CN103117253A - 功率模块的封装结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种功率模块的封装结构，外壳内设有的横隔板和与横隔板相接的三个以上纵隔板构成框架结构，三个以上的信号端子固定在外壳上，各信号端子包括平台部分、位于平台部分内侧的弹性部分以及外侧的固定部分，各信号端子上的弹性部分包括向斜板及斜板下部的折边，各信号端子的固定部分间隔嵌接在外壳上并延伸出外壳端面，设置在外壳两侧的套管压接在铜底板对应的连接孔内，各信号端子的斜板与折边的折弯底部弹性压接在覆陶金属基板上，盖板安装在外壳窗口上并由横隔板和纵隔板支承，盖板四角处的卡脚插装在外壳的盖板卡槽内，各电极端子穿出盖板上的电极端子孔。本发明结构合理，信号端子连接可靠，安装方便，能提高工作可靠性。

Description

功率模块的封装结构

技术领域

本发明涉及一种功率模块的封装结构，属于功率模块制造技术领域。 

背景技术

功率模块广泛应用于交流电机变频调速和直流电机斩波调速以及各种高性能电源，如UPS、感应加热、电焊机、有源补偿、DC-DC等以及工业电气自动化等领域，有着广阔的市场。传统功率半导体模块主要包括外壳、主电路板和驱动电路板，半导体芯片等各器件和电极端子和信号端子焊接在覆金属陶瓷基板并构成主电路板，而焊接有集成电路芯片及各器件的印刷电路板构成驱动电路板，为减小功率模块的体积，将驱动电路板通过螺钉安装外壳上，各信号端子需穿出外壳盖板上的端子孔和驱动电路板上的端子孔，再通过焊料将信号端子与驱动电路板连接，通过电极端子和信号端子实现与功率半导体模块外部电路的连接以及驱动信号的输入输出。 

目前功率模块上的信号端子大都通过焊料高温烧结在覆金属陶瓷基板的金属层上，在焊接过程中，高温下会使覆金属陶瓷基板的金属层与端子在焊料层处产生焊接应力，而功率模块的工作环境是在-40℃至125℃进行循环，因此经过一段时间工作后，最终会引起覆金属陶瓷基板的金属层与信号端子连接处脱落，而产生焊接疲劳现象，从而影响到整体功率器件的寿命。其次，信号端子通过连接面焊接在覆金属陶瓷基板的金属层上，不仅对覆金属陶瓷基板的金属层表面及信号端子表面要求较高，尤其覆金属陶瓷基板的金属层即铜箔与信号端子的铜材之间还会存在热膨胀差别，焊接性能不高，而影响导其电性，同时焊接过程不仅需要焊料、助焊剂以及焊接时的保护性气体，不仅高温烧结焊接工序时间长，而所产生的高温又易导致其他部位材料金属特性弱化，加之焊接过程中的焊料流淌以及阻焊油墨等因素，又会造成焊接面沾污的风险，存在着焊接面不易控制，工艺操作复杂，焊接效率低的问题。 

在功率模块装配过程中，各信号端子需穿出外壳的盖板上的端子孔才能与驱动电路板焊接，虽然盖板上端子孔可对各端子进行一定的限位，但盖板采用绝缘塑料注塑而成，因盖板产生变形而影响各端子的安装效率和装配质量。 

功率模块经常用于振动较大的场所，由于驱动电路板不能可靠安装在外壳上，故而引起各端子与外部电路之间的电气连接不可靠，进而影响功率半导体模块的使用寿命。 

发明内容

本发明的目的是提供一种结构合理，信号端子连接可靠，安装方便，能提高工作可靠性的功率模块的封装结构。 

本发明为达到上述目的的技术方案是：一种功率模块的封装结构，包括外壳、固定在铜底板上的覆陶金属基板，覆陶金属基板上固定有半导体芯片及器件和三个以上的电极端子，其特征在于：所述外壳内设有横隔板及与横隔板相接的三个以上纵隔板构成框 架结构，三个以上的信号端子固定在外壳上，所述的各信号端子包括平台部分、位于平台部分内侧用于相接和应力释放的弹性部分以及位于平台部分外侧的固定部分，各信号端子上的弹性部分包括向斜板及斜板下部的折边，各信号端子的固定部分间隔嵌接在外壳上并延伸出外壳端面，设置在外壳两侧的套管压接在铜底板上对应的连接孔内，各信号端子的斜板与折边的折弯底部弹性压接在覆陶金属基板上，盖板安装在外壳的窗口上并由横隔板和纵隔板支承，盖板四角处的卡脚插装在外壳的盖板卡槽内，各电极端子穿出盖板上的电极端子孔。 

本发明的信号端子包括平台部分、位于平台部分内侧用于相接和应力释放的弹性部分以及位于平台部分外侧的固定部分，因此能通过机械方式加工而成，信号端子的固定部分嵌接在外壳上且其上部伸出外壳端面，因此在外壳制得后，可以实现所有信号端子固定在外壳上，通过外壳起到加固信号端子的作用，本发明在平台部分内侧设有弹性部分，该弹性部分包括斜板和斜板下部的折边，在将铜底板与外壳连接时，将固定在外壳上的各信号端子通过其底部折弯处弹性压接在覆陶瓷金属基板上，使信号端子能与覆陶瓷金属基板实现可靠接触，尤其在振动较大的场所，通过信号端子自身的弹性，都能保持信号端子可靠的与覆陶瓷金属基板的金属层连接。本发明的信号端子采用平台部分以及设置在平台部分内外两侧的弹性部分和固定部分结构，使信号端子具有一定的强度下，还能使信号端子既有弹性又有韧性，通过信号端子自身的弹性能很好的对各种应力进行释放，同时信号端子的韧性使得功率模块在热循环的过程中，不会断裂，功率模块在恶劣环境下的工作可靠性。本性发明各信号端子穿出外壳端面，无需通过盖板，不会因盖板产生变形而影响各信号端子的安装效率和装配质量，同时盖板安装在外壳腔内并由横隔板和纵隔板支承，装配方便、快捷。 

附图说明

下面结合附图对本发明的实施例作进一步的详细描述。 

图1是本发明功率模块的结构示意图。 

图2是图1的A-A旋转后的剖视结构示意图。 

图3是图1的B-B剖视结构示意图。 

图4是本发明端子的结构示意图。 

图5是本发明外壳的结构示意图。 

图6是本发功率模块的爆炸结构示意图。 

其中：1—外壳，1-1—横隔板，1-2—纵隔板，1-3—凹槽，1-4—凸筋，1-5—凹凸边，1-6—凸台，1-7—盖板卡槽，2—电极端子，3—盖板，3-1—电极端子孔，3-2—侧边，3-3—卡脚，4—信号端子，4-1—弹性部分，4-2—平台部分，4-3—固定部分，5—铜底板，5-1—连接孔，6—套管，7—覆陶金属基板。 

具体实施方式

见图1～6所示，本发明的功率模块的封装结构，包括外壳1、固定在铜底板5上的覆陶金属基板7，覆陶金属基板7上固定有半导体芯片及器件和三个以上的电极端子2，器件可采用电容、电阻或二极管，通过覆陶金属基板7与半导体芯片及器件实现电路连接。图5～6所示，本发明的外壳1内设有横隔板1-1和与横隔板1-1相接的三个以上纵 隔板1-2构成框架结构，该横隔板1-1可采用一个或两个，而纵隔板1-2可采用多个，使外壳1具有较好的强度。 

见图1～6所示，本发明三个以上的信号端子4固定在外壳1上，见图2～6所示，本发明的信号端子4包括平台部分4-2、位于平台部分4-2内侧用于相接和应力释放的弹性部分4-1以及位于平台部分4-2外侧的固定部分4-3，使信号端子4在一定强度下，既有弹性又有韧性，本发明信号端子4用磷青铜材料冲压制成并经退火处理，各信号端子4上的弹性部分4-1包括向斜板及斜板下部的折边，各信号端子4的固定部分4-3间隔嵌接在外壳1上并延伸出外壳1端面，通过延伸出外壳1的部分与驱动电路板连接，实现信号的输入和输出，本发明各信号端子4固定部分4-3的顶部设有小孔以便于与驱动电路板焊接。 

见图3～5所示，本发明设置在外壳1两侧的套管6压接在铜底板5上对应的连接孔5-1内，本发明外壳1两侧嵌接有伸出其底面的套管6，该外壳1每侧分别嵌接有两个套管6，通过四个套管6压接在铜底板5的安装孔内，实现外壳1与铜底板5的连接。见图2～4所示，本发明各信号端子4的斜板与折边的折弯底部弹性压接在覆陶金属基板7上，使信号端子4能对各种应力进行释放，在热循环的过程中不会断裂。本发明各信号端子4还可在其弹性部分4-1的斜板与折边的折弯底部具有球面，信号端子4通过球面弹性压接在覆陶金属基板7上，通过在其底部进行点锡球方式，使信号端子4的球面与覆陶金属基板7上的金属层接触会更好，避免信号端子4折弯冲压后可能会有一些端子局部变形导致的接触不良。 

见图2～6所示，本发明使信号端子4使其弹性部分4-1具有较好的压紧力，信号端子4弹性部分4-1的斜板位于平台部分4-2的内侧端部，且斜板向平台部分4-2倾斜，该斜板位于内侧端部可横置在平台部分4-2的一侧或平台部分4-2的端部，在信号端子4弹性压接在覆陶金属基板7时，该斜板与平台部分4-2平面之间的夹角在30-60°之间，如该夹角在45°、48°以及50°和55°等，使其具有较好的弹性力和压接力，本发明还可在外壳1窗口的窗壁上设有多个凸筋1-4，各凸筋1-4设置在各信号端子4的平台部分4-2的上部，使信号端子4保持一定的压紧力。 

见图1～3、6所示，本发明盖板3安装在外壳1的窗口内并由横隔板1-1和纵隔板1-2支承，且盖板3四角处的卡脚3-3插装在外壳1两侧的盖板卡槽1-7内，使盖板3牢固的卡接外壳1中，安装方便，各电极端子2穿出盖板3上的电极端子孔3-1。本发明为方便将盖板3安装在外壳1上，盖板3至少一个凹凸的侧边3-2与外壳1窗口上的凹凸边1-5相配，盖板3内侧设有加强筋，外壳1横隔板1-1上设有与加强筋相配的凹槽1-3，而外壳1四角还具有凸台1-6，可将驱动电路板放置在凸台1-6上，凸台1-6内设置盲孔，通过自攻螺丝穿过驱动电路板旋入凸台1-6的盲孔内。 

Claims (9)

1.一种功率模块的封装结构，包括外壳（1）、固定在铜底板（5）上的覆陶金属基板（7），覆陶金属基板（7）上固定有半导体芯片及器件和三个以上的电极端子（2），其特征在于：所述外壳（1）内设有横隔板（1-1）及与横隔板（1-1）相接的三个以上纵隔板（1-2）构成框架结构，三个以上的信号端子（4）固定在外壳（1）上，所述的各信号端子（4）包括平台部分（4-2）、位于平台部分（4-2）内侧用于相接和应力释放的弹性部分（4-1）以及位于平台部分（4-2）外侧的固定部分（4-3），各信号端子（4）上的弹性部分（4-1）包括向斜板及斜板下部的折边，各信号端子（4）的固定部分（4-3）间隔嵌接在外壳（1）上并延伸出外壳（1）端面，设置在外壳（1）两侧的套管（6）压接在铜底板（5）上对应的连接孔（5-1）内，各信号端子（4）的斜板与折边的折弯底部弹性压接在覆陶金属基板（7）上，盖板（3）安装在外壳（1）的窗口上并由横隔板（1-1）和纵隔板（1-2）支承，盖板（3）四角处的卡脚（3-3）插装在外壳（1）的盖板卡槽（1-7）内，各电极端子（2）穿出盖板（3）上的电极端子孔（3-1）。

2.根据权利要求1所述的功率模块的封装结构，其特征在于：所述信号端子（4）其弹性部分（4-1）的斜板与折边的折弯底部具有球面，信号端子（4）通过球面弹性压接在覆陶金属基板（7）上。

3.根据权利要求1所述的功率模块的封装结构，其特征在于：所述的信号端子（4）用磷青铜材料冲压制成并经退火处理。

4.根据权利要求1所述的功率模块的封装结构，其特征在于：所述信号端子（4）弹性部分（4-1）的斜板位于平台部分（4-2）的内侧端部，且斜板向平台部分（4-2）倾斜。

5.根据权利要求1或4所述的功率模块的封装结构，其特征在于：所述信号端子（4）弹性压接在覆陶金属基板（7）时的斜板与平台部分（4-2）平面之间的夹角在30-60°之间。

6.根据权利要求1所述的功率模块的封装结构，其特征在于：所述外壳（1）窗口的壳壁上设有多个凸筋（1-4），各凸筋（1-4）设置在各信号端子（4）的平台部分（4-2）的上部。

7.根据权利要求1所述的功率模块的封装结构，其特征在于：所述盖板（3）至少一个凹凸的侧边（3-2）与外壳（1）窗口上的凹凸边（1-5）相配，盖板（3）内侧设有加强筋，外壳（1）横隔板（1-1）上设有与加强筋相配的凹槽（1-3）。

8.根据权利要求1所述的功率模块的封装结构，其特征在于：所述套管（6）嵌接在外壳（1）两侧并压入铜底板（5）上，

9.根据权利要求1所述的功率模块的封装结构，其特征在于：所述的外壳（1）四角还具有凸台（1-6）。

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