CN110556370A - 微组装固体功率器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种微组装固体功率器件，包括外壳、以及设置在外壳内的功率组件、控制组件和互连陶瓷电路板。通过在功率组件和控制组件之间增设互连陶瓷电路板，该互连陶瓷电路板不仅能够实现功率组件和控制组件之间的水平横向互连，同时也能实现厚膜控制电路板安装在控制陶瓷基板之间的垂直纵向互连；互连陶瓷电路板能够克服现有互连方式具有可耐高温、电气及力学性能可靠、装配过程中无释气污染气氛和不产生多余物，特别适用于共晶焊等自动化微组装焊接工艺等优点；此外，利用互连陶瓷电路板作为中介层，还能够缓冲由于热胀冷缩带来的多层结构的结构应力。
Description
技术领域
本发明涉及固体功率器件技术领域，具体涉及一种微组装固体功率器件。
背景技术
随着电子行业的发展，电子产品的集成化要求越来越高，许多微组装固体功率器件设计上采取了多层的、控制电路和功率输出电路分离的、立体的微组装结构。现有的固体功率器件主要由外壳、功率组件和控制组件组成。功率组件由功率器件和功率陶瓷基板组成，功率器件安装在功率陶瓷基板上。控制组件由厚膜控制电路板和控制陶瓷基板组成，厚膜控制电路板安装在控制陶瓷基板上。功率组件和控制组件在外壳内呈水平设置。为了实现功率组件和控制组件的电气连接，目前则常采用引线键合或导流片焊接来实现。然而，对于微组装的固体功率器件来说，由于功率组件和控制组件之间需要进行水平横向互连的焊盘非常多，且焊盘因尺寸限制一般都比较小，因此使用导流片实现互连时，导流片在搭焊的过程中极其容易出现跑偏和移位的问题，严重时会导致影响固体功率器件的电气性能。此外，由于微组装的固体功率器件的引出杆需要从壳体的左右两侧引出，功率组件和控制组件之间的互连区域会设有横向延伸的功率引出杆，而横向延伸的功率引出杆会形成键合劈刀行进路线上的障碍物，因此无法通过引线键合方式实现互连。
发明内容
本发明所要解决的是现有微组装固体功率器件功率组件和控制组件的水平横向互连问题，提供一种微组装固体功率器件。
为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
微组装固体功率器件，包括外壳、以及设置在外壳内的功率组件和控制组件；功率组件由功率器件和功率陶瓷基板组成，功率器件安装在功率陶瓷基板上；控制组件由厚膜控制电路板和控制陶瓷基板组成，厚膜控制电路板安装在控制陶瓷基板上；功率组件和控制组件在外壳内呈水平设置；其不同之处是，外壳内还进一步设置有互连陶瓷电路板；互连陶瓷电路板包括陶瓷基板、上层金属互连线路图案、下层金属互连线路图案和金属过孔；上层金属互连线路图案和下层金属互连线路图案分别设置在陶瓷基板的上表面和下表面，且上层金属互连线路图案和下层金属互连线路图案上均设有焊盘；金属过孔贯穿设置在陶瓷基板上，并连通上层金属互连线路图案和下层金属互连线路图案；互连陶瓷电路板的一侧边缘搭接在功率陶瓷基板的边缘处；互连陶瓷电路板的下层金属互连线路图案的焊盘与其正下方的功率陶瓷基板上表面设有的对应焊盘焊接在一起；互连陶瓷电路板的另一侧跨过功率陶瓷基板和控制陶瓷基板之间的互连区域，并一直延伸覆盖在控制陶瓷基板的正上方；互连陶瓷电路板的下层金属互连线路图案的焊盘与其正下方的控制陶瓷基板上表面设有的对应焊盘焊接在一起；互连陶瓷电路板的上层金属互连线路图案的焊盘与其正下方的厚膜控制电路板下表面设有的对应焊盘焊接在一起。
上述方案中，互连陶瓷电路板的陶瓷基板为氧化铝陶瓷。
上述方案中，互连陶瓷电路板的下层金属互连线路图案的焊盘与其正下方的功率陶瓷基板上表面设有的对应焊盘、互连陶瓷电路板的下层金属互连线路图案的焊盘与其正下方的控制陶瓷基板上表面设有的对应焊盘、以及互连陶瓷电路板的上层金属互连线路图案的焊盘与其正下方的厚膜控制电路板下表面设有的对应焊盘通过共晶焊焊接在一起。
上述方案中，互连陶瓷电路板为矩形。
与现有技术相比，本发明通过在功率组件和控制组件之间增设互连陶瓷电路板，该互连陶瓷电路板不仅能够实现功率组件和控制组件之间的水平横向互连，同时也能实现厚膜控制电路板安装在控制陶瓷基板之间的垂直纵向互连；互连陶瓷电路板能够克服现有互连方式，即引线键合方式互连间不能有障碍物、导流片的互连方式易于跑偏移位、印刷电路板高温下释气污染气氛而只能适用于手工焊接工艺、以及厚膜电路板焊盘附着力较差的问题，具有可耐高温、电气及力学性能可靠、装配过程中无释气污染气氛和不产生多余物，特别适用于共晶焊等自动化微组装焊接工艺等优点；此外，利用互连陶瓷电路板作为中介层，还能够缓冲由于热胀冷缩带来的多层结构的结构应力。
附图说明
图1为微组装固体功率器件的侧剖视图。
图2为互连陶瓷电路板的俯视图。
图3为互连陶瓷电路板的仰视图。
图中标号：1、外壳；2、功率组件；2-1、功率器件；2-2功率陶瓷基板；3、控制组件；3-1、厚膜控制电路板；3-2、控制陶瓷基板；4、互连陶瓷电路板；4-1、互连陶瓷板；4-2、上层金属互连线路图案；4-3、下层金属互连线路图案；4-4、金属过孔；5、焊盘。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实例，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，实例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“中”、“左”“右”、“前”、“后”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向仅是用来说明并非用来限制本发明的保护范围。
参见图1，一种微组装固体功率器件2-1，包括外壳1、以及设置在外壳1内的功率组件2、控制组件3和互连陶瓷电路板4。
外壳1、功率组件2和控制组件3与现有技术的结构相似。功率组件2由功率器件2-1和功率陶瓷基板2-2组成，功率器件2-1安装在功率陶瓷基板2-2上。控制组件3由厚膜控制电路板3-1和控制陶瓷基板3-2组成，厚膜控制电路板3-1安装在控制陶瓷基板3-2上。功率组件2和控制组件3在外壳1内呈水平设置。
互连陶瓷电路板4如图2和3所示，包括互连陶瓷板4-1、上层金属互连线路图案4-2、下层金属互连线路图案4-3和金属过孔4-4。上层金属互连线路图案4-2和下层金属互连线路图案4-3分别设置在互连陶瓷板4-1的上表面和下表面，且上层金属互连线路图案4-2和下层金属互连线路图案4-3上均带有焊盘5。金属过孔4-4贯穿设置在互连陶瓷板4-1上，并连通上层金属互连线路图案4-2和下层金属互连线路图案4-3。在本发明中，互连陶瓷电路板4以氧化铝陶瓷为基材即互连陶瓷板4-1，按直接镀铜DPC工艺生成双面覆铜图形，正面覆铜层即上层金属互连线路图案4-2和背面覆铜层即下层金属互连线路图案4-3之间通过金属过孔4-4进行连接。互连陶瓷电路板4的外形结构根据微组装固体功率器件2-1的外壳1结构设计，可以为各种规则或非规则的形状，如可以是类圆形、类矩形、圆形、椭圆形、矩形等等。在本发明优选实施例中，互连陶瓷电路板4为矩形。
互连陶瓷电路板4的一侧边缘搭接在功率陶瓷基板2-2的边缘处。互连陶瓷电路板4的下层金属互连线路图案4-3的焊盘5与其正下方的功率陶瓷基板2-2上表面设有的对应焊盘5焊接在一起。互连陶瓷电路板4的另一侧跨过功率陶瓷基板2-2和控制陶瓷基板3-2之间的互连区域，并一直延伸覆盖在控制陶瓷基板3-2的正上方。互连陶瓷电路板4的下层金属互连线路图案4-3的焊盘5与其正下方的控制陶瓷基板3-2上表面设有的对应焊盘5焊接在一起。互连陶瓷电路板4的上层金属互连线路图案4-2的焊盘5与其正下方的厚膜控制电路板3-1下表面设有的对应焊盘5焊接在一起。
互连陶瓷电路板4的下层金属互连线路图案4-3的焊盘5与其正下方的功率陶瓷基板2-2上表面设有的对应焊盘5、互连陶瓷电路板4的下层金属互连线路图案4-3的焊盘5与其正下方的控制陶瓷基板3-2上表面设有的对应焊盘5、以及互连陶瓷电路板4的上层金属互连线路图案4-2的焊盘5与其正下方的厚膜控制电路板3-1下表面设有的对应焊盘5通过共晶焊焊接在一起。在本发明优选实施例中，互连陶瓷电路板4、功率陶瓷基板2-2和控制陶瓷基板3-2上的焊盘5均为钯银焊盘5。在组装时，先在互连陶瓷电路板4、功率陶瓷基板2-2和控制陶瓷基板3-2的焊盘5上放置相应大小的焊料片，再进行共晶焊将对应焊盘5焊接在一起，即可完成组装。
需要说明的是，尽管以上本发明所述的实施例是说明性的，但这并非是对本发明的限制，因此本发明并不局限于上述具体实施方式中。在不脱离本发明原理的情况下，凡是本领域技术人员在本发明的启示下获得的其它实施方式，均视为在本发明的保护之内。
Claims (4)
1.微组装固体功率器件(2-1)，包括外壳(1)、以及设置在外壳(1)内的功率组件(2)和控制组件(3)；功率组件(2)由功率器件(2-1)和功率陶瓷基板(2-2)组成，功率器件(2-1)安装在功率陶瓷基板(2-2)上；控制组件(3)由厚膜控制电路板(3-1)和控制陶瓷基板(3-2)组成，厚膜控制电路板(3-1)安装在控制陶瓷基板(3-2)上；功率组件(2)和控制组件(3)在外壳(1)内呈水平设置；
其特征是，外壳(1)内还进一步设置有互连陶瓷电路板(4)；
互连陶瓷电路板(4)包括互连陶瓷板(4-1)、上层金属互连线路图案(4-2)、下层金属互连线路图案(4-3)和金属过孔(4-4)；上层金属互连线路图案(4-2)和下层金属互连线路图案(4-3)分别设置在互连陶瓷板(4-1)的上表面和下表面，且上层金属互连线路图案(4-2)和下层金属互连线路图案(4-3)上均设有焊盘(5)；金属过孔(4-4)贯穿设置在互连陶瓷板(4-1)上，并连通上层金属互连线路图案(4-2)和下层金属互连线路图案(4-3)；
互连陶瓷电路板(4)的一侧边缘搭接在功率陶瓷基板(2-2)的边缘处；互连陶瓷电路板(4)的下层金属互连线路图案(4-3)的焊盘(5)与其正下方的功率陶瓷基板(2-2)上表面设有的对应焊盘(5)焊接在一起；
互连陶瓷电路板(4)的另一侧跨过功率陶瓷基板(2-2)和控制陶瓷基板(3-2)之间的互连区域，并一直延伸覆盖在控制陶瓷基板(3-2)的正上方；互连陶瓷电路板(4)的下层金属互连线路图案(4-3)的焊盘(5)与其正下方的控制陶瓷基板(3-2)上表面设有的对应焊盘(5)焊接在一起；互连陶瓷电路板(4)的上层金属互连线路图案(4-2)的焊盘(5)与其正下方的厚膜控制电路板(3-1)下表面设有的对应焊盘(5)焊接在一起。
2.根据权利要求1所述的微组装固体功率器件(2-1)，其特征是，互连陶瓷电路板(4)的互连陶瓷板(4-1)为氧化铝陶瓷。
3.根据权利要求1所述的微组装固体功率器件(2-1)，其特征是，互连陶瓷电路板(4)的下层金属互连线路图案(4-3)的焊盘(5)与其正下方的功率陶瓷基板(2-2)上表面设有的对应焊盘(5)、互连陶瓷电路板(4)的下层金属互连线路图案(4-3)的焊盘(5)与其正下方的控制陶瓷基板(3-2)上表面设有的对应焊盘(5)、以及互连陶瓷电路板(4)的上层金属互连线路图案(4-2)的焊盘(5)与其正下方的厚膜控制电路板(3-1)下表面设有的对应焊盘(5)通过共晶焊焊接在一起。
4.根据权利要求1所述的微组装固体功率器件(2-1)，其特征是，互连陶瓷电路板(4)为矩形。
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