一種功率模塊及其封裝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電子技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，本發(fā)明涉及一種功率模塊及其封裝方法。
【背景技術(shù)】
[0002]功率模塊是功率電力電子器件按一定的功能組合灌封成的模塊。常用的功率模塊包括，金屬-氧化層-半導(dǎo)體-場(chǎng)效晶體管，簡(jiǎn)稱金氧半場(chǎng)效晶體管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET)模塊、IGBT (InsulatedGate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管)模塊、二極管模塊等。
[0003]在傳統(tǒng)功率模塊的封裝技術(shù)中，中小功率模塊電極采用的多為普通的錫焊工藝。但是，傳統(tǒng)中小功率錫焊工藝的互聯(lián)方式，錫焊點(diǎn)接觸材料電阻率高，材料接觸面是不同材質(zhì)，非常容易分層、脫落，導(dǎo)致焊接點(diǎn)的牢固和可靠性低。
[0004]為保證電極焊接點(diǎn)的牢固和可靠性，中大功率模塊普遍采用鋁絲鍵合工藝。鋁絲焊接工藝是由以下方式實(shí)現(xiàn)的:在模塊框架注塑成型時(shí)，將電極的功率端子和控制端子一并注塑到模塊框架內(nèi)，并在模塊框架內(nèi)部留出部分裸露的金屬小島，用于鋁絲鍵合至模塊內(nèi)的電路。
[0005]但是，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，由于中大功率模塊中電流比較大，金屬小島的面積需要預(yù)留足夠大的空間以便綁定多根甚至數(shù)十根鋁絲，實(shí)現(xiàn)工藝非常繁瑣，生產(chǎn)效率很低，而且由于需要為金屬小島預(yù)留足夠大的空間，不利于功率模塊的小型化生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明實(shí)施例針對(duì)現(xiàn)有的功率模塊的缺點(diǎn)，提出一種功率模塊及其封裝方法，用以保證功率模塊的焊接點(diǎn)的牢固和可靠性，同時(shí)簡(jiǎn)化工藝、提高功率模塊的生產(chǎn)效率，并節(jié)省功率模塊內(nèi)部空間，以利于功率模塊的小型化。
[0007]本發(fā)明實(shí)施例根據(jù)一個(gè)方面，提供了一種功率模塊，包括:模塊外殼主體、焊接有模塊電路的覆銅電路板，其特征在于，還包括:貫穿固定于所述模塊外殼主體的金屬電極；其中，所述金屬電極包括:延伸于所述功率模塊外的電極接觸部，以及在所述功率模塊內(nèi)延伸至覆銅電路板的電極焊接部；所述電極焊接部的金屬通過(guò)超聲波焊接技術(shù)與所述覆銅電路板的銅箔焊接為一體。
[0008]本發(fā)明實(shí)施例根據(jù)另一個(gè)方面，還提供了一種功率模塊的封裝方法，包括:將金屬電極貫穿固定于所述功率模塊的模塊外殼主體；其中，所述金屬電極包括:延伸于所述功率模塊外的電極接觸部，以及在所述功率模塊內(nèi)延伸至所述功率模塊的覆銅電路板的電極焊接部；將所述電極焊接部通過(guò)超聲波焊接技術(shù)與所述覆銅電路板焊接為一體。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案中，由于采用超聲波焊接技術(shù)，從而焊接體中，不存在焊接界面，焊接材料融為一體，非常牢固，焊點(diǎn)剪切力大于300N ;遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)技術(shù)模塊的焊接強(qiáng)度，可靠性大幅提高，壽命更長(zhǎng)。傳統(tǒng)鋁絲鍵合端子技術(shù)模塊受溫度循環(huán)，功率循環(huán)等影響。常常使焊接點(diǎn)界面疲勞，出現(xiàn)鋁絲斷裂、電極端子脫落等現(xiàn)象。超聲焊接的端子，不會(huì)出現(xiàn)以上問(wèn)題。使功率模塊的可靠性大幅提高，壽命增加5倍以上。大大提高了電極焊接點(diǎn)的牢固和可靠性。
[0010]而且，超聲焊接工藝能自動(dòng)去除焊接材料接觸面的氧化層，超聲焊接過(guò)程是一個(gè)短暫的高頻摩擦過(guò)程，即便焊接材料表面存在氧化層也會(huì)被摩擦去除，不影響焊接質(zhì)量。前述介紹的錫焊法和鋁絲鍵合法，都受焊接材料表面的氧化層限制。
[0011]進(jìn)一步，超聲端子焊接技術(shù)形成的焊接點(diǎn)，因?yàn)椴淮嬖诮缑鎽B(tài)，界面接觸電阻為0，大大降低了電極焊接點(diǎn)的電阻。
[0012]進(jìn)一步，超聲端子焊接技術(shù)中，焊接面直接由電極的電極焊接部與覆銅電路板相接觸的面積決定，有效面積大，但不占用空間，因而導(dǎo)通電阻極低。鋁絲鍵合技術(shù)的模塊，由于鋁絲的等效焊接面積很小，所以導(dǎo)通電阻很大，即便是同時(shí)焊接數(shù)十根鋁絲，導(dǎo)通電阻依然不能忽略。超聲端子焊接技術(shù)端子導(dǎo)通電阻比鋁絲焊接界面導(dǎo)通電阻低5-10倍；
[0013]進(jìn)一步，超聲端子焊接技術(shù)效率非常高，一個(gè)焊點(diǎn)焊接只需要Is即可完成，加上行程準(zhǔn)備等工作，5s可完成一個(gè)焊點(diǎn)的焊接；而鋁絲焊機(jī)技術(shù)的模塊由于要降低焊接界面導(dǎo)通電阻，每個(gè)功率電極端子往往都需要焊接數(shù)十根鋁絲，十分繁瑣。超聲端子焊接模塊的生產(chǎn)效率比傳統(tǒng)鋁絲端子焊接模塊提高10倍左右。
【附圖說(shuō)明】
[0014]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0015]圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例功率模塊內(nèi)部的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2a、2b示出了本發(fā)明實(shí)施例的一個(gè)功率模塊具體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖3示出了本發(fā)明實(shí)施例功率模塊的封裝方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0019]本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，除非特意聲明，這里使用的單數(shù)形式“一”、“一個(gè)”、“所述”和“該”也可包括復(fù)數(shù)形式。應(yīng)該進(jìn)一步理解的是，本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)中使用的措辭“包括”是指存在所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組件，但是并不排除存在或添加一個(gè)或多個(gè)其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。應(yīng)該理解，當(dāng)我們稱元件被“連接”或“耦接”到另一元件時(shí)，它可以直接連接或耦接到其他元件，或者也可以存在中間元件。此外，這里使用的“連接”或“耦接”可以包括無(wú)線連接或無(wú)線耦接。這里使用的措辭“和/或”包括一個(gè)或更多個(gè)相關(guān)聯(lián)的列出項(xiàng)的全部或任一單元和全部組合。
[0020]本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語(yǔ)(包括技術(shù)術(shù)語(yǔ)和科學(xué)術(shù)語(yǔ))，具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語(yǔ)，應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣被特定定義，否則不會(huì)用理想化或過(guò)于正式的含義來(lái)解釋。
[0021]本發(fā)明的發(fā)明人考慮到，在封裝功率模塊時(shí)，采用超聲波焊接技術(shù)。超聲波焊接的原理:當(dāng)超聲波作用于熱塑性物體時(shí)，會(huì)將超聲波傳遞到熱塑性物體上，并使其產(chǎn)生高頻振動(dòng)。當(dāng)此物體與焊接對(duì)象物體接觸后，兩物體的接觸面會(huì)產(chǎn)生原子級(jí)的高頻振動(dòng)及摩擦，進(jìn)而產(chǎn)生局部的瞬間高溫。使接觸面的表面材料迅速熔化，在施加一定的壓力后，兩個(gè)表面熔化的物質(zhì)會(huì)互相滲透到對(duì)方，融合成一體。當(dāng)停止超聲波傳遞后，熱塑物質(zhì)的原子或分子重新凝固成型，這樣就形成了堅(jiān)固的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了材料焊接。超聲波焊接形成的焊接區(qū)域，沒(méi)有焊接界面，強(qiáng)度接近原材料的強(qiáng)度。
[0022]超聲波焊接適用于塑料間的焊接，也適用于各種同種及異種金屬間的焊接，塑料焊接已被廣泛應(yīng)用在各種領(lǐng)域。金屬焊接目前還僅僅限于各種金屬線，及電池極片等的互聯(lián)焊接。
[0023]基于此，本發(fā)明的技術(shù)方案，通過(guò)超聲波焊接技術(shù)實(shí)現(xiàn)模塊內(nèi)部電極聯(lián)結(jié)方式:功率模塊的金屬電極被注塑到功率模塊的模塊外殼主體中一次成型。而且，金屬電極在功率模塊內(nèi)部引出電極焊接部，通過(guò)超聲波焊接機(jī)將電極焊接部與功率模塊內(nèi)承載電路的覆銅電路板進(jìn)行焊接。由于通過(guò)超聲波焊接，電極與