CN218548430U - 一种顶部散热的功率模块及散热结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种顶部散热的功率模块及散热结构及散热结构，该模块包括引线框架（1）、功率器件（2）和塑料外壳（3），所述引线框架（1）包括框架正面（11）和框架背面（12），所述框架正面（11）分布有用于所述功率器件（2）贴装的基岛，所述塑料外壳（3）形成于所述框架正面（11）；所述引线框架（1）上的引脚用于与所述功率器件（2）电气连接，并延伸出所述引线框架（1）本体；所述框架背面（12）作为功率模块的正面用于散热，所述塑料外壳（3）所在面作为功率模块的背面用于贴装于PCB板上。本实用新型提供实现了功率模块的快速散热，大大降低了功率模块的工作温度。

Description

一种顶部散热的功率模块及散热结构

技术领域

本实用新型属于半导体领域，尤其是涉及一种顶部散热的功率模块及散热结构。

背景技术

目前市场上MOSFET功率器件或模块均采用引脚和基岛与系统控制PCB板焊接，功率器件产生的热量，大部分通过基岛和引脚传导到系统PCB板上，而PCB板上的热量无法快速耗散；导致由此构成的电路工作环境温度高，设备的稳定性。

实用新型内容

本实用新型在此的目的在于提供一种顶部散热的功率模块，该模块进行快速散热，降低功率模块的工作温度。

为此，本实用新型提供的顶部散热的功率模块包括引线框架、功率器件和塑料外壳，所述引线框架包括框架正面和框架背面，所述框架正面分布有用于所述功率器件贴装的基岛，所述塑料外壳形成于所述框架正面；所述引线框架上的引脚用于与所述功率器件电气连接，并延伸出所述引线框架本体；所述框架背面作为功率模块的正面用于散热，所述塑料外壳所在面作为功率模块的背面用于贴装于PCB板上。

本实用新型另一方面提供了一种散热结构，该结构包括壳体和布设有控制系统的PCB板，所述控制系统包括本申请提供的顶部散热的功率模块，所述功率模块的背面贴装于所述PCB板上，正面经导热剂与所述壳体连接。

采用本实用新型的技术方案，所能达到的技术效果至少为：

本实用新型提供的功率模块将塑料外壳所处面作为模块背面与PCB板贴装，具有一定的隔热作用，引线框架的背面作为功率模块的正面进行散热，功率模块工作状态下产生的热量大部分无需传导到PCB板再进行散热，而是直接通过正面进行散热，实现了功率模块的快速散热，大大降低了功率模块的工作温度。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。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获得其他的附图。在附图中：

图1为本实用新型记载的引线框架的结构示意图；

图2为本实用新型记载的功率模块的内部连线图；

图3-4为本实用新型记载的功率模块正、背面俯视图；

图5为本实用新型记载的全桥电路的电路结构图；

图6为本实用新型记载的功率模块使用示意图；

附图4也有黑色（塑料外壳）是因为引线框架为透明材质，当其一面被塑封后，另一面也可视塑封后的材料颜色。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得实用新型将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。

引线框架作为集成电路的芯片载体，是一种借助于键合材料(金丝、铝丝、铜丝)实现芯片内部电路引出端与外引线的电气连接，形成电气回路的关键结构件，它起到了和外部导线连接的桥梁作用。

引线框架包括正面和背面，其中正面上布设有基岛和引脚，基岛用于元器件分布布局，引脚实现元器件与外部电路之间的电气连接。现有的引线框架中的引脚被分别于正面，与用于元器件分布的基岛位于同一面，以实现与元器件之间的电气连接，降低了走线难度。

引脚与基岛位于同一平面时，在使用时，需将其引脚面贴合PCB板，实现引线框架的引脚与PCB板上所印制的功能引脚电气连接，实现一定的电路功能。但这种方式导致集成于引线框架上的元器件处于工作状态时所产生的热量大部分通过基岛和引脚传导到PCB板上，而PCB板上的热量无法快速耗散，导致工作环境温度高。当PCB板被装配于如泵、电机类产品中时，PCB板的热量也不能快速传导到泵、电机类的金属壳体上，导致功率器件工作的环境温度升高；功率器件产生的热量，无法有效传导和散热，导致驱动控制泵、电机类工作的PCB板（布设有驱动电路）温度升高影响产品寿命。

本公开在此提供了一种顶部散热的功率模块，该模块能够使功率器件产生的热量进行快速散热；当被焊接于PCB板上与其它元器件构成相应功能系统时，功率模块能够快速散热，降低了功率模块及由其构成的功能系统的工作温度，避免了因工作温度高而导致的不稳定性。

请参照图1-4，本公开提供的顶部散热的功率模块包括引线框架1和功率器件2，引线框架1包括框架正面11和框架背面12，框架正面11分布有用于功率器件2贴装的基岛，功率器件2贴装于基岛上进行塑封，在框架正面11形成塑料外壳3（图4中黑色部分），使贴装于基岛上的功率器件2塑封；引线框架1上的引脚用于与功率器件2电气连接，并延伸出引线框架1本体；框架背面12作为功率模块的正面用于散热，使功率器件工作状态下所产生的热量被快速散热，塑料外壳3所在面作为功率模块的背面用于贴装于PCB板上。

本功率模块被贴片于PCB板与其余元器件构成功能系统，延伸出引线框架1的引脚与PCB板上印制的功能引脚连接，使本功率模块的正面朝上，功率模块工作时所产生的热量大部分不再经PCB散热，直接通过顶部进行散热，使功率器件产生的热量能够快速散热。

本公开中，功率模块中的功率器件2可以构成任何一种功率电路，如放大电路、开关电路等。在此以构成三相全桥电路为例说明，请参照图1-5，功率器件2包括6颗mos晶粒Q1～Q6，框架正面11上的基岛包括第一基岛111、第二基岛112、第三基岛113和第四基岛114，引脚包括电源VDD引脚、控制引脚G1～G6、A/B/C相输出引脚和接地引脚。

mos晶粒Q4～Q6构成三相全桥电路的上桥，mos晶粒Q1～Q3构成三相全桥电路的下桥。mos晶粒Q1～Q6之间、mos晶粒Q1～Q6与引脚之间分别采用铜线或金线或铝线或铝带或铜片实现连接，实现电气连接。在此，mos晶粒Q1～Q6之间、mos晶粒Q1～Q6与引脚之间的连接方式：第一基岛111与电源VDD引脚电气连接，第二基岛112、第三基岛113和第四基岛114分别与A相输出引脚、B相输出引脚和C相输出引脚电气连接；mos晶粒Q4～Q6的漏极分别焊接于与电源VDD引脚连接的第一基岛111上，实现mos晶粒Q4～Q6的漏极分别与电源VDD引脚连接；mos晶粒Q1～Q3的漏极分别焊接于与A相输出引脚、B相输出引脚、C相输出引脚连接的第二基岛112、第三基岛113和第四基岛114上实现与A相输出引脚、B相输出引脚、C相输出引脚电气连接；上桥mos晶粒Q4～Q6的栅极通过金属引线分别焊接连接引线框架的控制引脚G6/G5/G4 ，下桥mos晶粒Q1～Q3的栅极通过金属引线分别焊接连接引线框架的控制引脚G1/G2/G3；上桥mos晶粒Q4～Q6的源极通过金属引线焊接分别与下桥mos晶粒Q1～Q3的漏极连接在框架A/B/C三相输出的引脚连接的基岛上，实现上桥mos晶粒Q4～Q6的源极与下桥mos晶粒Q1～Q3的漏极相连，mos晶粒Q1～Q3的源极分别与接地引脚电气连接。

其中，晶粒与基岛之间采用锡膏或银胶焊接，实现功率器件的贴装。

本公开中，三相全桥电路还包括采样端，用于每路输出采样；引线框架1的引脚还包括分别与mos晶粒Q1～Q6的源极连接的采样引脚S1～S6。采样引脚的配置实现了直接采样，直接将采样引脚与外部采样电路进行连接即可实现采样，无需额外布设采样端，简化外围电路布局。

在此，采样引脚S1～S3分别与接地引脚连接。

为便于布线，降低因走线复杂而产生的干扰（线与线之间会产生一定的电磁信号，将对电路产生影响），本公开各引脚的布局采用就近布局。如图1、2所示，采样引脚S4～S6位于第一基岛111所处一侧，采样引脚S1～S3位于第二基岛112、第三基岛113和第四基岛114所处一侧；同理，控制引脚G4～G6位于第一基岛111所处一侧，控制引脚G1～G3位于第二基岛112、第三基岛113和第四基岛114所处一侧。引脚采用此处所描述的布局方式有效地降低走线距离，便于布线，且降低因走线而产生的干扰，保证了模块的稳定性。

本公开中，电源VDD引脚被配置为四个，A/B/C相输出引脚分别被配置为两个，实现冗余配置。当然本领域技术人员应当理解的是，本功率模块的电源VDD引脚、A/B/C相输出引脚也可以仅被配置为一个或其它数量，控制引脚及采样引脚的数量根据实际配置设定。

本功率模块被用于任何功能电路的构建，如应用于电机、泵类产品的三相驱动控制电路，采用本功率模块构建时，功率模块内部包含6颗MOSFET晶粒作为功率器件，引线框架、环氧塑封料等，构建成全桥MOSFET功率模块。全桥MOSFET功率模块是将6颗MOSFET晶粒，采用锡膏或银胶焊接在引线框架的基岛上，采用铜线或金线或铝线或铝带或铜片将基岛上的引脚与6颗MOSFET晶粒焊接，与框架上的引脚实现有效的电气链接，再采用环氧塑封料灌封，内部电气连接满足三相电机控制的三相全桥控制电路。

如图6所示，应用于电机、泵类产品的三相驱动控制电路时，①将采用本功率模块构建的全桥功率模块6焊接于PCB板5上，与PCB板5上的外围电路构成应用于电机、泵类产品的三相驱动控制电路；②将PCB板5安装于电机、泵类产品的壳体4内，在功率模块的正面或壳体4上涂覆导热剂7（导热硅脂）使全桥功率模块6连接到泵或电机类的壳体4，使功率器件产生的热量能够快速传递到壳体4上进行快速散热，降低了功率模块及PCB板的工作温度。

当然，本领域技术人员应当理解的是，将采用本功率模块构建的三相全桥功率模块焊接于PCB板上，与PCB板上的外围电路构成应用于电机、泵类产品的三相驱动控制电路，将PCB板安装于电机、泵类产品的壳体内时，也可以不用导热剂（导热硅脂）将功率模块的正面连接到泵或电机类的壳体，也可以达到较好的散热性能，连接到壳体达到的是比不连接到壳体更快速的散热。

本公开虽然描述了采用6颗mos晶粒构成相全桥功率模块，但本领域技术人员应当理解的是，这并非是对本方案保护的限定，仅为一种示例。如半桥，推挽、放大等均可以由本功率模块构建，采用对应的功率器件即可。

本功率模块将功率器件，焊接在引线框架基岛上，通过金属电气连接的方式实现功率器件与引线框架间的电气连接，实现全桥电路连接，灌环氧树脂，再采用框架基岛背面做产品正面用于散热，塑料壳体所在面作为模块的背面用于与PCB板贴装，当模块的正面通过涂敷导热硅脂连接到泵或电机类的壳体，可更快速散热。

本公开已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本公开的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本公开的范围。相反，在不脱离本公开的精神和范围内所作的变动与润饰，均属本公开的专利保护范围。

Claims (9)

1.一种顶部散热的功率模块，其特征在于，该模块包括引线框架(1)、功率器件(2)和塑料外壳(3)，所述引线框架(1)包括框架正面(11)和框架背面(12)，所述框架正面(11)分布有用于所述功率器件(2)贴装的基岛，所述塑料外壳(3)形成于所述框架正面(11)；所述引线框架(1)上的引脚用于与所述功率器件(2)电气连接，并延伸出所述引线框架(1)本体；所述框架背面(12)作为功率模块的正面用于散热，所述塑料外壳(3)所在面作为功率模块的背面用于贴装于PCB板上。

2.根据权利要求1所述的顶部散热的功率模块，其特征在于，所述功率器件(2)包括构成三相全桥电路的6颗mos晶粒。

3.根据权利要求2所述的顶部散热的功率模块，其特征在于，形成于所述框架正面(11)上的基岛包括第一基岛(111)、第二基岛(112)、第三基岛(113)和第四基岛(114)，所述引脚包括电源VDD引脚、A相输出引脚、B相输出引脚、C相输出引脚、控制引脚G1～G6和接地引脚；所述第一基岛(111)与所述电源VDD引脚连接，所述第二基岛(112)、所述第三基岛(113)和所述第四基岛(114)分与所述A相输出引脚、所述B相输出引脚和所述C相输出引脚连接；构成所述三相全桥电路上桥的mos晶粒Q4～Q6贴装于所述第一基岛(111)上且漏极分别与所述第一基岛(111)电气连接，构成所述三相全桥电路下桥的mos晶粒Q1～Q3分别贴装于所述第二基岛(112)、所述第三基岛(113)和所述第四基岛(114)上且漏极分别与所述第二基岛(112)、所述第三基岛(113)和所述第四基岛(114)电气连接；所述mos晶粒Q4～Q6源极分别与所述第二基岛(112)、所述第三基岛(113)和所述第四基岛(114)电气连接，所述mos晶粒Q1～Q6的栅极分别与所述控制引脚G1～G6连接，所述mos晶粒Q1～Q3的源极分别与所述接地引脚电气连接。

4.根据权利要求3所述的顶部散热的功率模块，其特征在于，所述引脚还包括分别与所述mos晶粒Q1～Q6源极电气连接的采样引脚S1～S6。

5.根据权利要求4所述的顶部散热的功率模块，其特征在于，所述采样引脚S1～S3分别与所述接地引脚连接。

6.根据权利要求4所述的顶部散热的功率模块，其特征在于，所述采样引脚S4～S6位于所述第一基岛(111)所处一侧；所述采样引脚S1～S3位于所述第二基岛(112)、所述第三基岛(113)和所述第四基岛(114)所处一侧。

7.根据权利要求3所述的顶部散热的功率模块，其特征在于，所述控制引脚G4～G6位于所述第一基岛(111)所处一侧；所述控制引脚G1～G3位于所述第二基岛(112)、所述第三基岛(113)和所述第四基岛(114)所处一侧。

8.根据权利要求3所述的顶部散热的功率模块，其特征在于，所述电源VDD引脚、所述A相输出引脚、所述B相输出引脚和/或所述C相输出引脚至少被配置两个。

9.一种散热结构，其特征在于，该结构包括壳体(4)和布设有控制系统的PCB板(5)，所述控制系统包括权利要求1-8任意一项所述的顶部散热的功率模块，所述功率模块的背面贴装于所述PCB板(5)上，正面经导热剂(7)与所述壳体(4)连接。

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