整合功率模块封装结构的制作方法

本发明涉及一种封装结构，特别是一种整合功率模块封装结构。

背景技术：

因应全球自动化与省电节能的发展趋势，需要调速装置设备来应用各种场合，故采用变频驱动器与马达来达到不同的转速需求。然而传统的整合式功率模块仅整合变频驱动器的开关模块以及桥式整流子，对于变频驱动器其他的元件，如驱动元件并未进行整合。且为了应付现今的工控环境，常须额外部署检测元件来对变频驱动器高/低端电压电流进行检测。但，这些元件因隔离需求会造成变频驱动器体积太大，而不符合现今产品朝微小化、高功率、及高密度等方向发展的趋势。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种整合功率模块封装结构，用以将检测元件、驱动元件及开关模块整合在同一个封装体内，降低整体体积。

为了实现上述目的，本发明提供了一种整合功率模块封装结构，包含一壳体、一第一电路基板、一第二电路基板、一第一引脚、一第二引脚和一第三引脚。其中壳体具有一空腔，此第二电路基板位于第一电路基板的相对上方且均容置于此空腔中。第一电路基板上设置有一开关模块。第二电路基板上设置有一高端电流/电压检测元件以及一驱动元件。第一引脚、第二引脚和第三引脚设置于第一电路基板和第二电路基板间。第一引脚串连高端电流/电压检测元件及开关模块。第二引脚连接开关模块。驱动元件通过第三引脚控制开关模块。

在一实施例中，一低端电流检测元件设置于第一电路基板上。第一引脚还串连此低端电流检测元件、开关模块及高端电流/电压检测元件。

在一实施例中，还包括一第三电路基板，设置于壳体外。第三电路基板上设置有一供电元件，供电元件具有一正电压端以及一负电压端。

在一实施例中，还包括一第四引脚，设置于第二电路基板和第三电路基板间并连接供电元件的正电压端。通过第一引脚和第四引脚将串连的低端电流检测元件、开关模块以及高端电流/电压检测元件连接供电元件的正电压端。通过第二引脚可将串连的低端电流检测元件、开关模块以及高端电流/电压检测元件连接供电元件的负电压端。

在一实施例中，还包括一第五引脚，设置于第二电路基板上。高端电流/电压检测元件检测供电元件并产生一高端电流/电压检测信号输出给第五引脚。

在一实施例中，还包括一第六引脚，设置于第一电路基板上并贯穿该二电路基板。低端电流检测元件检测该电元件并产生一低端电流检测信号输出给第六引脚。

在一实施例中，还包括一控制器，设置于壳体外，用以接收第五引脚输出的高端电流/电压检测信号，以及第六引脚输出的低端电流检测信号。

在一实施例中，控制器设置于该第三电路基板上。

在一实施例中，还包括一第七引脚，设置于第二电路基板和第三电路基板间，控制器通过第七引脚控制驱动元件。

本发明的技术效果在于：

由于本技术方案的整合功率模块封装结构，通过堆叠式封装架构，让各元件依序设置在彼此堆叠的基板上，因此各元件间有更高的集中密度。且除了包括既有的开关模块外，还可将具关键功能的高端电流/电压检测元件整合进此封装结构中，因此具有封装效益。

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为根据本发明一实施例的整合功率模块封装结构剖面图；

图2为根据本发明一实施例的整合功率模块封装结构立体视图；

图3为根据本发明一实施例整合功率模块封装结构和一外部电路基板的剖面图；

图4为根据本发明一实施例的整合功率模块封装结构和一外部电路基板 的立体视图。

其中，附图标记

10 整合功率模块封装结构

100 壳体

101 空腔

102 侧壁

103 支撑部

110 第一电路基板

111 低端电流检测元件

112 开关模块

113 铜层

114 陶瓷基板

120 第二电路基板

121 高端电流/电压检测元件

122 驱动元件

131 第一引脚

132 第二引脚

133 第三引脚

134 第四引脚

135 第五引脚

136 第六引脚

137 第七引脚

140 第三电路基板

141 供电元件

150 控制器

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

为了使本发明内容的叙述更加详尽与完备，可参照所附的图式及以下所述各种实施例，图式中相同的号码代表相同或相似的元件。但所提供的实施例并 非用以限制本发明所涵盖的范围，而结构运作的描述非用以限制其执行的顺序，任何由元件重新组合的结构，所产生具有均等功效的装置，皆为本发明所涵盖的范围。

其中图式仅以说明为目的，并未依照原尺寸作图。另一方面，众所周知的元件与步骤并未描述于实施例中，以避免对本发明造成不必要的限制。

根据本发明的整合功率模块封装结构，除了包括既有的开关模块外，还将具关键功能的电流/电压检测元件整合进此封装结构中，同时采用堆叠式封装架构，让各元件依序设置在彼此堆叠的基板上，因此，可使得各元件间有更高的集中密度，不仅减少了功率模块的整体体积，且在整体体积减少情况下，还额外将一关键元件整合进此功率模块中，具有封装效益。此外，藉此堆叠式结构，可使得元件间的走线最短，避免过长走线引起的噪音，进而降低噪音干扰。图1所示为根据本发明一实施例的整合功率模块封装结构剖面图。图2所示为根据本发明一实施例的整合功率模块封装结构立体视图。请同时参阅图1和图2。整合功率模块封装结构10，至少包含一壳体100、一第一电路基板110、一第二电路基板120以及三引脚，分别为一第一引脚131、一第二引脚132和一第三引脚133。其中，壳体100，具有一空腔101。壳体100具有围绕空腔101的侧壁102，侧壁102上可设置突出的支撑部103，用以支撑第二电路基板120。

第一电路基板110和第二电路基板120容置于空腔101中。第一电路基板110可通过粘着剂等材料固接于壳体100上。第一电路基板110上设置有一开关模块112。在一实施例中，开关模块112可以为IGBT、MOSFET、DIODE等，且开关模块112可以是单一开关或由多个开关形成不同的连接组合。由于开关模块112运作时会产生大量的热量，因此，第一电路基板110较佳地为导热性良好的基板。举例而言，第一电路基板110可以包含有陶瓷基板114以及被覆于陶瓷基板上的铜层113，由于铜为导热性良好的材料，因此可以快速地将开关模块112所产生的热量带走以散热。开关模块112设置于陶瓷基板114的上表面。须注意的是，铜层113的图案须避开开关模块112的接脚，以免开关模块112的接脚通过铜层113导通而造成短路的现象。而第二电路基板120，则位于第一电路基板110的相对上方，第二电路基板120可通过粘着剂等材料固接于侧壁102的支撑部103上，藉此种堆叠式结构，可使得第一电路基板 110和第二电路基板120间的元件走线最短，避免过长走线引起的噪音，干扰元件操作。其中第二电路基板120作为驱动基板，其上设置有一高端电流/电压检测元件121以及一驱动元件122。高端电流/电压检测元件121是设置于正电压端(+)的检测元件，其中电流检测部分可使用一分流(shunt)电阻器进行检测，而电压检测部分可使用正电压端(+)的电压检测电路进行检测。第二电路基板120可为一多层印刷电路板，通过多层印刷电路板的金属内连线可以将高端电流/电压检测元件121和驱动元件122的信号分别导引至对应的第一引脚131、第二引脚132或第三引脚133，来和第一电路基板110上的开关模块112进行信号传递。

第一引脚131、第二引脚132和第三引脚133则是设置在第一电路基板110和第二电路基板120间。第一引脚131用以串连第二电路基板120上的高端电流/电压检测元件121以及第一电路基板110上的开关模块112。第二引脚132则连接开关模块112。第二引脚132会凸出于壳体100外以与外部元件进行电性连接。而第一引脚131则不凸出于壳体100。而第三引脚133用以连接驱动元件122和开关模块112，使得驱动元件122可通过第三引脚133控制开关模块112。

此外，第一电路基板110上还可设置一低端电流检测元件111。低端电流检测元件111是设置于负电压端(-)的检测元件，其中电流检测部分可使用一分流(shunt)电阻器进行检测。低端电流检测元件111连接第二引脚132。也就是说，通过第一引脚131与第二引脚132可将第二电路基板120上的高端电流/电压检测元件121和第一电路基板110上的低端电流检测元件111和开关模块112进行串连。由于开关模块112连接第二引脚132，而第二引脚132会凸出于壳体100外并与外部元件电性连接。因此，在另一实施例中，如图3所示根据本发明一实施例的整合功率模块封装结构和一外部电路基板的剖面图，和图4所示为根据本发明另一实施例的整合功率模块封装结构和一外部电路基板的立体视图，于壳体100外，另外设置有一第三电路基板140，第三电路基板140上则设置有一供电元件141，供电元件141具有一正电压端(+)以及一负电压端(-)。

为使供电元件141可对第二电路基板120上的高端电流/电压检测元件121，以及第一电路基板110上的低端电流检测元件111和开关模块112进行 供电，还会于第二电路基板120和第三电路基板140间设置一第四引脚134，其中此第四引脚134连接供电元件141的正电压端(+)，而凸出于壳体100外的第二引脚132则连接供电元件141的负电压端(-)。藉此，通过第一引脚131、第二引脚132和第四引脚134可让第一电路基板110上的低端电流检测元件111、开关模块112以及第二电路基板120上的高端电流/电压检测元件121连接供电元件141的正电压端(+)与负电压端(-)形成一回路，值得一提，上述回路中可包含位于壳体100外的其他储能元件如电感。因此供电元件141，可循此回路对低端电流检测元件111、开关模块112和高端电流/电压检测元件121进行供电，其中开关模块112包括至少一个功率元件。

另一方面，一设置于壳体100外的控制器150可输出一控制信号，控制驱动元件122通过第三引脚133控制开关模块112的工作周期，以调整功率模块的输出功率。其中控制器150根据高端电流/电压检测元件121检测供电元件141所产生的一高端电流/电压检测信号，或低端电流检测元件111检测供电元件141所产生的一低端电流检测信号，来输出此控制信号给驱动元件122。因此为使高端电流/电压检测元件121产生的高端电流/电压检测信号，以及低端电流检测元件111产生的低端电流检测信号可传送给控制器150。于是在第二电路基板120上设置一第五引脚135，以将第二电路基板120上高端电流/电压检测元件121产生的高端电流/电压检测信号引出提供给控制器150，以及在第一电路基板110上设置一贯穿第二电路基板120的第六引脚136，以将第一电路基板110上低端电流检测元件111产生的低端电流检测信号引出提供给控制器150。

在一实施例中，控制器150可设置在第三电路基板140上。依此，则第五引脚135是设置第二电路基板120和第三电路基板140间，以将第二电路基板120上高端电流/电压检测元件121产生的高端电流/电压检测信号引出提供给第三电路基板140上的控制器150。第六引脚136则设置在第一电路基板110和第三电路基板140间且贯穿第二电路基板120，将第一电路基板110上低端电流检测元件111产生的低端电流检测信号引出提供给第三电路基板140上的控制器150。此外，为使控制器150输出的控制信号可传送给第二基板120上的驱动元件122，因此还于第二电路基板120和第三电路基板140间设置一第七引脚137，于是控制器150即可通过第七引脚137控制驱动元件122，使其 通过第三引脚133控制第一电路基板110上的开关模块112工作周期，以调整功率模块10的输出功率。

依此，本发明的整合功率模块封装结构，通过堆叠式封装架构，让各元件依序设置在彼此堆叠的基板上，因此各元件间有更高的集中密度。且除了包括既有的开关模块外，还将具关键功能的一高端电流/电压检测元件整合进此封装结构中，因此极具封装效益。

当然，本发明还可有其它多种实施例，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。