适用于三端功率器件的薄型封装模块的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种适用于三端功率器件的薄型封装模块，其包括封装基板以及位于所述封装基板上的功率开关电路，在所述封装基板上压盖有与封装基板匹配的封装壳体，功率开关电路位于封装壳体内；还包括用于将功率开关电路内功率器件的功率端引出的功率连接柱以及用于将功率开关电路内功率器件的信号端引出的信号连接体，所述功率连接柱的一端与功率开关电路内功率器件的功率端焊接，功率连接柱的另一端穿出封装壳体外，信号连接体为贴片式排母或排针，封装壳体上设有用于将信号连接体裸露的信号连接体连接孔。本实用新型结构紧凑，降低封装工艺难度，使用方便，有效降低封装厚度，减少寄生参数，适应范围广，安全可靠。
【专利说明】
适用于三端功率器件的薄型封装模块
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种封装模块，尤其是一种适用于三端功率器件的薄型封装模块，属于功率电力电子器件的技术领域。
【背景技术】
[0002]功率IGBT(绝缘栅双极晶体管)、M0SFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)模块是高效节能系统和工业自动化系统的核心部件，其广泛应用于逆变焊机、电动汽车控制器、可再生能源(太阳能和风能)等领域，能把电能从一种形式变换成另一种需要形式，以满足用电设备的各种需要，从而达到最佳利用电能的目的。在对电能转换过程中，对功率模块及电力电子系统永恒的要求是:轻薄化、高功率密度、高可靠性、价格便宜、工艺简单和使用安装方便等，这也是功率模块的发展方向。
[0003]目前，传统大功率模块有多种设计，但针对端子的引出方式主要还是以下三种方式:第一种方式为所有信号和功率端子都一样，都为针式或片状电极形式;第二种方式为带螺母的功率模块，螺母放置于折弯后的端子下方用于大流通路，而信号端子或为针式或为片状电极用于小电流回路;第三种方式也是带螺母的功率模块，和第二种方式的区别是信号端子和功率端子都采用折弯并放置螺母作为连接端的这种方式。
[0004]上述几种端子引出方式是目前市场上常见的，但用于大功率封装都有其不够理想的一面，第一种方式不管是针式还是片状电极，其用于导电的引脚都比较细小，因而端子的截面积较小，造成其一般只适合运用于中小功率场合中，如需要让端子流过的电流变大，势必会采用多端子并联的方式，这又会带来电流不均匀和杂散电感变大等一系列问题。而且这种多PIN针的引出方式在应用过程中要同时插入PCB板中的安装孔中再进行焊接，这对PIN针的倾斜度和装配匹配性要求较高，使用比较麻烦。
[0005]上述第二种方式和第三种方式的功率端子都需要通过折弯治具折成90°，在功率端子下方预放入螺母便于后续通过螺丝将功率端子与外部引出端相连，所述引出方式的缺陷在于:功率端子需要进行折弯工艺，但功率端子的折弯力度和角度不易控制，折弯后的端子很难成标准的90°，使得折弯工艺要求较高，一方面功率端子在折弯处可能会产生裂纹，因裂纹处的存在而造成局部电阻的增加的问题，另一方面折弯后的多个电极端子很难在一个平面上，这会造成在应用过程中的电路板和个别端子的接触不良而引起的接触电阻过大，进而造成局部的过热现象，也会影响到连接处的牢固性。
[0006]此外，对于上述第二种方式及第三种方式焊接的功率端子，如遇到装配匹配或折弯工艺操作不当的情况，最易造成端子受到外壳的限制，而导致端子受到一个长期的应力，加之折弯过程中的应力，应用过程中拧紧螺丝的应力，容易造成端子焊点松动甚至脱落，影响到模块的长期可靠性。而且第二种方式和第三种方式的信号端子不管是针式、片式还是折弯并放螺母的方式，都是单体形式，在模块封装过程中要逐个放置信号端子再焊接，在应用过程中要逐个焊接或拧螺丝，操作比较繁琐，而且这种方式的功率模块特别多，端子形式各样，没有统一的标准，造成终端客户选择，使用和更换困难。
【发明内容】
[0007]本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种适用于三端功率器件的薄型封装模块，其结构紧凑，降低封装工艺难度，使用方便，有效降低封装厚度，减少寄生参数，适应范围广，安全可靠。
[0008]按照本实用新型提供的技术方案，所述适用于三端功率器件的薄型封装模块，包括封装基板以及位于所述封装基板上的功率开关电路，在所述封装基板上压盖有与封装基板匹配的封装壳体，功率开关电路位于封装壳体内；还包括用于将功率开关电路内功率器件的功率端引出的功率连接柱以及用于将功率开关电路内功率器件的信号端引出的信号连接体，所述功率连接柱的一端与功率开关电路内功率器件的功率端焊接，功率连接柱的另一端穿出封装壳体外，信号连接体包括贴片式排母或排针，封装壳体上设有用于将信号连接体裸露的信号连接体连接孔。
[0009]所述功率连接柱穿出封装壳体外的高度至少0.5mm，功率连接柱穿出封装壳体的一端设有用于连接的螺纹。
[0010]所述螺纹的深度为功率连接柱高度的30%?100%。
[0011]所述螺纹为内螺纹孔或外螺纹;所述内螺纹孔从功率连接柱的顶端向下延伸或从功率连接柱的侧面向内延伸。
[0012]所述功率连接柱的截面包括圆形、椭圆形、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]所述封装基板为覆铜陶瓷基板、铝基覆铜板或铜基覆铜板。
[0015]所述功率连接柱穿出封装壳体外的端部设有与所述功率连接柱紧固连接的连接柱紧固件。
[0016]所述功率连接柱通过缓冲结构与功率器件的功率端连接，所述缓冲结构呈L型、S型、C型或U型。
[0017]本实用新型的优点:通过功率连接柱将功率器件的功率端引出，信号连接体采用排针或排母的形式，能一次将功率器件的信号端引出，功率连接柱穿出封装壳体的端部具有内螺纹孔或外螺纹，便于与连接柱紧固件紧固连接，从而达到降低功率封装模块的整体高度以减少端子的寄生参数，获得超薄型低电感功率模块，降低了加工成本，缩短了封装的周期;通过功率端子引出端的螺纹孔，节省了螺母，同时省去了封装过程中的折弯工序，也使得整个模块的布局非常简单合理，不仅优化了各项杂散参数，而且使得封装模块在终端的运用特别简单，方便应用人员将终端电路结构设计成叠层直插方式，便于后续模块的维护和更换，便于终端产品的小型化和集成化。
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型实施例1的示意图。
[0019]图2为本实用新型实施例1的电气原理图。
[0020]图3为本实用新型实施例2的示意图。
[0021]图4为本实用新型实施例2的电气原理图。
[0022]附图标记说明:1_封装基板、2-封装壳体、3-壳体台阶、4-功率连接柱、5-信号连接体、6-连接柱定位孔、7-信号连接体连接孔、8-连接柱紧固件、9-壳体连接孔、10-第一信号连接端、11-第二信号连接端、12-连接柱端面、13-第一功率连接端、14-第二功率连接端、15-第三信号连接端、16-第四信号连接端、17-内螺纹孔、18-第五信号连接端、19-第六信号连接端、20-第七信号连接端、21-第八信号连接端、22-第三功率连接端、23-第四功率连接端、24-第五功率连接端、25-第九信号连接端以及26-第十信号连接端。
【具体实施方式】
[0023]下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
[0024]为了降低封装工艺难度，使用方便，有效降低封装厚度，减少寄生参数，本实用新型包括封装基板I以及位于所述封装基板I上的功率开关电路，在所述封装基板I上压盖有与封装基板I匹配的封装壳体2，功率开关电路位于封装壳体2内；还包括用于将功率开关电路内功率器件的功率端引出的功率连接柱4以及用于将功率开关电路内功率器件的信号端引出的信号连接体5，所述功率连接柱4的一端与功率开关电路内功率器件的功率端焊接，功率连接柱4的另一端穿出封装壳体2外，信号连接体5包括贴片式排母或排针，封装壳体2上设有用于将信号连接体5裸露的信号连接体连接孔7。
[0025]具体地，封装基板I为覆铜陶瓷基板、铝基覆铜板或铜基覆铜板，封装基板I也可以选用其他现有常用的形式，封装基板I的形状可以根据需要进行选择确定，封装基板I的形状确定后，封装壳体2与封装基板I的形状匹配一致。通过常规的工艺步骤在封装基板I上布设功率开关电路，功率开关电路的具体形式可以根据需要进行选择，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。本实用新型实施例中，功率器件包括MOSFET、IGBT或可控硅，当然，功率器件还可以采用其他的三端器件，功率器件可以为单个芯片或封装厚度器件，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
[0026]为了能实现功率开关电路的开关目的，需要将功率开关电路内功率器件的功率端、信号端引出，即通过与功率器件的功率端数量相一致的功率连接柱4将功率器件的功率端--对应引出，功率连接柱4一端通过锡焊与功率器件相应的功率端连接，功率连接柱4
的另一端穿出封装壳体2外，功率器件的信号端通过采用贴片式排母或排针的信号连接体5进行匹配电连接，通过信号连接体5将功率器件的信号端对应引出，通过连接体连接孔7使得信号连接体5裸露后，能便于后续的连接，从而达到降低功率封装模块的整体高度以减少端子的寄生参数，获得超薄型低电感功率模块。
[0027]进一步地，所述功率连接柱4穿出封装壳体2外的高度至少0.5mm，功率连接柱4穿出封装壳体2的一端设有用于连接的螺纹。
[0028]本实用新型实施例中，功率连接柱4的截面包括圆形、椭圆形、方形、六角形、菱形或梯形，螺纹孔的深度为功率连接柱4高度的30%?100%。具体实施时，所述螺纹可以为内螺纹孔17或外螺纹，所述内内螺纹孔17从功率连接柱4的顶端向下延伸或从功率连接柱4的侧面向内延伸。所述内螺纹孔17可以与功率连接柱4呈同轴分布，内螺纹孔17也可以功率连接柱4 一侧的外表面向内延伸，具体可以根据需要进行选择，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。所述功率连接柱4穿出封装壳体2外的端部设有与所述功率连接柱4紧固连接的连接柱紧固件8，通过内螺纹孔17或外螺纹能方便与连接柱紧固件8进行紧固连接。此夕卜，所述功率连接柱4通过缓冲结构与功率器件的功率端连接，所述缓冲结构呈L型、S型、C型或U型。
[0029]本实用新型实施例中，通过功率连接柱4和信号连接体5的配合克服了现有传统功率端子的不足，降低了加工成本，缩短了封装的周期;通过功率端子引出端的内螺纹孔，节省了螺母，同时省去了封装过程中的折弯工序，也使得整个模块的布局非常简单合理，不仅优化了各项杂散参数，而且使得封装模块在终端的运用特别简单，方便运用人员将终端电路结构设计成叠层直插方式，便于后续模块的维护和更换，便于终端产品的小型化和集成化。
[0030]为了能更清楚地对本实用新型的薄型封装模块进行说明，下面通过实施例1以及实施例2进行详细的介绍。
[0031]实施例1
[0032]如图1所示，薄型封装模块由封装基板1、封装壳体2、功率连接柱4以及信号连接体5配合形成，封装基板I以及封装壳体2呈方形，在封装壳体2的四个端角具有内凹的壳体台阶3，所述壳体台阶3上壳体连接孔9，通过在壳体连接孔9内置螺栓等使得封装壳体2与封装基板I和后续应用中的散热器紧固连接。功率连接柱4呈柱体状，功率连接柱4位于封装壳体2外的端部具有内螺纹孔17，通过内螺纹孔17与连接柱紧固件8紧固连接，封装壳体2上设置允许功率连接柱4穿出的连接柱定位孔6，功率连接柱4通过连接柱定位孔6穿出封装壳体2外。
[0033]通过上述封装后，整个功率封装模块的厚度可以达到5mm，功率连接柱4穿出功率壳体2外的端部只要高出封装壳体0.5mm以上，即可以保证有效的电绝缘能力。在采用功率连接柱4后，在后续安装扭力作用下，位于封装基板I上的用于焊接功率连接柱4的焊料所受到的应力比传统的C型、S型、L型和U型的功率端引出形式小了 3个数量级别，有效的保证了焊点的接合可靠性。通过使用功率连接柱4其截面积是传统的C型、S型、L型和U型的功率端引出形式4倍以上，明显提高了端子的过流能力。
[0034]此外，通过使用功率连接柱4将功率器件的功率端引出时，因功率连接柱4的柱状热传导能力比传统C型、S型、L型和U型的功率端引出形式更强，从而能使得整个功率封装模块在使用时的整体温升下降了:TC，热阻也相应变小。通过使用功率连接柱4将功率器件的功率端引出时，功率连接柱4的自感值由原来的I OnH以上，减小到只有1-2nH，减少量明显，对模块的寄生参数改善较大，减少了模块在工作过程中的电磁干扰。
[0035]如图2所示，为功率开关电路内功率器件的示意图，功率器件包括一个MOSFET器件以及热敏电阻NTC，M0SFET器件的栅极端形成第二信号连接端11，M0SFET器件的漏极端能形成第一信号连接端10、第二功率连接端14，M0SFERT器件的源极端形成第一功率连接端13;热敏电阻NTC的一端形成第三信号连接端15，热敏电阻NTC的另一端形成第四信号连接端16。通过两个功率连接柱4分别将第一功率连接端13、第二功率连接端14引出，通过采用排母的信号连接体5将第一信号连接端10、第二信号连接体11、第三信号连接体15以及第四信号连接体16引出。在功率连接柱4穿出封装壳体2的端部设置连接柱紧固件8，所述连接柱紧固件8可以为螺母或螺栓等形式，从而便于实现与功率器件与外部终端的连接配合。通过信号连接体5可以代替以往多个单独的信号端子，明显简化模块的封装工艺；即插式的排母、排针免去了终端的焊接工序，方便终端客户安装和更换功率模块，也便于终端产品向叠层化，集成化方向发展。
[0036]实施例2
[0037]如图3所示，薄型封装模块由封装基板1、封装壳体2、功率连接柱4以及信号连接体5配合形成，封装基板I以及封装壳体2呈矩形状，在封装壳体2的四个端角具有内凹的壳体台阶3，所述壳体台阶3上壳体连接孔9，通过在壳体连接孔9内置螺栓等使得封装壳体2与封装基板I和后续应用中的散热器紧固连接。功率连接柱4呈柱体状，功率连接柱4位于封装壳体2外的端部具有内螺纹孔17，封装壳体2上设置允许功率连接柱4穿出的连接柱定位孔6，功率连接柱4通过连接柱定位孔6穿出封装壳体2外。功率连接柱4具有内螺纹孔17的端部形成连接柱端面12，所述连接柱端面12呈平面状。
[0038]如图4所示，功率器件包含两个MOSFET器件，一个MOSFET器件的漏极端与另一MOSFET器件的源极端连接，并在连接后分别形成第五信号连接端18、第六信号连接端19、第七信号连接端20以及第八信号连接端21，此外，还形成第三功率连接端22、第四功率连接端23以及第五功率连接端24;此外，还可以包括热敏电阻NTC，所述热敏电阻NTC的一端形成第九信号连接端25以及第十信号连接端26。
[0039]通过三个功率连接柱4分别将第三功率连接端22、第四功率连接端23以及第五功率连接端25引出，第五信号连接端18、第六信号连接端19、第七信号连接端20、第八信号连接端21、第九信号连接端25以及第十信号连接端26全部连接在采用排母的信号连接体5上，采用信号连接体5能有效简化封装结构。
[0040]—般地，信号连接体5采用排母时，所述排母包含塑料的外壳和置于外壳内的电极；当信号连接体5采用排针时，所述排针其包含L形电极和用于固定电极的塑料块，在实际应用过程中排母和排针往往成对使用，排母、排针的具体结构形式为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
[0041]以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化均应认为在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种适用于三端功率器件的薄型封装模块，包括封装基板(I)以及位于所述封装基板(I)上的功率开关电路，在所述封装基板(I)上压盖有与封装基板(I)匹配的封装壳体(2)，功率开关电路位于封装壳体(2)内；其特征是:还包括用于将功率开关电路内功率器件的功率端引出的功率连接柱(4)以及用于将功率开关电路内功率器件的信号端引出的信号连接体(5 )，所述功率连接柱(4)的一端与功率开关电路内功率器件的功率端焊接，功率连接柱(4)的另一端穿出封装壳体(2)外，信号连接体(5)包括贴片式排母或排针，封装壳体(2)上设有用于将信号连接体(5)裸露的信号连接体连接孔(7)。2.根据权利要求1所述的适用于三端功率器件的薄型封装模块，其特征是:所述功率连接柱(4 )穿出封装壳体(2 )外的高度至少0.5mm，功率连接柱(4 )穿出封装壳体(2 )的一端设有用于连接的螺纹。3.根据权利要求2所述的适用于三端功率器件的薄型封装模块，其特征是:所述螺纹的深度为功率连接柱(4 )高度的30%?100%。4.根据权利要求2所述的适用于三端功率器件的薄型封装模块，其特征是:所述螺纹为内螺纹孔(17)或外螺纹;所述内螺纹孔(17)从功率连接柱(4)的顶端向下延伸或从功率连接柱(4)的侧面向内延伸。5.根据权利要求1所述的适用于三端功率器件的薄型封装模块，其特征是:所述功率连接柱(4)的截面包括圆形、椭圆形、方形、六角形、菱形或梯形。6.根据权利要求1所述的适用于三端功率器件的薄型封装模块，其特征是:所述功率器件包括MOSFET、IGBT或可控硅。7.根据权利要求1所述的适用于三端功率器件的薄型封装模块，其特征是:所述封装基板(I)为覆铜陶瓷基板、铝基覆铜板或铜基覆铜板。8.根据权利要求1所述的适用于三端功率器件的薄型封装模块，其特征是:所述功率连接柱(4)穿出封装壳体(2)外的端部设有与所述功率连接柱(4)紧固连接的连接柱紧固件(8)09.根据权利要求1所述的适用于三端功率器件的薄型封装模块，其特征是:所述功率连接柱(4)通过缓冲结构与功率器件的功率端连接，所述缓冲结构呈L型、S型、C型或U型。
【文档编号】H01L23/31GK205488091SQ201620130576
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年2月19日
【发明人】朱袁正, 朱久桃, 余传武
【申请人】无锡新洁能股份有限公司