TWI814372B - 功率封裝模組 - Google Patents

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Abstract

本發明公開一種功率封裝模組。功率封裝模組包括電子組件、第一引腳組件以及第二引腳組件。電子組件至少包括載板。第一引腳組件包括第一功率元件引腳，且第二引腳組件包括第二功率元件引腳。第一功率元件引腳與第二功率元件引腳分別由載板的不同表面延伸，而具有高度差。第一功率元件引腳包括第一接觸段以及第一非接觸段 。第一接觸段直接連接載板，第一非接觸段未接觸載板。載板凸出第一接觸段而延伸到第一非接觸段下方。

Description

功率封裝模組
本發明涉及一種功率封裝模組，且特別是關於一種具有高耐壓的功率封裝模組。
功率模組可被應用於家用變頻系統、電動車以及工業控制系統(industrial control system)中，以轉換電能或是控制電路。在一些電路中，如：電壓轉換電路，功率模組會需要操作在高電壓或者大電流等高功率的條件下。因此，功率模組被要求具有高耐壓與耐受大電流操作的特性。
現有的功率模組通常具有多個引腳，用以電性連接至外部電路。其中一部分引腳會用來電性連接高電壓電源端或是大電流負載。對於操作在高電壓或高電流的功率模組而言，用來連接高電壓電源端或是大電流負載的兩相鄰引腳之間的爬電距離(creepage distance)以及電氣間隔(clearance)要滿足特定的要求，以避免兩相鄰的引腳之間漏電而降低產品可靠性。
本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種功率封裝模組，以減少漏電並提升產品可靠度。
為了解決上述的技術問題，本發明所採用的另外一技術方案是，提供一種功率封裝模組。功率封裝模組包括電子組件、第一引腳組件以及第二引腳組件。電子組件至少包括載板。第一引腳組件包括至少一第一功率元件引腳，且第二引腳組件包括至少一第二功率元件引腳。第一功率元件引腳與第二功率元件引腳分別載板的不同表面延伸，而具有高度差。第一功率元件引腳包括相互連接的第一接觸段以及第一非接觸段。第一接觸段接觸載板，且第一非接觸段不接觸載板。載板在第一功率元件引腳的延伸方向上凸出第一接觸段而延伸到第一非接觸段的下方。
本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的功率封裝模組，其能通過“載板在第一功率元件引腳的延伸方向上凸出第一接觸段而延伸到第一非接觸段的下方”的技術方案，可使功率封裝模組具有較小的體積，又可增加相鄰的功率元件引腳之間的爬電距離，以提升可靠度。
為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。
以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關“功率封裝模組”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。
應當可以理解的是，雖然本文中可能會使用到“第一”、“第二”、“第三”等術語來描述各種元件或者信號，但這些元件或者信號不應受這些術語的限制。這些術語主要是用以區分一元件與另一元件，或者一信號與另一信號。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。
[第一實施例]
請參照圖1至圖3，圖1為本發明第一實施例的功率封裝模組的立體示意圖，圖2與圖3分別為功率封裝模組在不同角度的立體分解示意圖。本實施例的功率封裝模組M1可以被應用於電子產品的電路設計中，並適用於在高電壓與高電流下運作。在本實施例中，功率封裝模組M1包括電子組件1、第一引腳組件2、第二引腳組件3、散熱件4A, 4B、以及封裝層5。
如圖2與圖3所示，本實施例的電子組件1包括載板10、第一功率元件組11以及第二功率元件組12。載板10除了用以承載第一功率元件組11與第二功率元件組12，還可以建立第一功率元件組11或第二功率元件組12內的多個功率元件之間的電性連結。在本實施例中，是以形成電壓轉換系統電路的其中一部份電路為例，來說明本發明實施例的載板10的詳細結構，以及載板10、第一功率元件組11與第二功率元件組12之間的電性連接關係。
請一併參照圖2與圖3，載板10包括絕緣板100、第一線路圖案層101以及第二線路圖案層102。絕緣板100的材料可以是陶瓷、高分子或者是複合材料，其中陶瓷可以是氧化鋁、氮化鋁或者氮化矽。絕緣板100具有相反的第一表面100a以及第二表面100b。
如圖2所示，第一線路圖案層101設置於絕緣板100的第一表面100a。第一線路圖案層101可以根據實際需求，而包括多個第一焊墊。進一步而言，第一線路圖案層101可用來建構第一功率元件組11中的多個第一功率元件11A, 11B的電流傳輸路徑。據此，多個第一焊墊的形狀、數量以及配置可以根據第一功率元件組11中的第一功率元件11A, 11B的數量及其焊接位置來調整。
如圖2所示，本實施例的第一線路圖案層101可以包括一第一接地焊墊101S、兩個第一閘極焊墊101G、一第一切換電壓焊墊101P以及一第一電源輸入焊墊101D，但本發明不以此為限。須說明的是，在本實施例中，第一接地焊墊101S、第一閘極焊墊101G、第一切換電壓焊墊101P以及第一電源輸入焊墊101D各有一部分會朝著絕緣板100(或者載板10)的同一個側邊緣E1延伸，而使其端部鄰近於絕緣板100的側邊緣E1，但本發明不以此為限。
當功率封裝模組M1操作時，第一接地焊墊101S、第一切換電壓焊墊101P以及第一電源輸入焊墊101D要能夠允許較大的電流通過。因此，第一接地焊墊101S、第一切換電壓焊墊101P以及第一電源輸入焊墊101D中的任一個的面積會大於每一個第一閘極焊墊101G的面積。
請參照圖2，在本實施例中，第一切換電壓焊墊101P的俯視形狀呈L型，且具有沿著第一方向D1延伸的第一連接部(未標號)以及沿著第二方向D2延伸的第二連接部(未標號)。第一連接部相鄰於第一電源輸入焊墊101D以及其中一個第一閘極焊墊101G。然而，第一連接部與第一電源輸入焊墊101D之間分隔距離，會大於第一連接部與第一閘極焊墊101G之間的分隔距離。如此，可以避免在第一切換電壓焊墊101P與第一電源輸入焊墊101D之間產生電弧放電，而損壞元件。
第一切換電壓焊墊101P的第二連接部由第一連接部的一端延伸到靠近於第一接地焊墊101S的位置。然而，第一切換電壓焊墊101P的第二連接部與第一接地焊墊101S之間的分隔距離，也會大於第一接地焊墊101S與另一第一閘極焊墊101G之間的分隔距離，以避免在第一切換電壓焊墊101P與第一接地焊墊101S之間產生電弧放電。
請參照圖3，在本實施例中，第二線路圖案層102是設置於絕緣板100的第二表面100b。也就是說，第一線路圖案層101與第二線路圖案層102是分別位於絕緣板100的兩相反側。相似地，第二線路圖案層102可用來建構第二功率元件組12中的多個功率元件的電流傳輸路徑。據此，第二線路圖案層102可以根據實際需求，而包括多個第二焊墊，且多個第二焊墊的形狀、數量以及配置，可以根據第二功率元件組12中的功率元件的數量及其焊接位置來調整。
詳細而言，第二線路圖案層102可以包括一第二接地焊墊102S、兩個第二閘極焊墊102G、一第二切換電壓焊墊102P以及一第二電源輸入焊墊102D，但本發明不以此為限。
須說明的是，在本實施例中，功率封裝模組M1為直插式功率封裝模組。因此，相似於第一線路圖案層101，第二線路圖案層102的第二接地焊墊102S、第二閘極焊墊102G、第二切換電壓焊墊102P以及第二電源輸入焊墊102D也各有一部分會朝著絕緣板100(或者載板10)側邊緣E1延伸，而使其端部位於鄰近於側邊緣E1的位置。
另外，當功率封裝模組M1操作時，第二接地焊墊102S、第二切換電壓焊墊102P以及第二電源輸入焊墊102D要能夠允許較大的電流通過。因此，第二接地焊墊102S、第二切換電壓焊墊102P以及第二電源輸入焊墊102D中的任一個的面積會大於每一個第二閘極焊墊102G的面積。
請參照圖3，相似於第一切換電壓焊墊101P，第二切換電壓焊墊102P的底視形狀大致呈L型，且具有沿著第一方向D1延伸的第一連接部(未標號)以及沿著第二方向D2延伸的第二連接部(未標號)。第一連接部與第二電源輸入焊墊102D以及其中一個第二閘極焊墊102G相鄰。然而，第二連接部與第二電源輸入焊墊102D之間分隔距離，會大於第二連接部與第二閘極焊墊102G之間的分隔距離。如此，可以避免在第二切換電壓焊墊102P與第二電源輸入焊墊102D之間產生電弧放電，而損壞元件。
第二切換電壓焊墊102P的第二連接部由第一連接部延伸到靠近於第二接地焊墊102S的位置。然而，第二切換電壓焊墊102P的第二連接部與第二接地焊墊102S之間的分隔距離，也會大於第二接地焊墊102S與另一第二閘極焊墊102G之間的分隔距離，以避免在第二切換電壓焊墊102P與第二接地焊墊102S之間產生電弧放電。
在本實施例中，構成第一線路圖案層101或第二線路圖案層102的材料可以選擇具有高導電率的材料，如：銅或其合金，以降低寄生電阻。如此，第一線路圖案層101與第二線路圖案層102皆可允許較大的電流通過，而使功率封裝模組M1可在大電壓與大電流的條件下操作。
請參照圖2至圖4，第一功率元件組11與第二功率元件組12設置在載板10上，並分別位於載板10的兩相反側，但本發明不以此例為限。第一功率元件組11與第二功率元件組12可包括一或多個功率元件(圖2與圖3繪示兩個為例)。功率元件例如是絕緣閘雙極電晶體(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)、金屬氧化物半導體場效電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET)或其任意組合。功率元件的材料例如碳化矽、矽或者氮化鎵。
在一實施例中，第一功率元件組11可包括多個第一功率元件11A, 11B(圖2繪示兩個為例)，且多個第一功率元件11A, 11B並通過第一線路圖案層101彼此電性連接，以形成規格化電路(如：電壓轉換電路)的一部分。第二功率元件組12可包括多個第二功率元件12A, 12B(圖3繪示兩個為例)，且多個第二功率元件12A, 12B通過第二線路圖案層102彼此電性連接，也可可形成規格化電路(如：電壓轉換電路)的另一部分。在本實施例中，第一功率元件11A, 11B與第二功率元件12A, 12B並未電性連接。然而，當功率封裝模組M1電性連接外部電路時，第一功率元件11A, 11B也可通過外部電路而電性連接第二功率元件12A, 12B，但本發明不以此為限。
在另一實施例中，第一線路圖案層101也可通過形成在絕緣板100內的一或多個導電孔(圖未示)與第二線路圖案層102電性連接，從而使第一功率元件11A(11B)與第二功率元件12A(12B)並聯，進而增加功率封裝模組M1的功率密度(power density)。
請配合參照圖4，以第一功率元件組11的第一功率元件11A, 11B為例來進行說明。每一個第一功率元件11A, 11B可包括第一源極接墊11s、第一汲極接墊11d以及第一閘極接墊11g。值得一提的是，本實施例的第一功率元件11A, 11B為經過初步封裝後的元件，且第一汲極接墊11d、第一閘極接墊11g與第一源極接墊11s都位於第一功率元件11A, 11B的相同側。因此，本實施例的第一功率元件11A, 11B可通過表面貼合技術直接設置在載板10上，而不需要使用焊線，進而可縮減功率封裝模組M1的整體體積。
詳細而言，每一個第一功率元件11A, 11B可包括一第一功率晶片110以及連接於第一功率晶片110的第一導電連接件111。前述的第一源極接墊11s以及第一閘極接墊11g是位於第一功率晶片110的主動面。第一導電連接件111設置在第一功率晶片110的背面並具有第一接腳部111t。前述的第一汲極接墊11d是設置在第一接腳部111t的末端。
如圖4所示，在本實施例中，兩個第一功率元件11A, 11B的配置方式不同。進一步而言，其中一個第一功率元件11A是以第一功率晶片110所在的一側朝向載板10的側邊緣E1而設置。另一個第一功率元件11B是以第一功率晶片110所在的一側朝向第一功率元件11A而設置。也就是說，第一功率元件11B的第一接腳部111t會朝向載板10的另一個側邊緣E2而設置。
如圖4所示，兩個第一功率元件11A, 11B可通過第一線路圖案層101而相互串接。詳細而言，當第一功率元件11A, 11B設置在第一線路圖案層101上時，兩個第一功率元件11A, 11B的兩個第一閘極接墊11g可分別連接於兩個第一閘極焊墊101G。其中一個第一功率元件11A的第一源極接墊11s電性連接於第一接地焊墊101S，且第一汲極接墊11d電性連接於第一切換電壓焊墊101P。另一個第一功率元件11B的第一源極接墊11s是電性連接於第一切換電壓焊墊101P，且第一汲極接墊11d電性連接於第一電源輸入焊墊101D。
請配合參照圖3與圖5，在本實施例中，每一個第二功率元件12A, 12B可包括第二源極接墊12s、第二汲極接墊12d以及第二閘極接墊12g。每一個第二功率元件12A, 12B可包括第二功率晶片120以及連接於第二功率晶片120的第二導電連接件121。前述的第二源極接墊12s以及第二閘極接墊12g是位於第二功率晶片120的主動面。第二導電連接件121設置在第二功率晶片120的背面並具有第二接腳部121t。前述的第二汲極接墊12d是設置在第二接腳部121t的末端。
請配合參照圖4與圖5，在本實施例中，第一線路圖案層101的圖案與第二線路圖案層102的圖案是相對於絕緣板100而呈鏡面對稱，但本發明不以此為限。第二功率元件12A, 12B的配置類似於第一功率元件11A, 11B的配置。其中一個第二功率元件12A是以第二功率晶片120所在的一側朝向載板10的側邊緣E1而設置。另一個第二功率元件12B是以第二功率晶片120所在的一側朝向第二功率元件12A而設置。
另外，兩個第二功率元件12A, 12B可通過第二線路圖案層102而相互串接。詳細而言，當第二功率元件12A, 12B設置在第二線路圖案層102上時，兩個第二功率元件12A, 12B的兩個第二閘極接墊12g可分別連接於兩個第二閘極焊墊102G。其中一個第二功率元件12A的第二源極接墊12s電性連接於第二接地焊墊102S，且第二汲極接墊12d電性連接於第二切換電壓焊墊102P。另一個第二功率元件12B的第二源極接墊12s是電性連接於第二切換電壓焊墊102P，且第二汲極接墊12d電性連接於第二電源輸入焊墊102D。
請再參照圖4，本實施例的電子組件1還進一步包括至少一溫度感測器13A。另外，第一線路圖案層101還包括一第一正電極焊墊101A以及第一負電極焊墊101B。溫度感測器13A的兩電極可分別電性連接於第一正電極焊墊101A以及第一負電極焊墊101B。在本實施例中，當第一功率元件組11運作時，溫度感測器13A可用來偵測功率封裝模組M1內部的溫度，以避免第一功率元件11A, 11B因過熱而受損。
如圖5所示，電子組件1也可進一步包括另一個設置在第二線路圖案層102上的另一溫度感測器13B，以監控第二功率元件12A運作時的環境溫度。據此，第二線路圖案層102也可具有用來電性連接溫度感測器13B的第二正極焊墊102A與第二負極焊墊102B，但本發明不以此例為限。
請參照圖4，第一引腳組件2設置在載板10上，並連接於第一線路圖案層101，以使溫度感測器13A與多個第一功率元件11A, 11B可電性連接至另一外部電路。進一步而言，第一引腳組件2可包括多個第一功率元件引腳20。每個第一功率元件引腳20可通過第一線路圖案層101電性連接對應的第一功率元件11A, 11B。
多個第一功率元件引腳20可被定義於用來接收或者輸出多種不同的信號。舉例而言，多個第一功率元件引腳20可至少包括第一接地引腳20S、兩個第一閘極引腳20G、一第一切換電壓引腳20P以及一第一電源輸入引腳20D，但本發明不以此為限。
如圖4所示，第一接地引腳20S是電性連接於第一接地焊墊101S。兩個第一閘極引腳20G分別連接於兩個第一閘極焊墊101G。另外，第一切換電壓引腳20P與第一電源輸入引腳20D分別連接於第一切換電壓焊墊101P與第一電源輸入焊墊101D。須說明的是，第一接地引腳20S、第一切換電壓引腳20P以及第一電源輸入引腳20D的截面積較大，以允許較大的電流通過。
另外，本實施例的第一引腳組件2還可進一步包括溫度感測引腳組21，其通過第一線路圖案層101電性連接於溫度感測器13A。如圖4所示，溫度感測引腳組21可包括分別連接於第一正電極焊墊101A以及第一負電極焊墊101B的第一正極引腳21A以及第一負極引腳21B。
請參照圖5，第二引腳組件3設置在載板10上，並連接於第二線路圖案層102，以使溫度感測器13A與多個第二功率元件12A, 12B可電性連接至另一外部電路。也就是說，第二引腳組件3與第一引腳組件2是分別位於載板10的兩相反表面。
第二引腳組件3可包括多個第二功率元件引腳30。每個第二功率元件引腳30可通過第二線路圖案層102電性連接對應的第二功率元件12A, 12B。多個第二功率元件引腳30可至少包括第二接地引腳30S、兩個第二閘極引腳30G、一第二切換電壓引腳30P以及一第二電源輸入引腳30D，但本發明不以此為限。
如圖5所示，第二接地引腳30S是電性連接於第二接地焊墊102S。兩個第二閘極引腳30G分別連接於兩個第二閘極焊墊102G。另外，第二切換電壓引腳30P與第二電源輸入引腳30D分別連接於第二切換電壓焊墊102P與第二電源輸入焊墊102D。須說明的是，第二接地引腳30S、第二切換電壓引腳30P以及第二電源輸入引腳30D的截面積較大，以允許較大的電流通過。
另外，本實施例的第二引腳組件3還可進一步包括另一溫度感測引腳組31，其通過第二線路圖案層102電性連接於溫度感測器13B。如圖5所示，溫度感測引腳組31可包括分別連接於第二正極焊墊102A以及第二負極焊墊102B的第二正極引腳31A以及第二負極引腳31B。
請配合參照圖6以及圖7，其分別為本發明第一實施例的功率封裝模組的俯視示意圖與局部剖面示意圖。如圖7所示，第一實施例的功率封裝模組M1還包括兩個散熱件4A, 4B，且兩個散熱件4A, 4B分別位於電子組件1的兩相反側。兩個散熱件4A, 4B分別設置在第一功率元件11A與第二功率元件12A上，用以將第一功率元件11A與第二功率元件12A運作時所產生的熱量散出。也就是說，第一功率元件11A與第二功率元件12A設置在散熱件4A, 4B與載板10之間。在一實施例中，散熱件4A, 4B例如是覆銅陶瓷基板(Direct Bonded Copper, DBC)或直接電鍍銅陶瓷基板(Direct Plated Copper, DPC)等，但本發明並不以此為限。
如圖7所示，每一個散熱件4A, 4B可包括第一導電層41、第二導電層42以及位於第一導電層41與第二導電層42之間的絕緣導熱體43。第一導電層41具有兩個彼此分離的接墊(未標號)，分別設置在兩個第一功率元件11A, 11B (或兩個第二功率元件12A, 12B)上。絕緣導熱體43例如是陶瓷板或者是具有較高導熱係數的絕緣膠材，本發明並不限制。第二導電層42設置在絕緣導熱體43上，並具有比第一導電層41更大的面積。
另外，功率封裝模組M1還包括一封裝層5，且封裝層5至少包覆電子組件1。由於本實施例的功率封裝模組M1為直插式功率封裝模組，因此，多個第一功率元件引腳20與多個第二功率元件引腳30各有一部分凸出於封裝層5的一側表面5s，而裸露在封裝層5外。另外，散熱件4A, 4B局部地裸露於封裝層5之外。如圖7所示，散熱件4A, 4B的第二導電層42被裸露在封裝層5外，以使功率封裝模組M1運作時所產生的熱能更有效地散出至外部。
在將功率封裝模組M1應用在另一系統電路(圖未示)時，通過使功率封裝模組M1的第一引腳組件2與第二引腳組件3對應連接於特定的電壓端點，即可使功率封裝模組M1內的多個第一功率元件11A, 11B、多個第二功率元件12A, 12B以及其他電子元件(如：溫度感測器13A, 13B)電性連接於系統電路。
請再參照圖6，在本實施例中，封裝層5的側表面5s還具有至少一凹陷區5H(圖6繪示2個為例)。從俯視方向看，至少一個凹陷區5H可位於需要通過大電流且彼此相鄰的兩個第一功率元件引腳20(如：第一切換電壓引腳20P與第一電源輸入引腳20D)之間，以增加第一切換電壓引腳20P與第一電源輸入引腳20D之間的爬電距離(creepage distance)。請配合參照圖1與圖6，須說明的是，本實施例的凹陷區5H會由封裝層5的頂面延伸到底面，而位於第二切換電壓引腳30P與第二電源輸入引腳30D之間，以增加相鄰的第二切換電壓引腳30P與第二電源輸入引腳30D之間的爬電距離。如此，可以避免相鄰的兩個第一功率元件引腳20或相鄰的兩個第二功率元件引腳30之間漏電，而降低產品可靠性。
請參照圖6與圖7，在本實施例中，任一個第一功率元件引腳20(如：第一接地引腳20S)與對應的第二功率元件引腳30(如：第二接地引腳30S)會在載板10的厚度方向上彼此對齊。請參照圖7，值得一提的是，在本實施例中，任一個第一功率元件引腳20(如：第一接地引腳20S)與對應的第二功率元件引腳30(如：第二接地引腳30S)在載板10的厚度方向上會具有高度差H1。
在本實施例中，每一個第一功率元件引腳20與每一個第二功率元件引腳30都是彎折引腳。如圖7所示，每一個第一功率元件引腳20包括彼此連接的一第一接觸段201以及一第一非接觸段202。相似地，每一個第二功率元件引腳30包括彼此連接的一第二接觸段301以及一第二非接觸段302。第一接觸段201與第二接觸段301會直接連接於載板10，而第一非接觸段202與第二非接觸段302則未接觸載板10。
值得一提的是，載板10在第一方向D1上凸出第一接觸段201，而延伸到所述第一非接觸段202的下方。如圖7所示，載板10的側邊緣E1在第一方向D1上凸出於第一接觸段201與第二接觸段301，且載板10會延伸到第一非接觸段202與第二非接觸段302之間。第一接觸段201(或第二接觸段301)在第一方向D1具有長度L1。另外，第一非接觸段202(或第二非接觸段302)在載板10上的垂直投影在第一方向D1上具有一投影長度L2。
在本實施例中，第一非接觸段202與第二非接觸段302分別朝不同的方向延伸後，再被彎折而朝相同方向(即第一方向D1)延伸。據此，第一非接觸段202與第二非接觸段302各具有一個彎折部。彎折部可增加第一非接觸段202與第二非接觸段302之間的高度差H1，而使功率封裝模組M1具有較大的操作電壓，但本發明不以此為限。
須說明的是，第一非接觸段202與第二非接觸段302之間的高度差H1即為第一功率元件引腳20與第二功率元件引腳30之間的電氣間隙。功率封裝模組M1的操作電壓越高，第一非接觸段202與第二非接觸段302之間的高度差H1要越大，以避免產生電弧放電。
在本實施例中，第一非接觸段202或第二非接觸段302的彎折部在載板10上的垂直投影位置是落在載板10內。換言之，載板10在第一方向D1上延伸超過第一非接觸段202(或者第二非接觸段302)的彎折部。進一步而言，本實施例的載板10還包括一延伸部分103，且延伸部分103會延伸超出第一非接觸段202(或者第二非接觸段302)的彎折部。
如此，也可以增加第一功率元件引腳(第一接地引腳20S)與第二功率元件引腳(第二接地引腳30S)之間的爬電距離。在一實施例中，延伸部分103與絕緣板100為一體成形，且由相同材料構成，但本發明不以此為限。
[第二實施例]
請參照圖8，其為本發明第二實施例的功率封裝模組的局部剖面示意圖。本實施例與圖7的實施例相同的元件具有相同或相似的標號，且不再贅述。在本實施例的功率封裝模組M2中，封裝層5並沒有完全包覆載板10。相較於第一實施例而言，本實施例的載板10的側邊緣E1會裸露在封裝層5外。
詳細而言，載板10的延伸部分103會穿過封裝層5而凸出於封裝層5的側表面5s，而形成一電氣隔離部GA，以增加第一非接觸段202與第二非接觸段302之間的爬電距離。如此，可在未大幅增加功率封裝模組M2的整體體積的情況下，避免漏電而降低產品可靠性。另外，在一實施例中，延伸部分103(或電氣隔離部GA)會在第二方向D2上延伸，而位於第一引腳組件2與第二引腳組件3之間。
[第三實施例]
請參照圖9，圖9為本發明第三實施例的功率封裝模組的局部剖面示意圖。本實施例與圖8的實施例相同的元件具有相同或相似的標號，且不再贅述。在本實施例的功率封裝模組M3中，封裝層5會順形地包覆載板10的延伸部分103，而在封裝層5的側表面5s形成凸出部51。
據此，在本實施例中，延伸部分103凸出於封裝層5的側表面5s，但凸出部51順形地包覆延伸部分103，而形成位於第一功率元件引腳20與第二功率元件引腳30之間的電氣隔離部GA。藉此，也同樣可增加第一非接觸段202與第二非接觸段302之間的爬電距離，並且可在未大幅增加功率封裝模組M3的整體體積的情況下，避免漏電而降低產品可靠性。
[第四實施例]
請參照圖10，其為本發明第四實施例的功率封裝模組省略封裝層的局部剖面示意圖。本實施例的功率封裝模組M4與第一實施例的功率封裝模組M1相同的元件具有相同或相似的標號，且不再贅述。在本實施例中，封裝層5的側表面5s具有一或多個開口5h。開口5h由封裝層5的側表面5s內凹並延伸到封裝層5內部，而形成電氣隔離部GA，藉以增加第一非接觸段202與第二非接觸段302之間的爬電距離。
在一實施例中，開口5h可以沿著第二方向D2延伸，以增加每一個第一功率元件引腳20與對應的第二功率元件引腳30之間的爬電距離。也就是說，開口5h的延伸方向與圖6所示的凹陷區5H的延伸方向會相互交錯。進一步而言，開口5h會在第二方向D2上橫穿整個側表面5s，但本發明不以此為限。
在另一實施例中，至少一開口5h在第二方向D2上的寬度小於封裝層5在第二方向D2的長度，且可以只形成在需要大電流通過，且上下對齊的其中一組第一功率元件引腳20與第二功率元件引腳30之間。舉例而言，可以在第一接地引腳20S與第二接地引腳30S之間，第一切換電壓引腳20P與第二切換電壓引腳之間，或者在第一電源輸入引腳20D與第二電源輸入引腳30D之間形成至少一開口5h。
[第五實施例]
請參照圖11，其為本發明第五實施例的功率封裝模組省略封裝層的局部剖面示意圖。本實施例的功率封裝模組M5與第二實施例的功率封裝模組M2相同的元件具有相同或相似的標號，且不再贅述。
在本實施例中，第一功率元件引腳20為直線狀引腳，且第二功率元件引腳30為彎折引腳。也就是說，第一非接觸段202’不具有彎折部，但本發明不限於此。在另一實施例中，第一功率元件引腳20也可以是彎折狀引腳，且第二功率元件引腳30為直線狀引腳。
另外，在本實施例中，第一非接觸段202’與第二非接觸段302之間的高度差H2可被縮小，而可縮減功率封裝模組M5的體積。相較於先前的實施例，本實施例的功率封裝模組M5的操作電壓相對較低。然而，通過在第一功率元件引腳20與第二功率元件引腳30之間形成電氣隔離部GA，同樣可避免漏電與降低產品可靠性。
另外，功率封裝模組M5還進一步包括一散熱片6，散熱片6可設置在封裝層5的外表面，以加強散熱效果。本實施例中，散熱片6會設置在封裝層5的頂面，而較靠近於第一功率元件引腳20，並較遠離於第二功率元件引腳30。也就是說，散熱片6是設置在散熱件4A的上方，並直接接觸第二導電層42以及封裝層5的一部分頂面。
[第六實施例]
請參照圖12，其為本發明第六實施例的功率封裝模組省略封裝層的局部剖面示意圖。本實施例的功率封裝模組M6與第五實施例的功率封裝模組M5相同的元件具有相同或相似的標號，且不再贅述。
在本實施例中，每一個第一功率元件引腳20以及每一個第二功率元件引腳30都是直線狀引腳。據此，第一非接觸段202’與第二非接觸段302’之間的高度差H3更小，而可進一步縮減功率封裝模組M6的體積。但相較於先前的實施例，本實施例的功率封裝模組M6的操作電壓相對較低。
另外，功率封裝模組M6還可包括兩個散熱片6A, 6B，且兩個散熱片6A, 6B可分別設置在封裝層5的頂面與底面，進而加強散熱效果。也就是說，其中一散熱片6A是設置在散熱件4A的上方，並直接接觸第二導電層42以及封裝層5的一部分頂面。另一個散熱片6B是直接接觸散熱件4B的第二導電層42以及封裝層5的一部分底面。
[第七實施例]
請參照圖13至圖15，其為本發明第七實施例的功率封裝模組省略封裝層以及散熱件的立體分解圖。本實施例的功率封裝模組M7與第一實施例的功率封裝模組M1相同的元件具有相同或相似的標號，且不再贅述。
本實施例的功率封裝模組M7中，至少一個第一功率元件引腳20(如：第一切換電壓引腳20P)與對應的第二功率元件引腳30(如：第二切換電壓引腳30P)會相互錯開設置。如此，可以大幅增加第一切換電壓引腳20P與第二切換電壓引腳30P之間的最短距離，以避免電弧放電以及進一步提升產品可靠性。在本實施例中，相對應的第一閘極引腳20G與第二閘極引腳30G的位置也會相互錯開，但本發明不以此為限。
須說明的是，雖然圖13至圖15所繪示的第七實施例中，第一功率元件引腳20與第二功率元件引腳30都是彎折引腳，但本發明不以此為限。進一步而言，相互錯開設置的第一功率元件引腳20與對應的第二功率元件引腳30可以是直線狀引腳。另外，由於部分第一功率元件引腳20(如：第一切換電壓引腳20P)與對應的第二功率元件引腳30相互錯開設置，即便每一個第一功率元件引腳20與每一個第二功率元件引腳30之間的高度差被縮減，本實施例的功率封裝模組M7仍可在相對較高的電壓下操作。也就是說，相較於第六實施例，本實施例的功率封裝模組M7的操作電壓相對較高。
相較於第一至第六實施例的功率封裝模組M1-M6，本實施例的功率封裝模組M7具有較大的尺寸。然而，相較於現有的利用打線接合來封裝的功率模組，本發明實施例的功率封裝模組M7不具有仍具有較小的尺寸。
如圖13與圖14所示，第一線路圖案層101的多個第一焊墊的形狀與位置，以及第二線路圖案層102的多個第二焊墊的形狀與位置會與第一實施例不同。舉例而言，在本實施例中，相較於第一電源輸入焊墊101D而言，第二電源輸入焊墊102D具有較大的面積。據此，本實施例中，第一線路圖案層101與第二線路圖案層102不會相對於載板10而呈鏡面對稱。
[實施例的有益效果]
本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的功率封裝模組及其製造方法，其能通過“載板10凸出第一接觸段201而延伸到第一非接觸段202的下方”，可使功率封裝模組M1-M7具有較小的體積，又可增加相鄰的功率元件引腳之間的爬電距離，以提升可靠度。
另外，通過“電氣隔離部GA位於封裝層5的側表面5s，並位於第一功率元件引腳20與第二功率元件引腳30之間”的技術方案，可進一步使用以傳輸大電流的第一功率元件引腳20與對應其的第二功率元件引腳30之間具有更大的爬電距離。如此，可避免漏電並提升功率封裝模組M1-M7的可靠度以及耐壓能力。
另外，本發明實施例所提供的功率封裝模組M1-M7並不具有打線，而可具有較小的體積。更進一步來說，本發明實施例的載板10中，利用第一線路圖案層101與第二線路圖案層102，作為多個第一功率元件11A, 11B與多個第二功率元件12A的電流傳輸路徑，並使本發明實施例的功率封裝模組M1-M7本身可形成一部分規格化電路，而可被應用於不同的電路系統中。
在一實施例中，通過在絕緣板100的兩相反側分別設置第一線路圖案層101與第二線路圖案層102，也可以增加功率元件的數量而不增加絕緣板100的面積，進而增加功率封裝模組M1-M7的功率密度(power density)。
另一方面，可以依照實際需求，而在載板10上設置用以偵測溫度的溫度感測器13A, 13B，當第一功率元件組11(或第二功率元件組 )運作時，溫度感測器13A, 13B可用來偵測功率封裝模組M1內部的溫度，以避免第一功率元件11A, 11B(或第二功率元件12A, 12B)因過熱而受損。
以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。
M1-M7:功率封裝模組 1:電子組件 10:載板 100:絕緣板 100a:第一表面 100b:第二表面 101:第一線路圖案層 101S:第一接地焊墊 101G:第一閘極焊墊 101P:第一切換電壓焊墊 101D:第一電源輸入焊墊 101A:第一正電極焊墊 101B:第一負電極焊墊 102:第二線路圖案層 102S:第二接地焊墊 102G:第二閘極焊墊 102P:第二切換電壓焊墊 102D:第二電源輸入焊墊 102A:第二正極焊墊 102B:第二負極焊墊 103:延伸部分 11:第一功率元件組 11A, 11B:第一功率元件 11s:第一源極接墊 11d:第一汲極接墊 11g:第一閘極接墊 110:第一功率晶片 111:第一導電連接件 111t:第一接腳部 12:第二功率元件組 12A, 12B:第二功率元件 12s:第二源極接墊 12d:第二汲極接墊 12g:第二閘極接墊 120:第二功率晶片 121:第二導電連接件 121t:第二接腳部 13A, 13B:溫度感測器 2:第一引腳組件 20:第一功率元件引腳 201:第一接觸段 202, 202’:第一非接觸段 20S:第一接地引腳 20G:第一閘極引腳 20P:第一切換電壓引腳 20D:第一電源輸入引腳 3:第二引腳組件 30:第二功率元件引腳 301:第二接觸段 302, 302’:第二非接觸段 30S:第二接地引腳 30G:第二閘極引腳 30P:第二切換電壓引腳 30D:第二電源輸入引腳 21, 31:溫度感測引腳組 21A:第一正極引腳 21B:第一負極引腳 31A:第二正極引腳 31B:第二負極引腳 4A, 4B:散熱件 41:第一導電層 42:第二導電層 43:絕緣導熱體 5:封裝層 5s:側表面 5H:凹陷區 51:凸出部 5h:開口 E1, E2:側邊緣 H1, H2, H3:高度差 D1:第一方向 D2:第二方向 L1:長度 L2:投影長度 GA:電氣隔離部 6, 6A, 6B:散熱片
圖1為本發明第一實施例的功率封裝模組的立體示意圖。
圖2為本發明第一實施例的功率封裝模組省略封裝層的立體分解示意圖。
圖3為本發明第一實施例的功率封裝模組省略封裝層的另一立體分解示意圖。
圖4為本發明第一實施例的功率封裝模組省略封裝層與散熱件的俯視示意圖。
圖5為本發明第一實施例的功率封裝模組省略封裝層與散熱件的底視示意圖。
圖6為本發明第一實施例的功率封裝模組的俯視示意圖。
圖7為圖6中沿著線VII-VII的剖面示意圖。
圖8為本發明第二實施例的功率封裝模組的局部剖面示意圖。
圖9為本發明第三實施例的功率封裝模組的局部剖面示意圖。
圖10為本發明第四實施例的功率封裝模組的局部剖面示意圖。
圖11為本發明第五實施例的功率封裝模組的局部剖面示意圖。
圖12為本發明第六實施例的功率封裝模組的局部剖面示意圖。
圖13為本發明第七實施例的功率封裝模組省略封裝層的立體示意圖。
圖14為本發明第七實施例的功率封裝模組省略封裝層的另一立體示意圖。
圖15為本發明第七實施例的功率封裝模組省略封裝層的俯視示意圖。
M1:功率封裝模組
1:電子組件
10:載板
100:絕緣板
100a:第一表面
100b:第二表面
101:第一線路圖案層
101S:第一接地焊墊
101P:第一切換電壓焊墊
102:第二線路圖案層
102S:第二接地焊墊
102P:第二切換電壓焊墊
103:延伸部分
11A:第一功率元件
11d:第一汲極接墊
11s:第一源極接墊
110:第一功率晶片
111:第一導電連接件
111t:第一接腳部
12A:第二功率元件
12s:第二源極接墊
12d:第二汲極接墊
120:第二功率晶片
121:第二導電連接件
121t:第二接腳部
2:第一引腳組件
20S:第一接地引腳
201:第一接觸段
202:第一非接觸段
3:第二引腳組件
30S:第二接地引腳
301:第二接觸段
302:第二非接觸段
4A,4B:散熱件
41:第一導電層
42:第二導電層
43:絕緣導熱體
5:封裝層
5s:側表面
E1:側邊緣
H1:高度差
D1:第一方向
L1:長度
L2:投影長度

Claims (13)

  1. 一種功率封裝模組，其包括：一電子組件，其至少包括一載板：一第一引腳組件，其包括至少一第一功率元件引腳；一第二引腳組件，其包括至少一第二功率元件引腳，其中，至少一所述第一功率元件引腳與至少一所述第二功率元件引腳分別由所述載板的不同表面延伸，而具有高度差；一封裝層，其包覆所述電子組件，其中，至少一所述第一功率元件引腳與至少一所述第二功率元件引腳各具有一部分凸出於所述封裝層的一側表面，而裸露在所述封裝層外；以及一電氣隔離部，其位於所述封裝層的所述側表面，並位於至少一所述第一功率元件引腳與至少一所述第二功率元件引腳之間；其中，至少一所述第一功率元件引腳包括一第一接觸段以及一第一非接觸段，所述第一接觸段直接連接所述載板，所述第一非接觸段不接觸所述載板，且所述載板凸出第一接觸段而延伸到所述第一非接觸段的下方。
  2. 如請求項1所述的功率封裝模組，其中，所述載板的一延伸部分穿過所述封裝層而凸出於所述側表面，以形成所述電氣隔離部。
  3. 如請求項1所述的功率封裝模組，其中，所述載板包括一延伸部分，所述延伸部分凸出於所述側表面，所述封裝層還包括一凸出部，所述凸出部順形地包覆所述延伸部分，而形成所述電氣隔離部。
  4. 如請求項1所述的功率封裝模組，其中，所述封裝層的所述 側表面具有一開口，所述開口由所述封裝層的所述側表面內凹到所述封裝層內部，而形成所述電氣隔離部。
  5. 如請求項1所述的功率封裝模組，其中，所述第一引腳組件包括多個所述第一功率元件引腳，所述封裝層的所述側表面具有一凹陷區，且所述凹陷區位於相鄰的兩個所述第一功率元件引腳之間。
  6. 如請求項1所述的功率封裝模組，其中，至少一所述第一功率元件引腳與至少一所述第二功率元件引腳為皆為一彎折引腳。
  7. 如請求項6所述的功率封裝模組，其中，所述彎折引腳具有一彎折部，所述載板延伸超過所述彎折部。
  8. 如請求項1所述的功率封裝模組，還進一步包括：一封裝層以及一散熱片，其中，所述封裝層包覆所述電子組件，至少一所述第一功率元件引腳為一直線狀引腳，至少一所述第二功率元件引腳為一彎折引腳，所述散熱片設置在所述封裝層的外表面，且所述散熱片較靠近於至少一所述第一功率元件引腳，而較遠離於至少一所述第二功率元件引腳。
  9. 如請求項1所述的功率封裝模組，其中，至少一所述第一功率元件引腳與至少一所述第二功率元件引腳皆為一直線狀引腳。
  10. 如請求項1所述的功率封裝模組，其中，至少一所述第一功率元件引腳與至少一所述第二功率元件引腳相互錯開設置。
  11. 如請求項1所述的功率封裝模組，其中，所述載板進一步包 括：一絕緣板，其具有相反的一第一表面及一第二表面，其中，所述絕緣板具有沿著第二方向延伸的一側邊緣；一第一線路圖案層，其設置於所述絕緣板的所述第一表面，其中，所述第一引腳組件連接於所述第一線路圖案層；及一第二線路圖案層，其設置於所述絕緣板的所述第二表面，其中，所述第二引腳組件連接於所述第二線路圖案層。
  12. 如請求項1所述的功率封裝模組，其中，所述電子組件還進一步包括一溫度感測器，其設置在所述載板上，且所述第一引腳組件還包括電性連接於所述溫度感測器的一溫度感測引腳組。
  13. 一種功率封裝模組，其包括：一電子組件，其至少包括一載板：一第一引腳組件，其包括至少一第一功率元件引腳；一第二引腳組件，其包括至少一第二功率元件引腳，其中，至少一所述第一功率元件引腳與至少一所述第二功率元件引腳分別由所述載板的不同表面延伸，而具有高度差；一封裝層，其包覆所述電子組件，其中，至少一所述第一功率元件引腳與至少一所述第二功率元件引腳各具有一部分凸出於所述封裝層的一側表面，而裸露在所述封裝層外；以及一電氣隔離部，其位於所述封裝層的所述側表面，並位於至少一所述第一功率元件引腳與至少一所述第二功率元件引腳之間；其中，至少一所述第一功率元件引腳與至少一所述第二功率元件引腳在所述載板的一厚度方向上彼此對齊。
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