CN103635022B - 智能功率模块的塑封过程中所使用的预热装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种智能功率模块的塑封过程中所使用的预热装置，属于封装技术领域。该预热装置用于智能功率模块的塑封过程中，所述功率模块包括直接键合铜板和印刷电路板，所述预热装置包括加热基板，在所述加热基板上设置有第一加热面和第二加热面，所述第一加热面用于直接接触加热所述印刷电路板，所述第二加热面用于非接触式加热所述直接键合铜板，设置所述直接键合铜板与所述第二加热面之间的间隙、以使置于加热基板上的所述直接键合铜板和印刷电路板被加热至基本一致的温度。使用该预热装置对IPM模块进行预热时，DBC基板氧化少，预热均匀性好。

Description

智能功率模块的塑封过程中所使用的预热装置

技术领域

本发明属于封装技术领域，涉及封装中的塑封过程的预热工序，尤其涉及智能功率模块（IntelligentPowerModule，IPM）的预塑封过程中所使用的预热装置。

背景技术

封装过程中通常包括塑封过程，在塑封之前通常需要将被塑封的模块预热至某一温度，具体地，通常将该模块置放至预热装置上采用接触式加热的方式实现预热。

然后，对于IPM模块，在其通常包括直接键合铜（DirectBondingCopper，DBC）基板和印刷电路板（PCB），PCB与DBC板通常是基于不同的材料制成，其对应的导热系数大小也相差较大。因此，在对IPM模块采用传统的预热装置进行预热时，容易导致预热不均匀，例如，PCB与DBC板分别被预热的温度不一致，从而影响塑封效果；并且，容易导致DBC板在预热过程被氧化。

有鉴于此，由必要针对IPM模块的塑封的预热过程，提出一种新型的预热装置。

发明内容

本发明的目的之一在于，避免预热过程中对IPM模块预热不均匀。

本发明的又一目的在于，减少预热过程中对IPM模块中的DBC板产生的氧化。

为实现以上目的或者其他目的，本发明提供一种在智能功率模块的塑封过程中所使用的预热装置，所述功率模块包括直接键合铜板和印刷电路板，所述预热装置包括加热基板，在所述加热基板上设置有第一加热面和第二加热面，所述第一加热面用于直接接触加热所述印刷电路板，所述第二加热面用于非接触式加热所述直接键合铜板，设置所述直接键合铜板与所述第二加热面之间的间隙、以使置于加热基板上的所述直接键合铜板和印刷电路板被加热至基本一致的温度。

按照本发明一实施例的预热装置，其，所述直接键合铜板与所述第二加热面之间的间隙通过以下关系式计算：

A1×V1=A2×V2×α×H

其中，A1所述印刷电路板的导热系数，V1为所述印刷电路板的体积，A2所述直接键合铜板的导热系数，V2为所述直接键合铜板的体积，α为转化系数，H为所述间隙大小。

进一步，所述印刷电路板主要由塑料材料形成，所述直接键合铜板主要是覆铜陶瓷材料。

进一步，所述印刷电路板和直接键合铜板基本为长方体形状。

进一步，所述加热基板上设置有内凹的加热型腔，所述智能功率模块定位置于所述加热型腔中加热，所述加热型腔中形成有高度不一致的第一台阶面和第二台阶面，所述第一台阶面用于形成第一加热面，所述第二台阶面用于形成第二加热面。

进一步，所述加热基板上有多个按行和列的形式排列的所述加热型腔。

进一步，所述加热装置还包括设置在所述加热基板的底面上的电磁线圈，所述加热基板在所述电磁线圈的电流感应下加热。

本发明的技术效果是，通过对IPM模块的DBC基板实行非接触式加热并控制DBC基板与加热基板之间的间隙H，使加热基板能同时对DBC基板和PCB均匀加热。因此，DBC基板在预热过程氧化少，并且，对IPM模块的预热均匀性好。

附图说明

从结合附图的以下详细说明中，将会使本发明的上述和其他目的及优点更加完全清楚，其中，相同或相似的要素采用相同的标号表示。

图1是按照本发明一实施例的预热装置的结构示意图。

图2是图1所示预热装置的A-A截面结构示意图。

图3是图1所示的预热装置在加热智能功率模块（IPM）时的A-A截面结构示意图。

具体实施方式

下面介绍的是本发明的多个可能实施例中的一些，旨在提供对本发明的基本了解，并不旨在确认本发明的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的其他实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。

在描述中，使用方向性术语（例如“上”、“下”和“底面”等）以及类似术语描述的各种实施方式的部件表示附图中示出的方向或者能被本领域技术人员理解的方向。这些方向性术语用于相对的描述和澄清，而不是要将任何实施例的定向限定到具体的方向或定向。

图1所示为按照本发明一实施例的预热装置的结构示意图，图2所示为图1所示预热装置的A-A截面结构示意图，图3所示为图1所示的预热装置在加热智能功率模块（IPM）时的A-A截面结构示意图。其中，定义垂直于预热装置的用于置放IPM模块的表面的方向为z方向，x方向为平行于加热装置的加热基板的长的方向，y方向为平行于加热装置的加热基板的宽的方向。需要说明的是，方向坐标的定义是用来相对描述和澄清各结构部件之间的方位关系，其具体定义方式并不是限制性的。

如图1至图3所示，预热装置10在该实施例中为一预热台结构形式。预热装置10包括加热基板100，其用来加热IPM模块。在该实施例中，加热基板100的底面上设置有电磁线圈120，电磁线圈120在接通高频电流后，加热基板100可以在其感应下加热，热量被均匀地分布，从而有利于提高预热过程的加热均匀性。加热基板100的上表面上设置一个或多个加热型腔，加热型腔用于在预热过程中定位IPM模块并对其加热；在图1所示实施例中，示意性地给出了其中两个加热型腔11和12的局部结构示意图，但是，需要理解的是加热型腔的具体数量和排列形式是不受本发明实施例限制的。例如，加热型腔可以为8个，同时可对至少8个IPM模块预热，8个加热型腔可以按行和列的形式排列。

继续如图2和图3所示，通过A-A截面示意出了加热型腔的截面结构图。在该实施例中，加热型腔11在加热基板的上表面上内凹地形成，在其内凹槽中，具有如图所示的第一台阶面111和第二台阶面112，二者具有不同的高度，其中，第一台阶面111相对加热基板的上表面的高度为h1，第二台阶面112相对加热基板的上表面的高度为h。如图3所示，在加热IPM模块时，第一台阶面111基本直接与IPM模块的PCB330相接触，从而，第一台阶面111可以对PCB330进行加热；第二台阶面112对应于IPM模块的DBC板320来设置，设置第二台阶面112的高度h，使其与DBC板320之间存在间隙H，从而，在预热时实现对于DBC板320非接触式地加热。这样，可以大大减少DBC板320中的铜材质在预热时的氧化程度，提高IPM模块的产品可靠性。

在设置第一台阶面111和第二台阶面112的高度时，需要考虑DBC板320和PCB330的材质差异，这样在加热基板100热均匀的情况下，使其对DBC板320和PCB330的加热效果均匀，也即使DBC板320和PCB330被加热至基本一致的温度。具体地，在IPM模块的引线框310通过定位钉130定位置放在加热基板100的上表面时，第二台阶面112的高度h大于DBC板320相对于引线框310的凸起高度，第一台阶面111的高度h1基本等于PCB330相对于引线框310的凸起高度。更具体地，第二台阶面112与DBC板320之间存在间隙H的设置需要考虑DBC板320、PCB330的体积和导热系数等因素。在该实施例中，PCB主要由塑料材料形成，其导热系数为A1，并且其长约为L1、宽约为W1、厚度为D1；DBC板320主要是覆铜陶瓷材料，其导热系数为A2，并且其长约为L2、宽约为W2、厚度为D2。第二台阶面112与DBC板320之间存在间隙H可以通过以下关系式（1）计算：

A1×L1×W1×D1=A2×L2×W2×D2×α×H（1）

其中，α为转化系数，其反映了间隙H的空气以及周围空气对于DBC板与加热基版之间的传热的影响；（L1×W1×D1）可以计算出PCB330的体积V1，（L2×W2×D2）可以计算出DBC板320的体积V2。

因此，在被预热的IPM模块的物理结构参数已知的情况下，可以计算得出H，并且，进一步，本领域技术人员可以依据计算得出的H来设置h1和h，以保证间隙H大小。从而，在预热工序过程中，DBC板320和PCB330的加热温度基本一致，在实现非接触式加热减少氧化的同时，大大提高了预热的均匀性。

以上例子主要说明了本发明的预热装置。尽管只对其中一些本发明的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。

Claims (7)

1.一种在智能功率模块的塑封过程中所使用的预热装置，所述功率模块包括直接键合铜板和印刷电路板，其特征在于，所述预热装置包括加热基板，在所述加热基板上设置有第一加热面和第二加热面，所述第一加热面用于直接接触加热所述印刷电路板，所述第二加热面用于非接触式加热所述直接键合铜板，设置所述直接键合铜板与所述第二加热面之间的间隙、以使置于加热基板上的所述直接键合铜板和印刷电路板被加热至一致的温度。

2.如权利要求1所述的预热装置，其特征在于，所述直接键合铜板与所述第二加热面之间的间隙通过以下关系式计算：

A1×V1=A2×V2×α×H

其中，A1所述印刷电路板的导热系数，V1为所述印刷电路板的体积，A2所述直接键合铜板的导热系数，V2为所述直接键合铜板的体积，α为转化系数，H为所述间隙大小。

3.如权利要求2所述的预热装置，其特征在于，所述印刷电路板主要由塑料材料形成，所述直接键合铜板主要是覆铜陶瓷材料。

4.如权利要求2所述的预热装置，其特征在于，所述印刷电路板和直接键合铜板为长方体形状。

5.如权利要求1或2所述的预热装置，其特征在于，所述加热基板上设置有内凹的加热型腔，所述智能功率模块定位置于所述加热型腔中加热，所述加热型腔中形成有高度不一致的第一台阶面和第二台阶面，所述第一台阶面用于形成第一加热面，所述第二台阶面用于形成第二加热面。

6.如权利要求5所述的预热装置，其特征在于，所述加热基板上有多个按行和列的形式排列的所述加热型腔。

7.如权利要求1或2所述的预热装置，其特征在于，还包括设置在所述加热基板的底面上的电磁线圈，所述加热基板在所述电磁线圈的电流感应下加热。