專利名稱：智能功率模塊的封裝結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種智能功率模塊的封裝結構，屬于功率模塊制造技術領域。
背景技術：
智能功率模塊(簡稱IPM)廣泛應用于交流電機變頻調速和直流電機斬波調速以及各種高性能電源，如UPS、感應加熱、電焊機、有源補償、DC-DC等以及工業電氣自動化等領域，有著廣闊的市場。傳統智能功率半導體模塊主要包括外殼、主電路板和驅動電路板，半導體芯片等各器件和多個端子焊接在覆金屬陶瓷基板并構成主電路板，而焊接有集成電路芯片及各器件的印刷電路板構成驅動電路板，為減小功率模塊的體積，將驅動電路板通過螺釘安裝外殼上，端子需穿出外殼蓋板上的端子孔和驅動電路板上的端子孔，再通過焊料將端子焊接在驅動電路板上，通過端子實現與功率半導體模塊外部電路的連接以及驅動信號的輸入輸出。目前功率模塊上的端子大都通過焊料高溫燒結在覆金屬陶瓷基板的金屬層上，端子包括電極端子和信號端子，在焊接過程中，高溫下會使覆金屬陶瓷基板的金屬層與端子在焊料層處產生焊接應力，而智能功率模塊的工作環境是在_40°C至125°C進行循環，因此經過一段時間工作后，最終會引起覆金屬陶瓷基板的金屬層與端子連接處脫落，而產生焊接疲勞現象，從而影響到整體功率器件的壽命。其次，端子采用焊料焊接在覆金屬陶瓷基板的金屬層上，不僅對覆金屬陶瓷基板的金屬層表面及端子表面要求較高，尤其覆金屬陶瓷基板的金屬層即銅箔與各端子的銅材之間還會存在熱膨脹差別，焊接性能不高，而影響導其電性。同時焊接過程不僅需要焊料、助焊劑以及焊接時的保護性氣體，不僅高溫燒結焊接工序時間長，而且所產生的高溫又易導致其他部位材料金屬特性弱化，加之焊接過程中的焊料流淌以及阻焊油墨等因素，又會造成焊接面沾污的風險，現有的端子焊接均存在著焊接面不易控制，工藝操作復雜，焊接效率低的問題。再則，電極端子需要進行打彎工藝，但電極端子的折彎的力度和角度不易控制，使折彎工藝要求較高，一方面電極端子在折彎處還會產生裂紋，因裂紋的存在而造成局部電阻增加的問題。另一方面折彎后的多個電極端子不容易在同一高度，還會造成驅動電路板與信號端子接觸不良而引起的接觸電阻過大，進而造成局部過熱的現象，也會影響端子連接處的牢固性。現有驅動電路板通過螺釘旋接在在外殼頂部的螺紋孔內，會因操作不當易造成螺紋孔滑牙，尤其智能功率模塊經常用于振動較大的場所，由于驅動電路板不能可靠安裝在外殼上，故而引起各端子與外部電路之間的電氣連接不可靠，進而影響功率半導體模塊的使用壽命。另外在智能功率模塊裝配過程中，由于各信號端子需穿出外殼的蓋板上的端子孔才能與驅動電路板焊接，蓋板上的端子孔雖然能對各端子進行一定的限位，而蓋板采用絕緣塑料注塑而成，因蓋板產生變形而影響各端子的安裝效率和裝配質量。
發明內容
本發明的目的是提供一種結構合理，體積小，端子鍵合牢固，調試方便，能提高工作可靠性的智能功率模塊的封裝結構。本發明為達到上述目的的技術方案是:一種智能功率模塊的封裝結構，包括外殼、主電路板以及驅動電路板和多個端子，其特征在于:所述各端子呈臺階形，端子包括豎置的連接柱、設置在連接柱下部的上鍵合座、底部的下鍵合座以及位于上鍵合座與下鍵合座之間豎置的連接座，所述的外殼具有窗口，窗口四周具有環形的臺階面，各端子間隔嵌接在外殼窗口的至少兩側邊，各端子的連接座設置在外殼內、下鍵合座固定在窗口的下臺階面處、上鍵合座固定在窗口的上臺階面處、連接柱穿出外殼的上端面，主電路板密封固定在外殼的底部，各端子的下鍵合座通過金屬鍵合絲與主電路板鍵合，各端子的上鍵合座通過金屬鍵合絲與設置在外殼內的驅動電路板鍵合，蓋板扣合在外殼頂部，各端子的連接柱穿出蓋板。本發明的端子呈臺階形結構，因此能通過機械方式加工而成，能很好的控制端子的尺寸和平整度，由于多個端子是間隔嵌接在外殼的窗口至少兩側邊，因此當外殼制得后，可以實現所有端子的上鍵合座控制在同一平面，同時所有端子的下鍵合座也控制在同一平面，本發明將端子固定在外殼上，尤其各端子的下鍵合座固定在窗口的下臺階面、上鍵合座固定在窗口的上臺階面上，使各端子與外殼連接部分能被包裹在外殼內，大大加強各端子連接的牢固程度，由于各端子不會晃動，能避免其晃動而造成的功率損失。本發明將主電路板密封固定在外殼底部時，由于各端子的下接合座在窗口的下臺階面處、上接合座位于窗口的上臺階面上，在通過金屬鍵合絲將各端子的下鍵合座與主電路板進行鍵合以及將上鍵合座與驅動電路板鍵合時，通過外殼對各端子連接座的包裹，各端子的上、下鍵合座均不會晃動，能大幅度提高各端子鍵合點的牢固程度和可靠性，解決了主電路板及驅動電路板與端子接觸不良而引起的接觸電阻過大，進而造成局部過熱的問題。本發明由于無需對端子進行折彎工藝，故能提高端子自身的強度及鍵合點的連接強度，在震動環境下，能最大程度減少各端子在承受機械振動、機械應力以及熱應力時而作用于其鍵合點處，保證了智能功率模塊在惡劣環境下的工作可靠性。本發明智能功率模塊功率的端子采用雙鍵合平臺結構，端子與主電路板及驅動電路板都通過金屬鍵合絲鍵合連接，一方面取代以往在主電路板和驅動板與端子焊接工藝，可減少端子焊接所需的面積，可以使主電路板及驅動電路板設計的更小，進一步減小智能功率模塊的整體體積，另一方面將主電路板和驅動電路板通過外殼集成在一起，減少了外部連接導線，簡化電路結構，調試方便簡單，可使功率器件可靠導通與關斷，不易受到外部干擾，進一步提高其工作可靠性。
下面結合附圖對本發明的實施例作進一步的詳細描述。圖1是本發明智能功率模塊的結構示意圖。圖2是圖1的側視結構示意圖。圖3是本發明智能功率模塊的爆炸結構示意圖。圖4是本發明端子的結構示意圖。圖5是本發明外殼的結構示意圖。圖6是圖5的A向結構示意圖。其中:1 一外殼，1-1 一側座，1-2—安裝孔，1-3—槽口，1-4一限位凸柱，1-5—下臺階面，1-6—上臺階面，1-7—支承臺面，1-8—凸環邊，1-9 一支承柱，1-10 —凸臺，1-11 一下止口，1-12—內凹槽，2—蓋板，3—端子，3-1—連接柱，3-2—上鍵合座，3_3—連接座，3-4—下鍵合座，4一主電路板，5—金屬鍵合絲，6—驅動電路板，6-1—側限位槽。
具體實施例方式見圖1-3所示，本發明的智能功率模塊的封裝結構，包括外殼1、主電路板4以及驅動電路板6和多個端子3，半導體芯片、電容、電阻、二極管以及各端子3均焊接在覆金屬絕緣基板的金屬層上以實現電路連接并構成主電路板4進行功率的變換，而驅動電路板6由印刷電路板和焊接在印刷電路板板上的電阻、電容、二極管、集成電路等構成，以此實現驅動信號的輸入輸出。見圖4所示，本發明的各端子3呈臺階形，端子3包括豎置的連接柱3-1、設置在連接柱3-1下部的上鍵合座3-2、底部的下鍵合座3-4以及位于上鍵合座3_2與下鍵合座3-4之間豎置的連接座3-3，其連接柱3-1、上鍵合座3-2、連接座3_3和下鍵合座3-4均與外殼I固定，端子3的連接柱3-1為倒T形，本發明的端子3為電極端子和信號端子。見圖5、6所示，本發明外殼I具有窗口，窗口四周具有環形的臺階面，該臺階面為下部的下臺階面1-5、上部的上臺階面1-6，位于下臺階面1-5與上臺階面1-6之間的支承臺面1-7，多個端子3間隔嵌接在外殼I窗口的至少兩側邊，見圖1-3以及圖5、6所示，本發明的各端子3間隔嵌接在外殼I窗口的四周邊，或各端子3間隔嵌接在外殼I窗口的兩側邊或三側邊，且各端子3的連接座3-3設置在外殼I內、下鍵合座3-4固定在窗口的下臺階面1-5處、上鍵合座3-2固定在窗口的上臺階面1-6處、連接柱3-1穿出外殼I的上端面，主電路板4密封固定在外殼I的底部，見圖6的不,夕卜殼I在窗口的底部設有下止口 1-11,主電路板4設置在窗口的下止口 1-11內并與外殼I密封連接，通過密封膠將主電路板4固定在外殼I的底部，將智能功率模塊安裝在散熱器上時，主電路板4h的覆金屬絕緣基板作為散熱體，由于無需采用銅底板，故能降低散熱熱阻，也減少了功率模塊重量與體積，同時也節省了材料和降低制造成本。見圖1-3所示，本發明各端子3的下鍵合座3-4通過金屬鍵合絲5與主電路板4鍵合，各端子3的上鍵合座3-2通過金屬鍵合絲5與設置在外殼I內的驅動電路板6鍵合，金屬鍵合絲5可采用鋁絲、銅絲或銅合金絲，或鋁絲及鋁合金絲以及現有金絲或銀絲等，通過端子3實現與外部電源及設備的連接以及驅動信號的輸入輸出。見圖1-3以及圖5和圖6所示，本發明外殼I在窗口內設有支承臺面1-7和限位凸柱1-4，驅動電路板6設置在支承臺面1-7上，驅動電路板6上的側限位槽6-1與限位凸柱1-4相配，將驅動電路板6安裝在外殼I內，本發明外殼I在窗口的下臺階面1-5上還設有支承柱
1-9，支承柱1-9與支承臺面1-7為同一平面，以此增加驅動電路板6支承在外殼I上的支承面積。發明的驅動電路板6也可直接卡接在窗口內，將驅動電路板6可靠支承在外殼I內。本發明由于各端子3均被外殼I包裹，加強了各端子3的連接牢固程度，故在通過超聲波進行鍵合時各端子3不會晃動，提高端子3鍵合點的牢固程度，而避免因端子3晃動而產生的功率損失。見圖1-3所示，本發明的蓋板2扣合在外殼I頂部，各端子3的連接柱3-1穿出蓋板2，見圖5、6所示，本發明外殼I的頂面設置凸環邊1-8，蓋板2扣合在外殼I的凸環邊1-8，各端子3則穿出蓋板2，將主電路板4與驅動電路板6集成在一起外殼I內，能簡化電路，便于調試。
見圖1-3以及圖4、5所示，本發明外殼I兩側設有帶安裝孔1-2的側座1_1，可通過緊固件將外殼I安裝散熱器上，側座1-1的兩端設有凸臺1-10，凸臺1-10上部具有套管，側座1-1上設有用于應力釋放的槽口 1-3，外殼I底部位于窗口的周邊設有間隔的內凹槽
1-12，可通過槽口 1-3和內凹槽1-12可減少智能功率模塊安裝在散熱器上時，緊固件所產生的應力對主電路板4的沖擊。
權利要求
1.一種智能功率模塊的封裝結構，包括外殼(I)、主電路板(4)以及驅動電路板(6)和多個端子(3)，其特征在于:所述各端子(3)呈臺階形，端子(3)包括豎置的連接柱(3-1)、設置在連接柱(3-1)下部的上鍵合座(3-2)、底部的下鍵合座(3-4)以及位于上鍵合座(3-2)與下鍵合座(3-4)之間豎置的連接座(3-3)，所述的外殼(I)具有窗口，窗口四周具有環形的臺階面，各端子(3)間隔嵌接在外殼(I)窗口的至少兩側邊，各端子(3)的連接座(3-3)設置在外殼(I)內、下鍵合座(3-4)固定在窗口的下臺階面(1-5)處、上鍵合座(3-2)固定在窗口的上臺階面(1-6)處、連接柱(3-1)穿出外殼(I)的上端面，主電路板(4)密封固定在外殼(I)的底部，各端子(3 )的下鍵合座(3-4)通過金屬鍵合絲(5 )與主電路板(4)鍵合，各端子(3 )的上鍵合座(3-2 )通過金屬鍵合絲(5 )與設置在外殼(I)內的驅動電路板(6 )鍵合，蓋板(2)扣合在外殼(I)頂部，各端子(3)的連接柱(3-1)穿出蓋板(2)。
2.根據權利要求1所述的智能功率模塊的封裝結構，其特征在于:所述外殼(I)兩側設有帶安裝孔(1-2)的側座(1-1 )，側座(1-1)的兩端設有凸臺(1-10)，凸臺(1-10)上具有套管，且側座(1-1)上設有用于應力釋放的槽口( 1-3)。
3.根據權利要求1所述的智能功率模塊的封裝結構，其特征在于:所述外殼(I)在窗口的底部設有下止口(1-11)，安裝在外殼(I)底部的主電路板(4)設置在窗口的下止口(1-11)內。
4.根據權利要求1所述的智能功率模塊的封裝結構，其特征在于:所述外殼(I)的頂面設置凸環邊(1-8)，蓋板(2)扣合在外殼(I)的凸環邊(1-8)上。
5.根據權利要求1所述的智能功率模塊的封裝結構，其特征在于:所述外殼(I)底部位于窗口的周邊設有間隔的內凹槽(1-12)。
6.根據權利要求1所述的智能功率模塊的封裝結構，其特征在于:所述外殼(I)在窗口內設有支承臺面(1-7 )和限位凸柱(1-4 )，驅動電路板(6 )設置在支承臺面(1-7 )上，且驅動電路板(6)上的側限位槽(6-1)與限位凸柱(14)相配。
7.根據權利要求1或6所述的智能功率模塊的封裝結構，其特征在于:所述外殼(I)在窗口的下臺階面(1-5 )上還設有支承柱(1-9 )，支承柱(1-9 )與支承臺面(1-7 )為同一平面。
8.根據權利要求1所述的智能功率模塊的封裝結構，其特征在于:所述端子(3)的連接柱(3-1)為倒T形。
全文摘要
本發明涉及一種智能功率模塊的封裝結構，各端子呈臺階形，端子包括豎置的連接柱、設置在連接柱下部的上鍵合座、底部的下鍵合座以及上鍵合座與下鍵合座之間豎置的連接座，外殼具有窗口，窗口四周具有環形的臺階面，各端子間隔嵌接在外殼窗口的至少兩側邊，各端子的連接座設置在外殼內、下鍵合座固定在窗口的下臺階面處、上鍵合座固定在窗口的上臺階面處、連接柱穿出外殼的上端面，主電路板密封固定在外殼的底部，各端子的下鍵合座通過金屬鍵合絲與主電路板鍵合，各端子的上鍵合座通過金屬鍵合絲與設置在外殼內的驅動電路板鍵合，蓋板扣合在外殼頂部，各端子的連接柱穿出蓋板。本發明結構合理，體積小，端子鍵合牢固，調試方便，能提高工作可靠性。
文檔編號H05K7/14GK103140103SQ20131003263
公開日2013年6月5日 申請日期2013年1月28日 優先權日2013年1月28日
發明者聶世義, 姚玉雙, 麻長勝, 王曉寶 申請人:江蘇宏微科技股份有限公司