CN208538840U - 一种功率模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种功率模块，包括：外框、底板、盖板、基板和芯片，所述外框上设有功率电极和信号端子，所述功率电极和信号端子与外框一体成型并通过键合引线与基板相连接，所述外框设置在底板上，基板设置在外框中并与底板相连接，所述基板上分布有若干芯片，所述盖板与外框相连接。本实用新型通过将外框、功率电极和端子注塑一体成型，在保证了电极及端子装配牢固性的同时，省去了信号端子和功率电极的焊接步骤，同时通过键合引线完成电极、端子与基板之间的互联，有效的避免了由焊接式电极安装带来的长期应力疲劳及由不同热膨胀系数材料带来的热疲劳，确保了模块的可靠性，同时提高了生产效率并降低了成本。
Description
技术领域
本实用新型属于电力电子领域，尤其涉及一种功率模块。
背景技术
随着功率IGBT模块广泛的应用于各种工业场所，对IGBT模块可靠性的要求越来越高，焊接式的电极由于在安装时会带给焊接处长期的应力，以及焊接处基板材料与电极材料的热膨胀系数的差异，都会对模块的长期可靠性的造成影响。
现有通用的半桥式功率模块封装，如图1，一般是将三个功率电极，四个信号端子通过与DBC板（陶瓷覆铜基板）焊接后，再安装外壳的一种封装形式，其制造工艺繁复，需要进行多次焊接，且对焊接工艺的要求较高，会影响产品的良率。其功率电极在进行安装后会对底部产生长期的应力，应力集中在电极底部的焊接区域，同时由于电极与焊料的热膨胀系数不同，在模块使用时，反复的温度变化使得焊点容易开裂，最终导致模块的失效。
实用新型内容
本实用新型为解决上述功率电极底部承受应力大和焊点容易开裂的技术问题，提供一种功率模块。
本实用新型的一种功率模块，包括：外框、底板、盖板、基板和芯片，所述外框上设有功率电极和信号端子，所述功率电极和信号端子与外框一体成型并通过引线键合与基板相连接，所述外框设置在底板上，基板设置在外框中并与底板相连接，所述基板上分布有若干芯片，所述盖板与外框相连接。
进一步的，所述外框的内壁上端与盖板的背面对应处均设有卡扣，所述盖板与外框通过卡扣相连接。
优选的，所述功率电极与外框一体成型的一端均设置在外框一侧的侧壁上，所述功率电极彼此间隔距离相等。
另一种优选方案，所述功率电极包括正电极和负电极和输出电极，所述正电极和负电极相背设置，所述正电极和负电极与外框一体的支撑部分彼此平行。
进一步的，所述正电极和负电极之间的间距距离为负电极到输出电极之间的间距距离的二分之一。
进一步的，所述引线键合使用的的引线为铝线、铜线或金线等。
进一步的，所述功率模块还包括金属环，所述金属环将外框固定在底板上。
进一步的，所述基板为DBC板，所述芯片焊接在DBC板上，所述DBC板连接在底板上。
进一步的，所述外框通过密封胶与底板相连接。
进一步的，所述盖板上开设有电极口、端子口和螺丝孔，功率电极穿过所述电极口，信号端子穿过所述端子口，将螺母放入所述螺丝孔，螺丝孔中的螺母与折弯后的功率电极的安装孔对齐。
本实用新型的一种功率模块通过将外框、功率电极和信号端子注塑一体成型，在保证了电极及端子装配牢固性的同时，省去了信号端子、功率电极的焊接步骤，同时通过键合引线完成电极、端子与基板之间的互联，有效的避免了由焊接式电极安装带来的长期应力疲劳及由不同热膨胀系数材料带来的热疲劳，确保了模块的可靠性，同时提高了生产效率并降低了成本。
附图说明
图1是现有技术提供的现有功率模块的结构图；
图2是本实用新型实施例提供的功率模块的结构图；
图3是本实用新型实施例提供的功率模块的装配图；
图4是本实用新型另一实施例提供的功率模块的结构图；
图5是本实用新型另一实施例提供的功率模块的装配图。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
本实用新型实施例的一种功率模块，如图2和图3，包括：外框10、底板20、盖板30、基板40和芯片50，所述外框10上设有功率电极11和信号端子12，所述功率电极11和信号端子12与外框10一体成型并通过引线键合与基板40相连接，所述外框10设置在底板20上， 基板40设置在外框10中并与底板20相连接，所述基板10上分布有若干芯片50，所述盖板30与外框10相连接。
在具体实施中，所述外框10通过密封胶与底板20相连接，所述基板40为DBC板，所述芯片50焊接在DBC板上，所述DBC板焊接在底板20上，底板20、DBC板以及芯片50间通过一次焊接完成互联。所述引线键合使用的引线60可以为铝线、铜线或金线等，常用的引线60为铝线。
本实用新型实施例通过将功率电极11、信号端子12与外框10注塑为一体式的结构，再与DBC板（陶瓷覆铜基板）40通过引线键合的形式进行互联，得到的功率模块在结构方面保证了电极及端子在安装时的结构强度，减少了整个生产流程所需要的物料种类；在工艺上省去了功率电极及信号端子的焊接，大大简化了生产流程，提高了生产效率及产品良率；在可靠性方面由于电极及端子与DBC板之间采用了引线键合进行互联，引线键合是一种类似于带有弧度的柔性连接方式，英文名称Wire Bonding，是一种使用细金属线，利用热、压力或超声波能量使金属引线与基板焊盘紧密焊合，实现连接结构与基板间的电气互连与信息互通的连接方式，防止了传统的电极及端子的焊接在安装时带来的电极应力，以及膨胀系数差异带来的长久性的焊接失效。
本实用新型实施例的一种功率模块，如图2和图3，所述外框10的内壁上端与盖板30的背面对应处均设有卡扣70，所述盖板30与外框10通过卡扣70相连接，装配方便。所述盖板30上开还设有电极口31、端子口32和螺丝孔33，功率电极11穿过所述电极口31，信号端子12穿过所述端子口32后，将螺母放入所述螺丝孔33，螺丝孔33中的螺母的位置与折弯后的功率电极31的安装孔对齐。通过折弯电极将功率电极31上部的安装孔与盖板的螺丝孔33位置对齐，即可完成整个模块装配。
在具体实施中，本实用新型实施例将所述功率电极11与外框一体成型的一端均设置在外框10一侧的侧壁上，各功率电极11彼此间隔距离相等。所述功率模块还包括金属环80，在将外框10安装在底板20上时压入金属环80，所述金属环80将外框10固定在底板20上，起到固定底板20与外框10的作用。
本实用新型另一实施例，如图4和图5，功率模块中的功率电极11包括正电极111、负电极112和输出电极113，所述正电极111和负电极112相背设置，所述正电极111和负电极112与外框10一体的支撑部分彼此平行。所述正电极111和负电极112之间的间距距离为负电极112到输出电极113之间的间距距离的二分之一。
本实用新型另一实施例采用了将正电极111和负电极112背靠背，再将电极与外框10注塑为一体的结构，在保证电极绝缘距离的同时，尽可能的缩短正电极111和负电极112之间的间距距离。与传统的功率模块相比，该实施例的各电极之间进行了不等距的分布放置，注塑外框10保证了各电极之间的电气绝缘距离，在不增加电极宽度的前提下，通过尽可能的缩小正电极111和负电极112之间的回路空间，来减小电流变化时回路中磁通量的变化，达到减小寄生电感的效果。该实施例经仿真后，其正负母线之间的电感可减小为18nH，在同样的电流变化率情况下（例如4000A/μS），本方案产生的尖峰电压仅为72V，较传统方案有明显的降低，尖峰电压得到有效的抑制降低。
下面结合图2-3说明本实施例的功率模块的装配过程。首先，将焊有若干芯片50的基板40通过焊接固定在底板20上，然后，将外框10通过密封胶固定在底板20上，并压入金属环80辅助固定，最后，将盖板30穿过功率电极11和信号端子12通过卡扣70与外框10相连接，放好螺母，折弯电极，完成整个模块装配。
本实用新型的一种功率模块可广泛应用于工业领域，具体如电焊机、电磁炉、充电桩或变频器等。
本实用新型的一种功率模块通过将外框、功率电极和端子注塑一体成型，在保证了电极及端子装配牢固性的同时，省去了信号端子、功率电极的焊接步骤，同时通过键合引线完成电极、端子与基板之间的互联，有效的避免了由焊接式电极安装带来的长期应力疲劳及由不同热膨胀系数材料带来的热疲劳，确保了模块的可靠性，同时提高了生产效率并降低了成本。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (9)
1.一种功率模块，包括：外框、底板、盖板、基板和芯片，其特征在于，所述外框上设有功率电极和信号端子，所述功率电极和信号端子与外框一体成型并通过引线键合与基板相连接，所述外框设置在底板上，基板设置在外框中并与底板相连接，所述基板上分布有若干芯片，所述盖板与外框相连接。
2.如权利要求1所述的一种功率模块，其特征在于，所述外框的内壁上端与盖板的背面对应处均设有卡扣，所述盖板与外框通过卡扣相连接。
3.如权利要求1所述的一种功率模块，其特征在于，所述功率电极与外框一体成型的一端均设置在外框一侧的侧壁上，所述功率电极彼此间隔距离相等。
4.如权利要求1所述的一种功率模块，其特征在于，所述功率电极包括正电极、负电极和输出电极，所述正电极和负电极相对设置。
5.如权利要求4所述的一种功率模块，其特征在于，所述正电极和负电极之间的间距距离为负电极到输出电极之间的间距距离的二分之一。
6.如权利要求3所述的一种功率模块，其特征在于，所述功率模块还包括金属环，所述金属环将外框固定在底板上。
7.如权利要求1所述的一种功率模块，其特征在于，所述基板为DBC板，所述芯片焊接在DBC板上，所述DBC板连接在底板上。
8.如权利要求1所述的一种功率模块，其特征在于，所述外框通过密封胶与底板相连接。
9.如权利要求3或4所述的一种功率模块，其特征在于，所述盖板上开设有电极口、端子口和螺丝孔，功率电极穿过所述电极口，信号端子穿过所述端子口，将螺母放入所述螺丝孔，螺丝孔中的螺母与折弯后的功率电极的安装孔对齐。
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| CN201820987453.1U CN208538840U (zh) | 2018-06-25 | 2018-06-25 | 一种功率模块 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN111885850A (zh) * | 2020-07-16 | 2020-11-03 | 上海无线电设备研究所 | F型封装功率管的连接装配方法 |
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2018
- 2018-06-25 CN CN201820987453.1U patent/CN208538840U/zh active Active
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