PCB嵌入式功率模块和逆变器的制作方法

本技术涉及功率模块，尤其是涉及pcb嵌入式功率模块和包括该功率模块的逆变器。

背景技术：

1、在现有技术中，传统的功率模块驱动板方案通常需要在驱动板与嵌入式印刷电路板(pcb)之间保留较大的高度空间，用于安装接插件或压接(press-fit)针。然而，这些接插件或压接针仅能实现电气连接，无法提供机械固定，因此仍需额外的结构件(例如螺钉)对驱动板进行机械固定。螺钉的使用不仅占据驱动板的布板面积，降低了可用于布置电子元器件的空间，而且迫使驱动板尺寸增大。此外，传统接插件或压接针通常高度较高，一般大于10mm，对于对高度敏感的应用场景并不适用。综上所述，传统方案的集成度较低，导致整个功率模块的功率密度受限。

2、在一些现有方案中，电子元器件直接布置于嵌入式pcb的正面。由于嵌入式pcb内通常存在大功率芯片，会产生大量热量向pcb正面传导，使电子元器件温度可能超过其耐受范围。现有解决方案多为避开发热最严重区域，将电子元器件布置在温度较低的表面区域，但这样会进一步减少可用的布板面积，从而需要增大pcb尺寸以满足元器件布置需求。此外，为实现有效散热，整个pcb背面通常需与散热板紧密连接，这使得pcb背面无法布置电子元器件，进一步限制了可用的布板面积。因此，这类方案往往需要在增大pcb面积和减少元器件数量之间进行折中，难以形成完整的高集成度驱动板，应用上存在诸多限制。

技术实现思路

1、为了克服上述问题中的至少一个，本实用新型的目的是提供一种pcb嵌入式功率模块，其不仅不需要额外的固定件来固定驱动板，提高了驱动板面积的利用率，并且整个pcb嵌入式功率模块的高度明显降低。

2、为此，本实用新型提供一种pcb嵌入式功率模块，其包括：驱动板；嵌入式pcb板，所述嵌入式pcb板具有正面和背面；和pcb连接框架，该pcb连接框架位于所述嵌入式pcb板的正面和驱动板之间；其中所述pcb连接框架配置成实现所述驱动板与所述嵌入式pcb板的机械连接和电气连接。

3、在上述方案中，通过在驱动板与嵌入式pcb板之间设置pcb连接框架来替代接插件和螺纹紧固件，使两者能够直接可靠地机械固定和电气连接，减少了额外的连接件和布线空间，从而提升了整体模块的集成度，并使模块的高度减小。而且，框架中空的设计可以允许驱动板的背面也能布置电子元器件，提高了集成度和功率密度。在本技术中，pcb连接框架本质上为两层或多层的pcb。

4、在本实用新型的一个优选方案中，pcb连接框架分别通过焊接固定连接至驱动板和嵌入式pcb板。这种连接方式不仅可以确保可靠的机械固定，还能保证稳定的电气连接，代替了接插件或者压接针的功能。

5、在本实用新型的一个特定方案中，pcb连接框架可以包括多个pcb框架构件，每个pcb框架构件具有板条状的绝缘基体，绝缘基体具有第一表面和相对的第二表面；第一表面设有多个第一导电焊接区，多个第一导电焊接区沿该绝缘基体的纵向方向彼此间隔开；第二表面设有多个第二导电焊接区，多个第二导电焊接区同样沿该绝缘基体的纵向方向彼此间隔开并与多个第一导电焊接区相对；其中pcb连接框架通过第一导电焊接区焊接至驱动板的下表面和通过第二导电焊接区焊接至嵌入式pcb板的正面。在该方案中，通过在每个pcb框架构件的第一表面例如上表面和第二表面例如下表面设置相对的导电焊接区，并且根据需要可以选择在相对的导电焊接区之间设置金属化过孔，实现两侧导电焊接区的电气连接，可降低寄生电感和寄生电阻，提高功率模块的开关性能和可靠性；并且多个pcb连接框架双面焊接大大增加了机械固定点和面积，可以增强模块抗振动和热循环能力。

6、在本实用新型的一个优选方案中，多个第一导电焊接区和多个第二导电焊接区均由覆铜层构成；多个pcb框架构件中的至少一者的至少一个所述第一导电焊接区通过贯穿所述绝缘基体的金属化过孔和与其相对的第二导电焊接区电气连接。并且可以根据不同的电气连接需要，选择合适对数的第一导电焊接区和第二导电焊接区通过金属化过孔实现电气连接。在该方案中，金属化过孔可通过机械钻孔、激光钻孔或盲孔/埋孔工艺在绝缘基体中形成。然而，应当理解，部分pcb框架构件中也可以不设置任何金属化过孔，只起到机械连接的作用，这同样涵盖在本技术的范围内。

7、在本实用新型中，多个pcb框架构件可以具有不同长度，并且导电焊接区的面积和数目也可以根据具体需要变化。另外，pcb框架构件的高度可以灵活调整，以适应不同的驱动板(不同的客户需求会影响驱动板背面器件的高度)。取决于嵌入式pcb板正面的功率芯片的位置以及电子元器件的连接需要，可以选择不同数目和不同类型的pcb框架构件，并选择不同的排布方式来组成不同构型的pcb连接框架。在一个示例中，多个pcb框架构件可包括两种类型的框架构件，即第一pcb框架构件和第二pcb框架构件，其中所述第一pcb框架构件的长度与所述第二pcb框架构件的长度不同。应当理解，根据需要，也可以提供更多类型的pcb框架构件，均涵盖在本技术的范围内。

8、根据本实用新型的一个优选方案，pcb连接框架由多个不相连接的、彼此独立的pcb框架构件构成。由于各pcb框架构件独立存在，可根据实际布线或功率芯片分布自由排列位置，从而优化电路布局。并且，独立构件在热膨胀或机械振动过程中可相互独立移动，降低整体应力集中，提高可靠性。作为替代，pcb连接框架也可以是由多个pcb框架构件固定连接成一体式pcb连接框架。这种方案能够实现更高的机械强度，但可能会降低灵活性。绝缘基体材料可根据功率密度和热管理需求选择fr4、高tg材料和陶瓷基板。

9、在本实用新型的一个优选方案中，每个pcb框架构件在所述第一导电焊接区和所述第二导电焊接区之间的厚度为1mm至6mm，优选3mm。和现有技术中采用10mm左右的传统接插件或压接针的功率模块相比，pcb嵌入式功率模块的整体高度降低，有利于提高功率模块的集成度和体积利用率。虽然厚度减小，但通过多点焊接固定，依然能够提供足够的机械支撑，保证抗振动和抗热循环能力；相较于传统大型接插件或压接针，材料用量减少，pcb加工和焊接工艺更为简便，有利于批量化生产。

10、根据本实用新型的一个优选方案，嵌入式pcb板的正面包括对应于嵌设有功率芯片的第一区域和对应于未嵌设功率芯片的第二区域，其中pcb连接框架设置于第二区域。pcb连接框架如此布置，可以避开嵌入式pcb板中间发热最严重的区域(即框架中间空的区域)，减少从嵌入式pcb板传导到驱动板的热量，保证驱动板上的电子元器件的正常工作。并且，将pcb连接框架布置在未嵌设功率芯片的第二区域，不影响功率芯片的排布和电路设计。应当理解，在本实用新型中，第一区域和第二区域的划分可以根据功率芯片分布和布线需求灵活调整，pcb连接框架可以略微跨越第一区域边缘，但需确保不干扰功率芯片散热。

11、在本实用新型的一个方案中，pcb嵌入式功率模块还包括散热器，该散热器固定连接至该嵌入式pcb板的所述背面。散热器直接与嵌入式pcb板的背面接触，形成热传导通路，有效降低功率芯片工作温度；散热器的尺寸、厚度和材质可根据模块功率和散热需求进行设计，具有较高灵活性。

12、本实用新型还提供一种逆变器，其包括上述pcb嵌入式功率模块。pcb嵌入式功率模块提供功率转换、驱动及控制功能。通过将pcb嵌入式功率模块集成到逆变器中，可以实现紧凑的模块化设计，提高功率密度和电气性能。