整合型功率模块的制作方法

本发明涉及一种功率模块，特别涉及一种整合型功率模块。

背景技术：

一般而言，现有技术的功率模块的功率电路与栅极驱动电路是采取分离的构造，因此，功率电路与栅极驱动电路均需要有各自的封装结构，且功率电路需要通过多条信号排线才得与外接的栅极驱动电路电性连接，上述的结构使得现有技术的功率模块的体积过大，故并无法应用于轻型载具或小型机具上，因此，现有技术的功率模块的应用范围受到了相当大的限制。

又，由于功率模块需经常处于震动的环境下，但由于设计上的缺失，现有技术的功率模块并无法有效地固定其各个元件，因此其功率电路的各个芯片及芯片之间的信号排线很容易因震动而脱落，故现有技术的功率模块很容易发生故障的情况，使其故障率居高不下，严重的影响现有技术的功率模块的效能。

此外，为了达到缘绝及散热的功率，现有技术的功率模块需要分别经过散热胶与绝缘胶的处理，使其工艺较为繁复，需要较高的时间及人力，因此也使现有技术的功率模块的制造成本大幅地提高。

美国专利公开第US20110057713号揭露了一个功率模块(Power module)，其主要利用上下对称的结构来达到散热的目的。然而，此功率模块未整合栅极驱动电路，故需要通过多条信号排线与外接的栅极驱动电路连接，使其体积过大，故其应用范围受到了很大的限制。

美国专利第US8237260号揭露了一个功率半导体模块(Power semiconductor module)，其主要利用多个基板块来设置多个芯片。同样地，此功率半导体模块仍未整合栅极驱动电路，故需要通过多条信号排线与外接的栅极驱动电路连接，使其体积过大，故其应用范围受到了很大的限制；此外，此功率半导体模块也缺乏有效的固定机构以固定其各个元件，故很容易因震动而故障，使其效能大打折扣。

中国台湾专利公告第TW I478479号揭露了一种整合功率模块封装结构，其整合了栅极驱动电路。然而，此功率半导体模块同样并不具备有效的固定机构以固定其各个元件，故很容易因为震动而导致故障，使其效能大幅降低，此外，其结构设计过于松散，并无法有效地应用其内部空间，使其体积过大，也限制了其应用范围。

因此，如何提出一种整合型功率模块，能够有效改善现有技术的功率模块应用上受到限制、工艺繁复且效能低落的情况已成为一个刻不容缓的问题。

技术实现要素：

有鉴于上述现有技术的问题，本发明的其中一目的就是在提供一种整合型功率模块，以解决现有技术的功率模块应用上受到限制、工艺繁复且效能低落的问题。

根据本发明的其中一目的，提出一种整合型功率模块，其可包含栅极驱动电路、多个第一金属片、多个芯片、多个第二金属片及环状外框。该些第一金属片可平行设置，并可与栅极驱动电路电性连接，至少一个第一金属片可包含多个芯片槽。该些芯片可设置于该些芯片槽中，且各个芯片可与其中一个相邻的第一金属片电性连接。该些第二金属片可平行设置，并可与栅极驱动电路电性连接，各个第二金属片可设置于任意两个相邻的该些第一金属片之间。该些第一金属片、该些第二金属片、栅极驱动电路及该些芯片可设置于环状外框内。

在一较佳的实施例中，该些第一金属片、该些第二金属片、该些芯片及该栅极驱动电路可通过封装技术手段固定。

在一较佳的实施例中，各个芯片槽的尺寸可大于各个芯片的尺寸。

在一较佳的实施例中，该些芯片可通过封装技术手段分别固定于该些芯片槽中。

在一较佳的实施例中，各个芯片可通过多个金属走线与相邻的其中一个第一金属片电性连接。

在一较佳的实施例中，各个第一金属片可包含一引脚。

在一较佳的实施例中，各个引脚可包含第一弯折部及第二弯折部。

在一较佳的实施例中，环状外框可包含多个引脚孔，其可对应于该些引脚，各个引脚可穿过对应的引脚孔而突出于环状外框。

在一较佳的实施例中，栅极驱动电路可设置于该些第一金属片及该些第二金属片的上，且各个第一金属片及各个第二金属片上可有对应于栅极驱动电路的多个凹槽。

在一较佳的实施例中，栅极驱动电路更可包含多个信号针脚。

在一较佳的实施例中，环状外框可包含多个针脚孔，其可对应于该些信号针脚，各个信号针脚可穿过对应的针脚孔而突出于环状外框。

在一较佳的实施例中，上盖可设置于环状外框的顶部。

在一较佳的实施例中，散热底板可设置于环状外框的底部。

在一较佳的实施例中，绝缘散热垫可设置于该些第一金属片及该些第二金属片与散热底板之间，并可与该些第一金属片及该些第二金属片接触。

在一较佳的实施例中，环状外框可包含第一突出部，第一突出部可包含第一连接孔。

在一较佳的实施例中，散热底板可包含第二突出部，第二突出部可包含第二连接孔，第二连接孔可对应于第一连接孔。

在一较佳的实施例中，整合型功率模块更可包含连接件，其可穿设于第一连接孔及第二连接孔以固定环状外框及散热底板。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明的整合型功率模块的第一实施例的第一示意图；

图2为本发明的整合型功率模块的第一实施例的第二示意图；

图3为本发明的整合型功率模块的第一实施例的第三示意图；

图4为本发明的整合型功率模块的第一实施例的第四示意图；

图5为本发明的整合型功率模块的第一实施例的第五示意图；

图6为本发明的整合型功率模块的第一实施例的第六示意图；

图7为本发明的整合型功率模块的第一实施例的第七示意图；

图8为本发明的整合型功率模块的第一实施例的第八示意图；

图9为本发明的整合型功率模块的第一实施例的第九示意图；

图10为本发明的整合型功率模块的第一实施例的第十示意图；

图11为本发明的整合型功率模块的第一实施例的第十一示意图；

图12为本发明的整合型功率模块的第一实施例的第十二示意图。

其中，附图标记

1 整合型功率模块

11 上盖

12 栅极驱动电路

121 信号针脚

13 环状外框

131 第一突出部

1311 第一连接孔

132A、132B、132C 引脚孔

133 针脚孔

14 功率电路

141 芯片

142A、142B、142C 第一金属片

1421 芯片槽

1422A、1422B、1422C 引脚

1423、1433 凹槽

15 绝缘散热垫

16 散热底板

161 第二突出部

17 连接件

ML 金属走线

D1、D2 二极管

M1、M2 晶体管

具体实施方式

以下将参照相关附图，说明依本发明的整合型功率模块的实施例，为使便于理解，下述实施例中的相同元件是以相同的符号标示来说明。除此之外，本发明还可以广泛地在其他的实施例中施行。也就是说，本发明的范围不受已提 出的实施例的限制，而是以本发明所提出的权利要求范围为准。

请参阅图1及图2，其为本发明的整合型功率模块的第一实施例的第一示意图及第二示意图，图1举例说明了本实施例的整合型功率模块的爆炸图。如图1所示，整合型功率模块1可以包含上盖11、栅极驱动电路12、环状外框13、功率电路14、绝缘散热垫15、散热底板16以及多个连接件17。

图2举例说明了本实施例的整合型功率模块的剖视图。如图2所示，上盖11可设置于环状外框13的顶部，功率电路14可设置于环状外框13的内部，散热底板16可设置于环状外框13的底部，而绝缘散热垫15可设置于功率电路14的该些第一金属片142A、142B、142C及该些第二金属片143与该散热底板16之间，并可与该些第一金属片142A、142B、142C及该些第二金属片143接触。其中，功率电路14可包含多个芯片141，而栅极驱动电路12可设置于功率电路14上，并可通过多个金属走线ML与该些芯片141电性连接。

请参阅图3，其为本发明的整合型功率模块的第一实施例的第三示意图。图3举例说明了本实施例的功率电路14的详细构造。

如图所示，功率电路14可包含多个第一金属片142A、142B、142C及多个第二金属片143，该些第一金属片142A、142B、142C与该些第二金属片143可平行设置，各个第二金属片143设置于任意两个相邻的该些第一金属片142A、142B、142C之间。

第一金属片142A可包含引脚1422A，第二金属片142B可包含引脚1422B，而第三金属片142C可包含引脚1422C，各个引脚1422A、1422B、1422C可包含第一弯折部及第二弯折部而形成类似阶梯的形状，而部分的该些第一金属片142A、142B、142C可包含多个芯片槽1421，其可用以设置功率电路14的芯片141。

各个第一金属片142A、142B、142C及各个第二金属片143的中央可包含凹槽1423、1433，其可用以设置栅极驱动电路12。

请参阅图4，其为本发明的整合型功率模块的第一实施例的第四示意图。图4举例说明了本实施例的功率电路14的详细构造。如图所示，在该些第一金属片142A、142B、142C中，其中位于左侧及中间的二个第一金属片142A、142B可包含多个芯片槽1421以设置功率电路14的芯片141，而各个芯片槽1421的尺寸可略大于芯片141。

请参阅图5及图6，其为本发明的整合型功率模块的第一实施例的第五示意图及第六示意图。图5举例说明了本实施例的功率电路14的详细构造。

各个芯片141可与相邻的第一金属片电性连接，如图5所示，设置于左侧的第一金属片142A上的该些芯片141可通过金属走线ML与中间的第一金属片142B电性连接；而设置于中间的第一金属片142B上的该些芯片141可通过金属走线ML与右侧的第一金属片142C电性连接，并以封装技术手段的方式固定该些芯片141及金属走线ML，使该些芯片141可以稳固定固定于该些芯片槽1421中，并使金属走线ML不易脱落。上述的封装技术手段可为各种形式，均应包含于本发明的专利范围内。

图6表示本实施例的功率电路14的等效电路，在此等效电路中，引脚1422A为Vdc(+)，引脚1422B为输出相，而引脚1422C为Vdc(-)。

请参阅图7，其为本发明的整合型功率模块的第一实施例的第七示意图。图7举例说明了本实施例的栅极驱动电路12以及功率电路14的详细构造。

如图所示，栅极驱动电路12可设置于各个第一金属片142A、142B、142C及各个第二金属片143的中央的凹槽1423、1433所形成的空间，并可通过金属走线ML与各个第一金属片142A、142B、142C及各个第二金属片143电性连接，再以封装技术手段固定栅极驱动电路12及金属走线ML，使栅极驱动电路12可以稳固定固定于凹槽1423、1433所形成的空间中，并使金属走线ML不易脱落。上述的封装技术手段可为各种形式，均应包含于本发明的专利范围内。

此外，栅极驱动电路12更可包含多个信号针脚121，各个信号针脚121可呈L形，并可分别设置于栅极驱动电路12的两侧。

值得一提的是，大部分现有技术的功率模块的功率电路与栅极驱动电路是采取分离的构造，如此则会使得现有技术的功率模块的体积过大，使其应用范围受到了相当大的限制。相反的，本发明的一实施例中，整合型功率模块可以整合了功率电路及栅极驱动电路，因此不需要外接的栅极驱动电路，因此，整合型功率模块体积可以大幅地缩小，使其应用范围更为广泛。

又，现有技术的功率模块并无法有效地固定其各个元件，因此其功率电路的各个芯片及芯片之间的信号排线很容易因震动而脱落，故其故障率极高，使其效能大幅下降。相反的，本发明的一实施例中，整合型功率模块可将功率电路的芯片及栅极驱动电路设置于多个金属片上对应的凹槽，并利用封装技术手 段的方式有效地固定上述元件及金属走线，因此即使在震动的环境下，各个元件及金属走线也不易因震动而脱落，因此整合型功率模块的故障率极低，效能可大幅地提升。

此外，本发明的一实施例中，整合型功率模块可具备紧密的结构设计，其可利用多个并排的金属片来设置功率电路的芯片及栅极驱动电路，其可有效地利用整合型功率模块的内部空间，使体积进一步缩小。

请参阅图8，其为本发明的整合型功率模块的第一实施例的第八示意图。图8举例说明了本实施例的环状外框13的详细构造。

如图所示，环状外框13可包含二个第一突出部131，各个第一突出部131可包含第一连接孔1311。

环状外框13更可包含多个引脚孔132A、132B、132C，其可分别对应于该些第一金属片142A、142B、142C的该些引脚1422A、1422B、1422C，该些引脚1422A、1422B、1422C可分别穿过对应的引脚孔132A、132B、132C而突出于环状外框13。

此外，环状外框13可包含多个针脚孔133，其可对应于栅极驱动电路12的该些信号针脚121，该些信号针脚121可分别穿过对应的针脚孔133而突出于环状外框13。

请参阅图9，其为本发明的整合型功率模块的第一实施例的第九示意图。图9举例说明了本实施例的散热底板16的详细构造。

如图所示，散热底板16的形状可对应于环状外框13的形状，散热底板16可包含二个第二突出部161，各个第二突出部161可包含第二连接孔1611，而该些第二连接孔1611可对应于环状外框13的该些第一连接孔1311。

请参阅图10及图11，其为本发明的整合型功率模块的第一实施例的第十示意图及第十一示意图。图10及图11举例说明了本实施例的整合型功率模块1的组装示意图。

如图10所示，散热底板16可设置于环状外框13的底部，而绝缘散热垫15可设置于功率电路14的该些第一金属片142A、142B、142C及该些第二金属片143与该散热底板16之间，并可与该些第一金属片142A、142B、142C及该些第二金属片143接触，藉此有效地将功率电路14的热能由散热底板排出，以提升整合型功率模块1的散热效能，而功率电路14的该些引脚1422A、 1422B、1422C及栅极驱动电路12的该些信号针脚121则可突出于环状外框13。

如图11所示，各个第一连接孔1311与对应的第二连接孔1611可通过连接件17连接，以固定环状外框13及散热底板16。整合型功率模块的多个金属片与散热底板间设置有绝缘散热垫，其同时具备绝缘及散热的功能，故整合型功率模块不须经过散热胶与绝缘胶的处理，工艺较为简单，故可大幅地降低整合型功率模块的制造成本。

值得一提的是，大部分现有技术的功率模块需要分别经过散热胶与绝缘胶的处理，使其工艺较为繁复，因此也可提高了其制造成本。相反的，本发明的一实施例中，整合型功率模块的多个金属片与散热底板间设置有绝缘散热垫，其同时具备绝缘及散热的功能，故整合型功率模块不须经过散热胶与绝缘胶的处理，工艺较为简单，故可大幅地降低整合型功率模块的制造成本。此外，此绝缘散热垫可有效地将该些金属片的热能由散热底板排出，故可以有效地提升整合型功率模块的散热效能。

请参阅，12其为本发明的整合型功率模块的第一实施例的第十二示意图。图12举例说明了本实施例的整合型功率模块1的组装示意图。

上盖11可设置于环状外框13的顶部，使上盖11、环状外框13及散热底板16可形成一封闭的结构，而上盖11可包含对应的结构，使栅极驱动电路12的该些信号针脚121可突出于上盖11及环状外框13。

承上所述，依本发明的实施例的整合型功率模块，其可具有一或多个下述优点：

(1)本发明的一实施例中，整合型功率模块整合了功率电路及栅极驱动电路，因此不需要外接的栅极驱动电路，因此整合型功率模块体积可以大幅地缩小，使其应用范围更为广泛。

(2)本发明的一实施例中，整合型功率模块可具备紧密的结构设计，利用多个并排的金属片来设置功率电路的芯片及栅极驱动电路，其可有效地利用整合型功率模块的内部空间，使体积进一步缩小。

(3)本发明的一实施例中，整合型功率模块可将功率电路的芯片及栅极驱动电路设置于多个金属片上对应的凹槽，并利用封装技术手段的方式有效地固定上述元件及金属走线，因此即使在震动的环境下，各个元件及金属走线也不易因震动而脱落，因此整合型功率模块的故障率极低，效能可大幅地提升。

(4)本发明的一实施例中，整合型功率模块的多个金属片与散热底板间设置有绝缘散热垫，其同时具备绝缘及散热的功能，故整合型功率模块不须经过散热胶与绝缘胶的处理，工艺较为简单，故可大幅地降低整合型功率模块的制造成本。

(5)本发明的一实施例中，整合型功率模块的多个金属片与散热底板间设置有绝缘散热垫，此绝缘散热垫可有效地将该些金属片的热能由散热底板排出，故可以有效地提升其散热效能。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。