本發(fā)明屬于電子元件制造領(lǐng)域，具體涉及一種八單元IGBT功率模塊。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的IGBT功率模塊PCB采用插針和人工焊接的生產(chǎn)工藝，造成了生產(chǎn)和安裝工序復(fù)雜，生產(chǎn)效率低下。在IGBT模塊生產(chǎn)時，外部針腳焊接和內(nèi)部鋁絲壓焊均會出現(xiàn)虛焊現(xiàn)象，造成功率模塊的損壞，影響產(chǎn)品可靠性和穩(wěn)定性。

針對以上問題，我們提出一種八單元IGBT功率模塊，內(nèi)部芯片完全采用貼片工藝，并采用機械貼片的安裝方式，使生產(chǎn)工藝簡單化、減少人工參與、生產(chǎn)效率提高，功率模塊的體積變得更小、更輕更薄；將驅(qū)動模塊、IGBT功能模塊和感溫元件等集成在一整塊陶瓷銅基板上，集成度更高；較傳統(tǒng)的七單元IGBT模塊，額外集成了一塊可控硅，實現(xiàn)傳統(tǒng)智能模塊中繼電器的作用，通過將該功能集成在功率模塊中，實現(xiàn)更高程度的集成；對功率模塊進行了功能區(qū)域劃分，使功率模塊的引腳布置更加合理化；功率模塊的內(nèi)部設(shè)置有感溫元件，防止功率模塊因過溫而爆炸，提高產(chǎn)品安全性能；因所有元器件完成采用貼片工藝，且封裝材料采用專用電子封裝膠，降低了維修難度和維修成本，提高了使用率；創(chuàng)新設(shè)計塑膠外框結(jié)構(gòu)，外框與銅基板之間采用平面焊接方式，進一步提升產(chǎn)品可靠性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有IGBT功率模塊的不足，提出一種八單元IGBT功率模塊結(jié)構(gòu)。

一種八單元IGBT功率模塊，包括底部散熱板、陶瓷銅基板、若干功率芯片、塑膠外框、塑膠封蓋和限位柱；

陶瓷銅基板由下表面銅板層、中間陶瓷板層、上表面區(qū)域布線銅板層三部分組成；底部散熱板上表面與陶瓷銅基板的下表面銅板層貼合；陶瓷銅基板的中間陶瓷層為絕緣層，陶瓷銅基板的上表面區(qū)域布線銅板層是功率芯片的表面貼裝層，各芯片之間的電路連接通過鋁線進行連接；塑膠外框由上往下 將整個陶瓷銅基板的外邊以及區(qū)域布線銅板層上的功率芯片包圍在塑膠外框的內(nèi)部，并同時將底部散熱板的外周邊包住部分深度；在陶瓷銅基板與功率芯片之上，塑膠外殼之內(nèi)的空間填注專用電子封裝膠，填注高度不超過塑膠封蓋的安裝高度，最后用塑膠封蓋將功率芯片完全封在塑膠外框內(nèi)部；所述的底部散熱板的兩端開有兩個安裝孔，安裝孔內(nèi)設(shè)有限位柱，限位柱與底部散熱板的兩個安裝孔過盈配合；塑膠外框的兩端也分別開有一個限位孔，限位孔與限位柱直徑一致，限位柱套在塑膠外框的兩端限位孔內(nèi)。

所述的塑膠外框上端開有四個安裝槽，所述的塑膠封蓋的四角分別留有凸出結(jié)構(gòu)，與塑膠外框的凹槽相配合。

對功率模塊進行靜態(tài)測試和動態(tài)測試后，將測試數(shù)據(jù)和產(chǎn)品型號打印在產(chǎn)品外殼上，其中產(chǎn)品的測試數(shù)據(jù)以二維碼方式進行表達，完成功率模塊的封裝。

模塊內(nèi)部所有功率芯片，均采用貼片方式進行焊接；

安裝可控硅作為相比于傳統(tǒng)七單元功率模塊額外增加的第八個單元，用于實現(xiàn)傳統(tǒng)智能模塊外圍電路中的繼電器功能，提升了模塊集成度；

在陶瓷銅基板上表面的布線銅板層設(shè)置有感溫元件，該感溫元件用來檢測封裝內(nèi)部溫度，使當(dāng)內(nèi)部溫度達到一定溫度后通過程序控制停止模塊的繼續(xù)使用，防止整個模塊發(fā)生爆炸，達到安全生產(chǎn)的目的，并提升了模塊集成度；

所述的塑膠外框沿長度方向上的兩個邊內(nèi)都含有引腳，其中一個邊含有7個引腳，另一個含有18個引腳，引腳都成Z字型結(jié)構(gòu)，引腳的上邊緣高出外框上邊緣0.1mm，下邊緣低于外框下方安裝面邊緣0.1mm，引腳的材料為銅，銅的外表面鍍錫。

塑膠外框的加工流程如下：1)取適當(dāng)大小和厚度的銅片，按照引腳尺寸切割為兩片，其中一片上有7個引腳，另一片上有18個引腳，引腳兩端均有銅片連接；2)在銅片的適當(dāng)位置進行彎折，使引腳成Z字型結(jié)構(gòu)；3)將完整的兩片銅片作為整體加入注塑機中進行注塑加工；4)注塑加工完成后，對所有引腳進行表面鍍錫，并將連接引腳的銅片切斷，便于后續(xù)封裝焊接。該加工工藝在引腳的彎折和注塑的過程中，始終保持引腳之間的連接，這樣的方式可以保證注塑加工過程中引腳位置的穩(wěn)定和形狀的一致性，在注塑加工完成之后再切斷連接銅片，解除引腳之間的連接；

本發(fā)明有益效果如下：

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較具有如下特性：該結(jié)構(gòu)的功率模塊完全采用貼片工藝，使生產(chǎn)工藝簡單化、提高生產(chǎn)效率，使功率模塊的體積變得更小、更輕更薄；所述功率模塊進行了功能區(qū)域劃分，上下橋臂布局充分考慮電磁兼容性能，使功率模塊的引腳布置更加合理化；所述功率模塊在一整塊陶瓷銅基板上同時集成了驅(qū)動模塊、IGBT功能模塊和感溫元件等，特別集成了可控硅作為第八個單元，將繼電器功能集成在功率模塊中，使其集成度更高；所述功率模塊的內(nèi)部設(shè)置有感溫元件，可以隨時監(jiān)測功率模塊內(nèi)部溫度變化，可以在內(nèi)部溫度升至過高時停止功率器件的工作，防止功率模塊因過溫而爆炸，提高產(chǎn)品安全性能；所述功率模塊因所有元器件完成采用貼片工藝，且采用專用電子封裝膠進行封裝，方便在產(chǎn)品因部分元件壞后的維修工作，降低了使用成本，提高了使用率；創(chuàng)新設(shè)計塑膠外框結(jié)構(gòu)，外框與銅基板之間采用平面焊接方式，進一步提升產(chǎn)品可靠性。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明整體安裝的側(cè)上方視圖；

圖2為本發(fā)明整體的側(cè)上方爆炸視圖；

圖3-1為底部散熱銅板的側(cè)上方視圖；

圖3-2為定位柱的側(cè)上方視圖；

圖3-3為定位柱與底部散熱銅板的安裝視圖；

圖4-1為陶瓷銅基板的側(cè)上方視圖；

圖4-2為陶瓷銅基板的側(cè)視圖；

圖5為功率芯片安裝在陶瓷銅基板上的俯視圖；

圖6-1為塑膠外框側(cè)上方視圖；

圖6-2為塑膠外框側(cè)面剖視圖；

圖7為塑膠封蓋的側(cè)上方視圖；

圖8-1為塑膠外框引腳加工示意圖；

圖8-2為塑膠外框加工過程的示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行進一步說明。

圖1所示為功率模塊整體視圖，留有兩個安裝孔，用于模塊的安裝與焊接，模塊兩側(cè)共留有25個引腳。

圖2所示為功率模塊的爆炸視圖，用于說明各個部件的相對位置，具體的安裝方式在下文詳述。

圖3-1為底部散熱銅板的側(cè)上方視圖，底部散熱銅板為厚度均勻的銅制薄板，兩端對稱的開兩個圓孔3-1，用于安裝定位柱。圖3-2為定位柱的側(cè)上方視圖，定位柱為中空的銅制圓柱體，圓柱體下部分外徑與底部散熱銅板留孔的內(nèi)徑相等，兩者采用過盈配合進行安裝，安裝視圖如圖3-3所示。

圖4-1所示為陶瓷銅基板的側(cè)上方視圖，圖4-2所示為側(cè)視圖，由銅板層4-3、中間陶瓷板層4-2、上表面區(qū)域布線銅板層4-1壓合而成。

在區(qū)域涂銅區(qū)的相應(yīng)部分，分別采用貼片方式焊接各個功率芯片，功率芯片之間使用金屬連接線進行連接，各個功率芯片的安裝位置和各個功率芯片之間的連接方式如圖5所示，黑色連線為鋁絲。

圖6-1為塑膠外框側(cè)上方視圖，塑膠外框為塑膠和經(jīng)過彎折的銅片復(fù)合而成。外框整體為中空的矩形結(jié)構(gòu)，兩端各留有一個安裝孔6-1，安裝孔的內(nèi)徑與定位柱上部分的外徑相等。塑膠外框中內(nèi)嵌25個銅片6-3作為模塊引腳，各個銅片均經(jīng)過兩次彎折，彎折角度均為90°，整體成Z字型如圖6-2中陰影部分所示。銅片的寬度和間距配合陶瓷銅基板上各個芯片的位置而確定。銅片上邊緣高出外框上邊緣0.1mm，銅片下邊緣低于外框下方安裝面邊緣0.1mm，該設(shè)計為了保證引腳在焊接時與焊盤充分貼合。塑膠外框上端開有四個安裝槽6-4，用于配合塑膠封蓋的安裝。

圖7所示為塑膠封蓋結(jié)構(gòu)，塑膠封蓋整體上為均勻厚度的矩形結(jié)構(gòu)，四角分別留有凸出結(jié)構(gòu)7-1，與塑膠外框的凹槽6-4相配合。

本發(fā)明是一種八單元IGBT功率模塊，包括底部散熱銅板2-6、陶瓷銅基板2-4、功率芯片2-3、外殼和定位柱2-5。所述陶瓷銅基板由上層布線銅板層、中間層陶瓷層和下層銅板層組成，所述功率芯片包括可控硅、快恢復(fù)二極管、IGBT芯片、感溫元件和驅(qū)動元件，所述外殼包括塑膠外框2-2和塑膠封蓋2-1。

陶瓷銅基板由下表面銅板層、中間陶瓷板層、上表面區(qū)域布線銅板層三部分組成。底部散熱板上表面與陶瓷銅基板的下表面銅板層貼合。陶瓷銅基板的中間陶瓷層為絕緣層，陶瓷銅基板的上表面區(qū)域布線銅板層是功率芯片的表面貼裝層，各個芯片均采用貼片方式進行焊接安裝。各芯片之間的電路連接通過鋁絲進行連接。將塑膠外框從上往下套住陶瓷銅基板及其上的功率芯 片，且嵌入塑膠外框的外接引腳與陶瓷銅基板的上表面的布線銅板層相應(yīng)區(qū)域涂銅對接并進行焊接，方便功率模塊的外部連接，在塑膠外框內(nèi)部注入封裝樹脂，最后在封裝樹脂上表面蓋上塑膠封蓋。

上述功率模塊的陶瓷銅基板上的功率芯片集成有可控硅、快恢復(fù)二極管、IGBT芯片、感溫元件和驅(qū)動元件等。其中可控硅為相比于傳統(tǒng)七單元功率模塊額外增加的第八個單元，用于實現(xiàn)傳統(tǒng)智能模塊外圍電路中的繼電器功能。各功率芯片及元件之間通過區(qū)域涂銅之間的鋁絲進行連接。

上述陶瓷銅基板上表面的布線銅板層進行了區(qū)域劃分，將強弱電元件進行了合理布局，提升了功率模塊的可靠性。

上述功率模塊增加了感溫元件，感溫元件布置在整個區(qū)域布線銅板層中大功率芯片附近，可以實時監(jiān)測功率模塊內(nèi)部溫度，能有效的避免功率模塊因為溫度過高而造成爆炸的生產(chǎn)安全問題。

本發(fā)明部分核心部件加工流程如下：

1.塑膠外框的加工流程

1)取適當(dāng)大小和厚度的銅片，按照引腳尺寸切割為兩片，其中一片上有7個引腳，另一片上有18個引腳，引腳兩端均有銅片連接；

2)在銅片的適當(dāng)位置進行彎折，使引腳成Z字型結(jié)構(gòu)，如圖8-1所示；

3)將完整的兩片銅片作為整體加入注塑機中進行注塑加工，加工過程中為圖8-2所示；

4)注塑加工完成后，對所有引腳進行表面鍍錫，并將連接引腳的銅片切斷，便于后續(xù)封裝焊接，由此完成塑膠外框的加工。

該加工工藝在引腳的彎折和注塑的過程中，始終保持引腳之間的連接，這樣的方式可以保證注塑加工過程中引腳位置的穩(wěn)定和形狀的一致性，在注塑加工完成之后再切斷連接銅片8-1、8-2，解除引腳之間的連接。

本發(fā)明制造及安裝流程如下：

1)分別完成底部散熱銅板、定位柱、陶瓷銅基板、塑膠外框、塑膠封蓋的制作，陶瓷銅基板和塑膠外框的加工流程如上文所述；

2)將定位柱安裝入底部銅基板的安裝孔中，兩者之間采用過盈配合；

3)在底部散熱銅板上涂一層焊劑，于相應(yīng)位置放置陶瓷銅基板，將兩者進行氣體保護高溫焊接，由此陶瓷銅基板的下表面與底部散熱銅板的上表面緊密貼合，以保證散熱充分；

4)對焊接后的陶瓷銅基板進行清洗；

5)采用鋼網(wǎng)錫漿印刷工藝在陶瓷銅基板的上表面涂一層焊劑，相應(yīng)位置放置各個功率元件，并以定位柱為定位標(biāo)準(zhǔn)安裝塑膠外框，此時塑膠外框上各個引腳與陶瓷銅基板上的焊盤一一對應(yīng)，整體進行氣體保護回流焊接；

5)在功率器件和陶瓷銅基板的相應(yīng)位置焊接鋁絲，由此完成模塊內(nèi)部電路部分的焊接；

6)在陶瓷銅基板與功率芯片之上，塑膠外殼之內(nèi)的空間填注專用電子封裝膠，填注高度不超過塑膠封蓋的安裝高度；

7)將塑膠封蓋安裝在塑膠外殼的相應(yīng)安裝位置；

8)對功率模塊進行靜態(tài)測試和動態(tài)測試；

9)測試通過后，將測試數(shù)據(jù)和產(chǎn)品型號打印在產(chǎn)品外殼上，其中產(chǎn)品的測試數(shù)據(jù)以二維碼方式進行表達，完成功率模塊的封裝。