CN114040563A - 一种高散热性能的电子产品的封装结构及其封装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高散热性能的电子产品的封装结构及其封装方法，属于电子产品的应用领域。本发明的封装结构包括PCB、封装框架、塑封体、引脚组件；其中PCB上焊接有需要散热的功率管、芯片等器件；PCB装入封装框架内，形成腔体；塑封体将PCB与封装框架之间的缝隙填满；塑封后的产品，从框架的两头进行切割，漏出PCB的中间层的铜皮，进行两侧引脚组件的焊接。本发明的封装结构具有体积小、散热优良及安装简单可靠等优点，从而提高电子产品在使用过程中的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于封装技术领域，特别是一种高散热性能的电子产品的封装结构，尤其涉及PCB散热的电子产品的封装结构。
背景技术
在当今消费电子、汽车电子，以及要求更高的航空、航天及军工产业领域中，对电子产品具有小型化、模块化、高功率密度、高集成化以及高可靠性等特点的要求越来越高。目前的高功率密度的PCB在需要散热的情况下，一般使用灌封胶整体灌封，但是灌封胶导热系数较低，限制了发展前景。同时越来越多的PCB采用芯片的微电子封装工艺，使用热固性和热塑性材料塑封形成模块，虽然在一定范围内可以提供热、机械性能、隔绝外部环境等方面进行保护，但是在高功率密度、严苛的使用环境下，却保护有限。现有技术下的塑封模块，在客户端时使用时一般采用单面传导散热方式，无法克服PCB另外一侧器件的热阻大，温升高等缺陷。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的问题，提供一种高散热性能的电子产品的封装结构及其封装方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种高散热性能的电子产品的封装结构，该结构包括PCB、封装框架、塑封体和引脚组件；所述封装框架为空心四面体结构，PCB悬空装入并贯穿所述封装框架，在封装框架内部形成腔体，该腔体中填充满塑封体；所述PCB上位于封装框架两端的部分有铜皮裸露，与引脚组件相焊接。
进一步地，所述封装框架的内壁上设有若干凸台，与PCB上温升大于预设阈值的器件相对应设置。
进一步地，所述封装框架的内壁上设有若干楔形槽。
进一步地，所述封装框架的侧壁为弧形结构。
进一步地，所述封装框架的底部设有用于固定该封装结构的安装孔。
进一步地，所述引脚组件包括金属引脚和塑壳，塑壳与封装框架的侧边紧贴，金属引脚与铜皮焊接。
进一步地，所述封装框架采用与塑封体热膨胀系数相容的且导热系数高于180W/(m.K)的合金复合材料。
基于所述封装结构的封装方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1，将PCB插入所述封装框架内，并通过塑封体注塑形成的塑封模具对PCB和封装框架进行装配定位约束；
步骤2，利用塑封体对PCB与封装框架之间的腔体进行塑封；
步骤3，塑封完成后，沿封装框架的两端面对PCB进行切割，漏出PCB中间层的铜皮；
步骤4，对引脚组件与所述铜皮进行焊接。
进一步地，步骤1中所述塑封模具包括上模和下模；所述下模的上表面设有第一凹槽，用于为PCB和封装框架提供水平和高度方向的限位，以使PCB在封装框架中悬空；所述上模上设有塑封体的进胶口，且下表面设有第二凹槽；
所述上模盖于下模上时，第一凹槽与第二凹槽相对应并共同对PCB和封装框架进行固定，同时所述进胶口的流道与第一凹槽与第二凹槽相通。
进一步地，步骤2所述利用塑封体对PCB与封装框架之间的腔体进行塑封，具体过程为从所述进胶口注入塑封体，塑封体经进胶口的流道同时向上模和下模中的凹槽进胶，直至将PCB与封装框架之间的腔体填满。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)PCB表面发热的器件通过顶底面的塑封体导热到封装框架的顶底面进行散热，可有效的降低PCB表面的器件温度；2)封装框架能够有效隔绝外部环境，比如高湿、盐雾等严苛环境对塑封体和PCB的影响，显著提高可靠性；3)PCB与封装框架的装配定位，通过塑封体注塑的模具进行约束，减少了PCB与封装框架之间的固定结构，不会侵占PCB的顶底面的器件空间，且塑封体材质一般为环氧胶，固化后的强度足够支撑内部PCB；且塑封模具能保证相对的安装精度，并从PCB的上下面同时进胶，使得PCB受到的塑封应力最小；4)采用先进的塑封工艺，可以使用目前导热系数更高的塑封胶改善模块内部的散热；5)封装框架采用塑封膨胀系数接近的AlSiC、MoCu等合金复合材料，能有效缩小热应力；6)封装框架内侧设有楔形槽(倒扣结构)，能有效防止温度冲击情况下，塑封体与封装框架之间的剥离；7)封装框架两侧为弧形，能有效释放温度变化引起的热应力；8)通过PCB中间层的铜皮，进行两侧引脚组件的焊接，无需侵占PCB顶底面元器件的空间。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为一个实施例中封装结构整体结构示意图。
图2为一个实施例中封装框架的结构示意图。
图3为一个实施例中PCB在塑封过程中的装配示意图。
图4为一个实施例中PCB在塑封模具中塑封的剖面图。
图5为一个实施例中PCB塑封完后的示意图。
图6为一个实施例中切割完的产品示意图。
图7为一个实施例中产品焊接引脚组件的示意图。
图8为一个实施例中产品焊接引脚组件的剖面图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
在一个实施例中，结合图1至图6，提供了一种高散热性能的电子产品的封装结构，该结构包括PCB 1、封装框架2、塑封体3和引脚组件4；所述封装框架2为空心四面体结构，PCB 1悬空装入并贯穿所述封装框架2，在封装框架2内部形成腔体，该腔体中填充满塑封体3；所述PCB 1上位于封装框架2两端的部分有铜皮1.1裸露，与引脚组件4相焊接，PCB 1上焊接有需要散热的功率管、芯片等。
这里，PCB表面发热的器件通过顶底面的塑封体导热到封装框架的顶底面进行散热，可有效的降低PCB表面的器件温度；且封装框架能够有效隔绝外部环境，比如高湿、盐雾等严苛环境对塑封体和PCB的影响，显著提高可靠性。此外，通过PCB中间层的铜皮，进行两侧引脚组件的焊接，无需侵占PCB顶底面元器件的空间。
进一步地，在其中一个实施例中，所述封装框架2的内壁上设有若干凸台2.2，与PCB 1上功率大于预设阈值的器件相对应设置。
采用本实施例的方案，通过设置凸台以克服PCB上需要散热的器件高度不一的情况，尽量缩短框架与不同器件的距离以改善热阻。
由于PCB、塑封体、框架采用不同的材质，不同的材质有不同的膨胀系数。在温度冲击或者其他恶劣情况下，产品内部会产生应力，影响产品的可靠性。为了解决该问题：
在其中一个实施例中，所述封装框架2的内壁上设有若干楔形槽2.3即倒扣结构。
采用本实施例的方案，塑封体3嵌入在倒扣结构中，能有效防止温度冲击情况下，塑封体3与封装框架2之间的剥离。
在其中一个实施例中，所述封装框架2的侧壁为弧形结构。
采用本实施例的方案，能够有效释放温度变化引起的热应力。
在其中一个实施例中，所述封装框架2采用与塑封体3热膨胀系数相容的且导热系数高于180W/m.K的合金复合材料。
这里优选地，采用AlSiC、MoCu等合金复合材料。
进一步地，在其中一个实施例中，所述封装框架2的底部设有用于固定该封装结构的安装孔2.1。
进一步地，在其中一个实施例中，结合图7和图8，所述引脚组件4包括金属引脚4.1和塑壳4.2，采用注塑一体成型，塑壳4.2与封装框架2的侧边紧贴，金属引脚4.1与铜皮1.1留有缝隙，并填充锡膏7，进行高温焊接。
在一个实施例中，提供了一种针对上述封装结构的封装方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1，将PCB 1插入所述封装框架2内，并通过塑封体注塑形成的塑封模具对PCB1和封装框架2进行装配定位约束；
步骤2，利用塑封体3对PCB 1与封装框架2之间的腔体进行塑封；
步骤3，塑封完成后，沿封装框架2的两端面对PCB 1进行切割，漏出PCB 1中间层的铜皮；
步骤4，对引脚组件4与所述铜皮进行焊接。
进一步地，在其中一个实施例中，步骤1中所述塑封模具包括上模5和下模6；所述下模6的上表面设有第一凹槽，用于为PCB 1和封装框架2提供水平和高度方向的限位，以使PCB 1在封装框架2中悬空；所述上模5上设有塑封体3的进胶口，且下表面设有第二凹槽；
所述上模5盖于下模6上时，第一凹槽与第二凹槽相对应并共同对PCB 1和封装框架2进行固定，同时所述进胶口的流道与第一凹槽与第二凹槽相通。
进一步地，在其中一个实施例中，步骤2所述利用塑封体3对PCB 1与封装框架2之间的腔体进行塑封，具体过程为：从所述进胶口注入塑封体3，塑封体3经进胶口的流道同时向上模5和下模6中的凹槽进胶，直至将PCB 1与封装框架2之间的腔体填满。
这里，PCB与封装框架的装配定位，通过塑封体注塑的模具进行约束，减少了PCB与封装框架之间的固定结构，不会侵占PCB的顶底面的器件空间，且塑封体材质一般为环氧胶，固化后的强度足够支撑内部PCB；且塑封模具能保证相对的安装精度，并从PCB的上下面同时进胶，使得PCB受到的塑封应力最小。
综上，本发明的封装结构具有体积小、散热优良及安装简单可靠等优点，从而提高电子产品在使用过程中的可靠性。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种高散热性能的电子产品的封装结构，其特征在于，该结构包括PCB(1)、封装框架(2)、塑封体(3)和引脚组件(4)；所述封装框架(2)为空心四面体结构，PCB(1)悬空装入并贯穿所述封装框架(2)，在封装框架(2)内部形成腔体，该腔体中填充满塑封体(3)；所述PCB(1)上位于封装框架(2)两端的部分有铜皮(1.1)裸露，与引脚组件(4)相焊接。
2.根据权利要求1所述的高散热性能的电子产品的封装结构，其特征在于，所述封装框架(2)的内壁上设有若干凸台(2.2)，与PCB(1)上温升大于预设阈值的器件相对应设置。
3.根据权利要求1或2所述的高散热性能的电子产品的封装结构，其特征在于，所述封装框架(2)的内壁上设有若干楔形槽(2.3)。
4.根据权利要求3所述的高散热性能的电子产品的封装结构，其特征在于，所述封装框架(2)的侧壁为弧形结构。
5.根据权利要求1所述的高散热性能的电子产品的封装结构，其特征在于，所述封装框架(2)的底部设有用于固定该封装结构的安装孔(2.1)。
6.根据权利要求1所述的高散热性能的电子产品的封装结构，其特征在于，所述引脚组件(4)包括金属引脚(4.1)和塑壳(4.2)，塑壳(4.2)与封装框架(2)的侧边紧贴，金属引脚(4.1)与铜皮(1.1)焊接。
7.根据权利要求1所述的高散热性能的电子产品的封装结构，其特征在于，所述封装框架(2)采用与塑封体(3)热膨胀系数相容的且导热系数高于180W/(m.K)的合金复合材料。
8.基于权利要求1至7任意一项所述封装结构的封装方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1，将PCB(1)插入所述封装框架(2)内，并通过塑封体注塑形成的塑封模具对PCB(1)和封装框架(2)进行装配定位约束；
步骤2，利用塑封体(3)对PCB(1)与封装框架(2)之间的腔体进行塑封；
步骤3，塑封完成后，沿封装框架(2)的两端面对PCB(1)进行切割，漏出PCB(1)中间层的铜皮；
步骤4，对引脚组件(4)与所述铜皮进行焊接。
9.根据权利要求8所述的封装方法，其特征在于，步骤1中所述塑封模具包括上模(5)和下模(6)；所述下模(6)的上表面设有第一凹槽，用于为PCB(1)和封装框架(2)提供水平和高度方向的限位，以使PCB(1)在封装框架(2)中悬空；所述上模(5)上设有塑封体(3)的进胶口，且下表面设有第二凹槽；
所述上模(5)盖于下模(6)上时，第一凹槽与第二凹槽相对应并共同对PCB(1)和封装框架(2)进行固定，同时所述进胶口的流道与第一凹槽与第二凹槽相通。
10.根据权利要求8所述的高散热性能的电子产品的封装结构，其特征在于，步骤2所述利用塑封体(3)对PCB(1)与封装框架(2)之间的腔体进行塑封，具体过程为：从所述进胶口注入塑封体(3)，塑封体(3)经进胶口的流道同时向上模(5)和下模(6)中的凹槽进胶，直至将PCB(1)与封装框架(2)之间的腔体填满。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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