CN218123406U - 功率器件及功率设备 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开一种功率器件及功率设备，该功率器件包括：壳体；引线框架，所述引线框架包括基岛区和引脚区，所述壳体与所述基岛区围合形成芯片容置空间，所述基岛区与所述引脚区电性连接，所述引脚区至少部分延伸出所述壳体，并沿朝向所述壳体的方向弯折形成焊接脚；至少两个功率器件芯片，设置于所述基岛区靠近所述壳体一侧的表面；绝缘层，所述绝缘层设置在所述引线框架背离所述壳体一侧的表面。本实用新型可以解决现有的器件封装的技术痛点问题。

Description

功率器件及功率设备
技术领域
本实用新型涉及功率器件技术领域，特别涉及一种功率器件及功率设备。
背景技术
功率器件IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)是伺服和变频驱动系统的关键器件，对电机驱动成本和可靠性影响较重，尤其是中功率机型。
目前功率驱动系统一般采用分立器件插件封装，分立器件优点是器件成本低，灵活度高，工艺路线简单，但是由于功率驱动系统的电路拓扑中涉及的器件较多，因此采用分离器件的方案生产工艺复杂，且插件分立器件的自动化装配成本高，容易产生装配误差，从而使得综合成本较高。
实用新型内容
本实用新型的主要目的是提出一种功率器件，旨在解决现有的器件封装的技术痛点问题。
为实现上述目的，本实用新型提出的功率器件，包括：
壳体；
引线框架，所述引线框架包括基岛区和引脚区，所述壳体与所述基岛区围合形成芯片容置空间，所述基岛区与所述引脚区电性连接，所述引脚区至少部分延伸出所述壳体，并沿朝向所述壳体的方向弯折形成焊接脚；
至少两个功率器件芯片，设置于所述基岛区靠近所述壳体一侧的表面；
绝缘层，所述绝缘层设置在所述引线框架背离所述壳体一侧的表面。
可选地，所述壳体具有相对设置的第一表面及第二表面，所述第二表面设有开口；其中，所述第一表面为所述功率器件安装于电路板上时靠近所述电路板的表面；
所述绝缘层位于所述开口内，所述绝缘层具有位于所述壳体内的第三表面和通过所述开口外露的第四表面，所述第三表面与所述第四表面相对。
可选地，所述绝缘层的第四表面上还设有覆铜层。
可选地，所述基岛区包括第一载片区和第二载片区，所述功率器件芯片间隔设置于所述第一载片区和第二载片区靠近所述壳体一侧的表面，用于形成目标功率拓扑；
所述引脚区包括第一引脚区和第二引脚区，所述第一引脚区与所述第一载片区电连接，所述第二引脚区与所述第二载片区电连接。
可选地，所述目标功率拓扑包括：功率IGBT串联拓扑、功率IGBT并联拓扑、整流桥和制动拓扑。
可选地，所述引线框架还包括与所述基岛区相连的多个管脚引出区，所述管脚引出区靠近所述基岛区的一端与所述功率器件芯片键合连接，所述管脚引出区远离所述基岛区的一端沿朝向所述壳体的方向弯折形成Z字形。
可选地，所述引脚区与所述基岛区一体成型设置；
或者，所述引脚区通过导电件与所述基岛区电连接。
可选地，所述引脚区及基岛区的数量为多个，每一所述引脚区与一所述基岛区键合连接。
可选地，所述焊接脚远离所述基岛区的一端弯折形成L形。
可选地，所述功率器件芯片包括：IGBT芯片、二极管芯片、逆导芯片。
本实用新型还提出一种功率设备，所述功率设备包括上述的功率器件。
本实用新型技术方案通过设置将基岛区与功率器件芯片设置在壳体的第二表面上，使得本实用新型的功率器件被安装在电路板上时，基岛区与功率器件芯片设置在壳体远离电路板的一侧，提高了功率器件的散热效果，满足了对功率器件的散热热阻的要求，提高了功率器件的长期可靠性，解决了现有的器件封装的散热效果较差的问题。此外，本实用新型的结构简单、系统综合成本低，可用于自动化贴片而改善插件分立器件的自动化装配问题。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本实用新型功率器件一实施例的截面结构示意图；
图2为本实用新型功率器件一实施例的结构示意图；
图3为本实用新型功率器件另一实施例的结构示意图；
图4为本实用新型功率器件一实施例的等效电路结构示意图；
图5为本实用新型功率器件一实施例封装后的结构示意图；
图6为本实用新型功率器件又一实施例的结构示意图；
图7为本实用新型功率器件又一实施例的等效电路结构示意图；
图8为本实用新型功率器件再一实施例的结构示意图；
图9为本实用新型功率器件再一实施例的等效电路结构示意图。
附图标号说明：
标号 名称 标号 名称
10 壳体 40 引脚区
20 基岛区 50 导电件
30 功率器件芯片 60 管脚引出区
本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
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的一部分实施例，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作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。
需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
本实用新型提出一种功率器件。
为解决现有的标准模块和分立器件封装及工业变频和伺服领域应用方案在自动化生产、热设计、成本和整机结构工艺的更高诉求。
为解决上述问题，参照图1至图3，在一实施例中，所述功率器件包括：
壳体10；
引线框架，所述引线框架包括基岛区20和引脚区40，所述壳体10与所述基岛区围合形成芯片容置空间，所述基岛区20与所述引脚区40电性连接，所述引脚区40至少部分延伸出所述壳体，并沿朝向所述壳体的方向弯折形成焊接脚；
至少两个功率器件芯片30，设置于所述基岛区20靠近所述壳体10一侧的表面；
绝缘层，所述绝缘层设置在所述引线框架背离所述壳体一侧的表面。
在本实施例中，安装基板可以选用DBC覆铜陶瓷基板、AMB基板等来实现，也可以通过设置包括绝缘层及引线框架的双层结构来实现，当功率器件芯片30设置于基岛区20上时，功率芯片所产生的热量通过基岛区20、绝缘层和外部的散热介质快速将热量散发出去。引脚区40可以是通过金属铜片、绑定线等导电件50与基岛区20电气连接的，并用于与外部电气连接。引脚区40还可以是与基岛区20一体成型设置的，如此，则无需额外设置导电件50即可实现与基岛区20的电气连接。
参照图2及图5，如图所示，图2为功率器件内部结构示意图，功率器件芯片30安装于基岛区20上，引脚区40及管脚引出区设置在基岛区20的两侧且引脚伸出壳体10设置，图5则为功率器件的结构示意图，引脚区40及管脚引出区伸出壳体10，使得功率器件能够通过引脚焊接设置于电路板上。参照图1，壳体10具有在功率器件被安装于电路板上时，远离电路板的第二表面及靠近电路板的第一表面，换而言之，也即功率器件被安装在电路板上时，相对于电路板壳体10具有远离电路板的顶部和靠近电路板的底部。
在本实施例中，基岛区20设置于壳体10的第二表面上，也即基岛区20与芯片设置在壳体10的顶部位置，可以理解是，壳体10的第一表面与电路板接触或距离很近，导致壳体10第一表面的散热空间远小于壳体10第二表面的散热空间，且壳体10第二表面的空气流通性要远大于壳体10第一表面的空气流通性，并且电路板上通常还安装有其他的工作元器件，电路板会吸收其他工作元器件散发的热量从而导致电路板表面的温度升高进而影响壳体10底部的散热效果，换而言之，壳体10第一表面的散热效果远低于壳体10第二表面的散热效果，因此，将基岛区20与芯片设置在壳体10的第二表面，能够有效提高功率器件的散热效果，提高了功率器件的稳定性和安全性。
现有的技术痛点为功率IGBT的散热热阻较高，以及现有的标准模块和分立器件封装及应用方案不能很好地达到用户所需的要求。本实用新型通过将基岛区20与芯片设置在壳体10的第二表面上，使得本实用新型的功率器件被安装在电路板上时，基岛区20与芯片位于壳体10的顶部位置，提高了功率器件的散热效果，满足了对功率器件的散热热阻的要求，提高了功率器件的长期可靠性。
此外，本实用新型能够根据整机应用的需求而定义其封装外形及与功率器件芯片30连接的功能管脚，适用于功率IGBT、整流桥和能量回馈功能的制动单元等拓扑，仅需要选用对应的功率器件芯片30安装于基岛区20上，并设置对应的功能管脚与功率器件芯片30连接。
本实用新型的管脚电极可以通过SMT贴片回流焊至PCB板材，通过PCB铜箔组合成不同的应用拓扑，拓扑包含而不限于功率IGBT串联拓扑、功率IGBT并联拓扑、制动拓扑、整流H桥、整流半桥、整流单管、功率IGBT单管、率IGBT半桥和整流半桥+制动管等，可适用于220V、380V/440V/480V和690V电压等级的电机驱动系统。同时，本实用新型的结构简单、系统综合成本低，可用于自动化贴片而改善插件分立器件的自动化装配问题。
参照图1至图3，在一实施例中，所述壳体10具有相对设置的第一表面及第二表面，所述第二表面设有开口；其中，所述第一表面为所述功率器件安装于电路板上时靠近所述电路板的表面；
所述绝缘层位于所述开口内，所述绝缘层具有位于所述壳体内的第三表面和通过所述开口外露的第四表面，所述第三表面与所述第四表面相对。
参照图2及图5，如图所示，图2为功率器件内部结构示意图，功率器件芯片30安装于基岛区20上，引脚区40及管脚引出区设置在基岛区20的两侧且引脚伸出壳体10设置，图5则为功率器件的结构示意图，引脚区40及管脚引出区伸出壳体10，使得功率器件能够通过引脚焊接设置于电路板上。参照图1，壳体10具有在功率器件被安装于电路板上时，远离电路板的第二表面及靠近电路板的第一表面，换而言之，也即功率器件被安装在电路板上时，相对于电路板壳体10具有远离电路板的顶部和靠近电路板的底部。
在本实施例中，基岛区20设置于壳体10的第二表面上，也即基岛区20与芯片设置在壳体10的顶部位置，可以理解是，壳体10的第一表面与电路板接触或距离很近，导致壳体10第一表面的散热空间远小于壳体10第二表面的散热空间，且壳体10第二表面的空气流通性要远大于壳体10第一表面的空气流通性，并且电路板上通常还安装有其他的工作元器件，电路板会吸收其他工作元器件散发的热量从而导致电路板表面的温度升高进而影响壳体10底部的散热效果，换而言之，壳体10第一表面的散热效果远低于壳体10第二表面的散热效果，因此，将基岛区20与芯片设置在壳体10的第二表面，能够有效提高功率器件的散热效果，提高了功率器件的稳定性和安全性。
参照图1至图3，在一实施例中，所述绝缘层的第四表面上还可以设有覆铜层。
基岛区20可以选用双层结构的基板来实现，其中一层为氧化铝陶瓷层，即绝缘层，另一层为设置在氧化铝陶瓷层一侧表面的覆铜层，也即引线框架的基岛区20，基岛区20用于设置功率器件芯片30，以吸收功率器件芯片30工作时所产生的热量，以对功率器件芯片30进行快速散热。本实用新型通过选用双层结构的基岛区20，结构更加简单，且减少了基岛区20的厚度，从而降低了功率器件的整体体积和成本。
基岛区20还可以选用三层结构的基板来实现，其中一层为绝缘层，可以选用氧化铝陶瓷等绝缘材料制成，在绝缘层的两侧表面均设有覆铜层，第三表面的覆铜层为引线框架的基岛区20，用于设置功率器件芯片30。基岛区20还可以直接选用DBC覆铜陶瓷板来实现，DBC覆铜陶瓷板也为三层结构，其绝缘层为陶瓷层，且两侧表面均设有覆铜。可以理解的是，选用DBC覆铜陶瓷板作为基岛区20时，无需自行加工制造基岛区20，可直接将DBC覆铜陶瓷板作为基岛区20进行安装设置，减少了生产时的工艺流程，降低了生产成本，提高了生产效率。
参照图1至图3，在一实施例中，所述基岛区20可以包括第一载片区和第二载片区，所述功率器件芯片30间隔设置于所述第一载片区和第二载片区靠近所述壳体一侧的表面，用于形成目标功率拓扑；
所述引脚区40可以包括第一引脚区和第二引脚区，所述第一引脚区与所述第一载片区电连接，所述第二引脚区与所述第二载片区电连接。
参照图2，图2为功率器件一实施例的结构示意图，图中的基岛区20设有两个覆铜载片区，每一覆铜载片区上设有两个功率器件芯片30，将多个功率器件芯片30分设在不同的覆铜载片区上，使得功率器件芯片30工作时产生的热量能够通过对应的引脚区40散发出去，避免了多个芯片共用一个覆铜载片区导致热量集中而影响散热效率。
可选地，所述目标功率拓扑包括：功率IGBT串联拓扑、功率IGBT并联拓扑、整流桥和制动拓扑。
可选地，所述功率器件芯片30包括：IGBT芯片、二极管芯片、逆导芯片等，当然可以理解的是，还可以包含其它可能的功率器件芯片，例如：三极管芯片等，具体的可以根据实际情况确定，本说明书中对此不作限定。
可以理解的是，功率器件芯片30的数量及类型可以根据实际的应用需求设置为多个，以形成对应的功能拓扑。例如，参照图2，图2为功率器件一实施例的结构示意图，图中的设有两个载片区，一载片区上设有一个IGBT芯片及与IGBT芯片反并联的二极管芯片，另一载片区上设有与该载片区上的IGBT芯片串联设置的IGBT芯片及二极管芯片，并将两个载片区的IGBT芯片及二极管芯片与对应的管脚引出区电连接，其对应的电路拓扑如图4所示。
参照图6，图6为功率器件另一实施例的结构示意图，图中设有两个载片区，每一载片区上设有两个二极管芯片，并将二极管芯片与对应的管脚引出区电连接，其对应的电路拓扑如图7所示。
参照图8，图8为功率器件又一实施例的结构示意图，图中设有两个载片区，其中左侧载片区上设有两个二极管芯片，右侧载片区上设有一个功率管芯片及二极管芯片，将功率管芯片及二极管芯片与对应的管脚引出区电连接，其对应的电路拓扑如图9所示。
除上述举例说明的例子外，本实用新型可以根据整机应用的需求而定义其封装外形及与功率器件芯片30连接的功能管脚，适用于功率IGBT、整流桥和能量回馈功能的制动单元等拓扑，仅需要选用对应的功率器件芯片30安装于基岛区20上，并设置对应的功能管脚与功率器件芯片30连接即可。本实用新型的管脚电极可以通过SMT贴片回流焊至PCB板材，通过PCB铜箔组合成不同的应用拓扑，拓扑包含而不限于整流H桥，整流半桥、整流单管，功率IGBT单管，功率IGBT半桥和整流半桥+制动管等，可适用于220V、380V/440V/480V和690V电压等级的电机驱动系统。同时，本实用新型的结构简单、系统综合成本低，可用于自动化贴片而改善插件分立器件的自动化装配问题。
参照图1至图3，在一实施例中，所述引线框架还可以包括与所述基岛区20相连的多个管脚引出区60，所述管脚引出区60靠近所述基岛区20的一端与所述功率器件芯片30键合连接，所述管脚引出区60远离所述基岛区20的一端沿朝向所述壳体10的方向弯折形成Z字形。
参照图2，图2为功率器件一实施例的结构示意图，引线框架中还具有多个管脚引出区60，多个管脚引出区60通过导电件50与对应的功率器件芯片30电连接，用于实现功率器件芯片30与外部电路的电连接。多个管脚引出区60可以均设置于基岛区20的同一侧，也可以分设于基岛区20的周侧。管脚引出区60还沿壳体10的方向弯折形成Z字形，以形成用于焊接的焊接脚，使得用户能够通过焊接脚将功率器件焊接在电路板或其他安装物上。
参照图1至图3，在一实施例中，所述引脚区可以与所述基岛区一体成型设置；
或者，所述引脚区可以通过导电件与所述基岛区键合连接。
参照图2，图2为功率器件一实施例的结构示意图，图中的基岛区20与引脚区40是一体成型，使得引脚区40与所述基岛区20的覆铜层电气连接。可以理解的是，引脚区40可以根据实际情况设置为多个，也可以根据实际需求将引脚区40电极片的面积增大，具体的可以根据实际情况确定，本说明书实施例对此不作限定。
本实施例可以将引脚区40与基岛区20的覆铜层一体成型设置，从而能够减少生产时的工艺流程，同时省去了基岛区20与引脚区40电连接的金属铜片或绑定线等导电件50，降低了功率器件的整体成本，提高了功率器件的散热效率。
参照图3，图3为功率器件一实施例的结构示意图，图中的基岛区20为三层结构，引脚区40的电极片通过导电件50与基岛区20电连接，导电件50可以为金属铜片、绑定线等，导电件50的数量也可以为多个，将导电件50设置为多个。可以理解的是，当基岛区20为三层结构，引脚区40也可以选择与基岛区20一体成型设置，进而提高散热效率。
参照图1至图3，在一实施例中，所述功率器件芯片30的数量为可以多个，多个所述功率器件芯片30间隔设置于所述基岛区20远离所述壳体10第一侧的一侧表面上。
可以理解的是，功率器件芯片30的具体数量可以根据实际的应用需求设置为多个，以形成对应的功能拓扑，例如，参照图2，图2为功率器件一实施例的结构示意图，图中功率器件芯片30的数量为四个，且四个功率器件芯片30等距间隔设置于基岛区20上，如此设置，使得多个功率器件芯片30之间均有一定的间隔，从而使得基岛区20覆铜层上吸收的热量不会过于集中，有利于基岛区20进行均匀地散热，提高了功率器件的散热效率。
参照图1至图3，在一实施例中，所述焊接脚远离所述基岛区的一端弯折形成L形。
参照图1，图1为功率器件一实施例的结构示意图，图中引脚沿朝向壳体10的方向弯折形成焊接脚，且焊接脚远离基岛区的一端弯折形成L形，如此，当用户能够通过焊接脚将功率器件焊接在电路板或其他安装物上时，功率器件的基岛区20及功率器件芯片30则处于远离电路板的一侧，能够有效提高功率器件的散热效果，提高了功率器件的稳定性和安全性。
本实用新型还提出一种功率设备，该功率设备包括电路板及上述的功率器件，该功率器件的具体结构参照上述实施例，由于本功率设备采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种功率器件，其特征在于，包括：
壳体；
引线框架，所述引线框架包括基岛区和引脚区，所述壳体与所述基岛区围合形成芯片容置空间，所述基岛区与所述引脚区电性连接，所述引脚区至少部分延伸出所述壳体，并沿朝向所述壳体的方向弯折形成焊接脚；
至少两个功率器件芯片，设置于所述基岛区靠近所述壳体一侧的表面；
绝缘层，所述绝缘层设置在所述引线框架背离所述壳体一侧的表面。
2.如权利要求1所述的功率器件，其特征在于，所述壳体具有相对设置的第一表面及第二表面，所述第二表面设有开口；其中，所述第一表面为所述功率器件安装于电路板上时靠近所述电路板的表面；
所述绝缘层位于所述开口内，所述绝缘层具有位于所述壳体内的第三表面和通过所述开口外露的第四表面，所述第三表面与所述第四表面相对。
3.如权利要求2所述的功率器件，其特征在于，所述绝缘层的第四表面上还设有覆铜层。
4.如权利要求1所述的功率器件，其特征在于，所述基岛区包括第一载片区和第二载片区，所述功率器件芯片间隔设置于所述第一载片区和第二载片区靠近所述壳体一侧的表面，用于形成目标功率拓扑；
所述引脚区包括第一引脚区和第二引脚区，所述第一引脚区与所述第一载片区电连接，所述第二引脚区与所述第二载片区电连接。
5.如权利要求4所述的功率器件，其特征在于，所述目标功率拓扑包括：功率IGBT串联拓扑、功率IGBT并联拓扑、整流桥和制动拓扑。
6.如权利要求1所述的功率器件，其特征在于，所述引线框架还包括与所述基岛区相连的多个管脚引出区，所述管脚引出区靠近所述基岛区的一端与所述功率器件芯片键合连接，所述管脚引出区远离所述基岛区的一端沿朝向所述壳体的方向弯折形成Z字形。
7.如权利要求1所述的功率器件，其特征在于，所述引脚区与所述基岛区一体成型设置；
或者，所述引脚区通过导电件与所述基岛区键合连接。
8.如权利要求1所述的功率器件，其特征在于，所述焊接脚远离所述基岛区的一端弯折形成L形。
9.如权利要求1所述的功率器件，其特征在于，所述功率器件芯片包括：IGBT芯片、二极管芯片、逆导芯片。
10.一种功率设备，其特征在于，包括电路板及如权利要求1-9任意一项所述的功率器件。
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