TWI478479B - 整合功率模組封裝結構 - Google Patents

Description

整合功率模組封裝結構

本發明是有關於一種封裝結構，且特別是有關於一種整合功率模組封裝結構。

因應全球自動化與省電節能的發展趨勢，需要調速裝置設備來應用各種場合，故採用變頻驅動器與馬達來達到不同的轉速需求。然而對於傳統變頻器來說，內部包功率模組、驅動基板、散熱鰭片及許多週邊的電子元件，導致變頻器體積太大，重量過重。對於現今產品使用者的發展趨勢，相關產品正朝微小化、高功率、及高密度等方向發展。

因此本發明的目的就是在提供一種整合功率模組封裝結構，用以將驅動基板及功率元件整合在同一個封裝體內，形成立體堆疊的結構。

依照本發明一實施例，提出一種整合功率模組封裝結構，包含塑料殼體、複數個階梯狀引腳、第一電路基板以及第二電路基板。塑料殼體具有空腔。階梯狀引腳埋設於塑料殼體中，其中階梯狀引腳包含相連之第一L形彎折部與第二L形彎折部。第一電路基板容置於空腔中，其中第一電路基板設置有至少一功率元件，第一電路基板與至少部分之第一L形彎折部電性連接。第二電路基板容置於空腔中，位於第一電路基板的相對上方，第二電路基板之兩表面分別設置有電子元件，第二電路基板與至少部份之第二L形彎折部電性連接。

於本發明之一或多個實施例中，部分的階梯狀引腳同時電性連接第一電路基板與第二電路基板。

於本發明之一或多個實施例中，第一L形彎折部包含外露於塑料殼體之第一接觸區，第二L形彎折部包含外露於塑料殼體之第二接觸區，以與第一電路基板與第二電路基板電性連接。

於本發明之一或多個實施例中，整合功率模組封裝結構更包含銲線，連接第一電路基板與至少部份之第一接觸區，以及連接第二電路基板與至少部份之第二接觸區。

於本發明之一或多個實施例中，第一電路基板包含複數個銲墊，至少部份之階梯狀引腳更包含複數個延伸段，連接於第一L形彎折部，延伸段實體接觸銲墊。

於本發明之一或多個實施例中，第二電路基板包含多層印刷電路板以及設置於多層印刷電路板之板緣的導體層，導體層實體接觸至少部份之第二接觸區。

於本發明之一或多個實施例中，部份的階梯狀引腳垂直於第二電路基板的高度大於另一部分的階梯狀引腳垂直於第二電路基板的高度。

於本發明之一或多個實施例中，塑料殼體包含凸緣，第二電路基板固定於凸緣上。

於本發明之一或多個實施例中，塑料殼體包含凹槽，第一電路基板容置於凹槽中。

於本發明之一或多個實施例中，整合功率模組封裝結構更包含散熱基板，第一電路基板設置於散熱基板上，其中塑料殼體更包含一凹槽，散熱基板容置於凹槽中。

於本發明之一或多個實施例中，整合功率模組封裝結構更包含設置於散熱基板相對於第一電路基板之表面的複數個散熱鰭片。

於本發明之一或多個實施例中，第一電路基板包含陶瓷基板與被覆於陶瓷基板上之銅層。

整合功率模組封裝結構將功率元件以及驅動基板整合於同一封裝體，以縮減變頻器之體積。第二電路基板採用多層印刷電路板，且其雙面均設置有電子元件，透過內連線即可溝通正反兩面的電子元件，可以有效節省空間並提升組裝之可靠度。除此之外，第一電路基板與第二電路基板可以視需求透過不同的方式與階梯狀引腳電性連接，大幅地提升組裝的彈性。

100．．．整合功率模組封裝結構

110．．．塑料殼體

112．．．空腔

114．．．側壁

116．．．凹槽

118．．．凸緣

120、120a、120b．．．階梯狀引腳

122．．．第一L形彎折部

124．．．第一接觸區

126．．．第二L形彎折部

128．．．第二接觸區

130．．．延伸段

140．．．第一電路基板

142．．．功率元件

144．．．陶瓷基板

146．．．銅層

150．．．第二電路基板

152．．．多層印刷電路板

154．．．電子元件

156．．．導體層

160．．．銲墊

170．．．銲線

180．．．封裝膠體

190．．．散熱基板

192．．．散熱鰭片

h1、h2．．．高度

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之詳細說明如下：

第1圖繪示本發明之整合功率模組封裝結構第一實施例剖面圖。
第2圖為第1圖中之整合功率模組封裝結構的局部立體視圖。
第3圖繪示本發明之整合功率模組封裝結構第二實施例剖面圖。
第4圖繪示本發明之整合功率模組封裝結構第三實施例剖面圖。
第5圖繪示本發明之整合功率模組封裝結構第四實施例剖面圖。

以下將以圖式及詳細說明清楚說明本發明之精神，任何所屬技術領域中具有通常知識者在瞭解本發明之較佳實施例後，當可由本發明所教示之技術，加以改變及修飾，其並不脫離本發明之精神與範圍。

參照第1圖，其繪示本發明之整合功率模組封裝結構第一實施例剖面圖。整合功率模組封裝結構100包含有塑料殼體110、階梯狀引腳120、第一電路基板140以及第二電路基板150。階梯狀引腳120為埋設於塑料殼體110中。塑料殼體110具有空腔112，第一電路基板140與第二電路基板150容置於空腔112之中，其中第二電路基板150位於第一電路基板140的相對上方。

塑料殼體110可以透過射出成形的方式製成，並藉由同樣的射出成形製程使得階梯狀引腳120埋設於塑料殼體110之中。塑料殼體110的空腔112可以透過射出成形之模具設計而產生，塑料殼體110具有圍繞空腔112之側壁114，側壁114的剖面形狀大致為底部較寬的階梯狀，階梯狀引腳120為埋設於塑料殼體110的側壁114中。

階梯狀引腳120包含有相連的第一L形彎折部122與第二L形彎折部126。換言之，第一L形彎折部122具有水平部與豎直部，第二L形彎折部126亦包含有水平部與豎直部，第一L形彎折部122的豎直部連接於第二L形彎折部126的水平部。前述之水平部與豎直部僅是就其相對位置而言，水平部與豎直部之間的夾角不侷限於90度。

塑料殼體110更包含有凹槽116。凹槽116設置於側壁114的底部。第一電路基板140容置於凹槽116之中，第一電路基板140可透過黏著劑等材料固接於塑料殼體110上。

第一電路基板140上設置有功率元件142，功率元件142可以為IGBT、MOSFET、DIODE等。由於功率元件142運作時會產生大量的熱量，因此，第一電路基板140較佳地為導熱性良好的基板。舉例而言，第一電路基板140可以包含有陶瓷基板144以及被覆於陶瓷基板144上之銅層146，由於銅為導熱性良好的材料，因此可以快速地將功率元件142所產生的熱量帶走以散熱。功率元件142設置於陶瓷基板144面對空腔112的上表面。須注意的是，銅層146的圖案須避開功率元件142的接腳，以免功率元件142之接腳透過銅層146導通而造成短路的現象。

第一電路基板140包含複數個銲墊160，銲墊160透過佈於陶瓷基板144上之導線與功率元件142連接。同樣地，銅層146的佈局需要避開導線以及銲墊160，以免銲墊160或是導線因銅層146導通而發生短路的問題。

階梯狀引腳120中，第一L形彎折部122具有外露於第一接觸區124。整合功率模組封裝結構100更包含有銲線170，以連接第一電路基板140上之銲墊160與第一L形彎折部122之第一接觸區124。換言之，整合功率模組封裝結構100可以透過打線接合的方式，電性連接第一電路基板140以及階梯狀引腳120。

塑料殼體110包含有凸緣118，並且凸緣118位於第一電路基板140的相對上方。第二電路基板150則可以透過如黏著劑等材料固定於凸緣118上。埋設於塑料殼體110中之第二L形彎折部126具有外露於塑料殼體110之第二接觸區128。

第二電路基板150包含有多層印刷電路板152，以及分別設置於多層印刷電路板152之兩表面上的電子元件154。整合功率模組封裝結構100為應用於變頻器中，第二電路基板150可以作為控制基板或是驅動基板。藉由多層印刷電路板152之金屬內連線可以將位於下方(面對第一電路基板140)之電子元件154的訊號導引至多層印刷電路板152的上表面(遠離第一電路基板140的一面)。第二電路基板150上更具有銲墊160，銲墊160可以透過金屬內連線的方式連接至電子元件154。同樣地，第二電路基板150與階梯狀引腳120之間可以透過打線接合的方式連接，即銲線170連接第二電路基板150上之銲墊160與外露於塑料殼體110之第二接觸區128。

整合功率模組封裝結構100更包含有封裝膠體180，封裝膠體180為填入塑料殼體110之空腔112中，以固定並保護位於塑料殼體110內之元件。

根據不同的設計需求，部份的階梯狀引腳120可以僅與第一電路基板140電性連接，部份的階梯狀引腳120可以僅與第二電路基板150電性連接，而部份的階梯狀引腳120則是同時與第一電路基板140以及第二電路基板150連接。根據連接的對象不同，階梯狀引腳120又可被區分為用以連接第一電路基板140與第二電路基板150的內部連接以及用以連接第一電路基板140及/或第二電路基板150與外部元件的外部連接兩大類，階梯狀引腳120對應有不同的設計，將於第2圖中具體說明之。

參照第2圖，其為第1圖中之整合功率模組封裝結構100的局部立體視圖。須注意的是，本圖式中僅繪示塑料殼體110與埋設於其中之階梯狀引腳120，第一電路基板140與第二電路基板150在此予以隱藏。階梯狀引腳120中包含有用以進行外部連接的階梯狀引腳120a，以及用以進行內部連接的階梯狀引腳120b。用以進行外部連接的階梯狀引腳120a垂直於第二電路基板150(見第1圖)的高度h1大於用以進行內部連接之階梯狀引腳120b垂直於第二電路基板150的高度h2。

換言之，會有部份的階梯狀引腳120a具有較高的高度，並凸出於塑料殼體110，以與外部進行電性連接。而另一部分的階梯狀引腳120b具有較低的高度，且不凸出於塑料殼體110，用以進行內部電性連接。

關於塑料殼體110、階梯狀引腳120、第一電路基板140以及第二電路基板150的結構已經詳細說明如前，在以下實施例中，僅針對與第一實施例不同之處進行說明，與第一實施例相同的部份將不再贅述，合先敘明。

參照第3圖，其繪示本發明之整合功率模組封裝結構第二實施例的剖面圖。本實施例與第一實施例之差別在於，本實施例中，階梯狀引腳120更包含連接於第一L形彎折部122之延伸段130，延伸段130向第一電路基板140的方向延伸，延伸段130更凸出於塑料殼體110。延伸段130實體接觸第一電路基板140上之銲墊160，藉以電性連接第一電路基板140與階梯狀引腳120。

爲了更好地連接延伸段130與第一電路基板140上之銲墊160，整合功率模組封裝結構100可更包含錫膏，藉以連接延伸段130與第一電路基板140上之銲墊160。

參照第4圖，其繪示本發明之整合功率模組封裝結構第三實施例的剖面圖。本實施例與第一實施例之差別在於，第二電路基板150不再透過打線接合的方式與階梯狀引腳120連接。第二電路基板150包含有多層印刷電路板152以及設置於多層印刷電路板152相對兩側面之電子元件154。第二電路基板150更包含有設置於多層印刷電路板152之板緣的導體層156。導體層156之圖案為不連續圖案，導體層156包含複數個區塊，以連接銲墊160而與電子元件154之接腳電性連接，其中銲墊160藉由金屬內連線連接至電子元件154。第二電路基板150透過導體層156與階梯狀引腳120電性連接。

具體而言，導體層156可分別連接位於多層印刷電路板152下方(面對第一電路基板140之一側)之電子元件154與階梯狀引腳120，以及連接位於多層印刷電路板152上方(遠離第一電路基板140之一側)之電子元件154與階梯狀引腳120。若是導體層156僅用以連接下方的電子元件154，則此部份的導體層156可以僅形成在第二電路基板150的下表面，並延伸至多層印刷電路板152的板緣，以與第二接觸區128實體接觸，以透過導體層156電性連接位於多層印刷電路板152之下表面的電子元件154與對應的階梯狀引腳120。

若是導體層156是用以連接位於多層印刷電路板152之上表面的電子元件154與階梯狀引腳120，則此部份的導體層156需要包覆多層印刷電路板152的板緣，即導體層156需接觸多層印刷電路板152之上表面、側表面以及下表面。其中位於多層印刷電路板152之上表面的導體層156接觸電子元件154的接腳，位於多層印刷電路板152之下表面的導體層156實體接觸階梯狀引腳120的第二接觸區128，以藉由導體層156電性連接位於多層印刷電路板152之上基板的電子元件154與階梯狀引腳120。

同樣地，為了確保導體層156與第二接觸區128之間的電性連接，整合功率模組封裝結構100更可透過錫膏或是其他的固定手段連接兩者。

參照第5圖，其繪示本發明之整合功率模組封裝結構第四實施例的剖面圖。本實施例與第一實施例之差別在於，為了進一步地提升整合功率模組封裝結構100的散熱效率，整合功率模組封裝結構100更包含有散熱元件，散熱元件用以實體接觸第一電路基板140，以提升第一電路基板140的熱交換效率。本實施例中，散熱元件包含有散熱基板190以及散熱鰭片192。散熱基板190固定於塑料殼體110的凹槽116中，而第一電路基板140則是設置於散熱基板190上。散熱基板190之材料可以為導熱性良好的金屬。散熱鰭片192為設置於散熱基板190上，並位於相對於第一電路基板140之表面，即散熱鰭片192與第一電路基板140分別位於散熱基板190的相對兩表面。

在其他的實施例中，亦可選擇性地僅使用散熱基板190，將第一電路基板140設置於散熱基板190上，或是僅使用散熱鰭片192，並將散熱鰭片192設置於第一電路基板140上。整合功率模組封裝結構100透過散熱基板190及/或散熱鰭片192等散熱元件可以增加其與外界進行熱交換的表面積，有效地帶走第一電路基板140上之功率元件142的積熱，進而提升整合功率模組封裝結構100的散熱效率。

由上述本發明較佳實施例可知，應用本發明具有下列優點。整合功率模組封裝結構將功率元件以及驅動基板整合於同一封裝體，以縮減變頻器之體積。第二電路基板採用多層印刷電路板，且其雙面均設置有電子元件，透過內連線即可溝通正反兩面的電子元件，可以有效節省空間並提升組裝之可靠度。除此之外，第一電路基板與第二電路基板可以視需求透過不同的方式與階梯狀引腳電性連接，大幅地提升組裝的彈性。

雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．整合功率模組封裝結構

110．．．塑料殼體

112．．．空腔

114．．．側壁

116．．．凹槽

118．．．凸緣

120．．．階梯狀引腳

122．．．第一L形彎折部

124．．．第一接觸區

126．．．第二L形彎折部

128．．．第二接觸區

140．．．第一電路基板

142．．．功率元件

144．．．陶瓷基板

146．．．銅層

150．．．第二電路基板

152．．．多層印刷電路板

154．．．電子元件

160．．．銲墊

170．．．銲線

180．．．封裝膠體

Claims (10)

1. 一種整合功率模組封裝結構，包含：
   一塑料殼體，具有一空腔；
   複數個階梯狀引腳，埋設於該塑料殼體中，其中每一該些階梯狀引腳包含相連之一第一L形彎折部與一第二L形彎折部；
   一第一電路基板，容置於該空腔中，其中該第一電路基板設置有至少一功率元件，該第一電路基板與至少部分之該些第一L形彎折部電性連接；以及
   一第二電路基板，容置於該空腔中，並位於該第一電路基板的相對上方，其中該第二電路基板之兩表面分別設置有至少一電子元件，該第二電路基板與至少部分之該些第二L形彎折部電性連接。
2. 如申請專利範圍第1項所述之整合功率模組封裝結構，其中部分的該些階梯狀引腳同時電性連接該第一電路基板與該第二電路基板。
3. 如申請專利範圍第1項所述之整合功率模組封裝結構，其中每一該些第一L形彎折部包含外露於該塑料殼體之一第一接觸區，每一該些第二L形彎折部包含外露於該塑料殼體之一第二接觸區，以分別與該第一電路基板與該第二電路基板電性連接。
4. 如申請專利範圍第3項所述之整合功率模組封裝結構，更包含複數個銲線，連接該第一電路基板與至少部份該些第一接觸區，以及連接該第二電路基板與至少部份之該些第二接觸區。
5. 如申請專利範圍第3項所述之整合功率模組封裝結構，其中該第一電路基板包含複數個銲墊，至少部份該些階梯狀引腳更包含複數個延伸段，連接於該些第一L形彎折部，該些延伸段實體接觸該些銲墊。
6. 如申請專利範圍第3項所述之整合功率模組封裝結構，其中該第二電路基板包含一多層印刷電路板以及設置於該多層印刷電路板之板緣的一導體層，該導體層實體接觸至少部份之該些第二接觸區。
7. 如申請專利範圍第1項所述之整合功率模組封裝結構，其中部份的該些階梯狀引腳垂直於該第二電路基板的高度大於另一部分的該些階梯狀引腳垂直於該第二電路基板的高度。
8. 如申請專利範圍第1項所述之整合功率模組封裝結構，其中該塑料殼體包含一凸緣，該第二電路基板固定於該凸緣上。
9. 如申請專利範圍第1項所述之整合功率模組封裝結構，其中該塑料殼體包含一凹槽，該第一電路基板容置於該凹槽中。
10. 如申請專利範圍第1項所述之整合功率模組封裝結構，更包含：
    一散熱元件，實體接觸該第一電路基板。