TW201628142A - 功率模組之封裝結構 - Google Patents

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TW201628142A
TW201628142A TW104102131A TW104102131A TW201628142A TW 201628142 A TW201628142 A TW 201628142A TW 104102131 A TW104102131 A TW 104102131A TW 104102131 A TW104102131 A TW 104102131A TW 201628142 A TW201628142 A TW 201628142A
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楊清奇
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台達電子工業股份有限公司
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01R12/00Structural associations of a plurality of mutually-insulated electrical connecting elements, specially adapted for printed circuits, e.g. printed circuit boards [PCB], flat or ribbon cables, or like generally planar structures, e.g. terminal strips, terminal blocks; Coupling devices specially adapted for printed circuits, flat or ribbon cables, or like generally planar structures; Terminals specially adapted for contact with, or insertion into, printed circuits, flat or ribbon cables, or like generally planar structures
    • H01R12/70Coupling devices
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/14Mounting supporting structure in casing or on frame or rack
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Abstract

本案係關於一種功率模組之封裝結構,包括:絕緣框體,具有側壁及第一連接部,其中第一連接部係由側壁向外延伸且具有第一鎖固部;第一電路基板,組接於絕緣框體之底部;絕緣蓋體,組接於絕緣框體之頂部,其中絕緣蓋體包括延伸柱及第二連接部,延伸柱係由絕緣蓋體之底表面向外延伸且鄰近或抵頂於第一電路基板,第二連接部係對應於第一連接部且具有第二鎖固部;第一導接腳,嵌設於絕緣框體之側壁且部分穿過絕緣蓋體;柱體,嵌設於第一連接部且部分穿過第二連接部;鎖固元件,連接第一鎖固部及第二鎖固部,以使絕緣框體與絕緣蓋體相組接。

Description

功率模組之封裝結構 【0001】
本案係關於一種封裝結構,尤指一種功率模組(power module)之封裝結構。
【0002】
近年來隨著科技的進步,各類電子產品逐漸朝向高密度、高性能以及輕、薄、短、小之趨勢發展,因此電子產品之內部電路亦朝模組化發展,藉以使許多功能整合在一電路模組中。以常見的電路模組例如功率模組(power module)為例,其包括例如直流-直流轉換器(DC to DC converter)、直流-交流轉換器(DC to AC converter)或交流-直流轉換器(AC to DC converter)等,且通常將例如電容器、電阻器、電感、變壓器、二極體、電晶體等電子元件整合為功率模組,進而可將功率模組安裝於系統電路板上。
【0003】
智慧型功率模組(IPM)係為一種應用於例如電器設備或工業設備之馬達驅動的智能電路單元。目前的智慧型功率模組的封裝結構主要係以導線架承載電子元件並以封裝材料包覆,然此種封裝結構不只製程複雜,且存在散熱效率不佳以及容易損裂等問題。另一種習用的智慧型功率模組的封裝結構係直接將載有電子元件之電路板設置於殼體內且以蓋體覆蓋,並以黏著劑組接殼體與蓋體,然此種封裝結構於組接蓋體及殼體時無法有效地將兩者緊密組接,且當此種封裝結構與其他裝置例如散熱裝置相結合時,由於裝置連接之應力傳遞容易使殼體之底面造成彎曲與變形,如此將使得封裝結構無法貼合於散熱裝置而降低散熱效率,甚至使封裝結構與散熱裝置鬆脫進而造成使用上之安全問題。
【0004】
由上可知,由於傳統的封裝結構僅係將蓋體黏著接合於殼體之上,無法有效地使蓋體與殼體緊密結合。此外,傳統之封裝結構與散熱裝置組接時,往往因連接應力之傳遞造成殼體之底面彎曲與變形,使底面所連接之散熱裝置無法有效地進行散熱。
【0005】
本案之目的為提供一種功率模組之封裝結構,其係利用絕緣框體與絕緣蓋體來實現電路基板之組接與封裝,此外,透過鎖固元件可將絕緣框體與絕緣蓋體緊密鎖固,並且藉由延伸柱鄰近或抵頂電路基板可避免絕緣框體與絕緣蓋體於鎖固組接時因應力而彎曲或變形,且可與散熱裝置貼合組接以提升散熱效能。
【0006】
本案之另一目的為提供一種智慧型功率模組之封裝結構,其可方便地與系統電路板電性連接與定位,並可避免外部環境汙染。
【0007】
為達上述目的,本案提供一種功率模組之封裝結構,包括:絕緣框體,具有側壁、第一開口、第二開口以及至少一第一連接部,其中至少一第一連接部係由側壁向外延伸且具有第一鎖固部;第一電路基板,組接於絕緣框體之底部且覆蓋第一開口;絕緣蓋體,組接於絕緣框體之頂部且覆蓋第二開口,並與絕緣框體以及第一電路基板定義形成一空腔,其中絕緣蓋體包括延伸柱以及至少一第二連接部,延伸柱係由絕緣蓋體之底表面向外延伸且鄰近或抵頂於第一電路基板,至少一第二連接部係對應於絕緣框體之至少一第一連接部且具有第二鎖固部;複數個第一導接腳,電性連接於第一電路基板,嵌設於絕緣框體之側壁,且部分穿過絕緣蓋體;複數個柱體,嵌設於絕緣框體之至少一第一連接部且部分穿過絕緣蓋體之至少一第二連接部;以及至少一鎖固元件,連接絕緣框體之第一鎖固部以及絕緣蓋體之第二鎖固部,以架構於使絕緣框體與絕緣蓋體相組接。
【0021】
1‧‧‧功率模組之封裝結構
11‧‧‧第二導接腳
12‧‧‧第三導接段
13‧‧‧系統電路板
14‧‧‧導孔
2‧‧‧絕緣框體
2a‧‧‧底部
2b‧‧‧頂部
21‧‧‧側壁
211‧‧‧第一階部
212‧‧‧第二階部
22‧‧‧第一開口
23‧‧‧第二開口
24‧‧‧第一連接部
24a‧‧‧凹部
24b‧‧‧柱體座
25‧‧‧第一鎖固部
26‧‧‧空腔
3‧‧‧第一電路基板
4‧‧‧絕緣蓋體
4a‧‧‧下表面
4b‧‧‧上表面
41‧‧‧延伸柱
42‧‧‧第二連接部
42a‧‧‧凸部
43‧‧‧第二鎖固部
44‧‧‧第一穿孔
45‧‧‧第二穿孔
46‧‧‧第三開口
47‧‧‧溝槽
48‧‧‧墊圈
5‧‧‧第一導接腳
51‧‧‧第一導接段
52‧‧‧第二導接段
6‧‧‧柱體
61‧‧‧一階柱體
62‧‧‧二階柱體
7‧‧‧鎖固元件
8‧‧‧第二電路基板
81‧‧‧穿孔
82‧‧‧連接器
9‧‧‧散熱裝置
91‧‧‧第三鎖固部
H1‧‧‧第一高度
H2‧‧‧第二高度
【0008】

第1A圖係為本案較佳實施例之功率模組之封裝結構之結構爆炸圖。
第1B圖係為第1A圖所示之功率模組之封裝結構之組合圖。
第1C圖係為第1B圖之功率模組之封裝結構與系統電路板組接後之A-A’截面圖。
第2圖係為本案另一較佳實施例之功率模組之封裝結構示意圖。
第3圖係為本案另一較佳實施例之功率模組之封裝結構與系統電路板組接之部分結構示意圖。
【0009】
體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化,其皆不脫離本案的範圍,且其中的說明及圖式在本質上係當作說明之用,而非架構於限制本案。
【0010】
請同時參閱第1A圖、第1B圖與第1C圖,其中第1A圖係為本案較佳實施例之功率模組之封裝結構之結構爆炸圖,第1B圖係為第1A圖所示之功率模組之封裝結構之組合圖,第1C圖係為第1B圖之功率模組之封裝結構與系統電路板組接後之A-A’截面圖。本案之功率模組可為智慧型功率模組,且不以此為限。本案之功率模組之封裝結構1包括絕緣框體2、第一電路基板3、絕緣蓋體4、複數個第一導接腳5、複數個柱體6以及至少一鎖固元件7。絕緣框體2具有底部2a、頂部2b、側壁21、第一開口22、第二開口23以及至少一第一連接部24,其中第一連接部24係由側壁21向外延伸且具有第一鎖固部25。第一電路基板3係組接於絕緣框體2之底部2a且覆蓋第一開口22。絕緣蓋體4係組接於絕緣框體2之頂部2b且覆蓋第二開口23,並與絕緣框體2以及第一電路基板3共同定義形成空腔26,其中絕緣蓋體4包括延伸柱41以及至少一第二連接部42,延伸柱41係由絕緣蓋體4之底表面4a向外延伸且鄰近或抵頂於第一電路基板3,第二連接部42係對應於絕緣框體2之第一連接部24且具有第二鎖固部43。複數個第一導接腳5係電性連接於第一電路基板3,嵌設於絕緣框體2之側壁21,且部分穿過絕緣蓋體4。複數個柱體6係嵌設於絕緣框體2之第一連接部24且部分穿過絕緣蓋體4之第二連接部42。至少一鎖固元件7係連接絕緣框體2之第一鎖固部25以及絕緣蓋體4之第二鎖固部43,以架構於使絕緣框體2與絕緣蓋體4相組接。
【0011】
於本實施例中,絕緣框體2之第一連接部24與絕緣蓋體4之第二連接部42相組配,且第一連接部24之第一鎖固部25與第二連接部42之第二鎖固部43相對應。絕緣框體2之第一連接部24具有一凹部24a,絕緣蓋體4之第二連接部42具有一凸部42a,其中第二連接部42之凸部42a係卡合於第一連接部24之凹部24a,藉此使第一連接部24與第二連接部42相組配。第一連接部24更具有兩柱體座24b,該兩柱體座24b係位於凹部24a之兩相對側,且每一柱體座24b上對應嵌設一柱體6。第一鎖固部25與第二鎖固部43分別為例如鎖附孔。當絕緣框體2與絕緣蓋體4組裝時,絕緣框體2之第一連接部24之第一鎖固部25係與絕緣蓋體4之第二連接部42之第二鎖固部43相對應,鎖固元件7則對應第一鎖固部25與第二鎖固部43穿設,以使絕緣框體2與絕緣蓋體4緊密鎖固。當絕緣框體2與絕緣蓋體4緊密鎖固時,由絕緣蓋體4之底表面4a向外延伸設置之延伸柱41係鄰近或抵頂於第一電路基板3,如此一來,即便鎖固元件7將絕緣框體2與絕緣蓋體4緊密鎖固之連接應力傳遞至組接於絕緣框體2之底部2a之第一電路基板3,第一電路基板3仍可透過鄰近或抵頂設置之延伸柱41維持正常之平面狀態以避免產生彎曲或變形。
【0012】
請再參閱第1A圖、第1B圖與第1C圖,於一些實施例中,本案之功率模組之封裝結構1更包括第二電路基板8。第二電路基板8係設置於絕緣框體2且位於空腔26內。第二電路基板8具有穿孔81,對應於絕緣蓋體4之延伸柱41,藉此絕緣蓋體4之延伸柱41可穿過第二電路基板8之穿孔81且鄰近或抵頂於第一電路基板3。於一些實施例中,第二電路基板8設置於絕緣框體2之方式可為但不限於鎖固、卡合或黏著劑連接等方式。
【0013】
於本實施例中,絕緣框體2之側壁21之內側面具有第一階部211及第二階部212,第一階部211與第二階部212係分別為突出於側壁21之內側面之階梯狀結構,其中第一階部211係鄰近於第一開口22,第二階部212係位於第一階部211與第二開口23之間。於一些實施例中,第二電路基板8係設置於第二階部212上。複數個第一導接腳5係為階梯狀導接腳,且每一個第一導接腳5具有第一導接段51與第二導接段52,其中第一導接段51與第二導接段52係分別曝露於第一階部211與第二階部212。於一些實施例中,第一電路基板3係利用打線方式與第一導接腳5之第一導接段51連接,但不以此為限。於另一些實施例中,本案之功率模組之封裝結構1更包括複數個第二導接腳11,嵌設於絕緣框體2之側壁21,且部分穿過絕緣蓋體4。每一個第二導接腳11具有第三導接段12,其中第三導接段12係暴露於第二階部212,且可與第二電路基板8電性連接。於另一些實施例中,依據實際應用需求,第二電路基板8亦可與第一導接腳5電性連接。
【0014】
第一電路基板3係組接於絕緣框體2之底部2b且對應絕緣框體2之第一開口22而設置,其中第一電路基板3組接於絕緣框體2之底部2b之方式可為但不限於鎖固、卡合或黏著劑連接方式。絕緣蓋體4包括複數個第一穿孔44與複數個第二穿孔45,其中複數個第一穿孔44係對應複數個第一導接腳5及複數個第二導接腳11,以使第一導接腳5與第二導接腳11可穿過絕緣蓋體4,複數個第二穿孔45係對應複數個柱體6,以使設置於第一連接部24之柱體6可穿過絕緣蓋體4之第二連接部42。
【0015】
請再同時參閱第1A圖與第1B圖。於一些實施例中,絕緣蓋體4更包括一第三開口46,且第二電路基板8更包括連接器82。第三開口46之位置與大小係對應於連接器82,以使連接器82於功率模組之封裝結構1組裝時可部分穿透絕緣蓋體4與外部之系統電路板(未圖示)電性連接。於一些實施例中,連接器82可藉由例如焊接或壓接(PRESS-FIT)方式固定於第二電路基板8。
【0016】
於一些實施例中,複數個柱體6包括複數個一階柱體61與複數個二階柱體62。每一個一階柱體61在暴露於第一連接部24之端部係呈單階狀且該端部具有第一高度H1。每一個二階柱體62在暴露於第一連接部24之端部係呈二階狀且該端部具有第二高度H2,其中二階柱體62之該端部之第二高度H2係相對大於一階柱體61之該端部之第一高度H1。於此實施例中,本案之功率模組之封裝結構1係裝設且電性連接於外部之系統電路板13(如第1C圖所示),外部之系統電路板13具有複數個導孔14以及複數個定位孔(未圖示),其中複數個導孔14係對應於複數個第一導接腳5及複數個第二導接腳11,複數個定位孔係對應於複數個二階柱體62。當功率模組之封裝結構1電性連接於外部之系統電路板13時,複數個第一導接腳5及複數個第二導接腳11係對應插接於複數個導孔14,且複數個二階柱體62係對應插接於複數個定位孔,藉此使功率模組之封裝結構1與系統電路板13可實現電性連接以及定位。
【0017】
第2圖係為本案另一較佳實施例之功率模組之封裝結構示意圖。如第1A圖與第2圖所示,於一些實施例中,本案之功率模組之封裝結構1更包括散熱裝置9,其具有對應於絕緣框體2之第一鎖固部25之第三鎖固部91,例如鎖附孔。於此實施例中,當絕緣框體2、第一電路基板3與絕緣蓋體4之組合體與散熱裝置9相組接時,鎖固元件7係連接於絕緣框體2之第一鎖固部25、絕緣蓋體4之第二鎖固部43以及散熱裝置9之第三鎖固部91,以使絕緣框體2、絕緣蓋體4以及散熱裝置9可緊密鎖固,進而增進散熱效率。
【0018】
第3圖係為本案另一較佳實施例之功率模組之封裝結構與系統電路板組接之部分結構示意圖。如第1A圖、第1B圖與第3圖所示,於一些實施例中,本案之絕緣蓋體4更包括溝槽47、墊圈48以及上表面4b。溝槽47係設置於絕緣蓋體4之上表面4b且大體上係沿絕緣蓋體4之邊緣圍繞複數個第一導接腳5與複數個第二導接腳11設置。墊圈48係對應設置於溝槽47,且位於絕緣蓋體4與系統電路板13之間。墊圈48之材質可為但不限於具彈性之防水絕緣材質,例如橡膠。於此實施例中,當功率模組之封裝結構1與外部之系統電路板13相組接時,設置於溝槽47內之墊圈48係受到絕緣蓋體4上方之系統電路板13之壓力而壓縮,由於壓縮之墊圈48可與絕緣蓋體4上方之系統電路板13緊密貼合,故可有效地避免粉塵或水氣與複數個第一導接腳5以及複數個第二導接腳11接觸而產生侵蝕或接觸不良之問題。
【0019】
綜上所述,本案提供一種功率模組之封裝結構,透過第一鎖固部與第二鎖固部達到將絕緣蓋體與絕緣框體緊密鎖固之目的,另外,透過鄰近或抵頂於第一電路基板之延伸柱可使設置於絕緣框體底部之第一電路基板避免因絕緣蓋體與絕緣框體緊密鎖固之連接應力而產生彎曲或變形之問題。再則,透過一階柱體以及二階柱體與外部之系統電路板定位設置,可達到固定封裝結構與外部之系統電路板之目的。更甚者,本案提供之功率模組之封裝結構可方便地與系統電路板電性連接與定位,並可避免外部環境汙染,且可透過設置於溝槽內之墊圈達到避免粉塵或水氣與導接腳接觸而產生侵蝕或接觸不良之問題。
【0020】
本案得由熟習此技術之人士任施匠思而為諸般修飾,然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。
 
1‧‧‧功率模組之封裝結構
2‧‧‧絕緣框體
4‧‧‧絕緣蓋體
5‧‧‧第一導接腳
7‧‧‧鎖固元件
11‧‧‧第二導接腳
24‧‧‧第一連接部
42‧‧‧第二連接部
61‧‧‧一階柱體
62‧‧‧二階柱體
82‧‧‧連接器

Claims (13)

  1. 【第1項】
    一種功率模組之封裝結構,包括:
      一絕緣框體,具有一側壁、一第一開口、一第二開口以及至少一第一連接部,其中該至少一第一連接部係由該側壁向外延伸且具有一第一鎖固部;
      一第一電路基板,組接於該絕緣框體之一底部且覆蓋該第一開口;
      一絕緣蓋體,組接於該絕緣框體之一頂部且覆蓋該第二開口,並與該絕緣框體以及該第一電路基板定義形成一空腔,其中該絕緣蓋體包括一延伸柱以及至少一第二連接部,該延伸柱係由該絕緣蓋體之一底表面向外延伸且鄰近或抵頂於該第一電路基板,該至少一第二連接部係對應於該絕緣框體之該至少一第一連接部且具有一第二鎖固部;
      複數個第一導接腳,電性連接於該第一電路基板,嵌設於該絕緣框體之該側壁,且部分穿過該絕緣蓋體;
    複數個柱體,嵌設於該絕緣框體之該至少一第一連接部且部分穿過該絕緣蓋體之該至少一第二連接部;以及
      至少一鎖固元件,連接該絕緣框體之該第一鎖固部以及該絕緣蓋體之該第二鎖固部,以架構於使該絕緣框體與該絕緣蓋體相組接。
  2. 【第2項】
    如申請專利範圍第1項所述之功率模組之封裝結構,其中該第一連接部與該第二連接部相組配,且該第一鎖固部對應於該第二鎖固部。
  3. 【第3項】
    如申請專利範圍第1項所述之功率模組之封裝結構,其更包括一第二電路基板,設置於該絕緣框體且位於該空腔內。
  4. 【第4項】
    如申請專利範圍第3項所述之功率模組之封裝結構,其中該絕緣蓋體更包括一第三開口,該第二電路基板包括一連接器,該連接器係部分穿過該絕緣蓋體之該第三開口。
  5. 【第5項】
    如申請專利範圍第3項所述之功率模組之封裝結構,其中該第二電路基板包括一穿孔,且該絕緣蓋體之該延伸柱係穿過該第二電路基板之該穿孔。
  6. 【第6項】
    如申請專利範圍第3項所述之功率模組之封裝結構,其中該絕緣框體更包括:
    一第一階部,形成於該側壁之一內側面且鄰近於該第一開口;以及
    一第二階部,形成於該側壁之該內側面,且位於該第一階部與該第二開口之間,其中該第二電路基板係設置於該第二階部。
  7. 【第7項】
    如申請專利範圍第6項所述之功率模組之封裝結構,其中每一該第一導接腳係為階梯狀導接腳,且包括一第一導接段以及一第二導接段,其中該第一導接段與該第二導接段係分別暴露於該第一階部與該第二階部。
  8. 【第8項】
    如申請專利範圍第6項所述之功率模組之封裝結構,其更包括複數個第二導接腳,嵌設於該絕緣框體之該側壁,且部分穿過該絕緣蓋體,其中每一該第二導接腳包括一第三導接段,該第三導接段係曝露於該第二階部。
  9. 【第9項】
    如申請專利範圍第1項所述之功率模組之封裝結構,其中該複數個柱體包括複數個一階柱體以及複數個二階柱體,每一該一階柱體在曝露於該第一連接部之一端部係呈單階狀且具有一第一高度,每一該二階柱體在暴露於該第一連接部之一端部係呈二階狀且具有一第二高度,其中該第二高度係大於該第一高度。
  10. 【第10項】
    如申請專利範圍第9項所述之功率模組之封裝結構,其中該絕緣蓋體包括複數個第一穿孔以及複數個第二穿孔,該複數個第一導接腳係部分地穿過該複數個第一穿孔,該複數個二階柱體係部分地穿過該複數個第二穿孔。
  11. 【第11項】
    如申請專利範圍第9項所述之功率模組之封裝結構,其中該功率模組之封裝結構係裝設且電性連接於一系統電路板,該系統電路板具有複數個導孔以及複數個定位孔,該複數個第一導接腳係插接於該複數個導孔,該複數個二階柱體係插設於該複數個定位孔。
  12. 【第12項】
    如申請專利範圍第1項所述之功率模組之封裝結構,其中該絕緣蓋體更包括一溝槽、一墊圈以及一上表面,該溝槽係設置於該上表面且環繞該複數個第一導接腳,該墊圈係設置於該溝槽。
  13. 【第13項】
    如申請專利範圍第1項所述之功率模組之封裝結構,其更包括一散熱裝置,該散熱裝置具有一第三鎖固部對應於該絕緣框體之該第一鎖固部,其中該鎖固元件連接該絕緣框體之該第一鎖固部、該絕緣蓋體之該第二鎖固部以及該散熱裝置之該第三鎖固部。
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