CN104600047B - 功率模块及其封装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种功率模块及其封装方法。该功率模块包括引线框架、PCB印制板和芯片，PCB印制板连接在引线框架上并相互导通，芯片的第一侧面上的电极焊接在PCB印制板的芯片焊盘上；功率模块还包括铝基印制板，芯片的与第一侧面相对的第二侧面上的电极焊接在铝基印制板的芯片焊盘上，铝基印制板连接在引线框架上并相互导通。本发明的技术方案解决了现有技术中功率模块采用贵金属进行生产制造导致的高成本的问题。
Description
技术领域
本发明涉及家电电子设备领域，具体而言，涉及一种功率模块及其封装方法。
背景技术
中国发明专利申请(申请号201310220862.0)中公开了功率模块PCB板的安装方法及安装结构。该发明专利提供的功率模块PCB板的安装方法是通过贵金属线来对PCB板和引线框架进行连接，并通过模塑树脂进行包裹固定。
针对现有技术，目前的智能功率模块(简称IPM)的封装技术缺陷是：
1、现有技术是采用金线和铝线作为键线进行键合的方式，这造成贵金属的损耗；
2、现有技术的塑封过程中的树脂对键线会造成短路或损坏。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种功率模块及其封装方法，以解决现有技术中功率模块采用贵金属进行生产制造而导致的高成本的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种功率模块，包括引线框架、PCB印制板和芯片，PCB印制板连接在引线框架上并相互导通，芯片的第一侧面上的电极焊接在PCB印制板的芯片焊盘上；功率模块还包括铝基印制板，芯片的与第一侧面相对的第二侧面上的电极焊接在铝基印制板的芯片焊盘上，铝基印制板连接在引线框架上并相互导通。
进一步地，PCB印制板具有PCB印制线，引线框架具有引脚印制线，PCB印制线与相应的引脚印制线电连接，且PCB印制板焊接在引线框架上；铝基印制板上具有铝基印制线，铝基印制板焊接在引线框架上，铝基印制线与引线框架上的相应的引脚印制线电连接。
进一步地，引线框架包括第一引脚和第二引脚，第一引脚设置有第一引脚印制线，第二引脚设置有第二引脚印制线，PCB印制板焊接在第一引脚上，铝基印制板焊接在第二引脚上。
进一步地，PCB印制板与第一引脚通过锡焊方式焊接，铝基印制板与第二引脚通过锡焊方式焊接。
根据本发明的另一方面，提供了一种功率模块的封装方法，包括以下步骤：
步骤S1：将引线框架的第一引脚放置在PCB印制板的引线框架焊盘上并进行焊接；
步骤S2：将芯片的第一侧面朝向PCB印制板的芯片焊盘，然后将芯片焊接在PCB印制板的芯片焊盘上；
步骤S3：将铝基印制板的芯片焊盘朝向芯片的第二侧面，对铝基印制板与芯片进行焊接，并将铝基印制板的引线框架焊盘放置在引线框架的第二引脚上并进行焊接。
进一步地，在步骤S1和步骤S2之间还包括步骤S12：应用第一钢网对PCB印制板的芯片焊盘进行锡膏印制，其中，第一钢网的丝印图案为对应于芯片的电极的第一预定形状。
进一步地，在步骤S1之前还包括步骤S10：应用第二钢网对PCB印制板的引线框架焊盘进行锡膏印制，其中，第二钢网的丝印图案为对应于第一引脚的第二预定形状。
进一步地，在步骤S2和步骤S3之间还包括步骤S23：应用第三钢网对铝基印制板的引线框架焊盘进行锡膏印制，其中，第三钢网的丝印图案为对应于第二引脚的第三预定形状。
进一步地，在步骤S3之后还包括步骤S31：对连接完成后的功率模块进行塑封。
进一步地，应用环氧树脂进行塑封。
应用本发明的技术方案，该功率模块具有引线框架、PCB印制板、芯片和铝基印制板，工作人员对引线框架与PCB印制板之间，芯片和铝基印制板之间进行焊接，并且利用集成电路板技术中较先进的倒装焊接技术将芯片倒装焊接在PCB印制板的芯片焊盘上，从而省去了芯片和PCB印制板之间的贵金属线的使用，因此，节省了贵金属的使用量，降低了生产制造功率模块的成本。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明的功率模块的实施例的引线框架的结构示意图；
图2示出了根据本发明的功率模块的实施例的PCB印制板的结构示意图；
图3示出了根据本发明的功率模块的实施例的铝基印制板的结构示意图；
图4示出了根据本发明的功率模块的实施例的装配效果的主视图；
图5示出了图4的实施例的A-A方向的剖面示意图；
图6示出了本发明的功率模块封装方法的步骤流程示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、引线框架； 20、PCB印制板；
30、芯片； 40、铝基印制板；
11、强电连接引脚； 41、铝基印制板引脚。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1至图5所示，根据本发明的一个方面，本发明提供了一种功率模块，其包括引线框架10、PCB印制板20和芯片30，PCB印制板20连接在引线框架10上并相互导通，芯片30的第一侧面上的电极焊接(优选的焊接形式为锡焊接)在PCB印制板20的芯片焊盘上；功率模块还包括铝基印制板40，芯片30的与第一侧面相对的第二侧面上的电极焊接(优选的焊接形式为锡焊接)在铝基印制板40的芯片焊盘上，铝基印制板40连接在引线框架10上并相互导通。
该功率模块具有引线框架、PCB印制板、芯片和铝基印制板，工作人员对引线框架与PCB印制板之间，芯片和铝基印制板之间进行焊接，并且利用集成电路板技术中较先进的倒装焊接技术将芯片倒装焊接在PCB印制板的芯片焊盘上，从而省去了芯片和PCB印制板之间的贵金属线的使用，因此，节省了贵金属的使用量，降低了生产制造功率模块的成本。在本发明的功率模块中，铝基印制板40不仅具有导通强电的作用，而且具有对芯片30进行散热的作用(即铝基印制板40可以充当电学特性的连接基板，也可以作为功率模块的散热板)，减少芯片30在工作的过程中由于工作温度过高而失效或损坏的事故发生。
在本发明的实施例中，参见如图2和图3所示，PCB印制板20具有PCB印制线，引线框架10具有引脚印制线，PCB印制线与相应的引脚印制线电连接，且PCB印制板20焊接在引线框架10上；铝基印制板40上具有铝基印制线，铝基印制板40焊接在引线框架10上，铝基印制线与引线框架10上的相应的引脚印制线电连接。跟芯片30与PCB印制板20之间的连接方式以及芯片30与铝基印制板40之间的连接方式相同，引线框架10与PCB印制板20之间以及引线框架10与铝基印制板40之间也采用焊接的方式进行连接，从而减少了它们之间的贵金属丝的使用量，并使得引线框架10与PCB印制板20之间以及引线框架10与铝基印制板40之间的连接方式更加稳固，从而在功率模块运输的过程中，引线框架10与PCB印制板20之间以及引线框架10与铝基印制板40之间的连接不易松动或者脱落，从而保证了功率模块的质量。
参见如图1所示，具体地，引线框架10包括第一引脚和第二引脚，第一引脚设置有第一引脚印制线，第二引脚设置有第二引脚印制线，PCB印制板20焊接在第一引脚上，铝基印制板40焊接在第二引脚上。通过在引线框架10上设置第一引脚和第二引脚，从而节省引线框架10的板材面积，节省功率模块的材料应用成本。同时，第一引脚与第二引脚的设计使得引线框架10形成镂空，这样的设计方式有助于空气的流通从而有利于功率模块散热。制作引线框架10时，各第一引脚以及各第二引脚之间具有不同的段差，从而保证芯片30底面的PCB板和铝基印制板40的印制线焊点都可和引线框架10完全接触。
优选地，PCB印制板20与第一引脚通过锡焊方式焊接，铝基印制板40与第二引脚通过锡焊方式焊接。应用锡焊的连接方式，使得各部件之间的连接工艺在保证导通质量的前提下能够满足连接强度的要求，而且锡焊工艺也相对更加成熟与简便。
在完成对功率模块的各个部件之间的锡焊接之后，工作人员还需要对PCB印制板20上的焊点处进行特设处理，以使PCB印制板20的芯片焊盘与芯片30的电极具有强的结合力，从而防止因虚焊造成的电极脱落或接触不良的情况。而铝基印制板40不仅具有电学特性连接也可以将功率模块的热量及时地传递出去，从而保证功率模块的正常工作。
再次结合参见如图4至图6所示，根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种功率模块的封装方法。首先，工作人员将PCB印制板20放置在水平面上；然后，工作人员按照以下步骤对功率模块进行封装：
步骤S1：将引线框架10的第一引脚放置在PCB印制板20的引线框架焊盘上并进行焊接，具体地，工作人员将引线框架置于PCB板的上方，PCB板的弱电侧引脚与引线框架的弱电侧引脚对应焊接，PCB板强电侧引脚(如图2所示的标号2、3、4、5、6、7的引脚)分别与引线框架的强电连接引脚11(如图1所示的标号2、3、4、5、6、7的引脚)对应焊接；
步骤S2：将芯片30的第一侧面朝向PCB印制板20的芯片焊盘，然后将芯片30焊接(优选的焊接形式为锡焊接)在PCB印制板20的芯片焊盘上；
步骤S3：将铝基印制板40的芯片焊盘朝向芯片30的第二侧面，对铝基印制板40与芯片30进行焊接(优选的焊接形式为锡焊接)，并将铝基印制板40的引线框架焊盘(如图3所示的标号为1、2、3、4的铝基印制板引脚41)放置在引线框架10的第二引脚上并进行焊接。
在本实施例的封装方法中，各部件之间的焊接工艺均采用真空回流焊的方式进行焊接，使得锡焊工艺的焊接质量更加稳定。而且，由于采用真空环境焊接，焊接环境中没有氧气，因此各部件之间的焊接处不存在氧化破坏的情况，特别是PCB印制板20与芯片30之间的锡焊连接，由于PCB印制板20为硅板上印制的集成电路，在焊接的高温环境中更易被破坏，通过采用真空回流焊的焊接工艺，从而减少了PCB印制板20与芯片30之间的锡焊连接被破坏的情况发生，因而可以很好地保证功率模块的生产质量。特别地，芯片30采用较先进的倒装焊接技术进行锡焊接，然后通过透射扫描仪对芯片30的焊接质量进行检测，这样可以在焊接完成芯片30后第一时间确定芯片30的焊接质量(工作人员对芯片30进行透射扫描，主要是确定芯片30焊接完成后是否存在虚焊和/或短路的问题，同时也可以第一时间确定芯片30的焊接质量有没有存在脱焊的情况)，当芯片30的焊接质量满足生产工艺的要求时，则继续后续的加工工序，当芯片30的焊接质量不能满足生产工艺的要求时，则将该芯片30及与其锡焊接的部件拆除有重新焊接，从而降低了功率模块整品废品率，降低了功率模块生产成本。
在对功率模块进行封装的工艺过程中，在步骤S1之前还包括步骤S10应用第二钢网对PCB印制板20的引线框架焊盘进行锡膏印制，其中，第二钢网的丝印图案为对应于第一引脚的第二预定形状；在步骤S1和步骤S2之间还包步骤S12括应用第一钢网对PCB印制板20的芯片焊盘进行锡膏印制，其中，第一钢网的丝印图案为对应于芯片30的电极的第一预定形状；在步骤S2和步骤S3之间还包括步骤S23应用第三钢网对铝基印制板40的引线框架焊盘进行锡膏印制，其中，第三钢网的丝印图案为对应于第二引脚的第三预定形状。通过应用设计好的第一钢网、第二钢网和第三钢网对各个焊接部位处进行锡膏的印制，保证锡膏可以一次性完好地印制在需要的位置，然后在通过真空回流焊的焊接工艺进行锡焊接，从而保证各个部件之间的电连接，并保证各个部件之间的连接强度。
在步骤S3完成之后的步骤S31中，工作人员应用环氧树脂对连接完成后的功率模块进行塑封，谈后通过模具对焊接完成的准成品进行切金成型，从而完成功率模块成品的生产工艺。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
工作人员对引线框架与PCB印制板之间，芯片和铝基印制板之间进行焊接，并且利用集成电路板技术中较先进的倒装焊接技术将芯片倒装焊接在PCB印制板的芯片焊盘上，从而省去了芯片和PCB印制板之间的贵金属线的使用，因此，节省了贵金属的使用量，降低了生产制造功率模块的成本。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种功率模块的封装方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：将引线框架(10)的第一引脚放置在PCB印制板(20)的引线框架焊盘上并进行焊接；
步骤S2：将芯片(30)的第一侧面朝向所述PCB印制板(20)的芯片焊盘，然后将所述芯片(30)焊接在所述PCB印制板(20)的芯片焊盘上；
步骤S3：将铝基印制板(40)的芯片焊盘朝向所述芯片(30)的第二侧面，对所述铝基印制板(40)与所述芯片(30)进行焊接，并将所述铝基印制板(40)的引线框架焊盘放置在所述引线框架(10)的第二引脚上并进行焊接。
2.根据权利要求1所述的封装方法，其特征在于，在所述步骤S1和所述步骤S2之间还包括步骤S12：
应用第一钢网对所述PCB印制板(20)的芯片焊盘进行锡膏印制，其中，所述第一钢网的丝印图案为对应于所述芯片(30)的电极的第一预定形状。
3.根据权利要求1所述的封装方法，其特征在于，在所述步骤S1之前还包括步骤S10：
应用第二钢网对所述PCB印制板(20)的引线框架焊盘进行锡膏印制，其中，所述第二钢网的丝印图案为对应于所述第一引脚的第二预定形状。
4.根据权利要求1所述的封装方法，其特征在于，在所述步骤S2和所述步骤S3之间还包括步骤S23：
应用第三钢网对所述铝基印制板(40)的引线框架焊盘进行锡膏印制，其中，所述第三钢网的丝印图案为对应于所述第二引脚的第三预定形状。
5.根据权利要求1所述的封装方法，其特征在于，所述芯片(30)采用倒装焊接技术进行焊接，并通过透射扫描仪对所述芯片(30)的焊接质量进行检测以判断所述芯片(30)是否形成虚焊和/或短路。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的封装方法，其特征在于，在所述步骤S3之后还包括步骤S31：对连接完成后的功率模块进行塑封。
7.根据权利要求6所述的封装方法，其特征在于，应用环氧树脂进行塑封。
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