CN117059588A - 功率模块封装平台及功率模块 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种功率模块封装平台及功率模块，包括：各功率模块封装平台均包括P个信号端子、Q个功率端子及电气互联基板；其中，P为大于等于2N的整数，Q为大于等于N的整数；各信号端子沿着电气互联基板的第一侧依次排布；各功率端子沿着电气互联基板的第二侧依次排布；电气互联基板的正面设置有电连接线以及N个预设芯片位；N为大于等于1的整数；电连接线根据预设布线关系将N个芯片与对应的连接端子连接；其中，连接端子为信号端子和/或功率端子。本发明可以有效避免功率模块封装过程中布线失误问题，还能兼容多种电路拓扑，可广泛应用于变频器、电机驱动、开关电源等领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种电气元件组件制造领域，特别是涉及一种功率模块封装平台及功率模块。
背景技术
较多的电气元件组件的制造是在封装平台上封装完成的。如功率半导体模块是把功率半导体芯片(IGBT，MOSFET等)按一定的电路结构封装在绝缘壳体内的电力电子装置，其主要功能是实现电力电子功率变换，在轨道交通、智能电网、工业节能、电动汽车与新能源装备等领域应用极为广泛，是实现能量转换的核心部件。从电路拓扑上可以分为1单元，2单元(半桥)，4单元(H桥)，6单元(三相全桥)，7单元(PIM)，多电平等结构。而为了将功率半导体芯片封装到功率半导体模块之中，需要通过封装平台进行封装。但是由于电路拓扑的多样性，现有的封装平台存在兼容性不足的问题，各个封装平台仅能针对某一类功率模块封装，而不能对其他类的功率模块封装。除此之外，部分封装平台虽然能对有限的几类功率模块进行封装，但是其内部的电路设置较为复杂、出针方式各式各样；不同的功率模块对应不同的封装方式太过复杂，一方面不利于员工操作、容易出现封装失误；另一方面不利于封装自动化的实现。
基于此，本发明提供了一种功率模块封装平台及功率模块，用以解决现有的功率模块封装平台兼容性不足、封装方式复杂、不利于技术人员操作等问题。
应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种功率模块封装平台、功率模块，用于解决现有技术中功率模块封装平台兼容性不足、封装方式复杂、不利于技术人员操作等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种功率模块封装平台，包括：各功率模块封装平台均包括P个信号端子、Q个功率端子及电气互联基板；其中，P为大于等于2N的整数，Q为大于等于N的整数；
各信号端子沿着所述电气互联基板的第一侧依次排布；各功率端子沿着所述电气互联基板的第二侧依次排布；
所述电气互联基板的正面设置有电连接线以及N个预设芯片位；N为大于等于1的整数；所述电连接线根据所述预设布线关系将N个芯片与对应的连接端子连接；其中，连接端子为信号端子和/或功率端子。
可选地，P设置为8，Q设置为5。
可选地，所述第一侧和所述第二侧相对设置。
可选地，各信号端子平行设置，且接受不同信号的信号端子之间的间隔大于等于4.3mm。
可选地，各功率端子平行设置，且预设供电电压不同的各功率端子之间的间隔大于等于4.3mm。
可选地，所述电气互联基板设置为陶瓷覆铜基板；所述陶瓷覆铜基板包括陶瓷层以及设置于所述陶瓷层正反面的覆铜层；其中，所述陶瓷层可设置为Al2O3、Si3N4或AlN；所述陶瓷层的厚度设置为0.2mm～1.2mm；所述覆铜层的厚度设置为0.1mm～1mm。
可选地，各功率端子可设置为无氧铜、裸铜、镀镍铜或镀锡铜；各信号端子可设置为无氧铜、裸铜、镀镍铜或镀锡铜。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种功率模块，包括：N个芯片、封装壳体以及上述的功率模块封装平台；
N个芯片一一设置于所述功率模块封装平台的N个预设芯片位；各芯片的背面电极通过所述电气互联基板与对应的连接端子电连接；各芯片的正面电极分别与对应的连接端子电连接；
所述封装壳体包裹所述功率模块封装平台以及所述芯片，且各功率端子以及信号端子均延伸至所述封装壳体外。
可选地，所述芯片设置为MOS、IGBT、二极管、晶闸管中的任一种芯片。
可选地，各信号端子以及各功率端子与所述封装壳体底部的距离均大于等于3mm。
可选地，所述封装壳体还设置有两个贯穿的螺孔；其中，第一螺孔设置于所述电气互联基板的第三侧；第二螺孔设置于所述电气互联基板的第四侧；两个螺孔相对设置。
如上所述，本发明的功率模块封装平台及功率模块，具有以下有益效果：
1、本发明的功率模块封装平台及功率模块，有效避免了功率模块封装过程中由于各类端子之间区别度不大，会将端子看错看漏，进而出现的封装布线失误问题，还能兼容多种电路拓扑，可广泛应用于变频器、电机驱动、开关电源等领域。
2、本发明的功率模块封装平台基于特定的外形尺寸和脚位分布，仅通过改变内部陶瓷覆铜片正面铜箔线路即可实现不同的电路拓扑，有利于缩短产品开发周期，降低研发成本。
附图说明
图1显示为本发明的功率模块封装平台的平面示意图。
图2显示为本发明功率模块的结构示意图。
图3显示为本发明功率模块的侧视图。
图4显示为H桥拓扑的电路图。
图5显示为本发明的功率模块封装平台封装H桥拓扑电路的连接图。
图6显示为半桥拓扑的电路图。
图7显示为本发明的功率模块封装平台封装半桥拓扑电路的连接图。
图8显示为一种34mm功率模块封装平台的结构示意图。
图9显示为基于34mm功率模块封装平台的半桥拓扑的电路图。
图10显示为34mm功率模块封装平台封装半桥拓扑电路的连接图。
图11显示为基于34mm功率模块封装平台的FRD斩波电路示意图。
图12显示为34mm功率模块封装平台封装FRD斩波电路的连接图。
图13显示为基于34mm功率模块封装平台的二极管并联电路示意图。
图14显示为34mm功率模块封装平台封装二极管并联电路的连接图。
元件标号说明
1 功率模块
11 功率模块封装平台
111 信号端子
112 功率端子
113 电气互连基板
114 焊料
115 底板
12 芯片
13 封装壳体
131 螺孔
14 键合丝
2 34mm功率模块封装平台
211 第一功率端子
212 第二功率端子
213 第三功率端子
22 信号端子
23 陶瓷覆铜基板
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅1～图7。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图1所示，本发明提供了一种功率模块封装平台11，用于封装具有预设布线关系的功率模块1，包括：
各功率模块封装平台11均包括P个信号端子111、Q个功率端子112及电气互联基板113；其中，P为大于等于2N的整数，Q为大于等于N的整数。N为具有预设布线关系的功率模块中的设置芯片的数量。在本实施例中，N为大于等于1的整数。
具体地，各信号端子111沿着所述电气互联基板113的第一侧依次排布；各功率端子112沿着所述电气互联基板113的第二侧依次排布。在本实施例中，各信号端子111的第一端分别设置于所述电气互联基板的第一侧；各功率端子112的第一端分别设置于所述电气互联基板的第二侧。
作为示例，如图1所示，所述第一侧和所述第二侧相对设置，通过将各信号端子111以及各功率端子112分开设置在所述电气互联基板113的相对两侧，便于后续封装区别出连接的端子类别(信号端子111还是功率端子112)，减少装配时焊接的失误率。
具体地，在本实施例中，如图1所示，P设置为8，Q设置为5，实际上，功率端子112以及信号端子111的数量均并不以本实施例为限。
具体地，如图1所示，各信号端子111平行设置，且接受不同信号的信号端子111之间的间隔大于等于4.3mm，如：4.3mm、5mm、7mm等设置。各功率端子112平行设置，且预设供电电压不同的各功率端子之间的间隔大于等于4.3mm，如：4.3mm、5mm、7mm等设置。本实施例中，如图5所示，设置各信号端子111的输入电位均不相同，此时各信号端子111之间彼此间隔4.3mm。与此同时，各功率端子的预设供电电压也都不同，此时各功率端子之间彼此间隔4.3mm。而在另一示例中，如图7所示，根据需要设置功率端子112仅需要提供三个预设供电电压，信号端子111需要对两个管子提供4个输入信号，则输入同一预设供电电压的功率端子之间的距离可小于等于4.3mm，输入同一输入信号的信号端子之间的距离也可小于等于4.3mm。
具体地，给功率端子112可设置为无氧铜、裸铜、镀镍铜或镀锡铜；各信号端子111也可设置为无氧铜、裸铜、镀镍铜或镀锡铜。
如图1所示，所述电气互联基板113的正面设置有电连接线以及N个预设芯片位；所述电连接线根据所述预设布线关系将N个芯片与对应的连接端子连接；其中，连接端子为信号端子和/或功率端子。也就是说芯片可以基于所述电连接线与信号端子连接，或与功率端子连接，或者与信号端子以及所述功率端子均连接。具体的连接关系需要根据预设的布线关系进行设定。
具体地，电气互联基板113设置为陶瓷覆铜基板；所述陶瓷覆铜基板包括陶瓷层以及设置于所述陶瓷层正反面的覆铜层；所述陶瓷覆铜基板基于预设布线关系在正面铜箔刻蚀出所需电路(即：电连接线)。各电气互联基板上的铜箔可依据功率端子112以及信号端子111的排布去设计电路，从而用于保证后续封装的功率模块能通过电气互联基板电连接。实际上，任意能基于预设布线关系将将N个芯片与对应的连接端子电连接的电气互联基板113结构设置均为本实施例的保护范围。
具体地，基于薄膜工艺、厚膜工艺、电镀铜工艺、直接敷铜工艺、活化钎焊敷铜工艺、硬钎焊敷铜工艺中的任一种工艺，将所述覆铜层设置于所述陶瓷层的正反面。实际上只要任意能将铜层设置于陶瓷层正反面并使得正面具有电路连接关系的设置均为本实施例的保护范围。
作为示例，所述陶瓷层可设置为Al2O3、Si3N4或AlN；除此之外，所述陶瓷层的厚度设置为0.2mm～1.2mm，可选择0.25mm、0.32mm、0.38mm、0.63mm、1.0mm等厚度；所述覆铜层的厚度设置为0.1mm～1.0mm，可选择0.20mm、0.25mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.8mm。
需要说明的是，陶瓷覆铜基本的正面和反面的覆铜层的厚度可以一致或者不一致，以满足产品需求或者生产工艺需求。陶瓷覆铜基板的生产较为简单，主要工艺流程包括来料检验-原材料处理-烧结-压膜-曝光-显影蚀刻-激光划片-成品检验。技术人员可依据预设的功率端子112以及信号端子111的位置，设计陶瓷覆铜基板的电路连接方式、指定陶瓷覆铜基板的规格，并不需要涉及到需要另外开模。因此，功率模块封装平台的设置仅仅需要根据不同的芯片12产品设计不同的陶瓷覆铜基板，而功率模块封装平台其他部分的位置关系均不变，可以极高程度的提高功率模块封装平台的兼容性，可基于特定的成品外形尺寸和脚位排布，设计不同电路的陶瓷覆铜基板，有利于提高功率模块的研发和生产。
具体地，各功率端子112以及各信号端子111与所述电气互联基板113之间通过焊料114电连接。焊料114由特定粒径的合金粉末和助焊剂或其他有机溶剂混合而成，根据不同的产品需求有多种组分可供选择。通过焊料114将各功率端子112以及各对信号端子111与电气互联基板连接。
如图2所示，所述功率模块封装平台还包括底板115；所述底板设置于所述电气互联基板的背面，通过设置底板便于部分要求底板的功率模块适用。
如图1～图3所示，本发明提供了一种功率模块1，包括：N个芯片12、封装壳体13以及上述的功率模块封装平台11。
如图1和图2所示，N个芯片12一一设置于所述功率模块封装平台11的N个预设芯片位；各芯片12的背面电极通过所述电气互联基板113与对应的连接端子(信号端子和/或功率端子)电连接；各芯片12的正面电极分别与对应的连接端子电连接。
具体地，芯片12设置为MOS、IGBT、二极管、晶闸管中的任一种芯片。需要说明的是，还可以设置为其他的芯片类型，任意需要连接功率端子112以及信号端子111并最终封装为功率模块1的芯片类型均为本实施例的保护范围。
具体地，芯片12基于焊料114与所述电气互联基板113电连接。通过焊料114将芯片12的背面与所述电气互联基板电连接。
具体地，所述芯片12基于键合丝14分别与预设信号端子111以及预设功率端子112电连接。通过键合丝14将芯片12的正面电极(在本实施例中，芯片12设置为IGBT芯片，则芯片12的正面设置为芯片12的发射极)与对应连接端子连接。除此之外，还可以通过键合丝14将芯片12的正面电极先连接到电气互联基板113的预设位置，再通过所述电气互联基板113将芯片正极与连接端子相连接。在本实施例中，所述键合丝14设置为金属，可以选择设置为铝线、铜线或者铜覆铝等材料。在另一示例中，为了获得更高的电流等级，还可以用铝带、铜带、铜引线片来替代键合丝。在本实施例中，所述键合丝的线径设置为4mil～25mil，可选择5mil、6mil、8mil、10mil、12mil、15mil、18mil、20mil等多种线径尺寸。
需要说明的是，在本实施例中，如图4、图5所示，芯片设置为IGBT芯片，则芯片中的晶体管部分正面连接至少需要通过键合丝14连接2个信号端子(分别连接G极和E极)，晶体管部分剩下的C极设置在芯片背面并不引出而是直接通过电气互连基板113连接功率端子P；IGBT芯片中的二极管部分只有两个端子，均需要连接功率端子；其中，二极管的阴极设置在芯片背面通过电气互连基板113连接功率端子，阳极设置在芯片正面通过键合丝14连接功率端子。
需要进一步说明的是，在部分小功率芯片设计时，芯片12的电极可设置于同一面(均位于正面或位于背面)，根据实际连接需要改变键合丝14以及电气互连基板113的连接关系。除此之外，根据预设布线关系连接芯片与各连接端子时，可根据实际需要设定各连接端子与芯片电极之间的连接方式是从芯片正面连接，还是从芯片背面连接。
如图2所示，所述封装壳体13包裹所述功率模块封装平台11以及所述芯片12，且各功率端子112以及各信号端子111均延伸至所述封装壳体外(如图2所示，封装壳体13的高度低于功率端子或信号端子的长度)。所述封装壳体13设置为环氧树脂，环氧树脂是一种有机高分子材料，提供环境防护与绝缘、应力缓冲，可根据需要结合产品的使用工况与环境选型。
具体地，各信号端子111以及各功率端子112与所述封装壳体13底部的距离均大于等于3mm。也就是如图3所示，各信号端子111穿出所述封装壳体13的位置与所述功率模块的底部之间的高度为h，此时h至少大于等于3mm，使得功率端子112以及信号端子111到封装壳体底部(即：功率模块1的底部)的垂直距离满足电气间隙，使得所述功率模块满足安全规范的目的，满足直流母线电压800V系统的应用需求。
具体地，如图2和图3所示，所述封装壳体13还设置有两个贯穿的螺孔131；其中，第一螺孔设置于所述电气互联基板的第三侧；第二螺孔设置于所述电气互联基板的第四侧，用于固定所述功率模块1。在本实施例中，两个螺孔相对设置，分别设置在未设置功率端子以及信号端子的电气互联基板113的两侧。在本实施例中，所述螺孔直径不超过9mm，除此之外，利用螺栓将功率模块1锁紧到系统固定的位置(如：散热器上)时，还可在螺栓上设置螺钉垫圈；所述螺钉垫圈的直径也不超过9mm，如：3mm，5mm，8mm。
需要说明的是，在生产制造时，通过多个个功率模块封装平台11可同时封装多个功率模块1。
下面结合图4～图7对本发明提供的功率模块封装平台11的兼容性进行说明。
以H桥拓扑为例，图4为H桥拓扑的电路图，其各端口功能如表1所示：
| 端子名称 | 端子类型 | 端子功能 | 备注 |
| G1 | 信号端子 | T1管门极驱动G极 | |
| E1 | 信号端子 | T1管门极驱动E极 | |
| G2 | 信号端子 | T2管门极驱动G极 | |
| E2 | 信号端子 | T2管门极驱动E极 | |
| G3 | 信号端子 | T3管门极驱动G极 | |
| E3 | 信号端子 | T3管门极驱动E极 | |
| G4 | 信号端子 | T4管门极驱动G极 | |
| E4 | 信号端子 | T4管门极驱动E极 | |
| N1 | 功率端子 | 直流母线负 | DC-(T2_E) |
| N2 | 功率端子 | 直流母线负 | DC-(T4_E) |
| PH1 | 功率端子 | 交流输出 | AC(T1_E/T2_C) |
| PH2 | 功率端子 | 交流输出 | AC(T3_E/T4_C) |
| P | 功率端子 | 直流母线正 | DC-(T1&T3_C) |
表1
其中，如图4、图5中所示，端口N1、N2、PH1、PH2、P均为功率端子112，分别作为直流或者交流的输入和输出，端口G1、E1、G2、E2、G3、E3、G4、E4均设置为信号端子111，用于接收电路中的电信号，因此，为了使得功率模块封装完成图4的电路图，通过焊料114和键合线14将芯片12与功率模块封装平台电连接，如图5所示，再将芯片12分别连接功率端子112以及信号端子111，最后进行封装。在本实施例中，功率模块封装平台的功率端子112与信号端子111相对设置于所述电气互联基板的两侧，因此直接按照图5的连接关系连接H桥拓扑的电路图。此时由于信号端子和功率管子分别位于两侧且相隔较远，容易区分和识别，避免连接失误。图4中，端口N1、N2、PH1、PH2均需要连接功率端子112，因此图5中的功率端N1、N2、PH1、PH2均通过键合线与芯片12连接，与此同时，各信号端G1、E1、G2、E2、G3、E3、G4、E4均通过键合线分别与信号端子111连接。
以半桥拓扑为例，图6为半桥拓扑的电路图，其端口功能如表2所示：
| 端子名称 | 端子类型 | 端子功能 | 备注 |
| G1 | 信号端子 | T1管门极驱动G极 | |
| E1 | 信号端子 | T1管门极驱动E极 | |
| G2 | 信号端子 | T2管门极驱动G极 | |
| E2 | 信号端子 | T2管门极驱动E极 | |
| N | 功率端子 | 直流母线负 | DC-(T2_E) |
| PH | 功率端子 | 交流输出 | AC(T1_E/T2_C) |
| P | 功率端子 | 直流母线正 | DC-(T1_C) |
表2
其中，如图6、图7所示，端口N1与N2作为同一功率输入端记为N，PH1与PH2作为同一功率输入端记为PH，端口G1、E1、G2、E2均设置为信号端子111，用于接收电路中的电信号。为了使得功率模块封装完成图6的电路图，通过焊料114和键合线14将芯片12与功率模块封装平台电连接，在本实施例中，直接按照图7的连接关系连接半桥拓扑的电路图。由于图6中，端口N、PH均需要连接功率端子112，因此图7中的功率端N、PH均通过键合线与芯片12连接，与此同时，各信号端G1、E1、G2、E2均通过键合线分别与信号端子111连接。
综上可以看出，通过本发明可以有效的区分开功率端子和信号端子，连接成行的端子可以起到防呆的作用，避免在生产过程中出现漏装或者错装端子的风险，便于后续封装连接。本发明通过提供了以一种将功率端子112以及信号端子111分开设置的功率模块封装平台，可适用于不同电路拓扑结构，从而有效缩短产品开发周期，减低研发成本，对功率模块的开发和生产有着积极作用。
本发明可兼容多种电路拓扑，可广泛应用于变频器、电机驱动、开关电源等领域的半导体模块的研发和生产。除此之外，本发明的功率模块封装平台需要根据不同的芯片12类型设置特定的外形尺寸和脚位分布，由于功率端子112以及信号端子111的位置均是设置好的，那么仅通过改变内部陶瓷覆铜片的正面铜箔线路即可实现不同的电路拓扑，可以有利于缩短产品开发周期，降低研发成本。
对比例
如图8所示，本对比例提供一种34mm功率模块封装平台2，包括2对信号端子、3个功率端子以及陶瓷覆铜基板23；其中，所述3个功率端子的第一功率端子211设置于所述陶瓷覆铜基板23的第一侧；第二功率端子212与所述第一功率端子211相对设置，设置于所述陶瓷覆铜基板23上；第三功率端子213设置于所述第一功率端子211与所述第二功率端子212之间；2对信号端子22相对设置，且设置于所述陶瓷覆铜基板23的第二侧。
本对比例的一种34mm功率模块封装平台2可用以封装半桥电路，如图9所示的半桥电路的示意图。半桥拓扑由两个IGBT芯片串联构成。该半桥电路至少要连接7个不同的端子(包括功率端子以及信号端子)，端子的定义为表3所示
| 端子序号 | 端子类型 | 端子名称 | 端子功能 |
| ① | 功率端子 | AC(T1_E/T2_C) | 交流输出 |
| ② | 功率端子 | DC-(T2_E) | 直流母线负 |
| ③ | 功率端子 | DC+(T1_C) | 直流母线正 |
| ④ | 信号端子 | T1_G | T1管门极驱动G极 |
| ⑤ | 信号端子 | T1_E | T1管门极驱动E极 |
| ⑥ | 信号端子 | T2_G | T2管门极驱动G极 |
| ⑦ | 信号端子 | T2_E | T2管门极驱动E极 |
表3
其中，如图9、图10所示，半桥电路的端口①～端口③均需要设置为功率端子，半桥电路的端口④～⑦均要设置为信号端子，将其以图10的方式连接，可以看到此处的芯片连接多端较为复杂，信号端子和功率端子的位置并没有差异较大，存在将半桥电路的端口③与端口⑥或端口⑦看错的问题，造成连接时将信号端子以及功率端子连接出错，造成器件损失。
本对比例的一种34mm功率模块封装平台2可用以封装FRD斩波电路，如图11所示的FRD斩波电路结构示意图，由一个FRD芯片和IGBT一单元组成。端子的定义如表4：
| 端子序号 | 端子类型 | 端子名称 | 端子功能 |
| ① | 功率端子 | DC+(IGBT_C) | 直流母线正 |
| ② | 功率端子 | DC-(IGBT_E) | 直流母线负 |
| ③ | 功率端子 | DC-(FRD_C) | 直流母线负 |
| ⑥ | 信号端子 | IGBT_G | IGBT门极驱动G极 |
| ⑦ | 信号端子 | IGBT_E | IGBT门极驱动E极 |
表4
该FRD斩波电路至少要连接5个不同的端子(包括功率端子以及信号端子)其中，如图11、12所示，FRD斩波电路的端口①、②、③均需要设置为功率端子112，而FRD斩波电路的端口⑥～⑦均要设置为信号端子111，将其以图12所示的方式连接，可以看到此处的芯片连接多端较为复杂，信号端子和功率端子的位置并没有差异较大，依然存在将FRD斩波电路的端口③与端口⑥或端口⑦看错的问题，造成连接时将信号端子以及功率端子连接出错，造成器件损失。
本对比例的一种34mm功率模块封装平台2可用以封装二极管并联电路，如图13所示为二极管并联电路的结构示意图，二极管并联电路，由多个二极管并联而成。端子的定义为表5所示：
| 端子序号 | 端子类型 | 端子名称 | 端子功能 |
| ① | 功率端子 | DC+ | 直流母线负 |
| ② | 功率端子 | DC- | 直流母线正 |
表5
其中，如图13、图14所示，该二极管并联至少要连接2个不同的端子(均为功率端子)。将二极管并联电路的端口①、②以图14所示的方式连接，可以看到此时二极管并联电路连接的端口虽然都是功率端子，但是其连接较为复杂。
由此可见，对比例的一种34mm功率模块封装平台2由于封装电路结构不同，最终设置功率端口或者信号端口的位置差异较大，在实际中难以通用这种功率模块封装平台。除此之外，不同种类的端子需要按照实际的使用进行分配，然而这种装配方式会给制造过程带来操作的困难，存在漏装或者装配错误的风险。
因此，本专利提供的一种功率模块封装平台在保留端子安装灵活以适应不同电路拓扑这项优点的前提下，进一步优化，将功率模块和信号模块的设置位置做了较大改变，用以解决安装生产中存在的漏装或者错装的隐患，以此提升生产效率，提高产品质量。
综上所述，本发明提供一种功率模块封装平台及功率模块，包括：各功率模块封装平台均包括P个信号端子、Q个功率端子及电气互联基板；其中，P为大于等于2N的整数，Q为大于等于N的整数；各信号端子沿着电气互联基板的第一侧依次排布；各功率端子沿着电气互联基板的第二侧依次排布；电气互联基板的正面设置有电连接线以及N个预设芯片位；N为大于等于1的整数；电连接线根据预设布线关系将N个芯片与对应的连接端子连接；其中，连接端子为信号端子和/或功率端子。本发明可以有效避免功率模块封装过程中出现的布线失误，还能兼容多种电路拓扑，可广泛应用于变频器、电机驱动、开关电源等领域。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (11)
1.一种功率模块封装平台，用于封装具有预设布线关系的功率模块，其特征在于，所述功率模块封装平台至少包括：
各功率模块封装平台均包括P个信号端子、Q个功率端子及电气互联基板；其中，P为大于等于2N的整数，Q为大于等于N的整数；
各信号端子沿着所述电气互联基板的第一侧依次排布；各功率端子沿着所述电气互联基板的第二侧依次排布；
所述电气互联基板的正面设置有电连接线以及N个预设芯片位；N为大于等于1的整数；所述电连接线根据所述预设布线关系将N个芯片与对应的连接端子连接；其中，连接端子为信号端子和/或功率端子。
2.根据权利要求1所述的功率模块封装平台，其特征在于：P设置为8，Q设置为5。
3.根据权利要求1所述的功率模块封装平台，其特征在于：所述第一侧和所述第二侧相对设置。
4.根据权利要求1所述的功率模块封装平台，其特征在于：各信号端子平行设置，且接受不同信号的信号端子之间的间隔大于等于4.3mm。
5.根据权利要求1所述的功率模块封装平台，其特征在于：各功率端子平行设置，且预设供电电压不同的各功率端子之间的间隔大于等于4.3mm。
6.根据权利要求1所述的功率模块封装平台，其特征在于：所述电气互联基板设置为陶瓷覆铜基板；所述陶瓷覆铜基板包括陶瓷层以及设置于所述陶瓷层正反面的覆铜层；其中，所述陶瓷层可设置为Al2O3、Si3N4或AlN；所述陶瓷层的厚度设置为0.2mm～1.2mm；所述覆铜层的厚度设置为0.1mm～1mm。
7.根据权利要求1～6任意一项所述的功率模块封装平台，其特征在于：各功率端子可设置为无氧铜、裸铜、镀镍铜或镀锡铜；各信号端子可设置为无氧铜、裸铜、镀镍铜或镀锡铜。
8.一种功率模块，其特征在于：所述功率模块包括N个芯片、封装壳体及如权利要求1～7任一项所述的功率模块封装平台；
N个芯片一一设置于所述功率模块封装平台的N个预设芯片位；各芯片的背面电极通过所述电气互联基板与对应的连接端子电连接；各芯片的正面电极分别与对应的连接端子电连接；
所述封装壳体包裹所述功率模块封装平台以及所述芯片，且各功率端子以及信号端子均延伸至所述封装壳体外。
9.根据权利要求8所述的功率模块，其特征在于：所述芯片设置为MOS、IGBT、二极管、晶闸管中的任一种芯片。
10.根据权利要求8所述的功率模块，其特征在于：各信号端子以及各功率端子与所述封装壳体底部的距离均大于等于3mm。
11.根据权利要求8所述的功率模块，其特征在于：所述封装壳体还设置有两个贯穿的螺孔；其中，第一螺孔设置于所述电气互联基板的第三侧；第二螺孔设置于所述电气互联基板的第四侧；两个螺孔相对设置。
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Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20180122720A1 (en) * | 2016-10-31 | 2018-05-03 | Infineon Technologies Ag | Package with vertically spaced partially encapsulated contact structures |
| CN110401356A (zh) * | 2018-04-25 | 2019-11-01 | 福特全球技术公司 | 具有集成冷却剂通路的模块化功率模块及其总成 |
| CN113707643A (zh) * | 2021-08-30 | 2021-11-26 | 中国振华集团永光电子有限公司（国营第八七三厂） | 一种高集成高可靠igbt功率模块及其制造方法 |
| CN217182187U (zh) * | 2022-03-23 | 2022-08-12 | 东莞森迈兰电子科技有限公司 | 一种功率模块封装结构 |
| WO2022205181A1 (zh) * | 2021-03-31 | 2022-10-06 | 华为数字能源技术有限公司 | 功率半导体模组散热系统的配置方法及电子设备 |
| CN115173729A (zh) * | 2022-07-26 | 2022-10-11 | 武汉羿变电气有限公司 | 一种智能功率模块 |
| CN218783035U (zh) * | 2022-09-30 | 2023-03-31 | 江苏宏微科技股份有限公司 | 一种功率半导体模块的立体封装结构 |
| CN115911012A (zh) * | 2022-11-10 | 2023-04-04 | 深圳市鹏芯威电子有限公司 | 一种igbt模块 |
| CN116387251A (zh) * | 2023-02-24 | 2023-07-04 | 南京银茂微电子制造有限公司 | 一种氮化镓功率模块的双面散热封装结构 |
-
2023
- 2023-08-07 CN CN202310988064.6A patent/CN117059588A/zh active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20180122720A1 (en) * | 2016-10-31 | 2018-05-03 | Infineon Technologies Ag | Package with vertically spaced partially encapsulated contact structures |
| CN110401356A (zh) * | 2018-04-25 | 2019-11-01 | 福特全球技术公司 | 具有集成冷却剂通路的模块化功率模块及其总成 |
| WO2022205181A1 (zh) * | 2021-03-31 | 2022-10-06 | 华为数字能源技术有限公司 | 功率半导体模组散热系统的配置方法及电子设备 |
| CN113707643A (zh) * | 2021-08-30 | 2021-11-26 | 中国振华集团永光电子有限公司（国营第八七三厂） | 一种高集成高可靠igbt功率模块及其制造方法 |
| CN217182187U (zh) * | 2022-03-23 | 2022-08-12 | 东莞森迈兰电子科技有限公司 | 一种功率模块封装结构 |
| CN115173729A (zh) * | 2022-07-26 | 2022-10-11 | 武汉羿变电气有限公司 | 一种智能功率模块 |
| CN218783035U (zh) * | 2022-09-30 | 2023-03-31 | 江苏宏微科技股份有限公司 | 一种功率半导体模块的立体封装结构 |
| CN115911012A (zh) * | 2022-11-10 | 2023-04-04 | 深圳市鹏芯威电子有限公司 | 一种igbt模块 |
| CN116387251A (zh) * | 2023-02-24 | 2023-07-04 | 南京银茂微电子制造有限公司 | 一种氮化镓功率模块的双面散热封装结构 |
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