TWI668812B - 功率模組組裝結構 - Google Patents

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Abstract

本發明提供了一種功率模組組裝結構，包括一元件層、一軟板層、以及一外部接腳層。元件層設置在軟板層的一第一側，元件層的至少一元件電性連接軟板層的至少一導電區域的一第一側。軟板層設置在外部接腳層上，外部接腳層的至少一外部接腳電性連接至少一導電區域的一第二側。至少一元件產生的熱能通過至少一導電區域以及至少一外部接腳直接傳輸至功率模組組裝結構的外部以進行散熱並且達到電性連接的目的。

Description

功率模組組裝結構
本發明是有關於一種功率模組組裝結構，且特別是一種高散熱效率的功率模組組裝結構。
傳統的功率模組組裝結構，都是以陶瓷基板作為電路走線的基板，在陶瓷基板上設置功率模組的各種元件元件，而在陶瓷基板的邊緣，焊接外部接腳(wire bonding)，以電性連接功率模組外部的電路。而陶瓷基板上的元件，由於通電的緣故，會產生極大的熱能，在傳統的功率模組組裝結構中，元件的熱能主要是傳導至陶瓷基板，而陶瓷基板下方則會設置散熱片，作為散熱的主要手段，由於陶瓷基板上的電路走線，都是線徑相當微細，熱能無法快速通過電路走線以及外部接腳進行傳導散熱。
此外，傳統功率模組的結構由於在陶瓷基板之下設置散熱片，兩者之間需要添置散熱膏(Thermal Grease)，即使陶瓷基板以及散熱片的導熱係數都相當高，但是散熱膏通常是具有較低的導熱係數。如此一來，由元件所產生的熱能傳導至陶瓷基板，經過散熱膏，再傳導至散熱片，此一熱流路徑的熱阻相當大，散熱效率無法提升。此外，傳統功率模組需要設置散熱片，在成本上也無法有效降低。
因此，如何提供一種高散熱效率且成本低的功率模組組裝結構，顯然已經是業界的一個重要課題。
有鑑於此，本發明提供了一種功率模組組裝結構，包括一元件層，包括至少一元件，該至少一元件包括複數個元件電性接腳以及其他控制電路元件；一軟板層，包括至少一絕緣區域以及至少一導電區域，該至少一導電區域與該至少一元件對應設置，該至少一元件的複數個元件電性接腳的其中之一電性連接該至少一導電區域，該元件層設置在該軟板層的一第一側；以及一外部接腳層，設置在該軟板層的一第二側，該軟板層的該第一側以及該第二側為相對兩側，該外部接腳層包括至少一外部接腳，該至少一外部接腳與該軟板層的該至少一導電區域電性連接；其中，該至少一元件產生的一熱能，通過該至少一導電區域以及該至少一外部接腳直接傳導至該功率模組封裝結構的外部。
有鑑於此，本發明提供一種功率模組組裝結構，包括：一元件層，該元件層包括複數個元件；一軟板層，該元件層設置在該軟板層的一第一側，該複數個元件電性連接該軟板層的複數個導電區域各自的一第一側；以及一外部接腳層，該軟板層設置在該外部接腳層上，該外部接腳層包括至少一外部接腳，該至少一外部接腳電性連接該複數個導電區域各自的一第二側；其中，該至少一元件產生的一熱能，通過該該至少一導電區域以及該至少一外部接腳直接傳輸至該功率模組組裝結構的外部以進行散熱。
綜上所述，本發明的功率模組組裝結構，通過組裝結構上的改變，由除了使元件產生的熱能在傳導過程中，都是遇到熱阻極低的金屬材質，因此功率模組的散熱效率可以有效提升。另外，由於在本發明中，元件產生的熱能傳導路徑與導電路徑是相同的，因此在設計功率模組時，可以通過導電路徑的加強或減少，對功率模組組裝結構的散熱設計進行調控。再者，由於本發明中的功率模組組裝結構，不使用散熱片以及散熱膏，成本更可以因此降低。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
1‧‧‧功率模組組裝結構
10‧‧‧封裝材料層
11‧‧‧元件層
12‧‧‧軟板層
13‧‧‧外部接腳層
14‧‧‧第一連接材料層
15‧‧‧第二連接材料層
111‧‧‧第一元件
112‧‧‧第二元件
113‧‧‧第三元件
120‧‧‧絕緣區域
121‧‧‧第一導電區域
122‧‧‧第二導電區域
123‧‧‧第三導電區域
124‧‧‧第四導電區域
125‧‧‧第五導電區域
126‧‧‧第六導電區域
130‧‧‧接腳層基板
131‧‧‧第一外部接腳
132‧‧‧第二外部接腳
133‧‧‧第三外部接腳
134‧‧‧第四外部接腳
H‧‧‧熱能傳導方向
圖1為本發明實施例之功率模組組裝結構的橫截面的示意圖。
圖2為本發明實施例之功率模組組裝結構的分解示意圖。
圖3為圖1中的功率模組組裝結構的部分示意圖。
在下文將參看隨附圖式更充分地描述各種例示性實施例，在隨附圖式中展示一些例示性實施例。然而，本發明概念可能以許多不同形式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之例示性實施例。確切而言，提供此等例示性實施例使得本發明將為詳盡且完整，且將向熟習此項技術者充分傳達本發明概念的範疇。在諸圖式中，可為了清楚而誇示層及區之大小及相對大小。類似數字始終指示類似元件。
應理解，雖然本文中可能使用術語第一、第二、第三等來描述各種元件，但此等元件不應受此等術語限制。此等術語乃用以區分一元件與另一元件。因此，下文論述之第一元件可稱為第二元件而不偏離本發明概念之教示。如本文中所使用，術語「及/或」包括相關聯之列出項目中之任一者及一或多者之所有組合。
以下將以至少一種實施例配合圖式來說明所述功率模組組裝結構，然而，下述實施例並非用以限制本揭露內容。
〔本發明功率模組組裝結構的實施例〕
請參照圖1以及圖2，圖1為本發明實施例之功率模組組裝結構的橫截面的示意圖。圖2為本發明實施例之功率模組組裝結構的分解示意圖。
本發明實施例，功率模組組裝結構1是一通過各種功率元件或是功率開關元件提供直流電壓或是交流電壓的模組或是裝置，在 本實施例中，功率模組組裝結構1不限於特定種類的功率元件或是功率開關元件，功率元件的種類在本發明中不作限制。
功率模組組裝結構1包括一元件層11、一軟板層12以及一外部接腳層13。其中，元件層11設置在軟板層12的一第一側(圖未示)，外部接腳層13則設置在軟板層12的一第二側。其中，軟板層12的第一側與第二側分別是軟板層12的相對側，也就是，元件層11與外部接腳層13分別設置在軟板層12的兩側。在本實施例中，元件層11包含複數個功率元件及其他控制元件、被動元件等，該等元件通過軟板層12的導電層(例如：銅箔)構成控制電路。
在本實施例中，元件層11包括一第一元件111、一第二元件112、以及一第三元件113。也就是，元件層11包括至少一元件。此外，元件層11包括的元件數量，可以根據實際需求進行調整設計，在本發明中不作限制。
在本實施例中，元件層11上的功率元件是一個發熱源，當功率模組被提供電能後，每一元件則會進入工作模式，每一元件所產生的熱能就會傳導至軟板層12。
在本實施例中，軟板層12是一軟性電路板，包括一絕緣區域120、一第一導電區域121、一第二導電區域122、以及一第三導電區域123。軟板層12的第一導電區域121、第二導電區域122以及第三導電區域123是根據元件層11的第一元件111、第二元件112、以及第三元件113的設置位置對應設置的。也就是，第一元件111會電性連接第一導電區域121，第二元件112會電性連接第二導電區域122，第三元件113會電性連接第三導電區域123。在本實施例中，軟板層12是一雙面開窗露錫的軟性電路板，在軟板層12中設置有導電層，電性連接其他電路。
進一步地說，第一元件111、第二元件112以及第三元件113分別包括複數個元件電性接腳(圖未示)。第一元件111的複數個 元件電性接腳(圖未示)的其中之一電性連接第一導電區域121。第二元件112的複數個元件電性接腳(圖未示)的其中之一電性連接第二導電區域122。第三元件113的複數個元件電性接腳(圖未示)的其中之一電性連接第三導電區域123。
在本實施例中，軟板層12還包括一第四導電區域124、一第五導電區域125以及一第六導電區域126。第一元件111的複數個元件電性接腳(圖未示)的其中之一電性連接第四導電區域124。第二元件112的複數個元件電性接腳(圖未示)的其中之一電性連接第五導電區域125。第三元件113的複數個元件電性接腳(圖未示)的其中之一電性連接第六導電區域126。
在本實施例中，軟板層12的導電區域數量可以根據實際需求進行調整設置，在本發明中不作限制。進一步地說，軟板層12的導電區域數量可以根據元件層11的第一元件111、第二元件112、以及第三元件113的熱能產生情況進行調整，也就是，使用者可以根據各元件的電壓電流的輸入接腳或是輸出接腳，對應設置軟板層12上的導電區域。而在本實施例中，第一導電區域121、第二導電區域122、第三導電區域123、第四導電區域124、第五導電區域125、以及第六導電區域126，在軟板層12上是兩面開口的導電區域，也就是軟板層12內鋪上銅箔或是其他導電材料，在軟板層12兩側都開口，作為電性連接元件層11以及外部接腳層13的區域。
外部接腳層13包括一接腳層基板其中，該外部接腳層包括一接腳層本體130、一第一外部接腳131、一第二外部接腳132、以及一第三外部接腳133。在本實施例中，第一外部接腳131、第二外部接腳132、以及第三外部接腳133都是設置在接腳層基板130中。第一外部接腳131、第二外部接腳132、以及第三外部接腳133則是分別電性連接第一導電區域121的第二側、第二導電區域122的第二側、以及第三導電區域123的第二側。
在本實施例中，外部接腳層13還包括一第四外部接腳134。第四外部接腳134電性連接第四導電區域124、第五導電區域125以及第六導電區域126。在實際接腳設計中，第四外部接腳134可以是電源接腳(power pin)或是接地接腳(ground pin)。
在本實施例中，接腳層基板130的材質為塑膠，然而使用者可以根據實際需求進行調整設計，本發明中不作限制。
進一步地說，第一元件111產生的熱能，可以通過第一導電區域121以及第一外部接腳131直接傳導至功率模組組裝結構1的外部。第二元件112產生的熱能，可以通過第二導電區域122以及第二外部接腳132直接傳導至功率模組組裝結構1的外部。第三元件113產生的熱能，可以通過第三導電區域123以及第三外部接腳133直接傳導至功率模組組裝結構1的外部。此外，第一元件111、第二元件112、第三元件113產生的熱能，可以通過第四導電區域124、第五導電區域125、第六導電區域126、以及第四外部接腳134直接傳導至功率模組組裝結構1的外部。
在本實施例中，第一外部接腳131、第二外部接腳132、第三外部接腳133、以及第四外部接腳134分別是一平板狀的導電金屬板。也就是，第一外部接腳131、第二外部接腳132、第三外部接腳133、以及第四外部接腳134的厚度與寬度可以根據輸出的電壓電流大小或是輸入的電壓電流大小進行設計與調整，在本發明中不作限制。在其他實施例中，第一外部接腳131、第二外部接腳132、第三外部接腳133、以及第四外部接腳134的厚度介於0.1mm~5mm，使用者可以根據流經的電流大小進行調整，在本發明中不作限制。
在本實施例中，功率模組組裝結構還包括一封裝材料層10，設置在元件層11以及軟板層12上側。
請參照圖2，在本實施例中的功率模組組裝結構1還包括一第一連接材料層14以及一第二連接材料層15。其中，第一元件111、 第二元件112、以及第三元件113各自的複數個元件電性接腳的其中之一分別通過第一連接材料層14與第一導電區域121、第二導電區域122、以及第三導電區域123電性連接。此外、第一元件111、第二元件112、以及第三元件113各自的複數個元件電性接腳的其中之一分別通過第一連接材料層14與第四導電區域124、第五導電區域125、以及第六導電區域126電性連接。
第一導電區域121、第二導電區域122、以及第三導電區域123則分別通過一第二連接材料層15與第一外部接腳131、第二外部接腳132、第三外部接腳133電性連接。第四導電區域124、第五導電區域125、以及第六導電區域126則分別通過一第二連接材料層15與第四外部接腳134電性連接。
在本實施例中，第一連接材料層14以及第二連接材料層15包括一無鉛銲錫、一錫膏或一導電銀膏，可根據實際需求進行調整設計，在本發明中不作限制。
請參照圖3，圖3為圖1中的功率模組組裝結構的部分示意圖。
在功率模組組裝結構1中，擷取部分組裝後的結構，作為熱能傳導方式的說明參考。
其中，第一元件111產生的熱能傳導方向H會通過第一連接材料層14、第一導電區域121、以及第二連接材料層15、直接傳導至第一外部接腳131。在本實施例中，第一外部接腳131是平板狀的接腳，在熱能傳導效率上，比起細線狀的導線要高，因此可以有效將熱能傳導至功率模組組裝結構1的外部。
進一步地說，在本實施例中，第一元件111產生的熱能的熱能傳導方向H是通過導電路徑進行傳導，也就是，由於第一元件111的複數個元件電性接腳的其中之一通過第一連接材料層14電性連接第一導電區域121的第一側，而第一導電區域121的第二側則是通過第二連接材料層15電性連接第一外部接腳131。在本實施例中，使用者是選擇第一元件111輸出電流或是輸入電流特別大 的元件電性接腳作為導電區域的設置選擇，因此第一元件111流經大電流而產生的熱能，可以通過導電路徑快速的傳導至功率模組組裝結構的外部。在本實施例中，其他導電區域與外部接腳的熱能傳導方式也與先前所述的熱能傳導方式相同，在此不做贅述。
〔實施例的可能功效〕
綜上所述，本發明的功率模組組裝結構，通過組裝結構上的改變，由除了使元件產生的熱能在傳導過程中，都是遇到熱阻極低的金屬材質，因此功率模組的散熱效率可以有效提升。另外，由於在本發明中，元件產生的熱能傳導路徑與導電路徑是相同的，因此在設計功率模組時，可以通過導電路徑的加強或減少，對功率模組組裝結構的散熱設計進行調控。再者，由於本發明中的功率模組組裝結構，不使用散熱片以及散熱膏，成本更可以因此降低。
以上所述僅為本發明之實施例，其並非用以侷限本發明之專利範圍。

Claims (9)

  1. 一種功率模組組裝結構，包括：一元件層，包括至少一元件，該至少一元件包括複數個元件電性接腳；一軟板層，包括至少一絕緣區域以及至少一導電區域，該至少一導電區域與該至少一元件對應設置，該至少一元件的複數個元件電性接腳的其中之一電性連接該至少一導電區域，該元件層設置在該軟板層的一第一側，其中，該軟板層是平板狀，該至少一導電區域是一銅箔；以及一外部接腳層，設置在該軟板層的一第二側，該軟板層的該第一側以及該第二側為相對兩側，該外部接腳層包括至少一外部接腳，該至少一外部接腳與該軟板層的該至少一導電區域電性連接，其中，該至少一外部接腳為平板狀；其中，該至少一元件的該複數個元件電性接腳的其中之一、該至少一導電區域以及該至少一外部接腳彼此平貼地電性連接，該至少一元件產生的一熱能，通過該至少一導電區域以及該至少一外部接腳直接傳導至該功率模組封裝結構的外部。
  2. 如申請專利範圍第1項之功率模組組裝結構，其中，該外部接腳層包括一接腳層基板，該至少一外部接腳設置在該接腳層基板內，對應於該至少一導電區域設置。
  3. 如申請專利範圍第1項之功率模組組裝結構，其中，該至少一導電區域為一兩面開口的導電區域。
  4. 如申請專利範圍第1項之功率模組組裝結構，其中，該至少一元件的該至少一元件電性接腳與該至少一導電區域通過一第一連接材料層電性連接，該至少一導電區域與該外部接腳層的該至少一外部接腳通過一第二連接材料層電性連接。
  5. 如申請專利範圍第4項之功率模組組裝結構，其中，該第一連接材料層以及該第二連接材料層包括一無鉛銲錫、一錫膏或一導電銀膏。
  6. 一種功率模組組裝結構，包括：一元件層，該元件層包括複數個元件；一軟板層，該元件層設置在該軟板層的一第一側，該複數個元件電性連接該軟板層的複數個導電區域各自的一第一側，其中，該軟板層是平板狀，每一該導電區域是一銅箔；以及一外部接腳層，該軟板層設置在該外部接腳層上，該外部接腳層包括至少一外部接腳，該至少一外部接腳電性連接該複數個導電區域各自的一第二側，其中，該至少一外部接腳為平板狀；其中，該至少一元件的該複數個元件電性接腳的其中之一、該至少一導電區域以及該至少一外部接腳彼此平貼地電性連接，該複數個元件產生的一熱能，通過該該複數個導電區域以及該至少一外部接腳直接傳輸至該功率模組組裝結構的外部以進行散熱。
  7. 如申請專利範圍第6項之功率模組組裝結構，其中，該外部接腳層包括一接腳層基板，該至少一外部接腳設置在該接腳層基板內，對應於該至少一導電區域設置。
  8. 如申請專利範圍第6項之功率模組組裝結構，其中，該至少一元件與該至少一導電區域通過一第一連接材料層電性連接，該至少一導電區域與該外部接腳層的該至少一外部接腳通過一第二連接材料層電性連接。
  9. 如申請專利範圍第8項之功率模組組裝結構，其中，該第一連接材料層以及該第二連接材料層包括一無鉛銲錫、一錫膏或一導電銀膏。
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