CN115799202B - 功率模块和设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种功率模块和设备，功率模块包括：基板，所述基板一端设有导电连接件和至少一个凸起；多个第一引脚，所述第一引脚至少通过所述导电连接件与所述基板相连且实现电连接，所述第一引脚的面向所述基板的一侧表面与所述基板之间至少通过所述凸起隔开。其中，在基板上设置多个凸起，第一引脚的面向基板的一侧表面与凸起相抵接，凸起对第一支脚起到支撑作用，有效避免基板与第一引脚之间相对位置的移动，进而避免溢胶现象。

Description

功率模块和设备

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其是涉及一种功率模块和设备。

背景技术

相关技术中，功率模块(IPM)设计中，DBC表面通常为平滑的表面，在与框架焊接时，锡膏在过回流炉熔化时，体积变小，在DBC和框架之间会形成收缩张力，易造成DBC向框架方向移动，会导致后续注塑工序时会造成溢胶严重。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出了一种功率模块，在基板上设置多个凸起，第一引脚的面向基板的一侧表面与凸起相抵接，凸起对第一支脚起到支撑作用，有效避免基板与第一引脚之间相对位置的移动，进而避免溢胶现象。

本发明还提出了一种设备。

根据本发明第一方面实施例的功率模块，包括：基板，所述基板一端设有导电连接件和至少一个凸起；多个第一引脚，所述第一引脚至少通过所述导电连接件与所述基板相连且实现电连接，所述第一引脚的面向所述基板的一侧表面与所述基板之间至少通过所述凸起隔开。

根据本发明实施例的功率模块，在基板上设置多个凸起，第一引脚的面向基板的一侧表面与凸起相抵接，凸起对第一支脚起到支撑作用，有效避免基板与第一引脚之间相对位置的移动，进而避免溢胶现象。

根据本发明的一些实施例，所述凸起的远离所述基板的面向所述第一引脚的一侧表面与所述第一引脚接触。

根据本发明的一些实施例，所述凸起与所述基板为一体成型件，所述基板通过所述导电连接件和所述凸起与所述基板实现电连接。

根据本发明的一些实施例，所述基板包括：内覆铜层、陶瓷层和外覆铜层，所述陶瓷层夹设在所述内覆铜层和所述外覆铜层之间，所述内覆铜层与所述第一引脚连接，所述内覆铜层上设置有所述凸起。

根据本发明的一些实施例，所述凸起为多个，多个所述凸起在所述内覆铜层上呈阵列排布。

根据本发明的一些实施例，沿所述基板的厚度方向、每个所述凸起的厚度为D，其中，所述D满足：30μm≤D≤50μm。

根据本发明的一些实施例，所述第一引脚的面向所述基板的一侧表面上形成有至少一个凹槽，所述导电连接件的至少一部分位于所述凹槽内。

根据本发明的一些实施例，所述凸起的数量为N，其中，所述N满足：10≤N≤20。

根据本发明的一些实施例，所述凸起的形状为长方体形、圆柱形、半球形和锥形中的一种。

根据本发明的一些实施例，每个所述第一引脚包括：本体；连接部，所述连接部的一端与所述本体相连，所述连接部的另一端沿所述基板的厚度方向朝向所述基板倾斜延伸；安装部，所述安装部的一端与所述连接部的所述另一端相连，所述安装部的面向所述基板的一侧表面与所述凸起抵接。

根据本发明的一些实施例，所述安装部在所述基板上的投影的面积大于所述凸起在所述基板上的投影的面积。

根据本发明的一些实施例，所述导电连接件为锡膏。

根据本发明的一些实施例，多个所述第一引脚的一部分位于所述基板的宽度方向的一侧，多个所述第一引脚的另一部分位于所述基板的长度方向的至少一端。

根据本发明的一些实施例，所述功率模块还包括：多个第二引脚，多个所述第二引脚位于所述基板的宽度方向的另一侧；多个芯片，多个所述芯片包括至少一个驱动芯片和至少一个功率芯片，所述驱动芯片位于所述第二引脚上且与对应的所述第二引脚电连接，所述功率芯片位于所述基板上且与对应的所述第一引脚电连接；塑封体，所述塑封体包裹所述基板和所述芯片，且每个所述第一引脚的自由端和每个所述第二引脚的自由端伸出所述塑封体，所述基板背离芯片的一面完全被包裹在塑封体内或所述基板背离芯片的一面与塑封体平齐裸露在外面。

根据本发明第二方面实施例的设备，包括所述功率模块和控制器，所述控制器与所述功率模块电连接。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是现有技术中的功率模块的侧视图；

图2是根据本发明实施例的功率模块的一个方向的示意图；

图3是根据本发明实施例的功率模块的又一个方向的示意图；

图4是根据本发明实施例的功率模块的剖视图；

图5是根据本发明实施例的功率模块的仰视图；

图6是根据本发明实施例的功率模块的俯视图；

图7是根据本发明实施例的功率模块的局部示意图；

图8是根据本发明实施例的基板的示意图；

图9是根据本发明实施例的基板的局部示意图。

附图标记：

现有技术：

100＇、功率模块；10＇、基板；20＇、第一引脚；

本申请：

100、功率模块；

10、基板；11、内覆铜层；12、陶瓷层；13、外覆铜层；14、凸起；

20、第一引脚；21、本体；22、连接部；23、安装部；24、凹槽；

30、第二引脚；

40、驱动芯片；

50、功率芯片。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本发明的实施例。

下面参考图1-图9描述根据本发明实施例的功率模块100，还提出了一种包括上述功率模块100的设备。

结合图1-图6所示，功率模块100包括：基板10和多个第一引脚20。基板10一端设有导电连接件和至少一个凸起14；第一引脚20至少通过导电连接件与基板10相连且实现电连接，第一引脚20的面向基板10的一侧表面与基板10之间至少通过凸起14隔开。具体地，基板10上的一端表面设置导电连接件和至少一个凸起14，即基板10邻近的一侧表面设有至少一个凸起14和导电连接件，凸起14可以有效将第一引脚20的一端与基板10间隔开。凸起14可以从基板10的邻近第一引脚20的一侧表面朝向第一引脚20的方向凸出，导电连接件为具有导电性能和粘接性能的部件，能够实现第一引脚20与基板10的物理连接的同时，可以使第一引脚20与基板10电连接。

如图2和图3所示，多个第一引脚20可以设置在基板10的宽度方向的一侧，且多个第一引脚20沿基板10的长度方向间隔排布。以及，当基板10与第一引脚20连接时，可以将导电连接件放置于凸起14与其中一个第一引脚20彼此相对的两个面之间，以将凸起14与其中一个第一引脚20预粘接，此时凸起14能够将其中一个第一引脚20支撑在基板10上，随后经回流炉使导电连接件熔化，导电连接件熔化后变成液态，此时，至少部分导电连接件会流向凸起14的外周，使得第一引脚20与基板10之间的导电连接件的厚度会变薄，固化后实现第一引脚20与基板10的连接。由于凸起14可以限制第一引脚20基板10朝向基板10的方向移动，从而在保证了第一引脚20与基板10的连接可靠性的同时，避免了第一引脚20与基板10之间发生相对位移，使得第一引脚20与基板10之间的实际距离与设计距离相符，进而避免在注塑工序中出现溢胶现象。

通过在基板10的一端设置至少一个凸起14和导电连接件，且导电连接件和凸起14均位于基板10的面向第一引脚20的一侧表面和第一引脚20之间，第一引脚20通过导电连接件实现与基板10的电连接，由此，与传统的功率模块100相比，凸起14可以对第一引脚20起到支撑作用，将第一引脚20和基板10间隔开，可以有效避免第一引脚20与基板10之间发生相对位移，进而避免注塑工序时出现溢胶现象。

现有技术中，如图1所示，功率模块100＇，基板10＇表面通常为平滑的表面，在与第一引脚20＇焊接时，焊接剂在过回流炉熔化时，体积变小，在基板10＇和第一引脚20＇之间会形成收缩张力，易造成基板10＇向第一引脚20＇方向移动，这在后面注塑工序时会造成溢胶严重。在本发明实施例中，在基板10上设置多个凸起14，多个凸起14对第一引脚50起到支撑作用，凸起14使得基板10和第一引脚20之间的焊接剂熔化时存在收缩张力，可以有效避免基板10与第一引脚20相对位置的移动，进而避免了后续封装时的溢胶现象。

由此，在基板10上设置多个凸起14，第一引脚20的面向基板10的一侧表面与凸起14相抵接，凸起14对第一支脚20起到支撑作用，有效避免基板10与第一引脚20之间相对位置的移动，进而避免溢胶现象。

结合图8好图9所示，凸起14的远离基板10的面向第一引脚20的一侧表面的一侧与第一引脚20接触。具体地，在导电连接件变为液态后，导电连接件可以全部流至凸起14的周围，此时凸起14的邻近第一引脚20的一侧表面与第一引脚20直接接触，凸起14仍然将第一引脚20支撑在基板10上。由此，可以将第一引脚20与基板10电连接的同时，凸起14对第一引脚20能起到较好的支撑作用，避免第一引脚20朝向基板10的方向移动。

其中，凸起14与基板10为一体成型件，第一引脚20通过导电连接件和凸起14与基板10实现电连接。例如，凸起14可以通过蚀刻、冲压、焊接等方法精确获得。如此设置，可以减少功率模块100的装配步骤，从而可以提高功率模块100的装配效率。

根据图4所示，基板10包括：内覆铜层11、陶瓷层12和外覆铜层13，陶瓷层12夹设在内覆铜层11和外覆铜层13之间，内覆铜层11与第一引脚20连接，内覆铜层11上设置有多个凸起14。具体地，基板10包括叠层的内覆铜层11、陶瓷层12和外覆铜层13。具体地，内覆铜层11具有良好的的导电性能，从而保证第一引脚20以及其他元器件与基板10的有效电连接；陶瓷层12的边缘超出内覆铜层11和外覆铜层13的边缘，陶瓷层12为绝缘层，在内覆铜层11和外覆铜层13之间保持较大的爬电距离；当功率模块100工作产生热量时，热量可以经第一铜层和陶瓷层12传递至外覆铜层13，外覆铜层13与外界进行热交换，以实现功率模块100的散热。基板10具有极好的热循环性、形状稳定、刚性好、导热率高、可靠性高，并且是一种无污染、无公害的绿色产品。

结合图8和图9所示，凸起14为多个，多个凸起14在内覆铜层11上呈阵列排布。具体地，多个凸起14呈阵列排布在基板10上的内覆铜层11的整个表面，使得凸起14对第一引脚20的支撑力更加平衡。当第一引脚20与基板10连接时，导电连接件在第一引脚20与基板10之间的分布也更加均匀，防止基板10与第一引脚20之间的某些位置处的导电连接件的连接性不足而导致第一引脚20和基板10的连接失效。

其中，凸起14的形状为长方体形、圆柱形、半球形和锥形中的一种。由于凸起14对第一引脚20有支撑作用，凸起14的上述形状可以较好地实现对第一引脚20的支撑，从而有效避免第一引脚20与基板10的相对位置的移动。具体地，凸起14为长方体形，使得第一引脚20能牢固地与基板10连接。

进一步地，沿基板10的厚度方向、每个凸起14的厚度为D，其中，所述D满足：30μm≤D≤50μm。具体地，当D＜30μm时，凸起14的厚度过小，使得基板10与第一引脚20之间的间隙过小，从而导致导电连接件的体积较小，会降低基板10与第一引脚20之间的连接可靠性，使得第一引脚20与基板10容易发生连接失效的问题。当D＞50μm时，凸起14的厚度过大，使得第一引脚20与基板10之间的距离过大，从而会增大导电连接件的用量，增加功率模块100的成本。由此，通过设置凸起14的厚度为30μm≤D≤50μm，不仅能够减少导电连接件的用量，可以将第一引脚20与基板10可靠连接，也可以保证凸起14能够对第一引脚20起到支撑作用，避免第一引脚20朝向基板10的方向移动，避免注塑工序中发生溢胶。

如图7所示，第一引脚20的面向基板10的一侧表面上形成有至少一个凹槽24，导电连接件的至少一部分位于凹槽24内。具体地，凹槽24位于第一引脚20上，并且凹槽24位于第一引脚20面向基板10的一侧，当导电连接件将基板10和第一引脚20粘接后，将导电连接件熔化，此时部分导电连接件能够流入凹槽24内，防止导电连接件在凸起14周围堆积，从而可以使凸起14周围的导电连接件分布更加均匀，同时增加了导电连接件与第一引脚20的接触面积，进而进一步增强了第一引脚20与基板10的连接可靠性。

根据图9所示，凸起14的数量为N，其中，N满足：0≤N≤20。具体地，当N＞20时，凸起14的数量过多，凸起14在安装部23上的排布密度过大，不利于凸起14的加工；并且由于密度过大，在凸起14和基板10之间可容纳的导电连接件较少，凸起14不能很好地将第一引脚20支撑在基板10上，会导致第一引脚20与基板10的连接不牢靠。凸起14的个数为18个，当导电连接件变为液态时，相邻两个凸起14之间的间距可以容纳适量的导电连接件，可以将第一引脚20和基板10可靠连接，且便于凸起14的加工。

参照图7所示，每个第一引脚20包括：本体21；连接部22，连接部22的一端与本体21相连，连接部22的另一端沿基板10的厚度方向朝向基板10倾斜延伸；安装部23，安装部23的一端与连接部22的另一端相连，安装部23的面向基板10的一侧表面与凸起14抵接。具体地，每个第一引脚20都包括本体21、连接部22和安装部23，本体21用于与其他的器件相连接；连接部22的一端与本体21邻近基板10的一侧相连，连接部22的另一端朝向基板10倾斜延伸，与安装部23相连；安装部23沿基板10的长度方向延伸，使得第一引脚20的结构简单，方便加工。

进一步地，安装部23在基板10上的投影的面积大于凸起14在基板10上的投影的面积。具体地。安装部23在基板10上的投影的面积可以大于凸起14在基板10上的投影的面积；或者，安装部23在基板10上的投影的面积可以等于凸起14在基板10上的投影的面积；又或者，安装部23在基板10上的投影的面积可以小于凸起14在基板10上的投影的面积，在此不做限制。

可选地，导电连接件为锡膏。锡膏作为连接材料，既可以将第一引脚20与基板10连接，同时还能够起到导电的作用，使基板10和第一引脚20为电连接，从而实现功率模块100的使用功能。

多个第一引脚20的一部分位于基板10的宽度方向的一侧，多个第一引脚20的另一部分位于基板10的长度方向的至少一端。如图2-图6所示，第一引脚20为10个，8个第一引脚20沿基板10的长度方向间隔排布，2个第一引脚20分别分布在基板10的长度方向的两端。由此，第一引脚20的分布可以较好地实现与芯片的电连接，从而实现功率模块100的功能。

进一步地，功率模块100还包括多个第二引脚30、多个芯片和塑封体。多个第二引脚30位于基板10的宽度方向的另一侧。多个芯片包括至少一个驱动芯片40和至少一个功率芯片50，驱动芯片40位于第二引脚30上且与对应的第二引脚30电连接，功率芯片50位于基板10上且与对应的第一引脚20电连接。塑封体包裹基板10和芯片，且每个第一引脚20的自由端和每个第二引脚30的自由端伸出塑封体。具体地，第二引脚30位于基板10的宽度方向的另一侧且与多个第一引脚20相对。第二引脚30可以通过金线、铜线或银线与驱动芯片40电连接，驱动芯片40可以采用铝线、金线或铜线与功率芯片50的栅极电连接，以实现驱动芯片40的功能。第一引脚20可以采用铝线或铝箔与功率芯片50的发射极电连接，以实现功率芯片50的功能。塑封体包裹在基板10的外周，对基板10和芯片起到保护作用。

在功率模块100的制作过程中，先将导电连接件例如锡膏印刷在基板10上，随后将第一引脚20和第二引脚30安装在基板10的宽度方向的两侧，并向下按压第一引脚20和第二引脚30，使第一引脚20和第二引脚30与导电连接件粘接，此时第一引脚20与凸起14相触，锡膏被挤压并分布在凸起14的四周，之后在回流炉中进行回流焊，导电连接件变为液态流向凸起14之间的间隙和凹槽24内，然后将多个芯片放置在基板10的相应位置并进行贴装，最后对整体进行塑封，且第一引脚20和第二引脚30的一端伸出塑封体。

根据本发明的一个可选的实施例，基板10背离芯片的一面完全被包裹在塑封体内。如此，基板10整体由塑封在塑封体内，第一引脚可以在内覆铜层11的不同位置灵活布置，并且基板10可以被塑封体完全包裹，这样可以提升基板10的安全性和密封性。

根据本发明的另一个可选的实施例，基板10背离芯片的一面与塑封体平齐裸露在外面。如此，基板10背离芯片的一面裸露在外面，即，外覆铜层13可以露出塑封体，这样使得芯片可以通过外覆铜层13来实现散热。进一步地，外覆铜层13还可以与散热器贴合，通过散热器来给基板进行散热，进而使芯片具有较好的散热性能。

根据本发明第二方面实施例的设备，包括功率模块100和控制器，控制器与功率模块100电连接。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (13)

1.一种功率模块，其特征在于，包括：

基板，所述基板包括：内覆铜层、陶瓷层和外覆铜层，所述陶瓷层夹设在所述内覆铜层和所述外覆铜层之间，所述内覆铜层上设有导电连接件和凸起，所述凸起为多个，多个所述凸起在所述内覆铜层上呈阵列排布；

多个第一引脚，所述第一引脚至少通过所述导电连接件与所述内覆铜层相连且实现电连接，每个所述第一引脚的面向所述基板的一侧表面与所述基板之间至少通过多个所述凸起隔开。

2.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述凸起的远离所述基板的面向所述第一引脚的一侧表面与所述第一引脚接触。

3.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述凸起与所述基板为一体成型件，所述第一引脚通过所述导电连接件和所述凸起与所述基板实现电连接。

4.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，沿所述基板的厚度方向、每个所述凸起的厚度为D，其中，所述D满足：30μm≤D≤50μm。

5.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述第一引脚的面向所述基板的一侧表面上形成有至少一个凹槽，所述导电连接件的至少一部分位于所述凹槽内。

6.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述凸起的数量为N，其中，所述N满足：10≤N≤20。

7.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述凸起的形状为长方体形、圆柱形、半球形和锥形中的一种。

8.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，每个所述第一引脚包括：

本体；

连接部，所述连接部的一端与所述本体相连，所述连接部的另一端沿所述基板的厚度方向朝向所述基板倾斜延伸；

安装部，所述安装部的一端与所述连接部的所述另一端相连，所述安装部的面向所述基板的一侧表面与所述凸起抵接。

9.根据权利要求8所述的功率模块，其特征在于，所述安装部在所述基板上的投影的面积大于所述凸起在所述基板上的投影的面积。

10.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述导电连接件为锡膏。

11.根据权利要求1-10任一项所述的功率模块，其特征在于，多个所述第一引脚的一部分位于所述基板的宽度方向的一侧，多个所述第一引脚的另一部分位于所述基板的长度方向的至少一端。

12.根据权利要求11所述的功率模块，其特征在于，还包括：

多个第二引脚，多个所述第二引脚位于所述基板的宽度方向的另一侧；

多个芯片，多个所述芯片包括至少一个驱动芯片和至少一个功率芯片，所述驱动芯片位于所述第二引脚上且与对应的所述第二引脚电连接，所述功率芯片位于所述基板上且与对应的所述第一引脚电连接；

塑封体，所述塑封体包裹所述基板和所述芯片，且每个所述第一引脚的自由端和每个所述第二引脚的自由端伸出所述塑封体，所述基板背离芯片的一面完全被包裹在塑封体内或所述基板背离芯片的一面与塑封体平齐裸露在外面。

13.一种设备，其特征在于，包括权利要求1-12任一项所述的功率模块和控制器，所述控制器与所述功率模块电连接。