[实用新型]一种有抗应力结构的电力电子模块

说明书

技术领域

本发明涉及一种有抗应力结构的电力电子模块产品，属于电力电子器件技术范畴。

背景技术

电力电子模块产品是电力电子器件的主导产品，因具有节能、多功能、智能化、环保等诸多优点，现广泛地应用于整流、变频、自动化等设备上。有资料表明，目前我国各种类型的电力电子模块产品年产销量约5亿只。

电力电子模块产品常见结构，如说明书附图1(剖面图)所示。每个产品用电力电子芯片(1)，垫上绝缘垫片(2)，焊接或烧结在金属底板(3)上，芯片通电流后产生的热量经过绝缘垫片和金属底板传到外界，芯片与外界的电气连接采用焊接或烧结若干铜片电极(6)，最后固定好绝缘外壳(5)，并在多余空间充填绝缘材料(7)，固定好绝缘上盖(4)，即制成了电力电子模块产品主体。

上述结构有其技术上的缺陷：因为铜片电极(6)的热膨胀系数与电力电子芯片(1)、绝缘垫片(2)、充填绝缘材料(7)等的热膨胀系数相差较大，产品在通、断电时，温差高达100度以上，就会在铜片电极(6)与其它结构件之间产业很强的内应力。铜片电极(6)需伸出模块体外与外电路相连接，在连接过程中，铜片电极(6)将会有折弯、紧固螺钉旋转等机械动作，又将在在铜片电极(6)上产业很强的外应力。内外应力均会对电力电子模块产品造成破坏。例如，拉断绝缘垫片(2)、拉伤电力电子芯片(1)等。此技术缺陷使电力电子模块产品的生产成品率降低，产品使用的安全可靠性下降，严重时将造成质量事故。

发明内容

为了解决传统电力电子模块产品的上述技术缺陷，消除或大幅度降低铜片电极上的各种应力，本实用新型设计出一种抗应力结构，用于电力电子模块中，在不增加生产成本的前提下，有效地解决了该技术缺陷，提高了产品的质量。

一种有抗应力结构的电力电子模块，其结构见说明书附图2(剖面图)所示，其特征在于：所述电力电子模块由电力电子芯片(1)、绝缘垫片(2)、金属底板(3)、绝缘上盖(4)、有抗应力作用的绝缘外壳(5)、有抗应力作用的带弧形铜片电极(6)和充填绝缘材料(7)组成。

与传统的电力电子模块相比较，其关键技术是废弃传统的铜片电极，改用有抗应力作用的带弧形铜片电极(6)；废弃传统的绝缘外壳，改用有抗应力作用的绝缘外壳(5)。将改进后的这二者紧密配合在一起，就组成了电力电子模块中的抗应力结构。理论与实验都证明，此种抗应力结构能消除或大幅度降低铜片电极上的各种应力。

有抗应力作用的带弧形铜片电极，零件结构形状见说明书附图3，其特征在于：所述带弧形铜片电极上设计有抗应力作用的弧形R和弧形的中部开有长方形的空孔C。由于弧形的存在，使铜片上可能产生的应力，通过弧度的增大或缩小得到了释放，好比热气(水)管道中的Ω形管。显见，弧形的半径R越大，抗应力的作用越强，但如弧形的半径R过大，将影响电力电子模块内部空间布局。在实践中，可根椐电力电子模块的型号规格来设计，一般取弧形的半径R为1.5～4毫米。

弧形铜片电极的中部设计空孔C，其作用是为了减小弧形区的弹力，增加抗应力的效果。显见，空孔的尺寸越长越宽越长，抗应力的作用越强，但如空孔的长度过长、宽度过宽，将影响铜片电极的导电和导热。在实践中，也要根椐电力电子模块的型号规格来设计，一般取空孔C的长度与弧形的弦长相同，空孔C的宽度为1.5～4毫米。

有抗应力作用的绝缘外壳，零件结构形状见说明书附图4，其特征在于：所述绝缘外壳上设计有凸起部分T，绝缘外壳上的穿铜片电极孔中还设计有三个方形夹紧柱条J。凸起部分T与带弧形铜片电极上的弧形部分R紧密配合，配合情况如说明书附图2所示，凸起部分T阻止了铜电极因受到拉伸力向上移动的可能。尤其是铜片电极伸出模块体外部分，因需与外电路相连接，铜片电极将会有折弯、紧固螺钉旋转等机械动作，铜电极上所受的外力将通过弧形部分R和凸起部分T直接传递到绝缘外壳上，避免了电力电子模块内部的核心元件受到应力的损伤。

有抗应力作用的绝缘外壳上的铜片电极穿孔中，还设计有三个方形夹紧柱条J，其功用之一是与插入的铜片电极可紧密接触配合，紧紧夹住铜片电极；功用之二是可以保证绝缘外壳外表面的平整度。实验发现，当不采用三根柱条状结构时，由于生产外壳所用的绝缘材料在成型时收缩不均匀，会在绝缘外壳外表面留下明显的穿孔痕迹，影响产品外表面的平整美观。方形夹紧柱条J截面的尺寸是根椐反复试验来确定的，试验结果认为，方形夹紧柱条J截面的边长以0.8～1.5毫米为妥。