CN103944354B - 整合功率模块封装结构 - Google Patents

Abstract

一种整合功率模块封装结构，包含塑料壳体、多个阶梯状引脚、第一电路基板以及第二电路基板。阶梯状引脚埋设于塑料壳体中，其中阶梯状引脚包含相连的第一L形弯折部与第二L形弯折部。塑料壳体具有空腔。第一电路基板容置于空腔中，其中第一电路基板设置有至少一功率元件，第一电路基板与至少部分的第一L形弯折部电性连接。第二电路基板容置于空腔中，位于第一电路基板的相对上方，第二电路基板的两表面分别设置有电子元件，第二电路基板与至少部分的第二L形弯折部电性连接。

Description

整合功率模块封装结构

技术领域

本发明是有关于一种封装结构，且特别是有关于一种整合功率模块封装结构。

背景技术

随着全球自动化与省电节能的发展趋势，需要调速装置设备来应用各种场合，故采用变频驱动器与马达来达到不同的转速需求。然而对于传统变频器来说，内部包括功率模块、驱动基板、散热鳍片及许多周边的电子元件，导致变频器体积太大，重量过重。对于现今产品使用者的发展趋势，相关产品正朝微小化、高功率、及高密度等方向发展。

发明内容

因此本发明的目的就是提供一种整合功率模块封装结构，用以将驱动基板及功率元件整合在同一个封装体内，形成立体堆叠的结构。

依照本发明一实施例，提出一种整合功率模块封装结构，包含塑料壳体、多个阶梯状引脚、第一电路基板以及第二电路基板。塑料壳体具有空腔。阶梯状引脚埋设于塑料壳体中，其中阶梯状引脚包含相连的第一L形弯折部与第二L形弯折部。第一电路基板容置于空腔中，其中第一电路基板设置有至少一功率元件，第一电路基板与至少部分的第一L形弯折部电性连接。第二电路基板容置于空腔中，位于第一电路基板的相对上方，第二电路基板的两表面分别设置有电子元件，第二电路基板与至少部分的第二L形弯折部电性连接。

于本发明的一或多个实施例中，部分的阶梯状引脚同时电性连接第一电路基板与第二电路基板。

于本发明的一或多个实施例中，第一L形弯折部包含外露于塑料壳体的第一接触区，第二L形弯折部包含外露于塑料壳体的第二接触区，以与第一电路基板与第二电路基板电性连接。

于本发明的一或多个实施例中，整合功率模块封装结构更包含焊线，连接第一电路基板与至少部分的第一接触区，以及连接第二电路基板与至少部分的第二接触区。

于本发明的一或多个实施例中，第一电路基板包含多个焊垫，至少部分的阶梯状引脚更包含多个延伸段，连接于第一L形弯折部，延伸段实体接触焊垫。

于本发明的一或多个实施例中，第二电路基板包含多层印刷电路板以及设置于多层印刷电路板的板缘的导体层，导体层实体接触至少部分的第二接触区。

于本发明的一或多个实施例中，部分的阶梯状引脚垂直于第二电路基板的高度大于另一部分的阶梯状引脚垂直于第二电路基板的高度。

于本发明的一或多个实施例中，塑料壳体包含凸缘，第二电路基板固定于凸缘上。

于本发明的一或多个实施例中，塑料壳体包含凹槽，第一电路基板容置于凹槽中。

于本发明的一或多个实施例中，整合功率模块封装结构更包含散热基板，第一电路基板设置于散热基板上，其中塑料壳体更包含一凹槽，散热基板容置于凹槽中。

于本发明的一或多个实施例中，整合功率模块封装结构更包含设置于散热基板相对于第一电路基板的表面的多个散热鳍片。

于本发明的一或多个实施例中，第一电路基板包含陶瓷基板与被覆于陶瓷基板上的铜层。

本发明整合功率模块封装结构将功率元件以及驱动基板整合于同一封装体，以缩减变频器的体积。第二电路基板采用多层印刷电路板，且其双面均设置有电子元件，通过内连线即可沟通正反两面的电子元件，可以有效节省空间并提升组装的可靠度。除此之外，第一电路基板与第二电路基板可以视需求通过不同的方式与阶梯状引脚电性连接，大幅地提升组装的弹性。

附图说明

为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附图式的详细说明如下：

图1绘示本发明的整合功率模块封装结构第一实施例剖面图。

图2为图1中的整合功率模块封装结构的局部立体视图。

图3绘示本发明的整合功率模块封装结构第二实施例剖面图。

图4绘示本发明的整合功率模块封装结构第三实施例剖面图。

图5绘示本发明的整合功率模块封装结构第四实施例剖面图。

其中，附图标记说明如下：

100：整合功率模块封装结构

110：塑料壳体

112：空腔

114：侧壁

116：凹槽

118：凸缘

120、120a、120b：阶梯状引脚

122：第一L形弯折部

124：第一接触区

126：第二L形弯折部

128：第二接触区

130：延伸段

140：第一电路基板

142：功率元件

144：陶瓷基板

146：铜层

150：第二电路基板

152：多层印刷电路板

154：电子元件

156：导体层

160：焊垫

170：焊线

180：封装胶体

190：散热基板

192：散热鳍片

h1、h2：高度

具体实施方式

以下将以附图及详细说明清楚说明本发明的精神，任何本领域普通技术人员在了解本发明的较佳实施例后，当可由本发明所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本发明的精神与范围。

参照图1，其绘示本发明的整合功率模块封装结构第一实施例剖面图。整合功率模块封装结构100包含有塑料壳体110、阶梯状引脚120、第一电路基板140以及第二电路基板150。阶梯状引脚120为埋设于塑料壳体110中。塑料壳体110具有空腔112，第一电路基板140与第二电路基板150容置于空腔112之中，其中第二电路基板150位于第一电路基板140的相对上方。

塑料壳体110可以通过射出成形的方式制成，并借由同样的射出成形工艺使得阶梯状引脚120埋设于塑料壳体110之中。塑料壳体110的空腔112可以通过射出成形的模具设计而产生，塑料壳体110具有围绕空腔112的侧壁114，侧壁114的剖面形状大致为底部较宽的阶梯状，阶梯状引脚120为埋设于塑料壳体110的侧壁114中。

阶梯状引脚120包含有相连的第一L形弯折部122与第二L形弯折部126。换言之，第一L形弯折部122具有水平部与竖直部，第二L形弯折部126亦包含有水平部与竖直部，第一L形弯折部122的竖直部连接于第二L形弯折部126的水平部。前述的水平部与竖直部仅是就其相对位置而言，水平部与竖直部之间的夹角不局限于90度。

塑料壳体110更包含有凹槽116。凹槽116设置于侧壁114的底部。第一电路基板140容置于凹槽116之中，第一电路基板140可通过粘着剂等材料固接于塑料壳体110上。

第一电路基板140上设置有功率元件142，功率元件142可以为IGBT、MOSFET、DIODE等。由于功率元件142运作时会产生大量的热量，因此，第一电路基板140较佳地为导热性良好的基板。举例而言，第一电路基板140可以包含有陶瓷基板144以及被覆于陶瓷基板144上的铜层146，由于铜为导热性良好的材料，因此可以快速地将功率元件142所产生的热量带走以散热。功率元件142设置于陶瓷基板144面对空腔112的上表面。须注意的是，铜层146的图案须避开功率元件142的接脚，以免功率元件142的接脚通过铜层146导通而造成短路的现象。

第一电路基板140包含多个焊垫160，焊垫160通过布于陶瓷基板144上的导线与功率元件142连接。同样地，铜层146的布局需要避开导线以及焊垫160，以免焊垫160或是导线因铜层146导通而发生短路的问题。

阶梯状引脚120中，第一L形弯折部122具有外露的第一接触区124。整合功率模块封装结构100更包含有焊线170，以连接第一电路基板140上的焊垫160与第一L形弯折部122的第一接触区124。换言之，整合功率模块封装结构100可以通过打线接合的方式，电性连接第一电路基板140以及阶梯状引脚120。

塑料壳体110包含有凸缘118，并且凸缘118位于第一电路基板140的相对上方。第二电路基板150则可以通过如粘着剂等材料固定于凸缘118上。埋设于塑料壳体110中的第二L形弯折部126具有外露于塑料壳体110的第二接触区128。

第二电路基板150包含有多层印刷电路板152，以及分别设置于多层印刷电路板152的两表面上的电子元件154。整合功率模块封装结构100为应用于变频器中，第二电路基板150可以作为控制基板或是驱动基板。借由多层印刷电路板152的金属内连线可以将位于下方(面对第一电路基板140)的电子元件154的信号导引至多层印刷电路板152的上表面(远离第一电路基板140的一面)。第二电路基板150上更具有焊垫160，焊垫160可以通过金属内连线的方式连接至电子元件154。同样地，第二电路基板150与阶梯状引脚120之间可以通过打线接合的方式连接，即焊线170连接第二电路基板150上的焊垫160与外露于塑料壳体110的第二接触区128。

整合功率模块封装结构100更包含有封装胶体180，封装胶体180为填入塑料壳体110的空腔112中，以固定并保护位于塑料壳体110内的元件。

根据不同的设计需求，部分的阶梯状引脚120可以仅与第一电路基板140电性连接，部分的阶梯状引脚120可以仅与第二电路基板150电性连接，而部分的阶梯状引脚120则是同时与第一电路基板140以及第二电路基板150连接。根据连接的对象不同，阶梯状引脚120又可被区分为用以连接第一电路基板140与第二电路基板150的内部连接以及用以连接第一电路基板140及/或第二电路基板150与外部元件的外部连接两大类，阶梯状引脚120对应有不同的设计，将于图2中具体说明之。

参照图2，其为图1中的整合功率模块封装结构100的局部立体视图。须注意的是，本图式中仅绘示塑料壳体110与埋设于其中的阶梯状引脚120，第一电路基板140与第二电路基板150在此予以隐藏。阶梯状引脚120中包含有用以进行外部连接的阶梯状引脚120a，以及用以进行内部连接的阶梯状引脚120b。用以进行外部连接的阶梯状引脚120a垂直于第二电路基板150(见图1)的高度h1大于用以进行内部连接的阶梯状引脚120b垂直于第二电路基板150的高度h2。

换言之，会有部分的阶梯状引脚120a具有较高的高度，并凸出于塑料壳体110，以与外部进行电性连接。而另一部分的阶梯状引脚120b具有较低的高度，且不凸出于塑料壳体110，用以进行内部电性连接。

关于塑料壳体110、阶梯状引脚120、第一电路基板140以及第二电路基板150的结构已经详细说明如前，在以下实施例中，仅针对与第一实施例不同之处进行说明，与第一实施例相同的部分将不再赘述，合先叙明。

参照图3，其绘示本发明的整合功率模块封装结构第二实施例的剖面图。本实施例与第一实施例的差别在于，本实施例中，阶梯状引脚120更包含连接于第一L形弯折部122的延伸段130，延伸段130向第一电路基板140的方向延伸，延伸段130更凸出于塑料壳体110。延伸段130实体接触第一电路基板140上的焊垫160，借以电性连接第一电路基板140与阶梯状引脚120。

为了更好地连接延伸段130与第一电路基板140上的焊垫160，整合功率模块封装结构100可更包含锡膏，借以连接延伸段130与第一电路基板140上的焊垫160。

参照图4，其绘示本发明的整合功率模块封装结构第三实施例的剖面图。本实施例与第一实施例的差别在于，第二电路基板150不再通过打线接合的方式与阶梯状引脚120连接。第二电路基板150包含有多层印刷电路板152以及设置于多层印刷电路板152相对两侧面的电子元件154。第二电路基板150更包含有设置于多层印刷电路板152的板缘的导体层156。导体层156的图案为不连续图案，导体层156包含多个区块，以连接焊垫160而与电子元件154的接脚电性连接，其中焊垫160借由金属内连线连接至电子元件154。第二电路基板150通过导体层156与阶梯状引脚120电性连接。

具体而言，导体层156可分别连接位于多层印刷电路板152下方(面对第一电路基板140的一侧)的电子元件154与阶梯状引脚120，以及连接位于多层印刷电路板152上方(远离第一电路基板140的一侧)的电子元件154与阶梯状引脚120。若是导体层156仅用以连接下方的电子元件154，则此部分的导体层156可以仅形成在第二电路基板150的下表面，并延伸至多层印刷电路板152的板缘，以与第二接触区128实体接触，以通过导体层156电性连接位于多层印刷电路板152的下表面的电子元件154与对应的阶梯状引脚120。

若是导体层156是用以连接位于多层印刷电路板152的上表面的电子元件154与阶梯状引脚120，则此部分的导体层156需要包覆多层印刷电路板152的板缘，即导体层156需接触多层印刷电路板152的上表面、侧表面以及下表面。其中位于多层印刷电路板152的上表面的导体层156接触电子元件154的接脚，位于多层印刷电路板152的下表面的导体层156实体接触阶梯状引脚120的第二接触区128，以借由导体层156电性连接位于多层印刷电路板152的上基板的电子元件154与阶梯状引脚120。

同样地，为了确保导体层156与第二接触区128之间的电性连接，整合功率模块封装结构100更可通过锡膏或是其他的固定手段连接两者。

参照图5，其绘示本发明的整合功率模块封装结构第四实施例的剖面图。本实施例与第一实施例的差别在于，为了进一步地提升整合功率模块封装结构100的散热效率，整合功率模块封装结构100更包含有散热元件，散热元件用以实体接触第一电路基板140，以提升第一电路基板140的热交换效率。本实施例中，散热元件包含有散热基板190以及散热鳍片192。散热基板190固定于塑料壳体110的凹槽116中，而第一电路基板140则是设置于散热基板190上。散热基板190的材料可以为导热性良好的金属。散热鳍片192为设置于散热基板190上，并位于相对于第一电路基板140的表面，即散热鳍片192与第一电路基板140分别位于散热基板190的相对两表面。

在其他的实施例中，亦可选择性地仅使用散热基板190，将第一电路基板140设置于散热基板190上，或是仅使用散热鳍片192，并将散热鳍片192设置于第一电路基板140上。整合功率模块封装结构100通过散热基板190及/或散热鳍片192等散热元件可以增加其与外界进行热交换的表面积，有效地带走第一电路基板140上的功率元件142的积热，进而提升整合功率模块封装结构100的散热效率。

由上述本发明较佳实施例可知，应用本发明具有下列优点。整合功率模块封装结构将功率元件以及驱动基板整合于同一封装体，以缩减变频器的体积。第二电路基板采用多层印刷电路板，且其双面均设置有电子元件，通过内连线即可沟通正反两面的电子元件，可以有效节省空间并提升组装的可靠度。除此之外，第一电路基板与第二电路基板可以视需求通过不同的方式与阶梯状引脚电性连接，大幅地提升组装的弹性。

虽然本发明已以一较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求范围所界定者为准。

Claims (10)

1.一种整合功率模块封装结构，其特征在于，包含：

一塑料壳体，具有一空腔；

多个阶梯状引脚，埋设于该塑料壳体中，其中每一所述阶梯状引脚包含相连的一第一L形弯折部与一第二L形弯折部；

一第一电路基板，容置于该空腔中，其中该第一电路基板设置有至少一功率元件，该第一电路基板与至少部分的所述多个第一L形弯折部电性连接；以及

一第二电路基板，容置于该空腔中，并位于该第一电路基板的相对上方，其中该第二电路基板的两个表面分别设置有至少一电子元件，该第二电路基板与至少部分的所述多个第二L形弯折部电性连接。

2.如权利要求1所述的整合功率模块封装结构，其中部分的所述多个阶梯状引脚同时电性连接该第一电路基板与该第二电路基板。

3.如权利要求1所述的整合功率模块封装结构，其中每一所述多个第一L形弯折部包含外露于该塑料壳体的一第一接触区，每一所述多个第二L形弯折部包含外露于该塑料壳体的一第二接触区，以分别与该第一电路基板与该第二电路基板电性连接。

4.如权利要求3所述的整合功率模块封装结构，还包含多个焊线，连接该第一电路基板与至少部分所述多个第一接触区，以及连接该第二电路基板与至少部分的所述多个第二接触区。

5.如权利要求3所述的整合功率模块封装结构，其中该第一电路基板包含多个焊垫，至少部分所述多个阶梯状引脚还包含多个连接于所述多个第一L形弯折部的延伸段，所述多个延伸段实体接触所述多个焊垫。

6.如权利要求3所述的整合功率模块封装结构，其中该第二电路基板包含一多层印刷电路板以及设置于该多层印刷电路板的板缘的一导体层，该导体层实体接触至少部分的所述多个第二接触区。

7.如权利要求1所述的整合功率模块封装结构，其中所述多个阶梯状引脚包括用以进行外部连接的阶梯状引脚和用以进行内部连接的阶梯状引脚，用以进行外部连接的所述多个阶梯状引脚垂直于该第二电路基板的高度大于用以进行内部连接的所述多个阶梯状引脚垂直于该第二电路基板的高度。

8.如权利要求1所述的整合功率模块封装结构，其中该塑料壳体包含一凸缘，该第二电路基板固定于该凸缘上。

9.如权利要求1所述的整合功率模块封装结构，其中该塑料壳体包含一凹槽，该第一电路基板容置于该凹槽中。

10.如权利要求1所述的整合功率模块封装结构，还包含：

一散热元件，实体接触该第一电路基板。