專利名稱：螺母功率端子以及包括其的功率模塊和電路系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于功率模塊封裝技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于封裝功率模塊的螺母功率端子、以及使用該螺母功率端子進(jìn)行封裝的功率模塊、以及使用該功率模塊的印刷電路板。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體功率器件芯片(例如，半導(dǎo)體二極管功率器件芯片、IGBT芯片、功率MOSFET芯片)通常采用模塊化封裝形成功率模塊，功率模塊廣泛應(yīng)用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)、電源、輸變電等
坐寸ο對于功率模塊，模塊的高度通常反映功率端子的電極長度L，根據(jù)電感H的計(jì)算公式H=LXi/iA/i，L越大，封裝所產(chǎn)生的雜生電感H越大；通常地，雜生電感H越大，使功率模 塊在應(yīng)用時(shí)需要相應(yīng)設(shè)計(jì)匹配要求比較高的吸收電路。因此，功率模塊的高度的越高其電氣性能越差。另外，功率模塊的高度的越高，導(dǎo)致其在印刷電路板(PCB)上應(yīng)用時(shí)，功率模塊的高度大大高于其他器件(例如電阻、電容)的高度，從而PCB的高度基本由功率模塊的高度決定，進(jìn)而影響PCB的結(jié)構(gòu)緊湊化，使PCB的體積和成本難以降低。功率模塊的高度越高，其體積也越大，消耗的材料也越多(例如，功率端子的電極使用的銅材也越多)，從而也限制功率模塊的成本降低和重量的降低。當(dāng)前地，功率模塊的高度為30mm或38mm左右，其能帶來較大電感量的雜生電感L，并且體積大、成本高。圖I所示為現(xiàn)有技術(shù)的功率模塊的俯視圖；圖2所示為現(xiàn)有技術(shù)的功率模塊的主視圖；圖3所示為現(xiàn)有技術(shù)的功率模塊的右視圖。結(jié)合圖I至圖3對功率模塊100進(jìn)行說明。在圖I至圖3實(shí)例中，功率模塊100包括底板110，其設(shè)置于功率模塊110的底端，在底板110上設(shè)置直接鍵合銅(Direct Bonding Copper，DBC)基板120，一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體功率器件芯片140被貼裝至DBC基板120的預(yù)定位置，在該實(shí)施例中，半導(dǎo)體功率器件芯片140為功率二極管芯片，其封裝后形成二極管功率模塊110。半導(dǎo)體功率器件芯片140通過鋁絲形式的連接橋150在功率模塊內(nèi)部進(jìn)行引線連接。彎折電極130通過彎折銅片形成，銅片的一端彎折地接觸于DBC基板120的表面上，其另一端在功率模塊的上表面彎折(如圖2和圖3中虛線所示)形成彎折電極130，彎折電極130的引出口對準(zhǔn)螺母160，從而，在需要從彎折電極130固定引出時(shí)，可以通過螺絲對準(zhǔn)彎折電極130的引出口而擰緊在的螺母160上，引出端方便地固定在彎折電極130上，因此，彎折電極130與螺母160組合用來形成功率端子。進(jìn)一步，功率模塊100還包括外殼120以及填充與外殼120之內(nèi)的空隙處的硅凝膠170。圖I至圖3所示的功率模塊100的彎折電極130采用銅片彎折形成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，彎折電極130的高度難以降低，從而也影響功率模塊的高度難以降低(當(dāng)前最低能降至17_)。因此，也具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、雜生電感L電感量大、體積大、成本高的特點(diǎn)。[0009]另外，專利申請?zhí)枮镃N201010530403、實(shí)用新型名稱為“一種新型封裝結(jié)構(gòu)”的中國專利和專利申請?zhí)枮镃N201010530417、實(shí)用新型名稱為“一種緊湊型功率?！钡闹袊鴮＠?，也揭示了類似于圖I至圖3所示實(shí)施例的功率模塊結(jié)構(gòu)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的之一在于，降低功率模塊的高度以減小其雜生電感的電感量。本實(shí)用新型的又一目的在于，簡化功率模塊的結(jié)構(gòu)并縮小其體積。本實(shí)用新型的還一目的在于，降低功率模塊的成本和重量。為實(shí)現(xiàn)以上目的或者其他目的，本實(shí)用新型提供以下技術(shù)方案。 按照本實(shí)用新型的一方面，提供一種螺母功率端子，用于封裝功率模塊，所述螺母功率端子的下表面固定設(shè)置于所述功率模塊的直接鍵合銅基板上，所述螺母功率端子的上表面上設(shè)置有用于固定引出端的內(nèi)螺紋孔。按照本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例的螺母功率端子，其中，所述螺母功率端子的高度大于或等于3. 7毫米且小于或等于4. 3毫米。在之前所述任意實(shí)施例的螺母功率端子中，優(yōu)選地，所述內(nèi)螺紋孔的深度為所述螺母功率端子的高度的70%至95%。在之前所述任意實(shí)施例的螺母功率端子中，優(yōu)選地，所述螺母功率端子的下表面通過焊片焊接固定于所述直接鍵合銅基板上。在之前所述任意實(shí)施例的螺母功率端子中，優(yōu)選地，所述螺母功率端子為六角螺母形狀。在之前所述任意實(shí)施例的螺母功率端子中，優(yōu)選地，所述螺母功率端子的材料為銅。在之前所述任意實(shí)施例的螺母功率端子中，優(yōu)選地，所述內(nèi)螺紋孔位于所述螺母功率端子的上表面的中央。按照本實(shí)用新型的又一方面，提供一種功率模塊，其包括底板；設(shè)置于所述底板之上的直接鍵合銅基板；功率器件芯片；以及以上所述及的任一種螺母功率端子。優(yōu)選地，所述功率模塊還包括外殼和填充在所述外殼內(nèi)的硅凝膠。具體地，所述功率器件芯片可以為半導(dǎo)體二極管功率器件芯片按照本實(shí)用新型的還一方面，提供一種電路系統(tǒng)，其包括印刷電路板；以及設(shè)置于所述印刷電路板上的以上所述及的任一種功率模塊。本實(shí)用新型的技術(shù)效果是，使用螺母功率端子從DBC基板上直接引出來實(shí)現(xiàn)功率模塊的封裝時(shí)，功率模塊的高度小，由螺母功率端子所導(dǎo)致產(chǎn)生的雜生電感的電感量小，功率模塊結(jié)構(gòu)簡單、成本低、體積小、重量輕，易于實(shí)現(xiàn)超薄化封裝。

[0032]從結(jié)合附圖的以下詳細(xì)說明中，將會使本實(shí)用新型的上述和其他目的及優(yōu)點(diǎn)更加完全清楚，其中，相同或相似的要素采用相同的標(biāo)號表示。圖I是現(xiàn)有技術(shù)的功率模塊的俯視圖。圖2是現(xiàn)有技術(shù)的功率模塊的主視圖。圖3是現(xiàn)有技術(shù)的功率模塊的右視圖。圖4是按照本實(shí)用新型一實(shí)施例的功率模塊的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是圖4所示功率模塊的主視圖。圖6是圖4所示功率模塊在封裝外殼之后的、帶部分剖面結(jié)構(gòu)的主視圖。圖7是圖4所示實(shí)施例的功率模塊中所使用的螺母功率端子的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖8是圖7所示實(shí)施例的螺母功率端子的主視圖；圖9是圖8所示實(shí)施例的螺母功率端子的A-A截面圖；圖10是圖8所示實(shí)施例的螺母功率端子的B-B截面圖。
具體實(shí)施方式
下面介紹的是本實(shí)用新型的多個(gè)可能實(shí)施例中的一些，旨在提供對本實(shí)用新型的基本了解，并不旨在確認(rèn)本實(shí)用新型的關(guān)鍵或決定性的要素或限定所要保護(hù)的范圍。容易理解，根據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)方案，在不變更本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)精神下，本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員可以提出可相互替換的其他實(shí)現(xiàn)方式。因此，以下具體實(shí)施方式
以及附圖僅是對本實(shí)用新型的技術(shù)方案的示例性說明，而不應(yīng)當(dāng)視為本實(shí)用新型的全部或者視為對本實(shí)用新型技術(shù)方案的限定或限制。本文中，“上”、“下”和“底面”等方位術(shù)語是相對于附圖中的功率模塊在正常使用狀態(tài)時(shí)的置放方位來定義的，例如，在附圖中，相對于功率模塊來說，其高度方向定義為z坐標(biāo)方向，其寬度方向定義為y坐標(biāo)方向，其長度方向定義為X坐標(biāo)方向，“上”、“下”和“底面”等方位術(shù)語在以下描述中是相對z坐標(biāo)來說的。并且，應(yīng)當(dāng)理解到，這些方向性術(shù)語是相對的概念，它們用于相對于的描述和澄清，其可以根據(jù)功率模塊所放置的方位的變化而相應(yīng)地發(fā)生變化。在本文中，功率模塊的端子按用途可以分為功率端子和信號端子，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，功率端子是相對較大電流的通流端；而信號端子是較小電流的通流端，其能控制功率端子的大電流的流通或者關(guān)閉。圖4所示為按照本實(shí)用新型一實(shí)施例的功率模塊的立體結(jié)構(gòu)示意圖，其中，使用了本實(shí)用新型一實(shí)施例的螺母功率端子430 (如圖所示為兩個(gè)螺母功率端子430a和430b);圖5所示為圖4所示功率模塊的主視圖；圖6所示為圖4所示功率模塊在封裝外殼460之后的、帶部分剖面結(jié)構(gòu)的主視圖；圖7所示為圖4所示實(shí)施例的功率模塊中所使用的螺母功率端子的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖8所示為圖7所示實(shí)施例的螺母功率端子的主視圖；圖9所示為圖8所示實(shí)施例的螺母功率端子的A-A截面圖；圖10所示為圖8所示實(shí)施例的螺母功率端子的B-B截面圖。結(jié)合圖4至圖7所示，詳細(xì)說明本實(shí)施例的螺母功率端子和功率模塊。在該實(shí)施例中，功率模塊400包括底板410，其用作功率模塊400的其他部件的主要載體，底板410可以采用銅(Cu)、鋁碳化硅(AlSiC)材料制成，其在X方向的長度和在y方向的寬度的設(shè)置，可以根據(jù)其所承載的部件的體積參數(shù)來設(shè)置。功率模塊400的DBC基板420可以固定設(shè)置于底板410上，需要理解的是，DBC基板420的具體類型及形狀不受本實(shí)用新型實(shí)施例限制。功率器件芯片440可以貼裝在DBC基板420表面上，功率器件芯片440具體地為半導(dǎo)體二極管功率器件芯片，但是，功率器件芯片440的數(shù)量以及具體種類并不受本實(shí)用新型實(shí)施例限制，例如，在其他實(shí)施例中，功率器件芯片可以包括一個(gè)IGBT芯片和一個(gè)用作IGBT的續(xù)流二極管的半導(dǎo)體二極管功率器件芯片。功率器件芯片440可以通過引線450對各個(gè)焊盤(Pad)進(jìn)行引線鍵合，引線鍵合的具體形式也不受本實(shí)用新型圖示實(shí)施例限制。在DBC基板420上還固定設(shè)置有多個(gè)螺母功率端子430 (例如430a和430b)，具體地，螺母功率端子430a和430b的下表面433可以通過高溫焊片(圖中未示出)焊接固定在DBC基板420上。螺母功率端子430a和430b優(yōu)選地為六角螺母形狀，這樣也有利于減小螺母功率端子在DBC基板上所占用的面積。螺母功率端子430a和430b的高度優(yōu)選地設(shè)置在3. 7-4. 3mm，例如，可以設(shè)置為4mm，這樣可以大大降低功率端子的高度，從而大大降低功率模塊400的厚度，，顯著減小螺母功率端子所導(dǎo)致的雜生電感的電感量。并且，螺母功 率端子430a和430b的高度較低，也降低了螺母功率端子的耗材，降低了其制備成本，易于實(shí)現(xiàn)超薄化封裝。具體地，螺母功率端子430a和430b可以采用銅材料制備形成。螺母功率端子430的上表面431上設(shè)置有內(nèi)螺紋孔435 (如圖6至圖10所示)，在引出螺母功率端子430時(shí)，內(nèi)螺紋孔435用于固定引出端(圖中未示出)。具體地，引出端可以通過與內(nèi)螺紋孔435配合的螺絲之間擰緊以實(shí)現(xiàn)固定，內(nèi)螺紋孔435的深度優(yōu)選地是螺母功率端子430的高度的70%至95%，例如，內(nèi)螺紋孔435的深度設(shè)置為3. 5mm(螺母功率端子430的高度為4mm時(shí))。內(nèi)螺紋孔435較佳地設(shè)置在螺母功率端子430的上表面431的中央處。因此，螺母功率端子430不但能方便地將DBC基板420的大電流信號引出(或偏置大電流信號至DBC基板420上)，而且整體結(jié)構(gòu)簡單，使功率模塊400的結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、成本低。功率模塊400還包括外殼460(如圖6所示)，外殼460內(nèi)部的各個(gè)部件之間的空隙被填充了硅凝膠等材料(圖中未示出)，在功率模塊400的整體高度降低的情況下，外殼460的耗材減少、使用的硅凝膠等材料也減少，因此，有利于進(jìn)一步降低功率模塊400的重量和成本。在使用如圖4至圖6所示實(shí)施例功率模塊400固定于PCB板上形成電路系統(tǒng)時(shí)，該電路系統(tǒng)可能還包括固定設(shè)置于該P(yáng)CB板上的其他電子元器件(例如，電阻和電容等)。由于相對其他電子元器件，功率模塊具有體積大、高度高的特點(diǎn)，因此,該系統(tǒng)的高度主要由功率模塊400決定，在功率模塊400的高度相對降低時(shí)，也大大有利于降低該電路系統(tǒng)的高度。以上的實(shí)施例描述主要說明了本實(shí)用新型的螺母功率端子、使用該螺母功率端子封裝的功率模塊以及使用該功率模塊的電路系統(tǒng)。為描述的清楚和簡明，并沒有對圖中所示的所有多個(gè)部件進(jìn)行描述。附圖中示出了多個(gè)部件為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員提供本實(shí)用新型的完全能夠?qū)崿F(xiàn)的公開內(nèi)容。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，許多部件的操作都是熟悉而且明顯的。另外，盡管只對其中一些本實(shí)用新型的實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，本實(shí)用新型可以在不偏離其主旨與范圍內(nèi)以許多其他的形式實(shí)施。因此，所展示的例子與實(shí)施方式被視為示意性的而非限制性的，在不脫離如所附各權(quán)利要求所定義的本實(shí)用新型精神及范圍的情況下，本 實(shí)用新型可能涵蓋各種的修改與替換。
權(quán)利要求1.一種螺母功率端子，用于封裝功率模塊，其特征在于，所述螺母功率端子的下表面固定設(shè)置于所述功率模塊的直接鍵合銅基板上，所述螺母功率端子的上表面上設(shè)置有用于固定引出端的內(nèi)螺紋孔。
2.如權(quán)利要求I所述的螺母功率端子，其特征在于，所述螺母功率端子的高度大于或等于3. 7毫米且小于或等于4. 3毫米。
3.如權(quán)利要求I或2所述的螺母功率端子，其特征在于，所述內(nèi)螺紋孔的深度為所述螺母功率端子的高度的70%至95%。
4.如權(quán)利要求I或2所述的螺母功率端子，其特征在于，所述螺母功率端子的下表面通過焊片焊接固定于所述直接鍵合銅基板上。
5.如權(quán)利要求I或2所述的螺母功率端子，其特征在于，所述螺母功率端子為六角螺母形狀。
6.如權(quán)利要求I或2所述的螺母功率端子，其特征在于，所述內(nèi)螺紋孔位于所述螺母功率端子的上表面的中央。
7.—種功率模塊，其特征在于，包括 底板； 設(shè)置于所述底板之上的直接鍵合銅基板； 功率器件芯片；以及 如權(quán)利要求I至6中任一項(xiàng)所述的螺母功率端子。
8.如權(quán)利要求7所述的功率模塊，其特征在于，所述功率模塊還包括外殼和填充在所述外殼內(nèi)的娃凝膠。
9.一種電路系統(tǒng)，其特征在于，包括 印刷電路板；以及 設(shè)置于所述印刷電路板上的如權(quán)利要求7所述的功率模塊。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種螺母功率端子以及包括其的功率模塊和電路系統(tǒng)，屬于功率模塊封裝技術(shù)領(lǐng)域。本實(shí)用新型提供的螺母功率端子用于封裝功率模塊，其下表面固定設(shè)置于所述功率模塊的直接鍵合銅(DBC)基板上，其上表面上設(shè)置有用于固定引出端的內(nèi)螺紋孔。使用該螺母功率端子封裝的功率模塊的高度小，由螺母功率端子所導(dǎo)致產(chǎn)生的雜生電感的電感量小，并且功率模塊結(jié)構(gòu)簡單、成本低、體積小、重量輕，易于實(shí)現(xiàn)超薄化封裝。
文檔編號H01L25/00GK202502992SQ20112055016
公開日2012年10月24日 申請日期2011年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月26日
發(fā)明者周錦源 申請人:江蘇宏微科技有限公司