CN110213929A - 智能功率模块电路板封装结构 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种智能功率模块电路板封装结构，涉及智能功率模块封装技术领域。该结构包括：功率电路基板、内置功能电路板以及用于信号传输及固定内置功能电路板的多个连接柱；多个连接柱的底端固定在功率电路基板上，内置功能电路板开设有多个第一通孔，多个第一通孔分别与多个连接柱一一对应，多个连接柱的顶端分别通过多个第一通孔穿过内置功能电路板，且在第一通孔处与内置功能电路板固定连接，使内置功能电路板以堆栈层叠的方式设置在功率电路基板上方。本发明实施例可以提高功率电路基板的利用率，降低智能功率模块的外壳设计成本和装配工序，且有利于降低智能功率模块的体积和增加智能功率模块的功率密度。
Description
技术领域
本发明实施例涉及智能功率模块封装技术领域，尤其涉及一种智能功率模块电路板封装结构。
背景技术
智能功率模块(Intelligent Power Module，IPM)在传统功率模块的基础上集成了功能电路单元，因其高集成度、高可靠性以及简易外置配套电路，被广泛应用在家电、工业传动等领域。现有IPM的功能电路单元封装方式包括两种：
一种封装方式是，功能电路单元是以集成电路芯片形式存在，且放置在IPM内的功率电路基板上，功能电路单元通过键合金属线和功率电路基板上的功率单元进行信号传输。这种封装方式，将功能电路单元和功率单元共同集成在功率电路基板上，由于功能电路单元的集成电路芯片发热量远小于功率单元的发热量，导致了具有良好导热性能的功率电路基板利用率不高，间接导致成本上升。
另一种封装方式是，功能电路单元以内置印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)的形式存在，内置功能PCB上放置分立功能器件，内置PCB通常通过IPM外壳上的支撑部件装配在IPM壳体内部的腔体里，内置功能PCB通过键合金属线和IPM内的功率电路基板上的功率单元进行信号传输。这种封装方式，需要通过IPM外壳上的支撑部件进行装配或固定功能电路单元，导致IPM外壳需要设计为分离式外壳，即一个外壳框和一个封盖，支撑部件设置于外壳框的四个侧面，相对于一体化外壳而言，增加了外壳料本和装配工序。
综上，现有IPM的功能电路单元封装方式存在有功率电路基板利用率不高、需要设计包含支撑部件的分离外壳，导致成本和装配工序增加的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种智能功率模块电路板封装结构，以解决现有技术中存在的功率电路基板利用率不高、需要设计包含支撑部件的分离外壳，导致成本和装配工序增加的问题。
本发明实施例解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
根据本发明实施例的一个方面，提供一种智能功率模块电路板封装结构，包括：功率电路基板、内置功能电路板以及用于信号传输及固定所述内置功能电路板的多个连接柱；所述多个连接柱的底端固定在所述功率电路基板上，所述内置功能电路板开设有多个第一通孔，所述多个第一通孔分别与所述多个连接柱一一对应，所述多个连接柱的顶端分别通过所述多个第一通孔穿过所述内置功能电路板，且在所述第一通孔处与所述内置功能电路板固定连接，使所述内置功能电路板以堆栈层叠的方式设置在所述功率电路基板上方。
在上述技术方案的基础上，所述多个连接柱包括第一短连接柱和/或第二长连接柱，其中：
所述第一短连接柱包括第一柱体，所述第一柱体的底端固定在所述功率电路基板上，所述第一柱体的顶端通过与其对应的第一通孔穿过所述内置功能电路板后不再延伸，且所述第一柱体在其所对应的第一通孔处与所述内置功能电路板固定连接；
所述第二长连接柱包括第二柱体，所述第二柱体的底端固定在所述功率电路基板上，所述第二柱体的顶端通过与其对应的第一通孔穿过所述内置功能电路板并具有延伸部，且所述第二柱体在其所对应的第一通孔处与所述内置功能电路板固定连接。
在上述技术方案的基础上，所述第一短连接柱还包括第一底座，所述第一底座的底面固定在所述功率电路基板上，所述第一柱体设置在所述第一底座上。
在上述技术方案的基础上，所述第二连接柱还包括第二底座，所述第二底座的底面固定在所述功率电路基板上，所述第二柱体设置在所述第二底座上。
在上述技术方案的基础上，当所述多个连接柱包括所述第二长连接柱时，所述第二长连接柱穿过所述内置功能电路板的延伸部至少堆栈层叠有一个其他电路板。
在上述技术方案的基础上，所述多个连接柱的底端均通过焊接的方式固定在所述功率电路基板上。
在上述技术方案的基础上，所述多个连接柱分别在其对应的第一通孔处通过焊接和/或压接的方式与所述内置功能电路板实现固定。
在上述技术方案的基础上，所述智能功率模块电路板封装结构还包括多个具有限位支撑平台的限位支撑柱，所述内置功能电路板上开设有与多个限位支撑柱一一对应的第二通孔；所述多个限位支撑柱的底端均固定在所述功率电路基板上，所述多个限位支撑柱的顶端分别通过与其对应的第二通孔穿过所述内置功能电路板，使所述多个限位支撑柱的限位支撑平台分别与所述内置功能电路板的底面相抵接，以对所述内置功能电路板进行限位和支撑，且所述多个限位支撑柱分别在其对应的所述第二通孔处与所述内置功能电路板固定连接。
在上述技术方案的基础上，所述多个限位支撑柱的底端均通过焊接的方式固定在所述功率电路基板上。
在上述技术方案的基础上，所述多个限位支撑柱分别在其对应的第二通孔处通过焊接和/或压接的方式与所述内置功能电路板实现固定。
本发明实施例有益效果如下：
本发明实施例提供的智能功率模块电路板封装结构由于采用设置在功率电路基板多个具有信号传输功能的连接柱对内置功能电路板进行固定，从而可以提高功率电路基板的利用率，并且使得智能功率模块的外壳可以设计为一体化外壳，降低了外壳设计成本和装配工序；此外，本发明实施例提供的智能功率模块电路板封装结构的空间利用率高，有利于降低智能功率模块的体积和增加智能功率模块的功率密度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的智能功率模块电路板封装结构的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的智能功率模块电路板封装结构中第一短连接柱和第二长连接柱的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的智能功率模块电路板封装结构的一种具体实现示例的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的智能功率模块电路板封装结构的一较佳实现示例的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的智能功率模块电路板封装结构的一较佳实现示例的结构示意图；
图6是本发明另一实施例提供的智能功率模块电路板封装结构的结构示意图；
图7是本发明另一实施例提供的智能功率模块电路板封装结构中限位支撑柱的结构示意图；
图8是本发明另一实施例提供的智能功率模块电路板封装结构的一较佳实现示例的结构示意图；
图9是本发明另一实施例提供的智能功率模块电路板封装结构的一较佳实现示例的结构示意图；
图10是本发明另一实施例提供的智能功率模块电路板封装结构的一较佳实现示例的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实施例的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明实施例，并不用于限定本发明实施例。
实施例一
图1是本发明实施例提供的智能功率模块电路板封装结构的结构示意图。为了便于说明，仅仅示出了与本实施例相关的部分。
参见图1所示，本实施例提供的智能功率模块电路板封装结构，包括：功率电路基板1、内置功能电路板2以及用于信号传输及固定所述内置功能电路板2的多个连接柱3；所述多个连接柱3的底端固定在所述功率电路基板1上，所述内置功能电路板2开设有多个第一通孔，所述多个第一通孔分别与所述多个连接柱3一一对应，所述多个连接柱3的顶端分别通过所述多个第一通孔穿过所述内置功能电路板2，且在所述第一通孔处与所述内置功能电路板2固定连接，使所述内置功能电路板2以堆栈层叠的方式设置在所述功率电路基板1上方。
其中，所述功率电路基板1包括但不限于铝基树脂覆铜板、铜基树脂覆铜板或者双面覆铜陶瓷基板，且所述功率电路基板1上焊接有功能不仅限于逆变、整流、制动、缓冲等功率开关器件11。所述内置功能电路板2上焊接有功能不仅限于电源、信号采样调理、保护、驱动、微控制单元(Micro controller Unit，MCU)运算等分立功能器件22。
优选的，在本实施例中，所述多个连接柱3的底端通过焊接的方式固定在所述功率电路基板1上；所述多个连接柱3分别在其对应的第一通孔处通过焊接或压接的方式实现与所述内置功能电路板2的固定。本实施例中，多个连接柱采用焊接的方式固定在所述功率电路基板1上，采用焊接和/或压接的方式与所述内置功能电路板实现固定，可以保证连接柱与功率电路基板和内置功能电路板之间连接的稳定性和可靠性，并且由于功率开关器件均是通过焊接固定在所述功率电路基板上的，这样使得连接柱可以同功率开关器件一起进行装配，简化了装配工序。
优选的，在本实施例中，所述多个连接柱3包括第一短连接柱31和/或第二长连接柱32，其中：
所述第一短连接柱31包括第一柱体311，所述第一柱体311的底端固定在所述功率电路基板1上，所述第一柱体311的顶端通过与其对应的第一通孔穿过所述内置功能电路板2后不再延伸，且所述第一柱体311在其所对应的第一通孔处与所述内置功能电路板2固定连接；
所述第二长连接柱32包括第二柱体321，所述第二柱体321的底端固定在所述功率电路基板1上，所述第二柱体321的顶端通过与其对应的第一通孔穿过所述内置功能电路板2并具有延伸部，且所述第二柱体321在其所对应的第一通孔处与所述内置功能电路板2固定连接。
在具体实现时，所述第一柱体311的底端通过焊接的方式固定在所述功率电路基板1上，所述第一柱体311在其对应的第一通孔处通过焊接和/或压接的方式与所述内置功能电路板2实现固定连接。
在具体实现时，所述第二柱体321的底端通过焊接的方式固定在所述功率电路基板1上，所述第二柱体321在其对应的第一通孔处通过焊接和/或压接的方式与所述内置功能电路板2实现固定连接。
在具体实现时，所述第一柱体311和所述第二柱体322的顶端可以设置为针头式形状，这样便于所述第一柱体311和所述第二柱体322快速穿过所述内置功能电路板2上的第一通孔，便于装配。
需要说明的是，在本发明实施例中，所述第一柱体311和所述第二柱体321的外观实现形式不受某一固定外形限制，在具体实现时，所述第一柱体311和所述第二柱体321的具体实现形式包括但不限于圆柱状端子、正多边形端子和/或扁状端子。
进一步的，参见图2所示，所述第一短连接柱31还可以包括第一底座312，所述第一底座312的底面固定在所述功率电路基板1上，所述第一柱体311设置在所述第一底座312上。
在具体实现时，所述第一底座312的底面焊接在所述功率电路基板2上。所述第一底座312和所述第一柱体311可以为一体成型的端子，也可以为两个分离的部分。当所述第一底座312和所述第一柱体311为两个分离的部分时，所述第一底座312具有第一插孔，所述第一柱体311的底端通过所述第一插孔插接在所述第一底座312上。
进一步的，参见图2所示，所述第二连接柱还可以包括具有第二插孔的第二底座322，所述第二底座322的底面固定在所述功率电路基板1上，所述第二柱体321的底端通过所述第二插孔插接在所述第二底座322上。
在具体实现时，所述第二底座322的底面焊接在所述功率电路基板1上。所述第二底座322和所述第二柱体321可以为一体成型的端子，也可以为两个分离的部分。当所述第二底座322和所述第二柱体321为两个分离的部分时，所述第二底座322具有第二插孔，所述第二柱体321的底端通过所述第二插孔插接在所述第二底座322上。
所述第一底座312和所述第二底座322的设置，可以提高连接柱3与功率电路基板1连接的稳定性。当所述第一底座312、所述第二底座322为单独的分离部分时，在进行封装时，可以先将所述第一底座312和所述第二底座322焊接在所述功率电路基板1上，再将所述第一短连接柱31和所述第二长连接柱32分别插接在所述第一底座312上和所述第二底座322上，这样可以方便连接柱的焊接，简化连接柱的焊接工艺。
优选的，在本实施例中，当所述多个连接柱3包括所述第二长连接柱32时，所述第二长连接柱32穿过所述内置功能电路板2的延伸部至少堆栈层叠有一个其他电路板。在具体实现时，所述其他电路板上开设有多个与所述第二长连接柱32对应的第一通孔，所述第二长连接柱32的延伸部通过与其对应的第一通孔穿过所述其他电路板，并在所述第一通孔处通过焊接和/或压接与所述其他电路板实现固定连接，以对所述其他电路板起到支撑、限位及固定作用，并且能够实现所述其他电路板与所述功率电路基板以及所述内置功能电路板之间的信号传输作用，且所述功率电路基板、所述内置功能电路板以及所述其他电路板之间能够基于所述第二长连接柱实现信号复用。
进一步的，在具体实现时，根据焊接在功率电路基板1上多个连接柱3之间的组合形式，本发明实施例的具体实现方式又可以分为以下三种：
如图3所示，所述功率电路基板1和所述内置功能电路板2之间的多个连接柱3包括第一短连接柱31和第二长连接柱32，其中所述功率电路基板1的每个边上至少含有一个连接柱，所述第一短连接柱31和所述第二长连接柱32根据需要分布在所述功率电路基板1的四周和中心区域，起到建立所述内置功能电路板2和所述功率电路基板1之间功率或信号传输作用，同时对所述内置功能电路板2起到支撑和固定作用。另外，所述第二长连接柱32穿过所述内置功能电路板2延伸的部分可以层叠更多的电路板。
如图4所示，所述功率电路基板1和所述内置功能电路板2之间的多个连接柱3均为所述第一短连接柱31，所述功率电路基板1的每个边上至少含有一个所述第一短连接柱31，所述第一短连接柱31根据需要分布在所述功率电路基板1的四周和中心区域，起到建立所述内置功能电路板2和所述功率电路基板1之间的功率或信号传输作用，同时对所述内置功能电路板2起到支撑和固定作用。
如图5所示，所述功率电路基板1和所述内置功能电路板2之间的多个连接柱3均为所述第二长连接柱32，所述功率电路基板1的每个边上至少含有一个所述第二长连接柱32，所述第二长连接柱32根据需要分布在所述功率电路基板1的四周和中心区域，起到建立所述内置功能电路板2和所述功率电路基板1之间的功率或信号传输作用，同时对所述内置功能电路板2起到支撑和固定作用。另外，所述第二长连接柱32穿过所述内置功能电路板2后的延伸部可以层叠更多的电路板。
需要说明的是，图1～图5所示的智能功率模块电路板封装结构中所述第一短连接柱31和所述第二长连接柱32分别包含有第一底座312和第二底座322，在具体实现时，所述第一短连接柱31和所述第二长连接柱32也可以不包含底座。上述三具体实现方式仅为本发明例举的三种较佳实现方式，并不用于限制本发明的保护范围。
以上可以看出，本实施例提供的智能功率模块电路板封装结构由于采用设置在功率电路基板多个具有信号传输功能的连接柱对内置功能电路板进行固定，从而可以提高功率电路基板的利用率，并且使得智能功率模块的外壳可以设计为一体化外壳，降低了外壳设计成本和装配工序；此外，本发明实施例提供的智能功率模块电路板封装结构使得外壳设计摆脱了内置功能电路板装配方式的影响，降低了模块设计的工作量，且本发明实施例的堆栈层叠式封装结构的空间利用率高，有利于降低智能功率模块的体积和增加智能功率模块功率密度。
实施例二
图6是本发明另一实施例提供的智能功率模块电路板封装结构的结构示意图。为了便于说明仅仅示出了与本实施例相关的部分。
参见图6所示，相对于上一实施例，本实施例提供的所述智能功率模块电路板封装结构还包括多个具有限位支撑平台41的限位支撑柱4，所述限位支撑柱4的结构示意图可参见图7所示，所述内置功能电路板2上开设有与多个限位支撑柱4一一对应的第二通孔；所述多个限位支撑柱4的底端均固定在所述功率电路基板1上，所述多个限位支撑柱4的顶端分别通过与其对应的第二通孔穿过所述内置功能电路板2，使所述多个限位支撑柱4的限位支撑平台41分别与所述内置功能电路板2的底面相抵接，以对所述内置功能电路板2进行限位和支撑，且所述多个限位支撑柱4分别在其对应的所述第二通孔处与所述内置功能电路板2固定连接。
在具体实现时，所述多个限位支撑柱4的底端均通过焊接的方式固定在所述功率电路基板1上；所述多个限位支撑柱4分别在其对应的第二通孔处通过焊接和/或压接的方式与所述内置功能电路板2实现固定。
在具体实现时，根据焊接在功率电路基板1上多个连接柱3和多个限位支撑柱4之间的组合形式，本实施例的具体实现方式又可以分为以下三种：
如图8所示，所述功率电路基板1和所述内置功能电路板2之间设置有多个连接柱3和多个限位支撑柱4，其中所述多个连接柱3包括第一短连接柱31和第二长连接柱32，所述多个限位支撑柱4均匀分布在所述功率电路基板1的四个边上，所述功率电路基板1的每个边上至少含有一个限位支撑柱4，起到对所述内置功能电路板2的限位、支撑以及固定作用；所述第一短连接柱31和所述第二长连接柱32根据需要分布在所述功率电路基板1的任意区域，起到建立所述内置功能电路板2和所述功率电路基板1之间的功率或信号传输作用，同时对所述内置功能电路板2起到支撑和固定作用。另外，所述第二长连接柱32穿过内置功能电路板2的延伸部分可以层叠更多的电路板。
如图9所示，所述功率电路基板1和所述内置功能电路板2之间设置有多个连接柱3和多个限位支撑柱4，其中所述多个连接柱3均为第一短连接柱31，其中所述多个限位支撑柱4均匀分布在所述功率电路基板1的四个边上，所述功率电路基板1的每个边上至少含有一个所述限位支撑柱4，起到对所述内置功能电路板2的限位、支撑以及固定作用；所述第一短连接柱31根据根据需要分布在所述内置功能电路板2的任意区域，起到建立所述内置功能电路板2和所述功率电路基板1之间的功率或信号传输作用，同时对所述内置功能电路板2起到支撑和固定作用。
如图10所示，所述功率电路基板1和所述内置功能电路板2之间设置有多个连接柱3和多个限位支撑柱4，其中所述多个连接柱3均为第二长连接柱32，其中所述多个限位支撑柱4均匀分布在所述功率电路基板1的四个边上，所述功率电路基板1的每个边上至少含有一个所述限位支撑柱4，起到对所述内置功能电路板2的限位、支撑以及固定作用；所述第二长连接柱32根据根据需要分布在所述内置功能电路板2的任意区域，起到建立所述内置功能电路板2和所述功率电路基板1之间的功率或信号传输作用，同时对所述内置功能电路板2起到支撑和固定作用。另外，所述第二长连接柱32穿过所述内置功能电路板2延伸的部分可以层叠更多的电路板。
需要说明的是，图6及图8～图10所示的智能功率模块电路板封装结构中所述第一短连接柱31和所述第二长连接柱32分别包含有第一底座312和第二底座322，在具体实现时，所述第一短连接柱31和所述第二长连接柱32也可以不包含底座。上述三种具体实现方式仅为本发明例举的三种较佳实现方式，并不用于限制本发明的保护范围。
以上可以看出，本实施例提供的智能功率模块电路板封装结构同样可以提高功率电路基板的利用率，降低智能功率封装模块的外壳设计成本和装配工序，降低模块设计的工作量，降低智能功率模块的体积以及增加智能功率模块功率密度。此外，相对于上一实施例，本实施例提供的智能功率模块电路板封装结构由于在所述功率电路基板和所述内置功能电路基板之间还设置有用于对所述内置功能电路板进行限位、支撑及固定的限位支撑柱，这样可以进一步提高内置功能电路板封装的稳固性。
以上参照附图说明了本发明的优选实施例，并非因此局限本发明的权利范围。本领域技术人员不脱离本发明的范围和实质内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本发明的权利范围之内。
Claims (10)
1.一种智能功率模块电路板封装结构，其特征在于，包括：功率电路基板、内置功能电路板以及用于信号传输及固定所述内置功能电路板的多个连接柱；所述多个连接柱的底端固定在所述功率电路基板上，所述内置功能电路板开设有多个第一通孔，所述多个第一通孔分别与所述多个连接柱一一对应，所述多个连接柱的顶端分别通过所述多个第一通孔穿过所述内置功能电路板，且在所述第一通孔处与所述内置功能电路板固定连接，使所述内置功能电路板以堆栈层叠的方式设置在所述功率电路基板上方。
2.如权利要求1所述的智能功率模块电路板封装结构，其特征在于，所述多个连接柱包括第一短连接柱和/或第二长连接柱，其中：
所述第一短连接柱包括第一柱体，所述第一柱体的底端固定在所述功率电路基板上，所述第一柱体的顶端通过与其对应的第一通孔穿过所述内置功能电路板后不再延伸，且所述第一柱体在其所对应的第一通孔处与所述内置功能电路板固定连接；
所述第二长连接柱包括第二柱体，所述第二柱体的底端固定在所述功率电路基板上，所述第二柱体的顶端通过与其对应的第一通孔穿过所述内置功能电路板并具有延伸部，且所述第二柱体在其所对应的第一通孔处与所述内置功能电路板固定连接。
3.如权利要求2所述的智能功率模块电路板封装结构，其特征在于，所述第一短连接柱还包括第一底座，所述第一底座的底面固定在所述功率电路基板上，所述第一柱体设置在所述第一底座上。
4.如权利要求2所述的智能功率模块电路板封装结构，其特征在于，所述第二连接柱还包括第二底座，所述第二底座的底面固定在所述功率电路基板上，所述第二柱体设置在所述第二底座上。
5.如权利要求2所述的智能功率模块电路板封装结构，其特征在于，当所述多个连接柱包括所述第二长连接柱时，所述第二长连接柱穿过所述内置功能电路板的延伸部至少堆栈层叠有一个其他电路板。
6.如权利要求1～5任一项所述的智能功率模块电路板封装结构，其特征在于，所述多个连接柱的底端均通过焊接的方式固定在所述功率电路基板上。
7.如权利要求1～5任一项所述的智能功率模块电路板封装结构，其特征在于，所述多个连接柱分别在其对应的第一通孔处通过焊接和/或压接的方式与所述内置功能电路板实现固定。
8.如权利要求1所述的智能功率模块电路板封装结构，其特征在于，所述智能功率模块电路板封装结构还包括多个具有限位支撑平台的限位支撑柱，所述内置功能电路板上开设有与多个限位支撑柱一一对应的第二通孔；所述多个限位支撑柱的底端均固定在所述功率电路基板上，所述多个限位支撑柱的顶端分别通过与其对应的第二通孔穿过所述内置功能电路板，使所述多个限位支撑柱的限位支撑平台分别与所述内置功能电路板的底面相抵接，以对所述内置功能电路板进行限位和支撑，且所述多个限位支撑柱分别在其对应的所述第二通孔处与所述内置功能电路板固定连接。
9.如权利要求8所述的智能功率模块电路板封装结构，其特征在于，所述多个限位支撑柱的底端均通过焊接的方式固定在所述功率电路基板上。
10.如权利要求8所述的智能功率模块电路板封装结构，其特征在于，所述多个限位支撑柱分别在其对应的第二通孔处通过焊接和/或压接的方式与所述内置功能电路板实现固定。
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