一种集成电学器件的功率模块端子的制作方法

1.本实用新型涉及功率模块的封装技术领域，尤其涉及一种集成电学器件的功率模块端子。


背景技术：

2.功率模块是电力电子器件如金属氧化物半导体(功率mos管)、绝缘栅型场效应晶体管(igbt)、快恢复二极管(frd)按一定的功能组合封装成的电力开关模块，其主要用于电动汽车、光伏发电、风力发电、工业变频等场合下的功率转换。功率模块端子作为模块中信号及功率输入输出部件，对模块的电学性能、使用的安全可靠性具有重要作用。
3.如图1和图2所示，现有技术中常见的功率模块端子由底座6和插针5组成，底座6和插针5均为金属结构，插针5的下端插入底座6的通孔61中实现固定，底座6与功率模块内部基板8上表面电路层连接，插针5与外部pcb板7连接。功率模块端子起到外部pcb电路与功率模块内部电路的电学连接作用，其内部未集成具有其他功能的电学器件，但随着模块功率密度的提升及封装结构的小型化，外部pcb电路及模块内部电路中有限的空间内无法容纳更多的电学器件，限制了功率模块的功能拓展；而且上述结构的端子在底座焊接过程中，熔化的焊锡会进入通孔，在毛细作用下，熔化的焊锡的液面会高于外部液面，甚至与插针底面接触，不利于功率模块端子缓解机械应力，降低了安全性和可靠性。


技术实现要素：

4.实用新型目的：本实用新型的目的是提供一种具有电学功能且不改变封装结构的功率模块端子。
5.技术方案：本实用新型的集成电学器件的功率模块端子包括连接部和用于连接pcb板的上插针，连接部为中空结构，连接部的内部集成有电学器件，且具有使电学器件端部与插针或基板电连接形成电流通路的上导电层和下导电层。
6.电学器件的端部与导电层冶金连接或机械连接。冶金连接方式包括软钎焊、激光焊接、烧结；机械连接方式为：电学器件的两端分别通过压块和弹性连接件与上导电层或下导电层贴合并实现电连接。
7.功率模块端子还包括用于连接基板的下插针，或下导电层包括用于连接基板的冶金连接部。连接部包括避免电学器件端部短路的绝缘层和用于保护电学器件防止其受到端子各组成部分相对位移产生的机械应力影响的支撑层。绝缘层和导电层机械或冶金连接。绝缘层和支撑层机械或冶金连接，或支撑层由绝缘材料制成并与导电层机械或冶金连接，不单独设置绝缘层。
8.有益效果：与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：电流或其他形式的电信号通过上段插针
‑
连接部
‑
下段插针或相反的路径进行传递，使端子成为了具有电学功能的部件且不改变封装结构，在实现功能拓展的同时满足封装小型化的需求，实现了封装空间的有效利用，避免了焊锡对功率模块端子机械连接结构的影响，缓解了端子的机械应力，提高
了模块使用的安全可靠性。
附图说明
9.图1为现有技术中功率模块结构图；
10.图2为现有技术中端子结构图；
11.图3为本实用新型实施例1的端子结构图；
12.图4为本实用新型实施例1端子在功率模块中的布置图；
13.图5为实施例1的剖面图和局部放大图；
14.图6为实施例1的导电层局部放大图；
15.图7为实施例2连接部的放大图；
16.图8为本实用新型插针螺纹连接方式示意图；
17.图9为实施例3的剖面图；
18.图10为实施例4的剖面图；
19.图11为本实用新型上插针的结构图；
20.图12为本实用新型下插针的结构图。
具体实施方式
21.下面结合附图对本实用新型的技术方案作进一步说明。
22.如图3所示，实施例1集成电学器件的功率模块端子包括用于连接pcb板的上插针1、用于连接基板8的下插针3和连接部2，上插针1和下插针3插接在连接部2中组成端子；如图4所示，上插针1与pcb板7连接，下插针3与基板8连接，连接部2的内部集成有电学器件4，电学器件可以是电阻、电容、电感器件等，可进行串联或并联。
23.如图5所示，连接部2是多层材料的复合结构，包括上导电层22、下导电层29、绝缘层23和支撑层21，上导电层22、下导电层29具有用于与电学器件端部41、42机械连接或冶金连接的连接面，连接部2的各层材料通过机械或冶金结合实现连接，例如铆接、活性金属钎焊等。导电层22、29的作用是连接电学器件端部41、42，并与插针1、3或基板8机械或冶金连接，为电学器件提供电流通路，机械连接包括铆接、粘接等方法，冶金连接包括活性金属钎焊、高温扩散焊接等方法，导电层的材料为纯铜、铜合金、铝、铝合金、不锈钢等金属材料，表面无镀层或镀金、银、镍、锡等可焊金属材料中的一种或多种；绝缘层23的作用是避免电学器件端部41、42短路，其材料可以采用陶瓷、玻璃等无机材料或聚酰亚胺、聚酯薄膜等有机材料，也可以采用由无机、有机两类材料加工而成的混合绝缘材料；支撑层21的作用是承受端子结构各部件相对位移而产生的机械应力，保护电学器件4不受机械应力的损坏，其材料可以采用纯铜、铜合金、铝、铝合金、不锈钢等金属材料，或有机玻璃、高强度纤维等有机材料。本实施例的端子通过下插针3的下端与模块基板8连接，若采用软钎焊接的工艺方法，焊锡爬锡情况无法对端子的机械连接结构产生影响，从而保证了端子机械连接结构对应力的缓冲作用，上插针1分为非插接部11和插接部12，非插接部和插接部的连接处设置有凸起13，以便于控制插接深度，防止插针对电学器件4的损伤。插针与导电层22过盈配合，如图6所示，上述过盈配合连接方式中，导电层端部设置有倒角结构24，以方便生产制造过程中的插装。
24.如图7所示，实施例2电学器件4的上端部41、下端部42分别与上导电层22、下导电层29机械连接，其端部通过压力接触分别实现与上下导电层的电流通路，电学器件的某一端部嵌入压块26中，另一端部接触弹性连接件27，弹性连接件27向电学器件4端部方向弯曲，在弹性连接件产生弹性变形的作用下，上导电层、压块、电学器件、弹性连接件、下导电层紧密接触并形成电流通路。
25.如图8所示，插针还可以与导电层通过螺纹连接，导电层具有内螺纹，插针与插针外螺纹为一体式或分体式，若为分体式则插针与插针外螺纹通过过盈配合连接。
26.如图9所示，实施例3取消了下插针，连接部2的下导电层29直接与基板进行冶金连接，冶金连接可以采用软钎焊接、激光焊接、烧结、超声焊接等方法。为保证良好的连接效果，下导电层29相对于绝缘层22及支撑层21延伸出一定长度，且具有适合与基板冶金连接的结构(如焊脚等)。若采用软钎焊接的工艺方法，因为连接部导电层的上部和下部并非连续，而是在中间有间隔，焊锡爬锡的最上限为下导电层最上部，不会越过中间间隔爬入上导电层，从而保证了焊锡爬锡不会对端子机械连接结构产生影响，保证了端子机械连接结构对应力的缓冲作用。
27.如图10所示，也可以不设置绝缘层，采用玻纤材料、环氧树脂等高强度绝缘材料制成同时具备绝缘和支撑功能的支撑层21。
28.如图11所示，上插针1的上端为插入pcb板的焊接结构14或直接插入pcb板的免焊接结构15。如图12所示，当端子通过下插针与基板连接时，下插针与基板连接段具有适合于软钎焊接、激光焊接、烧结、超声焊接等工艺方法的焊脚结构31。上插针1和下插针3的截面为圆形或多边形，材料可采用纯铜或铜合金材料，表层为裸铜或或镀金、银、镍、锡等可焊金属材料中的一种或多种。