CN216749865U - 一种端子灵活布局的功率模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种端子灵活布局的功率模块,包括塑料外框,其四角设置有螺钉安装孔,且所述螺钉安装孔的外缘周围设置有螺钉挡墙机构,铜底板,设置于所述塑料外框的底部,且所述铜底板在焊接前呈碗状弯曲,单组所述锡片的上端焊接有陶瓷覆铜基板,多组芯片焊接于所述陶瓷覆铜基板远离所述铜底板的表面,所述陶瓷覆铜基板的轮廓范围内的上端面设置有垂直于所述陶瓷覆铜基板的多组可灵活布局的电极端子,硅凝胶设置于所述外框的内部,且覆盖所述陶瓷覆铜基板与所述电极端子,所述外框的外部设置有可拆卸上盖板,且所述电极端子贯穿于所述可拆卸上盖板。该装置具有可实现对电极端子引出位置灵活布局,同时下方设置有铜底板结构可以加强散热的效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及集成电路领域,尤其涉及一种端子灵活布局的功率模块。
背景技术
随着组串式光伏逆变器单机功率越来越大,目前针对单机300+kW 组串式逆变器所需要的端子灵活布局功率模块业界现有封装平台无合适对象可选。Flow2封装陶瓷覆铜基板不够大,放不下足够的芯片; EASY系列封装不带铜底板,芯片到散热器之间横向热扩散差,热阻大;ECONO3封装陶瓷覆铜基板有效面积小,放不下足够的芯片,同时其端子只能分布在外壳的四周,杂散电感大。
公开号为CN108346649B提供的一种半桥功率模块及其制造方法,存在下述缺点,单片大面积陶瓷覆铜基板焊接到铜底板时,工艺上会遇到陶瓷覆铜基板到铜底板焊接技术问题。陶瓷覆铜基板在芯片焊接到陶瓷覆铜基板后会产生向下弯曲变形,为保证成品模块铜底板与散热器之间接触良好,成品模块铜底板须具有轻微的朝上的预弯曲变形,陶瓷覆铜基板焊接到铜底板过程中,铜底板的初始弯曲变形量会减小,铜底板需要带一个较大的朝上的预弯曲形变量。陶瓷覆铜基板在芯片焊接后弯曲方向与铜底板预弯曲变形方向相反,二者接触界面之间存在一个较大的间隙,需要陶瓷覆铜基板到铜底板焊接过程中使用厚度很厚的焊料层来填充该间隙。焊料层的导热系数远低于铜底板,过厚的焊料层会明显增大功率模块热阻。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的缺点,而提出的一种端子灵活布局的功率模块。
为了实现上述目的,本实用新型采用了如下技术方案:一种端子灵活布局的功率模块,包括塑料外框,其四角设置有螺钉安装孔,且所述螺钉安装孔的外缘周围设置有螺钉挡墙机构;
铜底板,设置于所述塑料外框的底部,且所述铜底板呈碗状弯曲;
所述铜底板的上端面焊接有多组锡片,单组所述锡片的上端焊接有陶瓷覆铜基板,且所述陶瓷覆铜基板的总面积占所述铜底板的面积比为60%-64%;
多组芯片,焊接于所述陶瓷覆铜基板远离所述铜底板的表面,相邻所述芯片的上表面通过铝线与所述陶瓷覆铜基板连接,芯片的下表面通过焊料与所述陶瓷覆铜基板连接;
所述陶瓷覆铜基板的轮廓范围内的上端面设置有垂直于所述陶瓷覆铜基板的多组可灵活布局的电极端子;
硅凝胶设置于所述外框的内部,且覆盖所述陶瓷覆铜基板,所述芯片,所述铝线和所述电极端子的根部;
所述外框的外部设置有可拆卸上盖板,且所述电极端子贯穿于所述可拆卸上盖板。
作为上述技术方案的进一步描述:所述铜底板为T2铜,且所述铜底板的上端的表面为电镀安吉磺酸镍,且所述铜底板的尺寸为 122mm*62mm*3mm。
作为上述技术方案的进一步描述:成品模块中所述铜底板的长边剩余弯曲变形量为0.05mm-0.3mm,短边的剩余弯曲变形量为 0-0.15mm。
作为上述技术方案的进一步描述:陶瓷覆铜基板设置有上下两层覆铜层,中间是陶瓷层,陶瓷覆铜基板陶瓷层的尺寸是58mm*44.5mm,上表面覆铜层尺寸是56.4mm*42.9mm,且上下两层覆铜层厚度分为设置为0.3mm和0.25mm。所述陶瓷覆铜基板的下层覆铜层与铜底板之间通过所述锡片焊接。
作为上述技术方案的进一步描述:相邻两组所述陶瓷覆铜基板之间通过铜连接桥焊接。
作为上述技术方案的进一步描述:所述电极端子设置为焊接端子或压接端子。
作为上述技术方案的进一步描述:所述芯片与所述陶瓷覆铜基板采用锡焊膏进行焊接,所述陶瓷覆铜基板与所述铜底板之间通过所述锡片焊接。
作为上述技术方案的进一步描述:锡膏的厚度为0.15mm±0.05mm,锡膏的覆盖率为80%-100%。
作为上述技术方案的进一步描述:所述锡片的厚度为 0.2mm-0.35mm,且其面积大小为所述陶瓷覆铜基板的80%-100%。
本实用新型具有如下有益效果:
1、本实用新型通过铜底板上可以同时焊接2块陶瓷覆铜基板,每块陶瓷覆铜基板有效面积56.4*42.9mm2,所有电极端子均从陶瓷覆铜基板正面覆铜层轮廓范围垂直引出,相比业界已有灵活端子布局的带铜底板Flow2模块陶瓷覆铜基板面积提升70%以上。灵活的端子布局,有利于设计低杂散电感的功率模块,并且由于该装置内部设置有铜底板可以增强散热的效果。
2、本实用新型通过有效陶瓷覆铜基板面积占铜底板面积比约64%。陶瓷覆铜基板面积占比高,可以在有限的功率模块空间内,布局更多的功率半导体芯片,输出更大功率,提升系统功率密度。
3、本实用新型通过成品模块铜底板长度方向剩余弯曲变形量控制在0.05mm-0.3mm,宽度方向剩余弯曲变形量控制在0-0.15mm范围。既保证成品模块在应用中安装到散热器上时的良好接触,又避免过大的剩余变形量导致模块内部陶瓷覆铜基板陶瓷层受应力形变开裂。
4、本实用新型通过调控陶瓷覆铜基板在芯片到陶瓷覆铜基板焊接后的弯曲变形量和铜底板的初始预弯曲变形量,控制陶瓷覆铜基板到铜底板焊接使用的焊料层厚度不大于0.35m,每块陶瓷覆铜基板下面焊料层内焊接空洞率低于3%
5、本实用新型通过支持铜底板上相邻两块陶瓷覆铜基板之间进行铜连接桥焊接,增强载流能力,降低寄生电阻,减少跨陶瓷覆铜基板引线键合工序,简化封装流程。
6、本实用新型通过外框和上盖板分体设计,外框是通用设计,上盖板可以根据具体模块端子布局灵活调整,实现低成本灵活切换。
7、本实用新型通过塑料外壳上螺钉安装孔周围设计螺钉挡墙结构,此设计可以在成品模块安装到系统整机上时防止螺钉滚落到机箱内,降低因螺钉滚落导致的电气短路和返工概率,同时增加爬电距离,提高绝缘能力。
附图说明
图1为本实用新型提出的一种端子灵活布局的功率模块的立体图;
图2为本实用新型提出的一种端子灵活布局的功率模块的侧视图;
图3为本实用新型提出的一种端子灵活布局的功率模块的爆炸图
图4为本实用新型提出的一种端子灵活布局的功率模块的铜底板与陶瓷覆铜基板立体图;
图5为本实用新型提出的一种端子灵活布局的功率模块的铜底板与陶瓷覆铜基板侧视图;
图6为本实用新型提出的一种端子灵活布局的功率模块的图5的 A部分示意图;
图7为本实用新型提出的一种端子灵活布局的功率模块的流程图。
图例说明:
1、塑料外框;2、螺钉安装孔;3、螺钉挡墙机构;4、铜底板; 5、锡片;6、陶瓷覆铜基板;7、芯片;8、电极端子;9、铝线;10、硅凝胶;12、上盖板。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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;术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性,此外,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。
参照图1-7,本实用新型提供的一种实施例:一种端子灵活布局的功率模块,包括塑料外框1,其四角设置有螺钉安装孔2,且螺钉安装孔2的外缘周围设置有螺钉挡墙机构3;
外框1上螺钉安装孔2周围设计螺钉挡墙结构3,此设计可以在成品模块安装到系统整机上时防止螺钉滚落到机箱内,降低因螺钉滚落导致的电气短路和返工概率,增加爬电距离,提高绝缘能力。
铜底板4,设置于塑料外框1的底部,且铜底板4在焊接前呈碗状弯曲;
铜底板4的上端面焊接有两组锡片5,单组锡片5的上端焊接有陶瓷覆铜基板6,且陶瓷覆铜基板6的总面积占铜底板4的面积比为60%-64%;
铜底板4上表面的同时焊接两块陶瓷覆铜基板6,每块陶瓷覆铜基板6的有效面积为56.4*42.9mm2,相比较现有的FIOW2模块陶瓷覆铜基板6的面积提升70%以上,同时焊接在陶瓷覆铜基板6表面的电极端子8均从陶瓷覆铜基板6的正面覆铜层轮廓范围垂直引出,同时任意相邻两根电极端子8的中心距离大于等于2.5mm的情况下,可以在有效陶瓷覆铜基板6尺寸范围内进行灵活布局,同时陶瓷覆铜基板 6在铜底板4的占比面积约为64%,陶瓷覆铜基板6的占比较高,可以在有限的功率模块空间内,布局更多的芯片,输出更大功率,提升系统功率密度。
多组芯片7,焊接于陶瓷覆铜基板6远离铜底板4的表面,相邻所述芯片7的上表面通过铝线9与所述陶瓷覆铜基板6连接,芯片7 的下表面通过焊料与所述陶瓷覆铜基板6连接;
陶瓷覆铜基板6的轮廓范围内的上端面设置有垂直于陶瓷覆铜基板6的多组可灵活布局的电极端子8;
硅凝胶10设置于外框1的内部,且覆盖陶瓷覆铜基板6,芯片7,所述铝线9和所述电极端子8的根部;
外框1的外部设置有可拆卸上盖板12,且电极端子8贯穿于可拆卸上盖板12,外框1和上盖板12为分体设计,外框1是通用设计,上盖板12可以根据具体模块端子布局灵活调整,实现低成本灵活切换。
进一步的,塑料外框1的材料采用热塑性塑酯材料与30%的玻璃纤维构成。
进一步的,铜底板4为T2铜,且铜底板4的上端的表面为电镀安吉磺酸镍,且铜底板的尺寸为122mm*62mm*3mm。
进一步的,铜底板4长边的初始预弯变形量范围为0.7mm左右,短边的预弯变形量范围为0.2mm左右。
进一步的,陶瓷覆铜基板6设置有上下两层覆铜层,中间是陶瓷层,陶瓷覆铜基板陶瓷层的尺寸是58mm*44.5mm,上表面覆铜层尺寸是56.4mm*42.9mm,且上下两层覆铜层厚度分为设置为0.3mm和 0.25mm。陶瓷覆铜基板6的下层覆铜层与铜底板之间通过锡片5焊接。
铜底板4预先做了向下的碗形预弯,在预弯尺寸在限定的范围内,因此当铜底板4发生变形时,会由碗形被向上拉起,使陶瓷覆铜基板 6能够充分的与铜底板4贴合,芯片到陶瓷覆铜基板6基板焊接过程和陶瓷覆铜基板6基板到铜底板4焊接过程一样,陶瓷覆铜基板6基板也会产生朝下弯曲变形,试验结果表明,使用正面覆铜层厚度0.3mm,背面覆铜层厚度0.25mm的陶瓷覆铜基板6基板,在芯片焊接到陶瓷覆铜基板6基板过程中可以降低陶瓷覆铜基板6基板焊接后的变形量,可以减小陶瓷覆铜基板6到铜底板4焊接过程中二者之间的接触界面间隙大小,降低陶瓷覆铜基板6到铜底板4焊接焊料层厚度,减小焊接空洞产生的机率。陶瓷覆铜基板焊接到铜底板上后,铜底板剩余弯曲变形量为:长边0.05mm-0.3mm,短边0-0.15mm。
进一步的,相邻两组陶瓷覆铜基板6之间通过铜连接桥焊接,增强载流能力,降低寄生电阻,减少跨陶瓷覆铜基板引线键合工序,简化封装流程。
进一步的,电极端子8设置为焊接端子或压接端子。
进一步的,芯片7与陶瓷覆铜基板6采用锡焊膏进行焊接,陶瓷覆铜基板6与铜底板4之间通过锡片5焊接。
进一步的,锡膏的厚度为0.15mm±0.05mm,锡膏的覆盖率为 80%-100%。
进一步的,锡片5的厚度为0.2mm-0.35mm,且其面积大小为陶瓷覆铜基板6的80%-100%。
工作原理:
在铜底板4上表面的同时焊接两块陶瓷覆铜基板,每块陶瓷覆铜基板6的有效面积为56.4*42.9mm2,相比较现有的FIOW2模块陶瓷覆铜基板6的面积提升70%以上,同时焊接在陶瓷覆铜基板6表面的电极端子8均从陶瓷覆铜基板6的正面覆铜层轮廓范围垂直引出,同时任意相邻两根电极端子8的中心距离大于等于2.5mm的情况下,可以在有效陶瓷覆铜基板6尺寸范围内进行灵活布局,同时陶瓷覆铜基板 6在铜底板4的占比面积约为64%,陶瓷覆铜基板6的占比较高,可以在有限的功率模块空间内,布局更多的芯片,输出更大功率,提升系统功率密度。
在铜底板4进行安装前,对铜底板4做碗状预弯,铜底板4长边的初始预弯变形量范围为0.7mm左右,短边的预弯变形量范围为 0.2mm左右,当陶瓷覆铜基板6和铜底板4进行焊接时,由于受不同材料热膨胀系数失配产生的应力作用,会对铜底板4有一个向上的拉力作用,由于该产品的使用铜底板4预先做了向下的碗形预弯,在预弯尺寸在限定的范围内,因此当铜底板4发生变形时,会由碗形被向上拉起,使陶瓷覆铜基板6能够充分的与铜底板4贴合,芯片到陶瓷覆铜基板6基板焊接过程和陶瓷覆铜基板6基板到铜底板4焊接过程一样,陶瓷覆铜基板6基板也会产生朝下弯曲变形,试验结果表明,使用正面覆铜层厚度0.3mm,背面覆铜层厚度0.25mm的陶瓷覆铜基板6基板,在芯片焊接到陶瓷覆铜基板6基板过程中可以降低陶瓷覆铜基板6基板焊接后的变形量,可以减小陶瓷覆铜基板6到铜底板4 焊接过程中二者之间的接触界面间隙大小,降低陶瓷覆铜基板6到铜底板4焊接焊料层厚度,减小焊接空洞产生的机率。陶瓷覆铜基板焊接到铜底板上后,铜底板剩余弯曲变形量为:长边0.05mm-0.3mm,短边0-0.15mm。
最后应说明的是:以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已,并不用于限制本实用新型,尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本实用新型的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种端子灵活布局的功率模块,其特征在于:包括塑料外框(1),其四角设置有螺钉安装孔(2),且所述螺钉安装孔(2)的外缘周围设置有螺钉挡墙机构(3);
铜底板(4),设置于所述塑料外框(1)的底部,且所述铜底板(4)呈碗状弯曲;
所述铜底板(4)的上端面焊接有多组锡片(5),单组所述锡片(5)的上端焊接有陶瓷覆铜基板(6),且所述陶瓷覆铜基板(6)的总面积占所述铜底板(4)的面积比为60%-64%;
多组芯片(7),焊接于所述陶瓷覆铜基板(6)远离所述铜底板(4)的表面,相邻所述芯片(7)的上表面通过铝线(9)与所述陶瓷覆铜基板(6)连接,所述芯片(7)的下表面通过焊料与所述陶瓷覆铜基板(6)连接;
所述陶瓷覆铜基板(6)的轮廓范围内的上端面设置有垂直于所述陶瓷覆铜基板(6)的多组可灵活布局的电极端子(8);
硅凝胶(10)设置于所述外框(1)的内部,且覆盖所述陶瓷覆铜基板(6),所述芯片(7),所述铝线(9)和所述电极端子(8)的根部;
所述外框(1)的外部设置有可拆卸上盖板(12),且所述电极端子(8)贯穿于所述可拆卸上盖板(12)。
2.根据权利要求1所述的一种端子灵活布局的功率模块,其特征在于:所述铜底板(4)为T2铜,且所述铜底板(4)的上端的表面为电镀安吉磺酸镍,且所述铜底板的尺寸为122mm*62mm*3mm。
3.根据权利要求1所述的一种端子灵活布局的功率模块,其特征在于:成品模块中所述铜底板(4)的长边剩余弯曲变形量为0.05mm-0.3mm,短边的剩余弯曲变形量为0-0.15mm。
4.根据权利要求1所述的一种端子灵活布局的功率模块,其特征在于:所述陶瓷覆铜基板(6)设置有上下两层覆铜层,中间是陶瓷层,陶瓷覆铜基板陶瓷层的尺寸是58mm*44.5mm,上表面覆铜层尺寸是56.4mm*42.9mm,且上下两层覆铜层厚度分为设置为0.3mm和0.25mm,所述陶瓷覆铜基板(6)的下层覆铜层与铜底板之间通过所述锡片(5)焊接。
5.根据权利要求1所述的一种端子灵活布局的功率模块,其特征在于:相邻两组所述陶瓷覆铜基板(6)之间通过铜连接桥焊接。
6.根据权利要求1所述的一种端子灵活布局的功率模块,其特征在于:所述电极端子(8)设置为焊接端子或压接端子。
7.根据权利要求1所述的一种端子灵活布局的功率模块,其特征在于:所述芯片(7)与所述陶瓷覆铜基板(6)采用锡焊膏进行焊接,所述陶瓷覆铜基板(6)与所述铜底板(4)之间通过所述锡片(5)焊接。
8.根据权利要求1所述的一种端子灵活布局的功率模块,其特征在于:锡膏的厚度为0.15mm±0.05mm,锡膏的覆盖率为80%-100%。
9.根据权利要求1所述的一种端子灵活布局的功率模块,其特征在于:所述锡片(5)的厚度为0.2mm-0.35mm,且其面积大小为所述陶瓷覆铜基板(6)的80%-100%。
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