一种IGBT模块焊接夹具

技术领域

本申请涉及焊接夹具技术领域，具体而言，涉及一种IGBT模块焊接夹具。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)是由双极型三极管（Bipolar Junction Transistor，BJT）和绝缘栅型场效应管（Metal OxideSemiconductor，MOS）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有电力场效应晶体管（Power MOSFET）的高输入阻抗和电力晶体管（Giant Transistor，GTR）的低导通压降两方面的优点。随着节能环保等理念的推进，IGBT在市场上越来越多见，在轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车与新能源装备等领域得到广泛应用。在实际应用中，IGBT芯片往往不能单独使用，需要与其它芯片进行封装后，才成为具备应用性功能的IGBT模块。在封装过程中，需要先将IGBT芯片和其他芯片（如FRD/NTC等）焊接在DBC基板上，再将焊接有芯片的DBC基板焊接在散热底板上，才能制成具有应用功能的IGBT模块。

为保证焊接过程中DBC基板和散热底板的相对位置不会变动，需要使用焊接夹具。在焊接之前，将焊接有芯片的DBC基板和散热底板固定在夹具内，焊接完成后再拆除焊接夹具，将焊接完成的产品送入清洗夹具中。

目前现有的焊接夹具为单次只夹持一个IGBT模块，并且为了适应焊接生产线，现有的焊接夹具需要搭配输送的网状框和承载座使用。整个焊接过程不仅效率低，而且无法适用自动化生产线。另外，焊接过程中，助焊剂往往会黏连到焊接夹具上，需要使用撬棒等辅助工具协助拆卸焊接夹具，整个操作过程存在划伤产品的风险。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种IGBT模块焊接夹具，其能够提升焊接效率，同时设计了辅助焊接夹具拆卸的拆卸件，降低了焊接夹具拆卸难度。

提供了一种IGBT模块焊接夹具，所述IGBT模块包括散热底板和DBC基板，所述焊接夹具包括：

底座，包括多个间隔设置的支撑区和围绕每个所述支撑区设置的多个支撑柱，所述支撑区内设有中空区域，每个所述支撑区用于放置一个所述散热底板，每个支撑区内设有顶出孔，所述散热底板放置在所述支撑区后不遮挡所述顶出孔；

限位框，布置在所述支撑柱上并盖设于多个所述支撑区，所述限位框用于将所述DBC基板固定在所述散热底板上；

拆卸件，包括多个间隔设置的顶出块，所述顶出块与所述支撑区一一对应设置，所述拆卸件还包括多个设置在每个所述顶出块四周的定位柱，所述定位柱的高度值大于其包围的所述顶出块的高度值，在拆卸过程中，所述定位柱穿过所述顶出孔顶起所述DBC基板，所述顶出块穿过所述中空区域顶出所述散热底板。

在一种实施方案中，所述限位框的数量为多个，每个所述支撑区上设置一个所述限位框，每个所述限位框的下表面设有接触脚，所述接触脚远离所述限位框的端设为尖角。

在一种实施方案中，所述限位框内设为中空十字结构，沿所述中空十字结构设有多个接触脚。

在一种实施方案中，所述多个接触脚包括第一接触脚和第二接触脚，所述第一接触脚设在所述中空十字结构的内周边，并朝向所述限位框内凸出设置，所述第一接触脚设为单斜边的尖角，所述第一接触脚的单斜边背向所述限位框内设置；所述第二接触脚设在所述中空十字结构的下方，所述第二接触脚设为双斜边的尖角。

在一种实施方案中，每个所述支撑区放置所述散热底板的深度大于所述散热底板的厚度预定值。

在一种实施方案中，每个所述支撑区的四个角设有与散热底板接触的支撑座，所述顶出孔开设在每个所述支撑座的中间位置，所述顶出孔的内径小于等于所述散热底板的四个角的开孔的内径。

在一种实施方案中，所述底座的宽度适配焊接IGBT模块的输送辊道的宽度，多个所述支撑区沿平行IGBT模块输送方向和/或垂直IGBT模块输送方向间隔排布在所述底座内。

在一种实施方案中，沿预设方向相邻的两个所述顶出块的高度相差第一预设值，所述定位柱的高度值大于其包围的所述顶出块的高度值第二预设值，所述预设方向为平行IGBT模块输送方向或垂直IGBT模块输送方向。

在一种实施方案中，所述底座的四个角均设为圆角，所述底座的四个角上设有叠放角，多个所述底座通过所述叠放角固定堆放。

在一种实施方案中，所述底座的材质为铝合金材质，所述限位框的材质为钛合金材质。

在一种实施方案中，所述顶出块的材质为POM材质，所述定位柱的材质为不锈钢材质，所述顶出块与所述定位柱为采用螺丝固定。

本申请中的IGBT模块焊接夹具具有的有益效果：

底板采用整体结构，使IGBT模块以适当的角度和位置排列，满足了IGBT功率模块焊接效果的要求，大大提高了IGBT功率模块的焊接效率，高效完成焊接作业同时提高了模块的可靠性。配套设计辅助拆卸的拆卸件，提升了夹具拆卸效率，降低了因拆卸夹具造成的产品不良率。整个焊接夹具的结构采用分体组装式，降低了夹具的维护成本，局部损坏不需要整个夹具完全报废。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为根据本申请实施例示出的一种IGBT模块焊接夹具的结构示意图；

图2为图1的侧视图；

图3为根据本申请实施例示出的一种使用IGBT模块焊接夹具同时拆卸多个IGBT模块的结构示意图；

图4为根据本申请实施例示出的一种底座的结构示意图；

图5为根据本申请实施例示出的一种拆卸件的结构示意图；

图6为图5的俯视图；

图7为图5的主视图；

图8为根据本申请实施例示出的一种限位框的结构示意图；

图9为根据本申请实施例示出的一种限位框的主视图；

图10为图8的侧视图；

图11为根据本申请实施例示出的一种多个底座叠放放置的结构示意图。

10、散热底板；20、DBC基板；100、底座；110、支撑区；111、中空区域；112、顶出孔；113、叠放角；114、支撑座；120、支撑柱；200、限位框；210、接触脚；211、第一接触脚；212、第二接触脚；220、中空十字结构；300、拆卸件；310、顶出块；311、第一顶出块；312、第二顶出块；313、第三顶出块；320、定位柱。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

IGBT芯片不能单独使用，需要将芯片进行封装后，才具备应用性功能。而封装过程中，通常需要进行1-2次的焊接，将IGBT芯片和其他芯片（如FRD/NTC等）焊接在DBC基板（一种铜箔基板）上，再将DBC基板焊接在散热底板上，然后再经过清洗、组装、键合、灌胶、测试等工序，才能制成具有应用功能的IGBT模块。IGBT模块的制造流程为“散热底板上锡膏印刷—贴芯片—利用夹具在散热底板上装配DBC基板—焊接—拆夹具—清洗”。为保证焊接过程中DBC基板散热底板相对位置不会变动，焊接之前需要将IGBT模块所需要焊接的散热底板、贴好芯片的DBC基板装配在焊接夹具中，焊接完成后再拆除焊接夹具。

图1为根据本申请实施例示出的一种IGBT模块焊接夹具的结构示意图，参见图1-图3，IGBT模块包括散热底板10和DBC基板20，焊接夹具包括底座100、限位框200和拆卸件300。

参见图1，底座100包括多个间隔设置的支撑区110和围绕每个支撑区110设置的多个支撑柱120，每个支撑区110内设有中空区域111，每个支撑区110用于放置一个散热底板10，每个支撑区110内设有顶出孔112，散热底板10放置在支撑区110后不遮挡顶出孔112。

参见图4，限位框200布置在支撑柱120上并盖设于多个支撑区110，限位框200用于将DBC基板20固定在散热底板10上。

参见图5-图7，拆卸件300包括多个间隔设置的顶出块310，顶出块310与支撑区110一一对应设置，拆卸件300还包括多个设置在每个顶出块310四周的定位柱320，定位柱320的高度值L1大于其包围的顶出块310的高度值L2，在拆卸过程中，定位柱320穿过顶出孔112顶起DBC基板20，顶出块310穿过中空区域111顶出散热底板10。

在上述实施过程中，IGBT模块焊接夹具采用分体组装式，能够提升焊接效率，同时设计了拆卸件辅助拆卸焊接夹具，降低了焊接后夹具拆卸难度。整体结构上能使多个IGBT模块以合理的角度和位置排列，不再是单次只固定一个IGBT模块，这种多个IGBT模块排布并同时输送，不仅满足了IGBT功率模块焊接效果的要求，还能适应全自动化生产线，提高模块的焊接可靠性。并且，底座使用整体设计，相较于单个模块焊接，焊接效率提升3倍。同时，焊接夹具整个为分体组装式的结构，局部损坏不需要整个夹具完全报废，降低了夹具的维护成本。

由于锡膏焊接后会出现大量的助焊剂挥发物，焊接完成后黏连到限位框上，导致限位夹具难以拆除。为解决这个问题，在本实施例中，限位框200的数量为多个，每个支撑区110上设置一个限位框200，每个限位框200的下表面设有接触脚210，接触脚210远离所述限位框的端设为尖角（参见图10）。通过减少接触面积，降低限位夹具拆卸困难。此外，焊接设备如果使用真空回流焊，采用热风循环法焊接，焊接夹具会阻挡热风循坏，为解决此问题，在本实施例中，限位框200内设为中空十字结构220，沿中空十字结构220设有多个接触脚210。

在一种实施方案中，为减少限位框的接触面积，多个接触脚210包括第一接触脚211和第二接触脚212，第一接触脚211设在中空十字结构220的内周边，并朝向限位框200内凸出设置，第一接触脚211设为单斜边的尖角，第一接触脚211的单斜边背向限位框200内设置；第二接触脚212设在中空十字结构220的下方，第二接触脚212设为双斜边的尖角（见图8和图10）。

在本实施例中，底座100采用铝合金材质，加工完成后做硬氧表面处理，既降低了焊接夹具的整体重量，又增加了焊接夹具的耐磨性和不易变形特性。限位框200采用钛合金材质，相比铝合金，钛合金有更好的硬度及不易变形、不易断裂特性。

在一种实施方案中，由于焊接夹具会阻挡热风循坏，为了减少支撑区与散热底座的接触面积，降低散热底板与底座接触而造成的产品品质异常，在支撑区的四个角支撑散热底板，其它位置均为中空，每个支撑区110的四个角内均设有与散热底板10接触的支撑座114，具体参见图4，顶出孔112开设在每个支撑座的中间位置，顶出孔112的内径小于等于散热底板10的四个角的开孔的内径。

此外，为方便焊接后拆除限位框，每个支撑区放置散热底板的深度大于散热底板10的厚度预定值（即通过降低散热底座的位置增加散热底座与限位框的间距）。或，每个支撑柱120的高度加高设置预定值（即通过提限位框的位置增加散热底座与限位框的间距）。在本申请中，该预定值根据DBC基板变形量、锡膏厚度和焊接工艺参数设置，可以设在0.2mm-0.6mm，在一个实施例中，支撑区放置散热底板的深度大于散热底板10的厚度0.3mm，这样限位框不直接接触到散热底板，焊接完成溢出来的柱焊接不会黏连到限位框，便于拆卸限位框。

在一种实施方案中，底座100的宽度适配焊接IGBT模块的输送辊道的宽度，多个支撑区110沿平行IGBT模块输送方向和/或垂直IGBT模块输送方向间隔排布在底座100内。在一个可实施例中，可参见图4，在底座内设计3x4排列的支撑区，在满足输送宽度的前提下，可排列出满足焊接要求的支撑区数量。

在一种实施方案中，沿预设方向相邻的两个顶出块310的高度相差第一预设值，预设方向为平行IGBT模块输送方向或垂直IGBT模块输送方向，相邻两排顶出块310的高度相差可以为20-30mm。在一个可实施例中，参见图5，第一顶出块311比第二顶出块312高，且第三顶出块313比第二顶出块312高。或第一顶出块311比第二顶出块312高，且第二顶出块312比第三顶出块313高。只要相邻的不同高即可。使用拆卸后出现层次差异，方便拆卸夹具及IGBT模块产品。定位柱320的高度值大于其包围的顶出块310的高度值第二预设值，实现拆卸件300先顶起限位框200再顶起散热底板10。

在一种实施方案中，底座100的四个角均设为圆角，为解决底座存放困难，底座100的四个角上设有叠放角113（参见图1），多个底座100通过叠放角113固定堆放(参见图11)。设置叠放角使得焊接夹具可叠放放置，避免焊接夹具混乱摆放造成的夹具损伤，同时提升了焊接夹具的保养效率。

在一种实施方案中，为保护焊接完成的产品散热底板与拆卸焊接夹具接触导致损伤，拆卸件与散热底板接触的部分，即顶出块310的材质为POM材质，硬度比散热底板低，不会因摩擦而损伤散热底板。定位柱320的材质为不锈钢材质，顶出块310与定位柱320为采用螺丝固定。采用螺丝固定，局部零件损坏可单独更换，避免因焊接夹具局部损坏而需要报废。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。