CN114823565A - 功率模块及其制造方法、功率变换器 - Google Patents

功率模块及其制造方法、功率变换器 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种功率模块、一种功率模块制造方法、以及一种包括该功率模块的功率变换器。功率模块包括电路板、导热底板、盖板、芯片、引脚和塑封件。电路板具有相背的第一表面和第二表面，导热底板贴合于第一表面，并具有背离电路板的第一外表面。盖板与第二表面间隔设置，并具有背离电路板的第二外表面。芯片和引脚固定于第二表面上，引脚朝向盖板所在方向延伸并穿过盖板。塑封件位于第一外表面和第二外表面之间，用于包覆电路板、芯片和引脚。本申请功率模块的引脚从电路板上方出线，并通过塑封成型的导热底板实现了更好的散热，同时塑封件也对功率模块形成了较好的密封效果。

Description

功率模块及其制造方法、功率变换器
技术领域
本申请涉及电路领域，尤其涉及一种功率模块，以及一种功率模块的制造方法、和一种包括该功率模块的功率变换器。
背景技术
功率变换器广泛应用于伺服电机、变频器、逆变器等领域，用于实现交直流转换、直流升压/降压等功能。功率变换器由功率模块及其它电子器件按一定的功能组合形成。现有功率模块的封装方式主要有两类：一类是外壳型顶部出引脚(PIN)的封装结构，该类封装结构由于顶部出引脚，具有电气路径短、寄生参数小、出引脚灵活性高的优势。但该结构采用硅胶填充，密封性不强，需要设置外壳保护。由此导致模块散热能力差、密封不良、成本高等缺陷；另一类是塑封形态引脚侧出的封装结构，该类封装结构的密封性高、导热性好，但侧出引脚导致电气路径长、寄生参数大，且不可拆卸。
发明内容
本申请提供一种功率模块、一种功率模块制造方法、以及一种包括该功率模块的功率变换器。在实现功率模块顶部出引脚的同时，可以提高功率模块的散热能力和密封性。本申请具体包括如下技术方案：
第一方面，本申请提供一种功率模块，包括电路板，具有相背的第一表面和第二表面；导热底板，贴合于第一表面，并具有背离电路板的第一外表面；盖板，与第二表面间隔设置，并具有背离电路板的第二外表面；芯片和引脚，固定于第二表面上，引脚朝向盖板所在方向延伸，并穿过盖板；塑封件，位于第一外表面和第二外表面之间，用于包覆电路板、芯片和引脚。
本申请功率模块通过贴合于电路板第一表面的导热底板，保证功率模块的散热效果；并通过在电路板第二表面上设置伸出盖板的引脚，实现功率模块的顶部出引脚结构，使得功率模块的电气路径短、寄生参数小、且布置引脚的灵活性更高；功率模块还通过位于导热底板第一外表面和盖板第二外表面之间的塑封件，对电路板和芯片进行完全包裹，还对盖板以下的引脚进行包裹。因为塑封件的密封性强，可靠性好，使得功率模块免受外界水汽侵袭，提升了功率模块使用寿命。
在一种可能的实现方式中，芯片和引脚之间通过键合线电性连通。
在一种可能的实现方式中，芯片包括金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor field-effect transistor，MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(insulatedgate bipolar transistor，IGBT)、二极管或三极管中的一者或多者。
在一种可能的实现方式中，电路板为附铜陶瓷片。
在一种可能的实现方式中，芯片焊接于电路板的第二表面上。
在一种可能的实现方式中，电路板与导热底板之间焊接贴合。
在一种可能的实现方式中，塑封件的材料包括环氧灌封胶(epoxy pottingadhesive，EPA)或环氧模塑树脂(epoxy molding compound，EMC)。
在一种可能的实现方式中，盖板的材料包括聚酰胺(polyamide，PA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethyleneglycol terephthalate，PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(polybutylene terephthalate，PBT)、聚邻苯二甲酰胺(polyphthalamide，PPA)、或聚苯硫醚(polyphenylene sulfide，PPS)。
在一种可能的实现方式中，盖板上开设有通孔，引脚经通孔穿过盖板，通孔与引脚之间密封连接。
在本实现方式中，设置盖板与引脚之间密封连接，有利于塑封件的注塑操作，避免注塑材料从盖板和引脚之间渗出功率模块。
在一种可能的实现方式中，盖板包括本体和胶圈，胶圈嵌设于通孔内，并与引脚贴合以实现密封。
在本实现方式中，胶圈具有弹性，当引脚从通孔内穿过时，能够通过侧向挤压胶圈，消除引脚与通孔之间的间隙，实现引脚与盖板之间的密封连接。
在一种可能的实现方式中，通孔的数量为多个，对应胶圈的数量为多个；盖板还包括连接部，连接部位于本体背离第二外表面一侧，连接部至少连接于两个胶圈之间。
在本实现方式中，利用连接部连接各个胶圈，可以保证胶圈的相对位置，并在引脚穿过通孔的过程中避免胶圈从通孔中脱落，影响引脚与盖板之间的密封效果。
在一种可能的实现方式中，盖板与引脚一体注塑成型。
在本实现方式中，盖板与引脚一体注塑成型，可以保证盖板与引脚之间的密封连接。
在一种可能的实现方式中，引脚包括抵持部，抵持部相对于引脚的周侧面凸出，抵持部的一侧与盖板贴合，另一侧与第二表面相互间隔。
在本实现方式中，在引脚上设置抵持部，可以通过抵持部定位盖板，从而保证盖板与电路板的第二表面之间的空间距离，有利于塑封件的注塑工艺实现。
在一种可能的实现方式中，塑封件还用于部分包覆盖板，和/或塑封件还用于部分包覆导热底板。
在本实现方式中，当塑封件部分包覆盖板时，可以提升功率模块的整体密封效果，并同时保证盖板的第二外表面处于露出状态；而当塑封件部分包覆导热底板时，也提升了功率模块的整体密封效果，并同时保证导热底板的第一外表面处于露出状态。
在一种可能的实现方式中，导热底板包括第一区域和第二区域，第一区域用于与第一表面贴合，第二区域位于第一区域外围；塑封件包括覆盖于第二区域上的延伸部，功率模块还设有连接孔，连接孔贯穿延伸部和导热底板。
在本实现方式中，连接孔的设置使得功率模块可以通过紧固件固定于散热器上，保证第一外表面与散热器的贴合面积，提升散热效果。
在一种可能的实现方式中，第一外表面为弧面，第一区域的厚度较第二区域的厚度更厚。
在一种可能的实现方式中，功率模块包括卡环，卡环设有内孔，卡环位于塑封件背离散热底板一侧，且内孔与连接孔对齐，卡环采用弹性材料制备。
在本实现方式中，弹性材料制备的卡环可对塑封件的延伸部形成保护，避免紧固件直接挤压延伸部造成塑封件开裂。
第二方面，本申请提供一种功率模块的制造方法，包括如下步骤：
将电路板贴合于导热底板上，并在电路板的另一侧贴设芯片和引脚；
将盖板固定于引脚上，盖板与电路板相互间隔；
采用塑封材料在第一外表面和第二外表面之间进行塑封，以包覆电路板、芯片和引脚；其中，第一外表面为导热底板背离电路板的表面，第二外表面为盖板背离电路板的表面。
本申请功率模块制造方法用于制作本申请第一方面提供的功率模块。其中通过引脚与盖板之间的配合，保证盖板与电路板之间的间隔距离，进而保证塑封件的注塑质量。塑封材料的密封性能保证了功率模块的可靠性，导热底板则用于实现功率模块的可靠散热。
第三方面，本申请提供另一种功率模块的制造方法，包括如下步骤：
将电路板贴合于导热底板上，并在电路板的另一侧贴设芯片；
将引脚焊接于电路板贴设芯片一侧，且引脚上注塑成型有盖板，盖板与电路板相互间隔；
采用塑封材料在第一外表面和第二外表面之间进行塑封，以包覆电路板、芯片和引脚；其中，第一外表面为导热底板背离电路板的表面，第二外表面为盖板背离电路板的表面。
本申请功率模块制造方法也用于制作本申请第一方面提供的功率模块。其中通过引脚与盖板之间一体注塑成型，保证盖板与电路板之间的间隔距离，进而保证塑封件的注塑质量。塑封材料的密封性能保证了功率模块的可靠性，导热底板则用于实现功率模块的可靠散热。
第四方面，本申请提供一种功率变换器，包括控制模块，以及本申请第一方面提供的功率模块，控制模块用于控制至少一个功率模块的导通和关断，以实现功率转换。可以理解的，在本申请第四方面提供的功率变换器中，因为采用了本申请第一方面提供的功率模块，其效果大致相同，此处不做赘述。
附图说明
图1是本申请实施例提供的一种功率变换器使用场景的电路图；
图2是本申请实施例提供的另一种功率变换器使用场景的电路图；
图3是本申请实施例提供的一种功率模块的结构示意图；
图4是本申请实施例提供的一种功率模块的分解结构示意图；
图5是本申请实施例提供的一种功率模块的截面示意图；
图6是本申请实施例提供的一种功率模块中盖板的截面结构示意图；
图7是本申请实施例提供的一种功率模块中引脚与盖板配合的结构示意图；
图8是本申请实施例提供的另一种功率模块中盖板的截面结构示意图；
图9是本申请实施例提供的再一种功率模块中盖板的分解结构示意图；
图10是本申请实施例提供的另一种功率模块中盖板的局部截面示意图；
图11是本申请实施例提供的另一种功率模块中盖板的局部截面示意图；
图12是本申请实施例提供的另一种功率模块中盖板的局部截面示意图；
图13是本申请实施例提供的一种功率模块中引脚的结构示意图；
图14是本申请实施例提供的一种功率模块中引脚与盖板配合的局部截面示意图；
图15是本申请实施例提供的一种功率模块中引脚与盖板配合的结构示意图；
图16是本申请实施例提供的一种功率模块中导热底板的平面结构示意图；
图17是本申请实施例提供的一种功率模块的局部截面示意图；
图18是本申请实施例提供的一种功率模块的制造方法步骤流程图；
图19a-图19f是本申请实施例提供的功率模块制造方法中各个步骤的结构示意图；
图20a-图20d是本申请实施例提供的功率模块制造方法中步骤S110另一种制造顺序的结构示意图；
图21是本申请实施例提供的功率模块制造方法中步骤S130中使用到的模具结构示意图；
图22是本申请实施例提供的功率模块制造方法中模具内下模的结构示意图；
图23是本申请实施例提供的功率模块制造方法中模具内模芯的侧面结构示意图；
图24是本申请实施例提供的功率模块制造方法中模具内模芯的平面结构示意图；
图25是本申请实施例提供的功率模块制造方法中模具形成注塑腔的结构示意图；
图26是本申请实施例提供的另一种功率模块制造方法步骤流程图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请提供的功率变换器可应用于半导体电路中，用于实现交直流转换、直流升压/降压等功率变换的功能。功率变换器则可以应用于伺服电机、变频器、逆变器等设备中。
图1为本申请提供的一种功率变换器在半导体电路200中的电路示意图。
在图1的示意中，该半导体电路200为升压电路(BOOST)。具体的，半导体电路200包括电感201、第一功率模块202、第二功率模块203、电容204以及控制模块205。其中，第一功率模块202、第二功率模块203即可为本申请图3-图17所提供的功率模块，控制模块205与第一功率模块202则形成为本申请所提供的功率变换器。
本实施例中，半导体电路200用于将自输入端210接收的电源的第一电压升高为第二电压，第二电压自输出端220输出，实现功率变换功能。
电感201用于对输入端210提供的电源电能实现储能、释能；
电容204连接于输出端220,用于对电感201释能时的电源电能进行滤波后获得第二电压；
第二功率模块203具体为二极管，连接于电感201与电容204之间，用于实现电感201单向向输出端220释能；
控制模块205与第一功率模块202共同作为半导体电路200的功率变换器，即可控开关使用。该可控开关连接于电感201与输入端210，用于为电感201提供储能路径。
具体的，控制模块205用于控制第一功率模块202的导通和关断，当第一功率模块202处于导通状态时，电感201连接于两个输入端210之间，处于储能路径得以存储电能；当第一功率模块202处于关断状态时，电感201经过第二功率模块203连接于输出端220形成释能路径，电感201存储的电能得以释放，实现了半导体电路200的升压效果。
图2为本申请提供的另一种功率变换器在半导体电路300中的电路示意图。
在图2的示意中，该半导体电路300为逆变电路。具体包括四个功率模块301、控制模块303以及一个电容302。其中，四个功率模块301也为本申请图3-图17提供的功率模块。控制模块303用于控制各个功率模块301的导通和关断，并与各个功率模块301共同作用，形成为本申请提供的功率变换器。
四个功率模块301定义为开关Q1～Q4，构成两个桥臂，且每一桥臂包括两个串联在半导体电路300的正负极的功率模块301。电容302连接于输入端310的正负极之间，用于对半导体电路300的输入端310中的电压、电流进行滤波。
在图2所示的半导体电路300中，通过控制模块303的控制，四个功率模块301也作为可控开关使用，并且通过对两个桥臂中四个功率模块301导通、关断状态的控制，构成两个不同的导电路径。
具体的，控制模块303具有四个控制端口A\B\C\D，其分别对应控制Q1\Q2\Q3\Q4四个功率模块301的导通和关断。当开关Q1、Q4处于导通状态时，Q2、Q3处于关断状态，此时半导体电路300中的正负极为正相传输；当开关Q2、Q3处于导通状态时，开关Q1、Q4处于关断状态，半导体电路300中的正负极变为反相传输。两种状态下输出端320得到的电压正负极互为反向。由此，图2示意的半导体电路300实现了逆变功能。可以实现直流-交流的转换，或实现交流-直流的转换，实现功率变换功能。
从图1和图2可以看出，本申请提供的功率变换器在半导体电路200和半导体电路300中，通过控制模块205(图2中为控制模块303)与功率模块(第一功率模块202、第二功率模块203、或功率模块301)的配合，虽然具体的工作方式存在差异，但都可以实现半导体电路中的功率变换的功能。
图3示意了本申请提供的一种功率模块100的具体结构。可以理解的，该功率模块100的具体结构也可以作为图1所示第一功率模块202、第二功率模块203、以及图2所示功率模块301的具体结构。该功率模块100的具体结构可以应用到本申请涉及的任意功率变换器中，并作为半导体电路中的任意一个或多个功率模块使用。请结合图4示意的功率模块100的分解图、图5示意的功率模块100的截面示意图一并理解。
功率模块100包括电路板10、导热底板20、盖板30、引脚40、芯片50、以及塑封件60。其中盖板30、电路板10、和导热底板20分别大致为板状，并沿同一方向层叠排布。其中电路板10位于导热底板20和盖板30之间。电路板10具有相背的第一表面11和第二表面12，且第一表面11为电路板10靠近导热底板20的一侧表面。导热底板20与第一表面11贴合设置；第二表面12则为电路板10靠近盖板30的一侧表面，盖板30与第二表面12之间相互间隔设置。由此，盖板30与第二表面12之间形成一容置空间。
该容置空间内收容有芯片50和引脚40，其中芯片50的数量可以为一个或多个，芯片50贴设于电路板10的第二表面12上。引脚40的数量可以为多个，每个引脚40大致呈长条状，其沿自身长度方向包括相对的固定端41和连接端42。各个引脚40的固定端41均固定于第二表面12上，引脚40的连接端42朝向盖板30的方向延伸。
在本申请功率模块100中，电路板10可以采用附铜陶瓷片实现。在本实施例中，电路板10的主体结构为陶瓷片，陶瓷片的相对两侧分别附着有铜层。两侧的铜层分别构造形成第一表面11和第二表面12。电路板10的数量可以为一个，也可以为多个。当电路板10数量为多个时，多个电路板10并行排布，并分别与导热底板20贴合固定。多个电路板10上分别搭载有芯片50，可以用于共同作用实现功率模块100的功能，也可以分别用于实现功率模块100不同的功能，本申请在此不做特别限定。
导热底板20可以采用导热系数较高的材料(如金属)制作。导热底板20与电路板10的第一表面11贴合时，可以将导热底板20与构成第一表面11的铜层进行焊接，以保证导热底板20与电路板10之间的可靠贴合，进而保证导热底板20对电路板10的散热效果。同时，导热底板20还包括背离电路板10的第一外表面21，导热底板20的第一外表面21可用于与散热器贴合，并将电路板10上的热量传递至散热器上。
在一种实施例中，导热底板20与第一表面11之间还形成有焊料层71(参见图19a)。焊料层71可以通过回流焊接的方式制作，并将导热底板20贴合于第一表面11上。而在第二表面12一侧，芯片50和引脚40也可以分别通过焊接与第二表面12形成固定连接。进一步的，还可以对构成第二表面12的铜层结构进行图案化，进而实现两个芯片50之间、和/或芯片50与引脚40之间的电性连接。而在图19c所示的实施例中，功率模块100还包括键合线72，键合线72的一端连接至芯片50上，另一端连接至引脚40上，也可以实现芯片50与引脚40之间的电性连接。以及，键合线72还可以连接于两个芯片50之间，用以实现两个芯片50之间的电性连接。本申请功率模块100通过芯片50之间的电性连接，可以实现预设的功率变化功能。
在一种实施例中，芯片50与第二表面12之间、以及引脚40与第二表面12之间，也可以形成有焊料层71。焊料层71也可以通过回流焊接的方式制作。
盖板30包括背离电路板10的第二外表面31。可以理解的，第二外表面31还与导热底板20的第一外表面21相背。引脚40的连接端42位于盖板30背离电路板10的一侧。也即，引脚40朝向盖板30的所在的方向延伸，并穿过盖板30。具体的，引脚40穿过盖板30的第二外表面31。由此，引脚40可以被盖板30划分为两段，其中一段位于盖板30与第二表面12形成的容置空间之内，另一段位于盖板30背离电路板10一侧。
引脚40用于实现功率模块100的信号传输功能。当外部信号与引脚40的连接端42电性导通时，可以通过引脚40将信号传入功率模块100的内部，信号经芯片50实现功率变换之后，再由引脚40将变换后的信号输出。本申请功率模块100的引脚40实现了顶部输出的结构，该结构的电气路径更短，寄生参数较小。且在本实施例中，因为第二表面12的面积相对较大，引脚40和芯片50可以在第二表面12上任意排布，便于调整引脚40的位置，更好的配合外部信号输入和输出。
塑封件60至少填充于盖板30与导热底板20之间，塑封件60用于包覆电路板10、芯片50、以及引脚40的部分结构。该引脚40的部分结构即为引脚40位于盖板30与第二表面12之间的一段。塑封件60的材料可以包括环氧灌封胶(epoxy potting adhesive，EPA)或环氧模塑树脂(epoxy molding compound，EMC)，这些材料的密封性相对较高，当塑封件60包覆电路板10、芯片50和引脚40时，能够对这些组件形成较好的密封防护，避免外界水气侵入功率模块100的内部，保证功率模块100的可靠工作。
本申请功率模块100通过盖板30相对于电路板10的间隔设置，形成了可注塑填充塑封件60的容置空间。塑封件60在注塑填充的过程中，其相对两侧分别受盖板30和导热底板20的限制，可以保证到塑封件60的注塑范围，使得位于容置空间内的电路板10、芯片50、以及引脚40的结构能够被塑封件60有效密封，从而实现功率模块100的功率变换功能。引脚40从功率模块100的顶部出线，缩短了电器路径、减小了寄生参数，提升功率模块100的性能，还缩减了功率模块100的体积。导热底板20的设置，则提升了功率模块100的散热能力。而本申请提供的功率变换器，也因为对本申请功率模块100的应用，而具备了可靠性高、散热能力强、以及电性参数优良等特点。
其中，芯片50可以包括绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolartransistor，IGBT)、金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor field-effecttransistor，MOSFET)、二极管或三极管中的一者或多者。
在一些实施例中，盖板30的材料可以包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethyleneglycol terephthalate，PET)、聚酰胺(polyamide，PA)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(polybutylene terephthalate，PBT)、聚邻苯二甲酰胺(polyphthalamide，PPA)、或聚苯硫醚(polyphenylene sulfide，PPS)。
在图3-图5的示意中，塑封件60还部分包覆盖板30。具体的，盖板30包括与第二外表面31连接的侧壁结构，塑封件60还同时包覆该侧壁结构，以对盖板30形成部分包覆、并露出第二外表面31的效果。塑封件60对盖板30的部分包覆，可以对功率模块100形成更好的密封效果，提升功率模块100的可靠性。另一方面，塑封件60也可以部分包覆导热底板20的。导热底板20也具有与第一外表面21连接的侧壁结构，塑封件60对导热底板20形成部分包覆、并露出第一外表面21，也对功率模块100形成了更好的密封效果，并提升功率模块100的可靠性。
一种实施例请参见图6，盖板30上开设有通孔32。通孔32沿盖板30的厚度方向(即盖板30与电路板10的层叠方向)贯穿盖板30。通孔32的数量为多个，多个通孔32相互间隔地排布于盖板30内。通孔32的数量与功率模块100中引脚40的数量相等，且通孔32的位置分别对应各个引脚40的位置设置，每个引脚40经一个通孔32穿过盖板30的第二外表面31(如图7所示)。
在本实施例中，盖板30可以与引脚40一体注塑成型，以保证通孔32与引脚40之间形成密封连接。具体的，在注塑的过程中，将引脚40按预设的位置依次排布，然后基于盖板30与电路板10的第二表面12之间的间隔距离，在距引脚40的固定端41相同间隔距离的位置注塑盖板30的结构，并形成盖板30与引脚40一体注塑成型的注塑件。后续将多个引脚40的固定端41分别固定(焊接)于第二表面12上，可以保证装配后的功率模块100中盖板30与电路板10之间的相对位置。
因为盖板30一体注塑成型于引脚40上，因此盖板30的通孔32也在注塑过程中同步形成。各个通孔32与引脚40之间的位置精确度得以保证，且通孔32与引脚40之间可以形成密封连接。后续在注塑形成塑封件60的过程中，盖板30需要对注塑材料的流动形成限制，以将注塑材料控制在第二外表面31以下，或与第二外表面31平齐。通孔32与引脚40之间的密封连接，可以避免注塑材料从通孔32与引脚40之间的缝隙渗出盖板30的第二外表面31，避免在第二外表面31之外形成塑封料的结构，从而保证引脚40的连接端42能裸露于第二外表面31之外，保证引脚40与外部器件的连接可靠性。
另一种实施例请参见图8。在本实施例中，盖板30还包括本体33和胶圈34。盖板30的本体33即为盖板30的主体结构，通孔32开设于本体33上，并贯穿本体33。胶圈34的截面为环状结构，其具有内圈和外圈。胶圈34的外圈形状与通孔32的内腔形状大致相等，或胶圈34的外圈尺寸略大于通孔32的内腔尺寸；胶圈34的内圈形状则与引脚40的外形大致相等，或胶圈34的内圈尺寸略小于引脚40的外形尺寸。胶圈34采用弹性材料制备，胶圈34嵌设于通孔32之内，引脚40穿过胶圈34以伸出第二外表面31。
可以理解的，胶圈34形成为通孔32与引脚40之间的密封圈结构。当引脚40穿过胶圈34的内圈时，基于胶圈34的内圈和外圈尺寸设置，使得引脚40和通孔32形成配合，以挤压胶圈34变形，从而消除引脚40与通孔32之间的间隙，同样实现了引脚40与盖板30之间的密封连接，并达到阻止塑封件60的材料渗出第二外表面31的效果。
一种实施例请参见图9，在本实施例中，盖板30还包括连接部35。连接部35位于盖板30的本体33背离第二外表面31一侧。也即连接部35位于本体33靠近电路板10一侧。连接部35至少连接于两个胶圈34之间，以固定胶圈34之间的相对位置和距离。在一种实施例中，连接部35也采用弹性材料制备，连接部35的材料可以与胶圈34的材料相同。进一步的，连接部35还可以与胶圈34一体成型设置。
因为胶圈34采用弹性材料制备，在塑封件60的注塑过程中，可能因为注塑腔内压力较大，造成胶圈34在引脚40和通孔32之间产生变形。变形后的胶圈34密封效果相对较差，存在形成间隙并导致注塑材料渗出第二外表面31的不良现象。而连接部35与胶圈34的固定连接，使得连接部35在朝向注塑腔的一侧对各个胶圈34形成固持，进而防止胶圈34在压力作用下产生变形的不良现象。
在一些实施例中，如图10所示，胶圈34的截面可以呈阶梯形状。胶圈34包括相对的第一端341和第二端342。其中第一端341的外径尺寸小于第二端342的外径尺寸。且胶圈34的第一端341相对于第二端342更靠近第二外表面31。也即，胶圈34中外径尺寸相对较大的一端位于靠近注塑腔体的一侧。通孔32的截面形状也可以设置为阶梯状，其内径相对较大一端也位于靠近注塑腔体的一侧。当胶圈34嵌设于通孔32之内时，胶圈34与通孔32之间的间隙相对均匀。
图10的结构中通孔32形成台阶面，当注塑过程中对胶圈34形成较大的压力时，胶圈34的第二端342在朝向第二外表面31的方向运动，并挤压台阶面而保证胶圈34不易于从通孔32中脱落。而在图11的示意中，通孔32的截面还可以设置为柱状，截面为阶梯形状的胶圈34其第二端342位于通孔32之外。此时本体33的外表面形成台阶面，同样可以避免胶圈34受压力从通孔32中脱落。
在另一些实施例中，如图12所示，胶圈34的截面形状还可以为梯形，对应通孔32的截面形状也与胶圈34的截面形状相匹配。只要保证第二端342的外径尺寸较第一端341的外径尺寸更大，通孔32的内壁都可以在注塑过程中对胶圈34形成固持，并避免胶圈34从通孔32中脱落。另一方面，当引脚40的截面形状为椭圆形、矩形的形状时，通孔32和胶圈34的截面形状也匹配引脚40的截面形状设置，此时设置胶圈34的厚度尺寸，也可以达到上述类似的有益效果。
一种实施例请参见图13，引脚40上还设有抵持部43。抵持部43沿引脚40的长度方向位于固定端41和连接端42之间，抵持部43相对于引脚40的周侧面凸出。如图13所示，抵持部43可以为连续的圆环状，也可以为多个周向分布于引脚40周侧的凸台。抵持部43与引脚40的固定端41间隔设置，抵持部43用于定位盖板30。
具体的，请参见图14所示的抵持部43处局部截面示意图。抵持部43沿引脚40的长度方向包括相对的第一侧面431和第二侧面432。其中第一侧面431为抵持部43靠近电路板10的一侧。第一侧面431与电路板10的第二表面12相互间隔。第二侧面432则为抵持部43靠近第二外表面31的一侧，盖板30贴合于第二侧面432上。因为抵持部43相对于引脚40的周侧面凸出，因此当引脚40穿过通孔32时，第二侧面432得以与盖板30贴合，并可以对盖板30形成定位。盖板30因为抵持部43的抵持作用，其不会再向电路板10的方向滑动，进而形成了盖板30与电路板10之间的容置空间。抵持部43对盖板30的定位，有利于后续制作塑封件60时的注塑操作。
而在图15的示意中，多个引脚40与盖板30配合时，多个引脚40的抵持部43高度一致，或设置为多个引脚40中抵持部43的第二侧面432的高度一致，多个引脚40的抵持部43均用于支撑同一盖板30，可以对盖板30形成更稳定的支撑效果。
在图14的示意中，盖板30包括本体33、连接部35以及胶圈34，抵持部43的第二侧面432与胶圈34的外表面贴合，进而对盖板30形成支撑效果。在其余实施例中，抵持部43也可以与本体33接触，或抵持部43可以与连接板35接触，都能够达到对盖板30形成支撑，并保证盖板30与电路板10的第二表面12之间空间距离的效果。而当引脚40与盖板30一体注塑成型时，因为引脚40已经与盖板30形成了固定连接的结构，因此引脚40也可以不设置抵持部43的结构，同样可以保证到盖板30与电路板10之间的空间距离。
请参见图16所示的导热底板20的平面结构示意图。在导热底板20的平面方向上，导热底板20包括第一区域22a和第二区域22b。其中第一区域22a的形状和面积与电路板10的第一表面11的形状和面积均相同，第一区域22a用于与电路板10的第一表面11贴合。也即，第一区域22a可以理解为电路板10在导热底板20表面上的投影区域。第二区域22b则位于第一区域22a的外围。第二区域22b可以包括两部分，该两部分沿同一方向分列第一区域22a的相对两侧；第二区域22b也可以如图16所示，环绕于第一区域22a的外围。导热底板20的整体面积较电路板10的面积更大，可以将电路板10的热量分散，并与外部散热器形成更大的贴合面积，达到更好的散热效果。
在图16的示意中，导热底板20上还设有连接孔23。连接孔23贯穿导热底板20，本申请功率模块100可以通过穿过连接孔23的紧固件(图中未示)被固定于散热器上。连接孔23位于第二区域22b之内，因而不会对导热底板20与电路板10的贴合产生干涉。连接孔23的位置和数量可以视功率模块100的大小与应用场景任意设置，本申请在此不做特别限定。
在一种实施例中，第一外表面21还可以设置为弧面，第一外表面21的中部较边缘的部分更凸出，也即第一区域22a的厚度较第二区域22b的厚度更厚。由此，当紧固件从位于第二区域22b的连接孔23处穿过，并连接至散热器上时，紧固件可以对导热底板20施加压力，驱动第一外表面21形变，以保证第一外表面21与散热器之间形成更好的散热贴合。
而在图17的示意中，塑封件60还包括延伸部61。延伸部61覆盖于导热底板20的第二区域22b上。可以理解的，延伸部61随塑封件60同位于导热底板20背离第一外表面21一侧。在本实施例中，功率模块100的连接孔23还朝向延伸部61延伸，并同时贯穿延伸部61和导热底板20。也即，连接孔23从导热底板20的第一外表面21贯穿至延伸部61背离导热底板20的表面处。由此，紧固件可以同时穿过延伸部61和导热底板20，并将功率模块100固定于散热器上。
在一种实施例中，本申请功率模块100还包括卡环73。卡环73设有内孔，卡环73位于塑封件60背离导热底板20一侧，且卡环73的内孔(图中未示)与连接孔23对齐。卡环73采用弹性材料制备，用于为塑封件60的延伸部61提供弹性防护。因为塑封件60的整体材质刚度较差，当紧固件作用于延伸部61上，并对延伸部61和导热底板20施加压力时，如果压力过大，可能造成延伸部61的损坏，例如开裂。但施加于延伸部61上的压力过小时，可能造成第一外表面21与散热器之间的贴合不牢，影响功率模块100的散热效果。
因此，在本实施例中，设置弹性材料制备的卡环73，将其置于连接孔23的位置，并形成紧固件与延伸部61之间的弹垫结构，可以对延伸部61形成缓冲，避免紧固件的压力直接作用于延伸部61上，从而保证延伸部61的结构稳定性，并保证功率模块100的整体散热效果。
一种实施例，连接孔23的截面还构造为台阶结构，其内径较小的一端靠近第一外表面21，卡环73嵌设于连接孔23内径较大的一端内。也即，卡环73嵌设于塑封件60的延伸部61之内。由此，在注塑塑封件60之前，可以先将卡环73固定于导热底板20上，并露出卡环73背离第一外表面21的表面。通过塑封料对卡环73形成包覆，可以将卡环73固定于功率模块100之内，省去了后续安装功率模块100的过程中，单独放置卡环73的操作。同时，因为卡环73背离第一外表面21的表面露出，紧固件可以直接穿过卡环73的内孔，并进一步穿过连接孔23实现与散热器的固定连接。
图18示意了本申请提供的一种功率模块的制造方法流程图。在本实施例中，功率模块100的制作方法包括如下步骤：
S110、将电路板10贴合于导热底板20上，并在电路板10的另一侧贴设芯片50和引脚40；
S120、将盖板30固定于引脚40上，盖板30与电路板10相互间隔；
S130、采用塑封材料在第一外表面21和第二外表面31之间进行塑封，以包覆电路板10、芯片50和引脚40；其中，第一外表面21为导热底板20背离电路板10的表面，第二外表面31为盖板30背离电路板10的表面。
具体的，本实施例功率模块的制造方法，用于实现上述的功率模块100结构。具体可以参见图19a-图19f的结构示意。
在步骤S110中，先提供电路板10，电路板10可以为附铜陶瓷基板。电路板10包括相对的第一表面11和第二表面12。然后，如图19a所示，在电路板10的第二表面12上铺设焊料层71，该焊料层71的位置对应到后续搭载芯片50的位置设置。在图19b的示意中，芯片50贴装于第二表面12上设有焊料层71的位置。芯片50可以采用回流焊的方式完成贴装。而在图19c的示意中，在芯片50上架设键合线72。键合线72可以连接于两个芯片50之间，也可以连接于芯片50与第二表面12之间。可以理解的，当键合线72架设于芯片50与第二表面12之间时，键合线72远离芯片50的一端，用于与后续搭载的引脚40连通。在图19d的示意中，同时完成引脚40和导热底板20的焊接。在本步骤中，引脚40贴合于电路板10的第二表面12上，导热底板20则贴合于电路板10的第一表面11上。其中导热底板20与电路板10之间也可以设置焊料层71，并采用回流焊的方式形成贴合。
在步骤S120中，如图19e所示，在引脚40上固定盖板30的结构。盖板30与电路板10的第二表面12相互间隔，并与电路板10之间形成容置空间。可以理解的，本实施例方法中引脚40可以设置抵持部43，用以定位盖板30与电路板10之间的相对距离。在另一些实施例中，盖板30也可以通过粘接、摩擦力等方式实现与引脚40的相互固定。
在步骤S130中，如图19f所示，采用塑封材料在容置空间内进行注塑，以制作塑封件60的结构。其中塑封件60用于包覆电路板10、芯片50和位于容置空间内的引脚40，进而对功率模块100中各功能器件形成密封保护。因为盖板30对塑封材料的阻挡作用，塑封材料不会渗出盖板30，也不会影响到引脚40露出盖板30的部分，可以保证到功率模块100与外部器件的连接可靠性。
对于本申请功率模块的制造方法，在步骤S130中，对注塑材料的边界限定不止于上述容置空间之内。如图19f所示，注塑材料还部分包覆盖板30和导热底板20。具体的，盖板30包括背离电路板10的第二外表面31，导热底板20包括背离电路板10的第一外表面21。塑封件60的边界限定于第一外表面21与第二外表面31之间。由此，注塑材料不会覆盖到导热底板20的底面，保证导热底板20与散热器的良好接触；注塑材料也不会覆盖到引脚40露出盖板30的部分。注塑材料对盖板30和导热底板20的部分包覆，进一步提升了本方法制造的功率模块100的密封性能，提升了可靠性。
需要提出的是，本申请方法在步骤S110中，并不严格限制芯片50、键合线72、引脚40、以及导热底板20的制造顺序。图20a-图20d则示意了另一种步骤S110的制造顺序。
在图20a中，在电路板10的第二表面12上铺设焊料层71之后，可以如图20b所示，同步完成芯片50的贴装和导热底板20的贴装工作。其中，芯片50贴装于第二表面12上，导热底板20贴装于第一表面11上。因为芯片50和导热底板20均可以采用回流焊的工艺进行贴装，因此二者可以在同一次焊接工艺中完成与电路板10的贴合。然后，在图20c的示意中，在芯片50上架设键合线72，并于在图20d的示意中，完成引脚40的焊接。后续在步骤S120和步骤S130中，分别完成盖板30的定位和塑封件60的注塑操作，同样可以形成上述的功率模块100的结构。
图21还提供了本申请功率模块制造方法在步骤S130中，注塑塑封件60所采用的模具400的结构。具体的，经过步骤S120得到功率模块100的框架结构100a之后，可以将该框架结构100a置于图21所示的模具400中，完成塑封件60的注塑成型。
具体的，模具400包括上模410、下模420、以及模芯430。上模410内设有芯腔411，模芯430收容于芯腔411之内，并随上模410一并与下模420贴合固定。下模420内设有下模腔421，下模腔421用于与框架结构100a中的导热底板20的第一外表面21贴合固定。模芯430内设有上模腔431，上模腔431用于与框架结构100a中的盖板30贴合固定。模芯还设有连通上模腔431的避位腔432，避位腔432用于收容引脚40穿过盖板30的部分结构。
请参见图22所示下模420的结构示意。下模420的下模腔421底面可以设置为弧形，用于配合导热底板20第第一外表面21为弧形的结构。弧形的第一外表面21可以贴合于下模腔421的弧形底面上，避免塑封材料渗入第一外表面21与下模腔421的底面之间，即避免第一外表面21在注塑过程中被塑封材料遮蔽。
而在图23所示的模芯430的结构中，模芯430的上模腔431内还设有压杆433和卡环柱434。避位腔432位于上模腔431的中间区域，并朝向上模410的方向延伸。压杆433和卡环柱434则均朝向下模420的方向延伸，并伸出模芯430的下表面。请同步配合参见图24，压杆433围设于避位腔432的外围，压杆433用于抵持导热底板20的第二区域22b，进而在注塑过程中实现对框架结构100a的定位。卡环柱434的位置对应卡环73的位置设置，用于定位卡环73与导热底板20之间的相对位置。
在一些实施例中，模芯430的避位腔432还可以设置为矩阵排列的多个避位子腔4321。避位子腔4321的大小和排列方式，可以基于多个引脚40的连接端42的外形和间距设置。每个避位子腔4321分别用于收容并固定一个引脚40的连接端42，以实现注塑过程中对各个引脚40的固持和定位。可以理解的，模芯430可以设置多个，多个模芯430可替换使用。各个模芯430中避位子腔4321的大小不同，和/或多个模芯430中避位子腔4321的排列间距不同，对应不同的功率模块100中引脚40的排布方式、以及连接端42的外形结构变化，以使得模具400适配多种不同规格的功率模块100的制作。
在图25所示的模具400合模示意图中，框架结构100a置于上模腔431和下模腔421形成的注塑腔之内，框架结构100a中引脚40超出盖板30的部分，则收容于避位腔432内。框架结构100a在模型430的压杆433作用下，其导热底板20的第一外表面21与下模腔421的底面贴合并固定，上模腔431的顶部则与盖板30合围出注塑腔的顶部边界。注塑材料在注入注塑腔之后，将形成于导热底板20的第一外表面21与盖板30的第二外表面31之间，并对芯片50、引脚40、电路板10、以及键合线72等组件形成可靠的包覆效果。
图26则示意了本申请另一种功率模块制造方法的流程图。在本实施例中，功率模块100的制作方法包括如下步骤：
S210、将电路板10贴合于导热底板20上，并在电路板10的另一侧贴设芯片50；
S220、将引脚40焊接于电路板10贴设芯片50一侧，且引脚40上注塑成型有盖板30，盖板30与电路板10相互间隔；
S230、采用塑封材料在第一外表面21和第二外表面31之间进行塑封，以包覆电路板10、芯片50和引脚40；其中，第一外表面21为导热底板20背离电路板10的表面，第二外表面31为盖板30背离电路板10的表面。
可以理解的，本申请所提供的另一种功率模块的制造方法，同样用于实现上述的功率模块100结构。区别在于，在本实施例中，引脚40与盖板30一体注塑成型。因此在步骤S210中，先完成芯片50和导热底板20在电路板10相背两面上的贴合。以及，还可以完成键合线72的焊接操作；而在步骤S220中，则实现一体注塑成型的引脚40和盖板30的装配。具体的，将引脚40的固定端41焊接于电路板10的第二表面12上，并使得引脚40通过键合线72与芯片50导通。注塑于引脚40上的盖板30得以与电路板10相互间隔固定。最后，在步骤S230中，完成塑封件60的注塑操作，形成上述的功率模块100的结构。可以理解的，步骤S230中的注塑操作，也可以采用上述图21-图25所示的模具400来实现。
以上描述，仅为本申请的具体实施例，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，例如减少或添加结构件，改变结构件的形状等，都应涵盖在本申请的保护范围之内；在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种功率模块，其特征在于，包括：
电路板，具有相背的第一表面和第二表面；
导热底板，贴合于所述第一表面，并具有背离所述电路板的第一外表面；
盖板，与所述第二表面间隔设置，并具有背离所述电路板的第二外表面；
芯片和引脚，固定于所述第二表面上，所述引脚朝向所述盖板所在方向延伸，并穿过所述盖板；
塑封件，位于所述第一外表面和所述第二外表面之间，用于包覆所述电路板、所述芯片和所述引脚。
2.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述盖板上开设有通孔，所述引脚经所述通孔穿过所述盖板，所述通孔与所述引脚之间密封连接。
3.根据权利要求2所述的功率模块，其特征在于，所述盖板包括本体和胶圈，所述胶圈嵌设于所述通孔内，并与所述引脚贴合以实现密封。
4.根据权利要求3所述的功率模块，其特征在于，所述通孔的数量为多个，对应所述胶圈的数量为多个；
所述盖板还包括连接部，所述连接部位于所述本体背离所述第二外表面一侧，所述连接部至少连接于两个所述胶圈之间。
5.根据权利要求2所述的功率模块，其特征在于，所述盖板与所述引脚一体注塑成型。
6.根据权利要求1-5任一项所述的功率模块，其特征在于，所述引脚包括抵持部，所述抵持部相对于所述引脚的周侧面凸出，所述抵持部的一侧与所述盖板贴合，另一侧与所述第二表面相互间隔。
7.根据权利要求6所述的功率模块，其特征在于，所述塑封件还用于部分包覆所述盖板，和/或
所述塑封件还用于部分包覆所述导热底板。
8.根据权利要求1-7任一项所述的功率模块，其特征在于，所述导热底板包括第一区域和第二区域，所述第一区域用于与所述第一表面贴合，所述第二区域位于所述第一区域外围；
所述塑封件包括覆盖于所述第二区域上的延伸部，所述功率模块还设有连接孔，所述连接孔贯穿所述延伸部和所述导热底板。
9.根据权利要求8所述的功率模块，其特征在于，所述功率模块包括卡环，所述卡环设有内孔，所述卡环位于所述塑封件背离所述散热底板一侧，且所述内孔与所述连接孔对齐，所述卡环采用弹性材料制备。
10.一种功率模块的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
将电路板贴合于导热底板上，并在所述电路板的另一侧贴设芯片和引脚；
将盖板固定于所述引脚上，所述盖板与所述电路板相互间隔；
采用塑封材料在第一外表面和第二外表面之间进行塑封，以包覆所述电路板、所述芯片和所述引脚；其中，所述第一外表面为所述导热底板背离所述电路板的表面，所述第二外表面为所述盖板背离所述电路板的表面。
11.一种功率模块的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
将电路板贴合于导热底板上，并在所述电路板的另一侧贴设芯片；
将引脚焊接于所述电路板贴设所述芯片一侧，且所述引脚上注塑成型有盖板，所述盖板与所述电路板相互间隔；
采用塑封材料在第一外表面和第二外表面之间进行塑封，以包覆所述电路板、所述芯片和所述引脚；其中，所述第一外表面为所述导热底板背离所述电路板的表面，所述第二外表面为所述盖板背离所述电路板的表面。
12.一种功率变换器，其特征在于，包括控制模块、以及至少一个如权利要求1-9任一项所述的功率模块，所述控制模块用于控制所述至少一个所述功率模块的导通和关断，以实现功率转换。
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