散熱效果。

IPM塑膠外框?qū)CB板和八單元IGBT模塊包圍在IPM塑膠外框的內(nèi)部;在PCB的正面,IPM塑膠外框之內(nèi)的空間填注專用電子封裝膠,填注高度不超過(guò)前蓋板的安裝面;在PCB的反面,塑膠外殼之內(nèi)的空間填注專用電子封裝膠,填注高度不超過(guò)后蓋板的安裝面;防腐防爆智能IPM變頻模塊整體留有四個(gè)安裝孔,分別是IPM塑膠外框下方的兩個(gè)安裝孔和限位柱的兩個(gè)安裝孔;防腐防爆智能IPM變頻模塊的安裝面為后蓋板的外側(cè)面,安裝時(shí)應(yīng)保證八單元IGBT模塊的銅基板與外部鋁板緊密貼合以便散熱;

PCB正反面焊接的元件均使用貼片方式焊接;

正面上方的變壓器也使用特殊設(shè)計(jì)的貼片式變壓器元件;

PCB正面左下角安裝有石英陶瓷防爆保險(xiǎn)絲,在流過(guò)整個(gè)模塊的電流過(guò)大時(shí)保險(xiǎn)絲熔斷,起到保護(hù)電路的作用。并可以避免產(chǎn)生明火,防止在外環(huán)境存在可燃性氣體情況下引發(fā)爆炸。

將八單元IGBT功率模塊安裝在PCB反面,在不影響功率模塊散熱的前提下,縮小了模塊的整體體積;

IPM塑膠外框的下方和左側(cè)均含有引腳,其中下邊緣含有10個(gè)引腳,引腳整體成Z字型結(jié)構(gòu),并在一端打孔;左邊緣含有兩個(gè)引腳,引腳整體為平面,在IPM塑膠外框外部的矩形部分打孔。12個(gè)引腳朝內(nèi)的一端均需要與PCB上的焊盤(pán)進(jìn)行貼片式焊接,因此這些引腳的焊接端面均需比PCB的安裝端面高出0.1mm,引腳的材料為銅,銅的外表面鍍錫。

IGBT塑膠外框的加工流程如下:1)取適當(dāng)大小和厚度的銅片,按照引腳尺寸切割為兩片,其中一片上有7個(gè)引腳,另一片上有18個(gè)引腳,引腳兩端均有銅片連接;2)在銅片的適當(dāng)位置進(jìn)行彎折,使引腳成Z字型結(jié)構(gòu);3)將完整的兩片銅片作為整體加入注塑機(jī)中進(jìn)行注塑加工;4)注塑加工完成后,對(duì)所有引腳進(jìn)行表面鍍錫,并將連接引腳的銅片切斷,便于后續(xù)封裝焊接。該加工工藝在引腳的彎折和注塑的過(guò)程中,始終保持引腳之間的連接,這樣的方式可以保證注塑加工過(guò)程中引腳位置的穩(wěn)定和形狀的一致性,在注塑加工完成之后再切斷連接銅片,解除引腳之間的連接;

IPM塑膠外框的加工流程如下:1)取適當(dāng)大小和厚度的銅片,按照引腳尺寸切割為兩片,其中一片上有2個(gè)引腳,另一片上有10個(gè)引腳,引腳兩端均有銅片連接;2)分別在兩片銅片上相應(yīng)的位置上打孔;3)在10個(gè)引腳的銅片適當(dāng)位置進(jìn)行彎折,使引腳成Z字型結(jié)構(gòu);4)將完整的兩片銅片作為整體加入注塑機(jī)中進(jìn)行注塑加工;5)注塑加工完成后,對(duì)所有引腳進(jìn)行表面鍍錫,并將連接引腳的銅片切斷。該加工工藝在引腳的彎折和注塑的過(guò)程中,始終保持引腳之間的連接,這樣的方式可以保證注塑加工過(guò)程中引腳位置的穩(wěn)定和形狀的一致性,在注塑加工完成之后再切斷連接銅片,解除引腳之間的連接。

本實(shí)用新型有益效果如下:

本實(shí)用新型專利相比于現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)勢(shì):本IPM變頻模塊PCB上所有元件均采用貼片方式焊接,PCB與IPM塑膠外框之間的安裝也采用貼片焊接的方式,設(shè)計(jì)這樣的結(jié)構(gòu)和安裝方式可以簡(jiǎn)化加工工藝,生產(chǎn)流程可以通過(guò)自動(dòng)化生產(chǎn)線完成,大幅度提升生產(chǎn)效率;本IPM變頻模塊中的功率模塊采用八單元IGBT模塊,該結(jié)構(gòu)的功率模塊完全采用貼片工藝,使生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單化、提高生產(chǎn)效率,使功率模塊的體積變得更小、更輕更??;所述功率模塊進(jìn)行了功能區(qū)域劃分,上下橋臂布局充分考慮電磁兼容性能,使功率模塊的引腳布置更加合理化;所述功率模塊在一整塊陶瓷銅基板上同時(shí)集成了驅(qū)動(dòng)模塊、IGBT功能模塊和感溫元件等,特別集成了可控硅作為第八個(gè)單元,將繼電器功能集成在功率模塊中,使其集成度更高;所述功率模塊的內(nèi)部設(shè)置有感溫元件,可以隨時(shí)監(jiān)測(cè)功率模塊內(nèi)部溫度變化,可以在內(nèi)部溫度升至過(guò)高時(shí)停止功率器件的工作,防止功率模塊因過(guò)溫而爆炸,提高產(chǎn)品安全性能;所述功率模塊因所有元器件完成采用貼片工藝,且采用專用電子封裝膠進(jìn)行封裝,方便在產(chǎn)品因部分元件壞后的維修工作,降低了使用成本,提高了使用率;創(chuàng)新設(shè)計(jì)塑膠外框結(jié)構(gòu),外框與銅基板之間采用平面焊接方式,進(jìn)一步提升產(chǎn)品可靠性。通過(guò)合理的空間布局,將八單元IGBT模塊安裝在PCB反面,在保證電路原理和充分散熱的前提下,大幅度縮小了IPM變頻模塊體積;由于所有PCB上所有元件均采用貼片工藝進(jìn)行安裝,且焊接之后在PCB正反面均使用專用電子封裝膠進(jìn)行封裝,提高了模塊的防腐蝕性能的同時(shí),也方便故障后的維修,從而降低了維修成本,提高使用率;為模塊設(shè)計(jì)石英陶瓷防爆保險(xiǎn)裝置,起到防止爆炸作用。

附圖說(shuō)明:

圖1為本實(shí)用新型整體安裝的側(cè)上方視圖;

圖2為本實(shí)用新型整體的側(cè)上方爆炸視圖;

圖3-1為IPM塑膠外框的主視圖;

圖3-2為IPM塑膠外框的左側(cè)剖面視圖;

圖4-1為本實(shí)用新型整體安裝的側(cè)上方視圖;

圖4-2為本實(shí)用新型整體的側(cè)上方爆炸視圖;

圖4-3為底部散熱銅板的側(cè)上方視圖;

圖4-4為定位柱的側(cè)上方視圖;

圖4-5為定位柱與底部散熱銅板的安裝視圖;

圖4-6為陶瓷銅基板的側(cè)上方視圖;

圖4-7為陶瓷銅基板的側(cè)視圖;

圖4-8為功率芯片安裝在陶瓷銅基板上的俯視圖;

圖4-9為IGBT塑膠外框側(cè)上方視圖;

圖4-10為IGBT塑膠外框側(cè)面剖視圖;

圖4-11為塑膠封蓋的側(cè)上方視圖;

圖5-1為PCB的正面主視圖;

圖5-2為PCB的反面主視圖;

圖6-1為前蓋板的主視圖;

圖6-2為前蓋板的左視圖;

圖7為后蓋板的主視圖;

圖8-1為IGBT塑膠外框引腳加工示意圖;

圖8-2為IGBT塑膠外框加工過(guò)程的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1所示為防腐防爆智能IPM變頻模塊整體視圖,留有四個(gè)安裝孔,用于模塊的安裝,模塊底部留有10個(gè)安裝引腳,左側(cè)留有2個(gè)安裝引腳;

圖2所示為防腐防爆智能IPM變頻模塊的爆炸視圖,用于說(shuō)明各個(gè)部件的相對(duì)位置,從后至前分別是后蓋板2-1、IGBT模塊2-2、IPM塑膠外框2-3、PCB 2-4和前蓋板2-5,具體的安裝方式在下文詳述。

圖3-1為IPM塑膠外框的主視圖。IPM塑膠外框?yàn)樗苣z和經(jīng)過(guò)預(yù)處理的銅片復(fù)合而成。外框整體為矩形框結(jié)構(gòu),下方左右兩邊各留有一個(gè)安裝孔3-1,安裝孔用于整個(gè)IPM變頻模塊的安裝固定。IPM塑膠外框左側(cè)內(nèi)嵌2個(gè)銅制引腳3-2,用于外接主回路濾波電容逆變正負(fù)極。IPM塑膠外框下方內(nèi)嵌10個(gè)銅制引腳3-3,10個(gè)引腳分別外接電源進(jìn)線、負(fù)極、制動(dòng)輸出、變頻輸出和接地,每個(gè)引腳均經(jīng)過(guò)兩次彎折,彎折角度均為90°,彎折后效果如圖3-2左視圖中3-5所示的Z字型結(jié)構(gòu)。引腳靠?jī)?nèi)一端需要與PCB上的焊盤(pán)相連接,因此引腳的寬度和間隔配合PCB下方的焊盤(pán)位置而確定。引腳焊接端的邊緣高出所處的IPM塑膠外框邊緣0.1mm,該設(shè)計(jì)為了保證引腳在焊接時(shí)與焊盤(pán)充分貼合。引腳靠外一端需要進(jìn)行鉆孔處理,銅制引腳需要貫穿,并再向下繼續(xù)在塑膠材料中攻絲,作為IPM變頻模塊對(duì)外的緊固連接接口。IPM塑膠外框與前蓋板的安裝面上,開(kāi)有4個(gè)安裝直插卡口3-4,用于配合前蓋板的安裝。

圖4-1所示為八單元IGBT功率模塊整體視圖,該模塊整體為扁平矩形結(jié)構(gòu),留有兩個(gè)安裝孔,用于模塊的安裝與焊接,模塊兩側(cè)共留有25個(gè)引腳,用于與PCB上的電路進(jìn)行連接。

圖4-2所示為IGBT功率模塊的爆炸視圖,用于說(shuō)明各個(gè)部件的相對(duì)位置,具體的安裝方式在下文詳述。

圖4-3為底部散熱銅板的側(cè)上方視圖,底部散熱銅板為厚度均勻的銅制薄板,兩端對(duì)稱的開(kāi)兩個(gè)圓孔4-7,用于安裝定位柱。圖4-4為定位柱的側(cè)上方視圖,定位柱為中空的銅制圓柱體,圓柱體下部分外徑與底部散熱銅板留孔的內(nèi)徑相等,兩者采用過(guò)盈配合進(jìn)行安裝,安裝視圖如圖4-5所示。

圖4-6所示為陶瓷銅基板的側(cè)上方視圖,圖4-7所示為側(cè)視圖,由銅板層4-10、中間陶瓷板層4-9、上表面區(qū)域布線銅板層4-8壓合而成。在區(qū)域涂銅區(qū)的相應(yīng)部分,分別采用貼片方式焊接各個(gè)功率芯片,功率芯片之間使用金屬連接線進(jìn)行連接,各個(gè)功率芯片的安裝位置和各個(gè)功率芯片之間的連接方式如圖4-8所示,黑色連線為鋁絲。

圖4-9為IGBT塑膠外框側(cè)上方視圖,IGBT塑膠外框?yàn)樗苣z和經(jīng)過(guò)彎折的銅片復(fù)合而成。外框整體為中空的矩形結(jié)構(gòu),兩端各留有一個(gè)安裝孔4-11,安裝孔的內(nèi)徑與定位柱上部分的外徑相等。IGBT塑膠外框中內(nèi)嵌25個(gè)銅片4-13作為模塊引腳,各個(gè)銅片均經(jīng)過(guò)兩次彎折,彎折角度均為90°,整體成Z字型如圖4-11中陰影部分所示。銅片的寬度和間距配合陶瓷銅基板上各個(gè)芯片的位置而確定。銅片上邊緣高出外框上邊緣0.1mm,銅片下邊緣低于外框下方安裝面邊緣0.1mm,該設(shè)計(jì)為了保證引腳在焊接時(shí)與焊盤(pán)充分貼合。IGBT塑膠外框上端開(kāi)有四個(gè)安裝槽4-12,用于配合塑膠封蓋的安裝。

圖4-11所示為塑膠封蓋結(jié)構(gòu),塑膠封蓋整體上為均勻厚度的矩形結(jié)構(gòu),四角分別留有凸出結(jié)構(gòu)4-14,與IGBT塑膠外框的凹槽4-12相配合。

八單元IGBT功率模塊,包括底部散熱銅板4-6、陶瓷銅基板、功率芯片4-3、外殼和定位柱4-5。所述陶瓷銅基板由上層布線銅板層、中間層陶瓷層和下層銅板層組成,所述功率芯片包括可控硅、快恢復(fù)二極管、IGBT芯片、感溫元件和驅(qū)動(dòng)元件,所述外殼包括IGBT塑膠外框4-2和塑膠封蓋4-1。

陶瓷銅基板由下表面銅板層、中間陶瓷板層、上表面區(qū)域布線銅板層三部分組成。底部散熱板上表面與陶瓷銅基板的下表面銅板層貼合。陶瓷銅基板的中間陶瓷層為絕緣層,陶瓷銅基板的上表面區(qū)域布線銅板層是功率芯片的表面貼裝層,各個(gè)芯片均采用貼片方式進(jìn)行焊接安裝。各芯片之間的電路連接通過(guò)鋁絲進(jìn)行連接。將IGBT塑膠外框從上往下套住陶瓷銅基板及其上的功率芯片,且嵌入IGBT塑膠外框的外接引腳與陶瓷銅基板的上表面的布線銅板層相應(yīng)區(qū)域涂銅對(duì)接并進(jìn)行焊接,方便功率模塊的外部連接,在IGBT塑膠外框內(nèi)部注入封裝樹(shù)脂,最后在封裝樹(shù)脂上表面蓋上塑膠封蓋。

上述功率模塊的陶瓷銅基板上的功率芯片集成有可控硅、快恢復(fù)二極管、IGBT芯片、感溫元件和驅(qū)動(dòng)元件等。其中可控硅為相比于傳統(tǒng)七單元功率模塊額外增加的第八個(gè)單元,用于實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)智能模塊外圍電路中的繼電器功能。各功率芯片及元件之間通過(guò)區(qū)域涂銅之間的鋁絲進(jìn)行連接。

上述陶瓷銅基板上表面的布線銅板層進(jìn)行了區(qū)域劃分,將強(qiáng)弱電元件進(jìn)行了合理布局,提升了功率模塊的可靠性。

上述功率模塊增加了感溫元件,感溫元件布置在整個(gè)區(qū)域布線銅板層中大功率芯片附近,可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功率模塊內(nèi)部溫度,能有效的避免功率模塊因?yàn)闇囟冗^(guò)高而造成爆炸的生產(chǎn)安全問(wèn)題。

圖5-1為PCB的正面主視圖,該面按照變頻器原理設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行元件布局和布線,除了IGBT模塊之外其他所有的元器件均以貼片的形式焊接在PCB的正面,其中5-1位置安裝貼片式變壓器,5-2位置安裝石英陶瓷防爆保險(xiǎn)絲。PCB中部靠下位置有兩個(gè)通孔5-3,通孔內(nèi)徑與限位柱的外徑相等,IGBT模塊的限位柱插入該通孔以確定安裝位置。圖5-2為PCB的反面主視圖,在兩個(gè)通孔之間的區(qū)域,配合IGBT模塊引腳的位置,配置有25個(gè)焊盤(pán)5-4用于焊接。PCB下方有10個(gè)焊盤(pán)5-5,對(duì)應(yīng)于IPM塑膠外框的10個(gè)銅制引腳3-3。PCB右側(cè)有2個(gè)焊盤(pán)5-6,對(duì)應(yīng)于IPM塑膠外框側(cè)面的2個(gè)銅制引腳3-2。

圖6-1為前蓋板的主視圖,圖6-2為前蓋板的左視圖,前蓋板整體上為開(kāi)有多個(gè)孔的矩形結(jié)構(gòu),各個(gè)孔對(duì)應(yīng)于PCB正面焊接的高度較高的元器件,并為八單元IGBT模塊的限位柱留有兩個(gè)通孔6-1。左下方設(shè)置有長(zhǎng)方體凸起6-2,前蓋板安裝后該裝置內(nèi)部為PCB的石英陶瓷防爆保險(xiǎn)絲。前蓋板四角配置有4個(gè)用于安裝的直插插頭6-3,配合IPM塑膠外框的四個(gè)直插卡口3-4,用于前蓋板的安裝與緊固。

圖7為后蓋板的主視圖,后蓋板整體為矩形薄板結(jié)構(gòu),留有八單元IGBT模塊銅基板形狀的通孔7-1。后蓋板安裝在IPM塑膠外框上后,銅基板外緣與后蓋板平齊,以便于功率模塊的散熱。

上述智能IPM變頻模塊全部元件均采用貼片的方式進(jìn)行焊接,相比于傳統(tǒng)的IPM變頻模塊將IGBT模塊放置在PCB正面,本實(shí)用新型將IGBT模塊配置在PCB背面,并設(shè)計(jì)后蓋板中空結(jié)構(gòu)7-1,在保證散熱的前提下縮小了PCB的大小,進(jìn)而縮小了IPM變頻模塊的體積。

上述智能IPM變頻模塊的正反面PCB在完成貼片元件焊接之后,前后蓋板安裝之前,需要在IPM塑膠外框之內(nèi),蓋板安裝面之內(nèi)填充專用電子封裝膠,可以提高模塊的耐腐蝕性能。

上述智能IPM變頻模塊配置了石英陶瓷防爆保險(xiǎn)裝置5-2,在流過(guò)整個(gè)模塊的電流過(guò)大時(shí)保險(xiǎn)絲熔斷,起到保護(hù)電路的作用,進(jìn)一步提升模塊的安全性。

本實(shí)用新型部分核心部件加工流程如下:

1.IGBT塑膠外框的加工流程

1)取適當(dāng)大小和厚度的銅片,按照引腳尺寸切割為兩片,其中一片上有7個(gè)引腳,另一片上有18個(gè)引腳,引腳兩端均有銅片連接;

2)在銅片的適當(dāng)位置進(jìn)行彎折,使引腳成Z字型結(jié)構(gòu),如圖8-1所示;

3)將完整的兩片銅片作為整體加入注塑機(jī)中進(jìn)行注塑加工,加工過(guò)程中為圖8-2所示;

4)注塑加工完成后,對(duì)所有引腳進(jìn)行表面鍍錫,并將連接引腳的銅片8-1、8-2切斷,便于后續(xù)封裝焊接,由此完成IGBT塑膠外框的加工。

2.IPM塑膠外框的加工流程

1)1)取適當(dāng)大小和厚度的銅片,按照引腳尺寸切割為兩片,其中一片上有2個(gè)引腳,另一片上有10個(gè)引腳,引腳兩端均有銅片連接;

2)分別在兩片銅片上相應(yīng)的位置上打孔;

3)在10個(gè)引腳的銅片適當(dāng)位置進(jìn)行彎折,使引腳成Z字型結(jié)構(gòu);

4)將完整的兩片銅片作為整體加入注塑機(jī)中進(jìn)行注塑加工;

5)注塑加工完成后,對(duì)所有引腳進(jìn)行表面鍍錫,并將連接引腳的銅片切斷。

上述加工工藝在引腳的彎折和注塑的過(guò)程中,始終保持引腳之間的連接,這樣的方式可以保證注塑加工過(guò)程中引腳位置的穩(wěn)定和形狀的一致性,在注塑加工完成之后再切斷連接銅片,解除引腳之間的連接。

八單元IGBT功率模塊制造及安裝流程如下:

1)分別完成底部散熱銅板、定位柱、陶瓷銅基板、IGBT塑膠外框、塑膠封蓋的制作,陶瓷銅基板和IGBT塑膠外框的加工流程如上文所述;

2)將定位柱安裝入底部銅基板的安裝孔中,兩者之間采用過(guò)盈配合;

3)在底部散熱銅板上涂一層焊劑,于相應(yīng)位置放置陶瓷銅基板,將兩者進(jìn)行氣體保護(hù)高溫焊接,由此陶瓷銅基板的下表面與底部散熱銅板的上表面緊密貼合,以保證散熱充分;

4)對(duì)焊接后的陶瓷銅基板進(jìn)行清洗;

5)采用鋼網(wǎng)錫漿印刷工藝在陶瓷銅基板的上表面涂一層焊劑,相應(yīng)位置放置各個(gè)功率元件,并以定位柱為定位標(biāo)準(zhǔn)安裝IGBT塑膠外框,此時(shí)IGBT塑膠外框上各個(gè)引腳與陶瓷銅基板上的焊盤(pán)一一對(duì)應(yīng),整體進(jìn)行氣體保護(hù)回流焊接;

6)在功率器件和陶瓷銅基板的相應(yīng)位置焊接鋁絲,由此完成模塊內(nèi)部電路部分的焊接;

7)在陶瓷銅基板與功率芯片之上,塑膠外殼之內(nèi)的空間填注專用電子封裝膠,填注高度不超過(guò)塑膠封蓋的安裝高度;

8)將塑膠封蓋安裝在塑膠外殼的相應(yīng)安裝位置;

9)對(duì)功率模塊進(jìn)行靜態(tài)測(cè)試和動(dòng)態(tài)測(cè)試;

10)測(cè)試通過(guò)后,將測(cè)試數(shù)據(jù)和產(chǎn)品型號(hào)打印在產(chǎn)品外殼上,其中產(chǎn)品的測(cè)試數(shù)據(jù)以二維碼方式進(jìn)行表達(dá),完成功率模塊的封裝。

本實(shí)用新型制造及安裝流程如下:

1)分別完成IPM塑膠外框、PCB、IGBT功率模塊、前蓋板和后蓋板的加工制作;

2)使用鋼網(wǎng)印刷工藝在PCB正面刷錫漿,使用貼片機(jī)完成PCB正面貼片元件的貼片,之后進(jìn)行回流焊;

3)使用鋼網(wǎng)印刷工藝在PCB反面焊盤(pán)上刷錫漿,將完成上一步焊接的PCB嵌入IPM塑膠外框,PCB反面焊盤(pán)與IPM塑膠外框引腳貼合,將IGBT功率模塊的限位柱插入PCB的通孔,IGBT功率模塊的引腳與PCB反面焊盤(pán)相貼合,使用專用風(fēng)槍在260℃~280℃下進(jìn)行焊接,由此完成電路部分焊接;

4)對(duì)電路部分進(jìn)行測(cè)試,合格后進(jìn)行下一步;

5)在PCB與貼片元件之上、IPM塑膠外框之內(nèi)的空間填注專用電子封裝膠,填注高度不超過(guò)前后蓋板的安裝高度;

6)安裝前蓋板,將四個(gè)安裝直插卡頭插入IPM塑膠外框相應(yīng)的安裝直插卡口中;

7)安裝后蓋板,保證IGBT模塊的銅基板外緣與后蓋板外緣平齊,使用膠水對(duì)后蓋板四周進(jìn)行固定;

8)使用激光打印在IPM塑膠外框上打印產(chǎn)品型號(hào),由此完成整個(gè)IPM變頻模塊的封裝。

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