適用于三端功率器件的薄型封裝模塊的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種適用于三端功率器件的薄型封裝模塊，其包括封裝基板以及位于所述封裝基板上的功率開關(guān)電路，在所述封裝基板上壓蓋有與封裝基板匹配的封裝殼體，功率開關(guān)電路位于封裝殼體內(nèi)；還包括用于將功率開關(guān)電路內(nèi)功率器件的功率端引出的功率連接柱以及用于將功率開關(guān)電路內(nèi)功率器件的信號端引出的信號連接體，所述功率連接柱的一端與功率開關(guān)電路內(nèi)功率器件的功率端焊接，功率連接柱的另一端穿出封裝殼體外，信號連接體為貼片式排母或排針，封裝殼體上設(shè)有用于將信號連接體裸露的信號連接體連接孔。本實用新型結(jié)構(gòu)緊湊，降低封裝工藝難度，使用方便，有效降低封裝厚度，減少寄生參數(shù)，適應(yīng)范圍廣，安全可靠。
【專利說明】
適用于三端功率器件的薄型封裝模塊
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及一種封裝模塊，尤其是一種適用于三端功率器件的薄型封裝模塊，屬于功率電力電子器件的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]功率IGBT(絕緣柵雙極晶體管)、M0SFET(金屬氧化物半導體場效應(yīng)晶體管)模塊是高效節(jié)能系統(tǒng)和工業(yè)自動化系統(tǒng)的核心部件，其廣泛應(yīng)用于逆變焊機、電動汽車控制器、可再生能源(太陽能和風能)等領(lǐng)域，能把電能從一種形式變換成另一種需要形式，以滿足用電設(shè)備的各種需要，從而達到最佳利用電能的目的。在對電能轉(zhuǎn)換過程中，對功率模塊及電力電子系統(tǒng)永恒的要求是:輕薄化、高功率密度、高可靠性、價格便宜、工藝簡單和使用安裝方便等，這也是功率模塊的發(fā)展方向。
[0003]目前，傳統(tǒng)大功率模塊有多種設(shè)計，但針對端子的引出方式主要還是以下三種方式:第一種方式為所有信號和功率端子都一樣，都為針式或片狀電極形式;第二種方式為帶螺母的功率模塊，螺母放置于折彎后的端子下方用于大流通路，而信號端子或為針式或為片狀電極用于小電流回路;第三種方式也是帶螺母的功率模塊，和第二種方式的區(qū)別是信號端子和功率端子都采用折彎并放置螺母作為連接端的這種方式。
[0004]上述幾種端子引出方式是目前市場上常見的，但用于大功率封裝都有其不夠理想的一面，第一種方式不管是針式還是片狀電極，其用于導電的引腳都比較細小，因而端子的截面積較小，造成其一般只適合運用于中小功率場合中，如需要讓端子流過的電流變大，勢必會采用多端子并聯(lián)的方式，這又會帶來電流不均勻和雜散電感變大等一系列問題。而且這種多PIN針的引出方式在應(yīng)用過程中要同時插入PCB板中的安裝孔中再進行焊接，這對PIN針的傾斜度和裝配匹配性要求較高，使用比較麻煩。
[0005]上述第二種方式和第三種方式的功率端子都需要通過折彎治具折成90°，在功率端子下方預放入螺母便于后續(xù)通過螺絲將功率端子與外部引出端相連，所述引出方式的缺陷在于:功率端子需要進行折彎工藝，但功率端子的折彎力度和角度不易控制，折彎后的端子很難成標準的90°，使得折彎工藝要求較高，一方面功率端子在折彎處可能會產(chǎn)生裂紋，因裂紋處的存在而造成局部電阻的增加的問題，另一方面折彎后的多個電極端子很難在一個平面上，這會造成在應(yīng)用過程中的電路板和個別端子的接觸不良而引起的接觸電阻過大，進而造成局部的過熱現(xiàn)象，也會影響到連接處的牢固性。
[0006]此外，對于上述第二種方式及第三種方式焊接的功率端子，如遇到裝配匹配或折彎工藝操作不當?shù)那闆r，最易造成端子受到外殼的限制，而導致端子受到一個長期的應(yīng)力，加之折彎過程中的應(yīng)力，應(yīng)用過程中擰緊螺絲的應(yīng)力，容易造成端子焊點松動甚至脫落，影響到模塊的長期可靠性。而且第二種方式和第三種方式的信號端子不管是針式、片式還是折彎并放螺母的方式，都是單體形式，在模塊封裝過程中要逐個放置信號端子再焊接，在應(yīng)用過程中要逐個焊接或擰螺絲，操作比較繁瑣，而且這種方式的功率模塊特別多，端子形式各樣，沒有統(tǒng)一的標準，造成終端客戶選擇，使用和更換困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種適用于三端功率器件的薄型封裝模塊，其結(jié)構(gòu)緊湊，降低封裝工藝難度，使用方便，有效降低封裝厚度，減少寄生參數(shù)，適應(yīng)范圍廣，安全可靠。
[0008]按照本實用新型提供的技術(shù)方案，所述適用于三端功率器件的薄型封裝模塊，包括封裝基板以及位于所述封裝基板上的功率開關(guān)電路，在所述封裝基板上壓蓋有與封裝基板匹配的封裝殼體，功率開關(guān)電路位于封裝殼體內(nèi)；還包括用于將功率開關(guān)電路內(nèi)功率器件的功率端引出的功率連接柱以及用于將功率開關(guān)電路內(nèi)功率器件的信號端引出的信號連接體，所述功率連接柱的一端與功率開關(guān)電路內(nèi)功率器件的功率端焊接，功率連接柱的另一端穿出封裝殼體外，信號連接體包括貼片式排母或排針，封裝殼體上設(shè)有用于將信號連接體裸露的信號連接體連接孔。
[0009]所述功率連接柱穿出封裝殼體外的高度至少0.5mm，功率連接柱穿出封裝殼體的一端設(shè)有用于連接的螺紋。
[0010]所述螺紋的深度為功率連接柱高度的30%?100%。
[0011]所述螺紋為內(nèi)螺紋孔或外螺紋;所述內(nèi)螺紋孔從功率連接柱的頂端向下延伸或從功率連接柱的側(cè)面向內(nèi)延伸。
[0012]所述功率連接柱的截面包括圓形、橢圓形、方形、六角形、菱形或梯形。
[0013]所述功率器件包括MOSFET、IGBT或可控硅。
[0014]所述封裝基板為覆銅陶瓷基板、鋁基覆銅板或銅基覆銅板。
[0015]所述功率連接柱穿出封裝殼體外的端部設(shè)有與所述功率連接柱緊固連接的連接柱緊固件。
[0016]所述功率連接柱通過緩沖結(jié)構(gòu)與功率器件的功率端連接，所述緩沖結(jié)構(gòu)呈L型、S型、C型或U型。
[0017]本實用新型的優(yōu)點:通過功率連接柱將功率器件的功率端引出，信號連接體采用排針或排母的形式，能一次將功率器件的信號端引出，功率連接柱穿出封裝殼體的端部具有內(nèi)螺紋孔或外螺紋，便于與連接柱緊固件緊固連接，從而達到降低功率封裝模塊的整體高度以減少端子的寄生參數(shù)，獲得超薄型低電感功率模塊，降低了加工成本，縮短了封裝的周期;通過功率端子引出端的螺紋孔，節(jié)省了螺母，同時省去了封裝過程中的折彎工序，也使得整個模塊的布局非常簡單合理，不僅優(yōu)化了各項雜散參數(shù)，而且使得封裝模塊在終端的運用特別簡單，方便應(yīng)用人員將終端電路結(jié)構(gòu)設(shè)計成疊層直插方式，便于后續(xù)模塊的維護和更換，便于終端產(chǎn)品的小型化和集成化。
【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型實施例1的示意圖。
[0019]圖2為本實用新型實施例1的電氣原理圖。
[0020]圖3為本實用新型實施例2的示意圖。
[0021]圖4為本實用新型實施例2的電氣原理圖。
[0022]附圖標記說明:1_封裝基板、2-封裝殼體、3-殼體臺階、4-功率連接柱、5-信號連接體、6-連接柱定位孔、7-信號連接體連接孔、8-連接柱緊固件、9-殼體連接孔、10-第一信號連接端、11-第二信號連接端、12-連接柱端面、13-第一功率連接端、14-第二功率連接端、15-第三信號連接端、16-第四信號連接端、17-內(nèi)螺紋孔、18-第五信號連接端、19-第六信號連接端、20-第七信號連接端、21-第八信號連接端、22-第三功率連接端、23-第四功率連接端、24-第五功率連接端、25-第九信號連接端以及26-第十信號連接端。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合具體附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。
[0024]為了降低封裝工藝難度，使用方便，有效降低封裝厚度，減少寄生參數(shù)，本實用新型包括封裝基板I以及位于所述封裝基板I上的功率開關(guān)電路，在所述封裝基板I上壓蓋有與封裝基板I匹配的封裝殼體2，功率開關(guān)電路位于封裝殼體2內(nèi)；還包括用于將功率開關(guān)電路內(nèi)功率器件的功率端引出的功率連接柱4以及用于將功率開關(guān)電路內(nèi)功率器件的信號端引出的信號連接體5，所述功率連接柱4的一端與功率開關(guān)電路內(nèi)功率器件的功率端焊接，功率連接柱4的另一端穿出封裝殼體2外，信號連接體5包括貼片式排母或排針，封裝殼體2上設(shè)有用于將信號連接體5裸露的信號連接體連接孔7。
[0025]具體地，封裝基板I為覆銅陶瓷基板、鋁基覆銅板或銅基覆銅板，封裝基板I也可以選用其他現(xiàn)有常用的形式，封裝基板I的形狀可以根據(jù)需要進行選擇確定，封裝基板I的形狀確定后，封裝殼體2與封裝基板I的形狀匹配一致。通過常規(guī)的工藝步驟在封裝基板I上布設(shè)功率開關(guān)電路，功率開關(guān)電路的具體形式可以根據(jù)需要進行選擇，具體為本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知，此處不再贅述。本實用新型實施例中，功率器件包括MOSFET、IGBT或可控硅，當然，功率器件還可以采用其他的三端器件，功率器件可以為單個芯片或封裝厚度器件，具體為本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知，此處不再贅述。
[0026]為了能實現(xiàn)功率開關(guān)電路的開關(guān)目的，需要將功率開關(guān)電路內(nèi)功率器件的功率端、信號端引出，即通過與功率器件的功率端數(shù)量相一致的功率連接柱4將功率器件的功率端--對應(yīng)引出，功率連接柱4一端通過錫焊與功率器件相應(yīng)的功率端連接，功率連接柱4
的另一端穿出封裝殼體2外，功率器件的信號端通過采用貼片式排母或排針的信號連接體5進行匹配電連接，通過信號連接體5將功率器件的信號端對應(yīng)引出，通過連接體連接孔7使得信號連接體5裸露后，能便于后續(xù)的連接，從而達到降低功率封裝模塊的整體高度以減少端子的寄生參數(shù)，獲得超薄型低電感功率模塊。
[0027]進一步地，所述功率連接柱4穿出封裝殼體2外的高度至少0.5mm，功率連接柱4穿出封裝殼體2的一端設(shè)有用于連接的螺紋。
[0028]本實用新型實施例中，功率連接柱4的截面包括圓形、橢圓形、方形、六角形、菱形或梯形，螺紋孔的深度為功率連接柱4高度的30%?100%。具體實施時，所述螺紋可以為內(nèi)螺紋孔17或外螺紋，所述內(nèi)內(nèi)螺紋孔17從功率連接柱4的頂端向下延伸或從功率連接柱4的側(cè)面向內(nèi)延伸。所述內(nèi)螺紋孔17可以與功率連接柱4呈同軸分布，內(nèi)螺紋孔17也可以功率連接柱4 一側(cè)的外表面向內(nèi)延伸，具體可以根據(jù)需要進行選擇，具體為本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知，此處不再贅述。所述功率連接柱4穿出封裝殼體2外的端部設(shè)有與所述功率連接柱4緊固連接的連接柱緊固件8，通過內(nèi)螺紋孔17或外螺紋能方便與連接柱緊固件8進行緊固連接。此夕卜，所述功率連接柱4通過緩沖結(jié)構(gòu)與功率器件的功率端連接，所述緩沖結(jié)構(gòu)呈L型、S型、C型或U型。
[0029]本實用新型實施例中，通過功率連接柱4和信號連接體5的配合克服了現(xiàn)有傳統(tǒng)功率端子的不足，降低了加工成本，縮短了封裝的周期;通過功率端子引出端的內(nèi)螺紋孔，節(jié)省了螺母，同時省去了封裝過程中的折彎工序，也使得整個模塊的布局非常簡單合理，不僅優(yōu)化了各項雜散參數(shù)，而且使得封裝模塊在終端的運用特別簡單，方便運用人員將終端電路結(jié)構(gòu)設(shè)計成疊層直插方式，便于后續(xù)模塊的維護和更換，便于終端產(chǎn)品的小型化和集成化。
[0030]為了能更清楚地對本實用新型的薄型封裝模塊進行說明，下面通過實施例1以及實施例2進行詳細的介紹。
[0031]實施例1
[0032]如圖1所示，薄型封裝模塊由封裝基板1、封裝殼體2、功率連接柱4以及信號連接體5配合形成，封裝基板I以及封裝殼體2呈方形，在封裝殼體2的四個端角具有內(nèi)凹的殼體臺階3，所述殼體臺階3上殼體連接孔9，通過在殼體連接孔9內(nèi)置螺栓等使得封裝殼體2與封裝基板I和后續(xù)應(yīng)用中的散熱器緊固連接。功率連接柱4呈柱體狀，功率連接柱4位于封裝殼體2外的端部具有內(nèi)螺紋孔17，通過內(nèi)螺紋孔17與連接柱緊固件8緊固連接，封裝殼體2上設(shè)置允許功率連接柱4穿出的連接柱定位孔6，功率連接柱4通過連接柱定位孔6穿出封裝殼體2外。
[0033]通過上述封裝后，整個功率封裝模塊的厚度可以達到5mm，功率連接柱4穿出功率殼體2外的端部只要高出封裝殼體0.5mm以上，即可以保證有效的電絕緣能力。在采用功率連接柱4后，在后續(xù)安裝扭力作用下，位于封裝基板I上的用于焊接功率連接柱4的焊料所受到的應(yīng)力比傳統(tǒng)的C型、S型、L型和U型的功率端引出形式小了 3個數(shù)量級別，有效的保證了焊點的接合可靠性。通過使用功率連接柱4其截面積是傳統(tǒng)的C型、S型、L型和U型的功率端引出形式4倍以上，明顯提高了端子的過流能力。
[0034]此外，通過使用功率連接柱4將功率器件的功率端引出時，因功率連接柱4的柱狀熱傳導能力比傳統(tǒng)C型、S型、L型和U型的功率端引出形式更強，從而能使得整個功率封裝模塊在使用時的整體溫升下降了:TC，熱阻也相應(yīng)變小。通過使用功率連接柱4將功率器件的功率端引出時，功率連接柱4的自感值由原來的I OnH以上，減小到只有1-2nH，減少量明顯，對模塊的寄生參數(shù)改善較大，減少了模塊在工作過程中的電磁干擾。
[0035]如圖2所示，為功率開關(guān)電路內(nèi)功率器件的示意圖，功率器件包括一個MOSFET器件以及熱敏電阻NTC，M0SFET器件的柵極端形成第二信號連接端11，M0SFET器件的漏極端能形成第一信號連接端10、第二功率連接端14，M0SFERT器件的源極端形成第一功率連接端13;熱敏電阻NTC的一端形成第三信號連接端15，熱敏電阻NTC的另一端形成第四信號連接端16。通過兩個功率連接柱4分別將第一功率連接端13、第二功率連接端14引出，通過采用排母的信號連接體5將第一信號連接端10、第二信號連接體11、第三信號連接體15以及第四信號連接體16引出。在功率連接柱4穿出封裝殼體2的端部設(shè)置連接柱緊固件8，所述連接柱緊固件8可以為螺母或螺栓等形式，從而便于實現(xiàn)與功率器件與外部終端的連接配合。通過信號連接體5可以代替以往多個單獨的信號端子，明顯簡化模塊的封裝工藝；即插式的排母、排針免去了終端的焊接工序，方便終端客戶安裝和更換功率模塊，也便于終端產(chǎn)品向疊層化，集成化方向發(fā)展。
[0036]實施例2
[0037]如圖3所示，薄型封裝模塊由封裝基板1、封裝殼體2、功率連接柱4以及信號連接體5配合形成，封裝基板I以及封裝殼體2呈矩形狀，在封裝殼體2的四個端角具有內(nèi)凹的殼體臺階3，所述殼體臺階3上殼體連接孔9，通過在殼體連接孔9內(nèi)置螺栓等使得封裝殼體2與封裝基板I和后續(xù)應(yīng)用中的散熱器緊固連接。功率連接柱4呈柱體狀，功率連接柱4位于封裝殼體2外的端部具有內(nèi)螺紋孔17，封裝殼體2上設(shè)置允許功率連接柱4穿出的連接柱定位孔6，功率連接柱4通過連接柱定位孔6穿出封裝殼體2外。功率連接柱4具有內(nèi)螺紋孔17的端部形成連接柱端面12，所述連接柱端面12呈平面狀。
[0038]如圖4所示，功率器件包含兩個MOSFET器件，一個MOSFET器件的漏極端與另一MOSFET器件的源極端連接，并在連接后分別形成第五信號連接端18、第六信號連接端19、第七信號連接端20以及第八信號連接端21，此外，還形成第三功率連接端22、第四功率連接端23以及第五功率連接端24;此外，還可以包括熱敏電阻NTC，所述熱敏電阻NTC的一端形成第九信號連接端25以及第十信號連接端26。
[0039]通過三個功率連接柱4分別將第三功率連接端22、第四功率連接端23以及第五功率連接端25引出，第五信號連接端18、第六信號連接端19、第七信號連接端20、第八信號連接端21、第九信號連接端25以及第十信號連接端26全部連接在采用排母的信號連接體5上，采用信號連接體5能有效簡化封裝結(jié)構(gòu)。
[0040]—般地，信號連接體5采用排母時，所述排母包含塑料的外殼和置于外殼內(nèi)的電極；當信號連接體5采用排針時，所述排針其包含L形電極和用于固定電極的塑料塊，在實際應(yīng)用過程中排母和排針往往成對使用，排母、排針的具體結(jié)構(gòu)形式為本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知，此處不再贅述。
[0041]以上所述的僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，本實用新型不限于以上實施例?？梢岳斫猓绢I(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本實用新型的精神和構(gòu)思的前提下直接導出或聯(lián)想到的其他改進和變化均應(yīng)認為在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種適用于三端功率器件的薄型封裝模塊，包括封裝基板(I)以及位于所述封裝基板(I)上的功率開關(guān)電路，在所述封裝基板(I)上壓蓋有與封裝基板(I)匹配的封裝殼體(2)，功率開關(guān)電路位于封裝殼體(2)內(nèi)；其特征是:還包括用于將功率開關(guān)電路內(nèi)功率器件的功率端引出的功率連接柱(4)以及用于將功率開關(guān)電路內(nèi)功率器件的信號端引出的信號連接體(5 )，所述功率連接柱(4)的一端與功率開關(guān)電路內(nèi)功率器件的功率端焊接，功率連接柱(4)的另一端穿出封裝殼體(2)外，信號連接體(5)包括貼片式排母或排針，封裝殼體(2)上設(shè)有用于將信號連接體(5)裸露的信號連接體連接孔(7)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于三端功率器件的薄型封裝模塊，其特征是:所述功率連接柱(4 )穿出封裝殼體(2 )外的高度至少0.5mm，功率連接柱(4 )穿出封裝殼體(2 )的一端設(shè)有用于連接的螺紋。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的適用于三端功率器件的薄型封裝模塊，其特征是:所述螺紋的深度為功率連接柱(4 )高度的30%?100%。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的適用于三端功率器件的薄型封裝模塊，其特征是:所述螺紋為內(nèi)螺紋孔(17)或外螺紋;所述內(nèi)螺紋孔(17)從功率連接柱(4)的頂端向下延伸或從功率連接柱(4)的側(cè)面向內(nèi)延伸。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于三端功率器件的薄型封裝模塊，其特征是:所述功率連接柱(4)的截面包括圓形、橢圓形、方形、六角形、菱形或梯形。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于三端功率器件的薄型封裝模塊，其特征是:所述功率器件包括MOSFET、IGBT或可控硅。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于三端功率器件的薄型封裝模塊，其特征是:所述封裝基板(I)為覆銅陶瓷基板、鋁基覆銅板或銅基覆銅板。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于三端功率器件的薄型封裝模塊，其特征是:所述功率連接柱(4)穿出封裝殼體(2)外的端部設(shè)有與所述功率連接柱(4)緊固連接的連接柱緊固件(8)09.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于三端功率器件的薄型封裝模塊，其特征是:所述功率連接柱(4)通過緩沖結(jié)構(gòu)與功率器件的功率端連接，所述緩沖結(jié)構(gòu)呈L型、S型、C型或U型。
【文檔編號】H01L23/31GK205488091SQ201620130576
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年2月19日
【發(fā)明人】朱袁正, 朱久桃, 余傳武
【申請人】無錫新潔能股份有限公司