CN207052593U - 一种超大功率组件全密封封装结构 - Google Patents
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Abstract
一种超大功率组件全密封封装结构。这种封装外壳由封装外壳底板、腔体和盖板三个部分组成，底板、腔体和盖板采用不同材质制作。底板上带有四个固定端子，腔体四周侧壁上均有绝缘子烧结的引出端，盖板与腔体采用平行缝焊密封。这种封装外壳内部电路组装采用大功率输出部分、控制部分、大电流馈电部分分别集成，分层布局进行立体组装。这种封装外壳主要应用在有超大功率输出，要求体积小且要求具有全密封功能的混合集成电路产品中。
Description
技术领域：
本实用新型涉及的技术领域是混合集成技术的封装结构，它是一种超大功率组件的封装外壳及内部组装技术，这种封装外壳采用金属全密封结构，内部组装根据超大功率组件的高压大电流，散热、绝缘等特殊要求分层布局立体组装。结构紧凑，可靠性高，能达到军品质量要求。
背景技术：
混合集成技术是微电子技术的一个重要分支。混合集成技术设计灵活，制造周期短因而得到广泛应用。
功率模块是近几年来发展迅速的一种微组装技术，功率能达到数千瓦。在轨道交通、航天航空、船舶等领域广泛应用。
值得注意的发展动向是：为了缩小体积，进一步提高可靠性。目前，混合集成技术和微电路模块两者结合研制大功率组件。IPM功率模块就是一个典型范例。它将IGBT，驱动电路、保护电路混合集成化，一起组装在一个封装外壳中，具有功率大、损耗低、高速高效等特点。目前，IPM组件的封装大多采用非密封结构的塑料封装外壳，只能用于民品。适用于军品的大功率组件金属全密封封装外壳尚未见报导。
适用军用的大功率组件的封装外壳主要技术要求有：
1、全密封结构，要求气密性达2.7Pa·cm3/s(2×10-3乇)；
2、结构紧凑牢固能经受大于1500g离心加速度；
3、散热性好；
4、耐高压和大电流；
5、体积小、重量轻。
实用新型内容：
根据以上要求，半密封塑料封装是不能满足军品要求的。本实用新型提供一种新型能满足军品超大功率组件的封装外壳及相应的内部组装结构。
本实用新型解决上述技术问题所采取的技术方案是：
1、采用金属全密封结构，外形为一腔体式封装外壳，由封装外壳底板、腔体和盖板三个独立部件组成，分别用不同材质制作；
2、封装外壳底板用导热系数高的材料制作，并在底板上制作固定端子保证优良的散热特性。腔体材料要便于采用烧结陶瓷绝缘子工艺制作引出端，盖板采用可伐合金有利密封；
3、在封装外壳腔体四个侧壁上均采用烧结绝缘子工艺制作引出端，可以实现内外部电气连接，便于进行立体组装；
4、为了尽量缩小体积，内部元器件组装结构设计为，从封装外壳底板面往上分层布局立体组装。
本实用新型的有益效果是：
1、由于是金属外壳，绝缘子烧结引出端，采用平行缝焊接工艺充氮密封，从而能保证封装外壳内部处于一种全密封状态，有效地保护了内部元器件不被氧化腐蚀，提高了大功率组件的工作稳定性和长期可靠性，达到军用要求。
2、由于封装外壳腔体四个侧壁上烧结绝缘子制作了引出端，能充分利用内部有效空间，可以实现：控制和保护电路，大功率输出，电源馈电三部分分层设计，立体组装。大功率输出置于封装外壳底部，散热良好。控制和保护电路置于顶部，电源馈电置于中间并就近接地，各部分通过封装外壳腔体四侧壁上的引出端就近连接，结构紧凑，电气路径简洁顺畅。
3、由于实现了立体组装，体积大为缩小，重量减轻。
下面结合附图和实用例，对本实用新型的具体实施作详细说明。
附图说明：
图1为外形结构示意图，图1中：
1、封装外壳盖板
2、控制与保护电路引出端
3、封装外壳腔体
4、功率输出端子
5、封装外壳底板(带固定端子)
6、制动信号输入端子
7、电源接地端子
8、正电源输入端子
图2为内部组装结构示意图，图2中：
1、封装外壳盖板
2、控制电路和保护电路接线端子
4、大功率输出端子
5、封装外壳底板(带固定端子)
6、制动信号输入端
7、电源接地端
8、正电源输入端
9、混合集成的控制电路和保护电路
10、电路板
11、大电流输送线
12、大功率器件
13、电路板固定螺丝座
14、大功率器件衬底
15、层间电气互连线柱
具体实施方式：
我们承接了一项IPM大功率组件产品试制任务，根据项目产品特点和要求，采用我们的技术方案设计了一款IPM大功率组件的封装外壳，其外形图如图1所示，为一腔体式封装外壳。
封装外壳由封装外壳底板、腔体和盖板组成，底板材料采用导热性优良的W-Cu制作，底板上制作了四个固定端以固定在散热器上便于散热。腔体采用10#钢，在腔体二个侧壁上采用烧结陶瓷绝缘子制作不同功能用的可伐合金引出端。另两个侧面上，采用绝缘子烧结各制作了三个铜质引出端，用作大功率输出端子及大电流馈电、接地端子。底板与腔体之间采用钎焊工艺使之成为一整体，盖板用可伐合金制作并镀Ni-Au，盖板与腔体之间采用平行缝焊工艺实现全密封。
针对该产品的电子线路和热性能要求，该产品内部组装结构为：从整体布局上采取分层布局立体组装设计，将驱动控制部分和保护电路部分设计在一个层面上，并将这些专用电路混合集成，以缩小体积，轻量化。这一层面上的电路功率小，放在封装外壳内的最上层。大功率输出部分由于功率大，散热是首要保障条件。将这一部分置于封装外壳内最底层，紧贴封装外壳W-Cu底板上，使热量从底板上通过散热器传导散热快速发散出去。
为了合理解决大电流的输送问题，我们采用适当厚度的铜板作为馈电线并就近接地，放在封装外壳中间层面，这一设计也较好地解决了运行中的电磁干扰和高压绝缘问题。
内部组装结构示意图如图2所示。
采用本实用新型金属全密封封装外壳及内部立体组装设计，成功试制了一款IPM超大功率组件产品，其性能指标如下。
研制成功的腔体式大功率金属全密封封装外壳指标：
体积尺寸120×104×30mm3
密封性优于2.7Pa·cm3/s(2×10-3乇)
腔体内水汽含量≤8000ppm
采用此外壳封装研制的产品性能：
击穿电压1200V
工作电压600V
持续电流150A
最高峰值电流300A
隔离电压2500V
具备过流过压保护功能
工作温度-55℃～100℃
产品封装后总体重量≤1Kg
该产品通过军用产品筛选流程验证了本实用新型的可行性和可靠性。
Claims (1)
1.一种超大功率组件全密封封装结构，包括封装外壳及内部电路组装结构，其特征是：所述封装外壳由底板、腔体和盖板三个独立部件组成，腔体四个侧壁上均带有绝缘子烧结的引出端，在底板上带有四个固定端子；所述底板、腔体和盖板采用不同材质单独制作，底板材料为W-Cu，腔体材料为10#钢，盖板材料为可伐合金，底板与腔体采用钎焊工艺制作成一个整体；所述内部电路组装结构为从底板至盖板之间分三层布局进行立体组装，大功率输出电路组装在底板上，控制电路组装在封装外壳上部，馈电电路组装在封装外壳中间部位。
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| CN201621414321.7U CN207052593U (zh) | 2016-12-22 | 2016-12-22 | 一种超大功率组件全密封封装结构 |
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| CN201621414321.7U CN207052593U (zh) | 2016-12-22 | 2016-12-22 | 一种超大功率组件全密封封装结构 |
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| CN207052593U true CN207052593U (zh) | 2018-02-27 |
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| CN (1) | CN207052593U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109906001A (zh) * | 2018-12-25 | 2019-06-18 | 成都燎原星光电子有限责任公司 | 一种电源滤波器和电源滤波器装配方法 |
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2016
- 2016-12-22 CN CN201621414321.7U patent/CN207052593U/zh not_active Expired - Fee Related
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| CN109906001A (zh) * | 2018-12-25 | 2019-06-18 | 成都燎原星光电子有限责任公司 | 一种电源滤波器和电源滤波器装配方法 |
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