夹层结构的功率模块制造技术

根据本发明专利技术，功率底板用作外壳（１）中的基板，与外壳一起形成标准化的功率部分，从它的上表面（１１）突出连接引脚（５）。通过控制印刷电路板（４）上的孔焊接所述的突出引脚实现内部界面连接。印刷电路板（４）包括位于开放条形区域（６）上的接触焊点（７），它用作控制接头和功率接头，通过它模块可以直接焊接到系统印刷电路板（８）的槽口。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具有控制和功率接头的智能功率模块，其中在平行于底板的第二平面中配置一层板，底板中具有至少一个功率半导体元件。目前使用的IPM(智能功率模块)结构，也就是带有在模块中集成的功率半导体元件和逻辑或控制单元的模块，例如，可用于连接焊接装置、电源以及用于驱动工程中。尤其在异步电动机的领域中，频率转换器以增大方式用于速度控制，特别的是模块中的功率部分使用IGBT(绝缘栅双极型晶体管)功率半导体。选择功率底板作为所需功率元件的载体，要注意到对于通常需要冷却的板，一方面要确保较高的电绝缘，另一方面要确保较好的热传递。用熟知的塑料材质的电路板不能获得后者，因此根据应用的需要，在相对复杂的底板上构造功率元件，例如DCB(直接铜粘合)氧化铝、IMS(铝聚酰亚胺铜)、或亚硝酸铝。另一方面，逻辑单元可以简单地以传统环氧电路板为基础制造。传统模块技术的问题一方面是逻辑元件和功率元件之间的连接，另一方面是模块和系统电路板之间的连接。这些连接通常使用焊接、接头、连接器或压力连接，它们在质量上通常是弱点，并且所需费用较高。如果因为空间的原因要求模块为夹层结构，那么连接技术的问题就变得很更严重了，例如其中功率底板通过引脚连接到配置在其上的控制或驱动电路板，众所周知欧洲专利EP 0 463 589中的实例和其中的附图说明图1。尤其，在这个公知的模块中，将带有功率半导体的底板插入模块外壳的框架中，焊接连接线，并灌注绝缘混合物，于是控制板就插入模块外壳中，并与连接线焊接。根据特殊的应用，从模块外壳上突出各种独立焊接到底板上的接头引脚。除了复杂的连接技术外，已知夹层结构模块的主要缺点在于该结构只适用于高度发展或适当费用的定制模块。例如，控制或驱动电路中期望的变化可能需要连接线或接头引脚的不同配置或设计，这样可能对模块整体有影响，因此需要改变模块整体。本专利技术的目的是实现智能功率模块，它不需要复杂的内部和外部连接技术，因此可以低成本地制造，并且相对于定制驱动电路它更容易改装。根据本专利技术，完成了开始所指明类型的智能功率模块，其中将功率底板作为基板插入电绝缘材料的外壳中，功率底板和外壳一起形成功率部分，从它朝向板的上表面，至少是在边缘部分突出接头引脚，穿过板上的孔完全焊接该引脚，沿电路板上没有通过孔和控制元件的一边有至少一个条形部分，其中电路板的这一边上有作为控制和功率接头的接触焊点，通过它模块可以直接焊接到系统电路板的槽口中。因此，本专利技术的模块基本上包括逻辑部分和独立的或分离的标准化功率部分。由于接头引脚已经是功率部分的一部分，机械设计标准化的功率部分可以在单流焊接过程中通过完全焊接很容易地连接到控制或驱动部分。相对于驱动电路提供给用户的板几乎没有设计的可能性，由于在电路板上形成了适当的接触焊点，所以存在能特别简单地连接到另一块电路板可能性。这种适于直接焊接到系统电路板上的电路板事实上已经众所周知一段时间了，但是至今仍未在功率模块的连接中使用，该功率模块使用更坚固的结构设计单元，例如引脚、螺栓和栓塞，尤其它们还未在IPM的连接中使用。本专利技术有益的进步是附属权利要求的主题。现在将在下文中通过参考附图用实施例更详细地描述本专利技术，附图中图1显示了本专利技术模块处于未焊接到系统电路板状态的透视图。图2显示了如图1中同样模块处于完成焊接状态的剖面图。图1显示了作为实例的具有标准化功率部分的模块，其中例如将作为功率元件2的载体的陶瓷底板插入塑料外壳1中作为基板。基板的下表面通常连接着散热器3。如图1和图2中所示的板4处于配置在功率部分接头引脚5的上端的状态，它的背面指向上方；接头引脚5被射流焊接到电路板4的背面。板4的条形部分6没有通过孔和控制或驱动元件12，它必须足够宽以允许电路板4上适当形成的接触焊点7以及它的插入物能通过第二电路板即这里称为系统电路板8的槽口。图2显示了焊接入系统电路板8中带有焊点9的模块。如图所示，如果板4在它的所有边都可能大于功率部分，也就是从功率部分延伸出那么是有利的，因为电路板4可以有效地将功率部分插入其中，并与之焊接，只有在之后才分割成独立的模块。例如电路板4可以是市场上常见的塑料板，如FR4。特别有利的是图中所示的设计，其中可以将控制元件12只配置板4的一部分上，该部分直接相对于功率部分的上表面11。这提供了功率和空间的优势。尤其是在100kHz范围内的较高切换频率，应该配置电子控制元件12，使之尽可能地接近功率半导体元件2的栅极。图1显示了额外的空隙10，它在外壳1上整体地形成，并与电路板4和功率部分相互支撑。所示功率部分的接头引脚5有利地沿功率部分上表面的外缘成行排列。图1中所示外壳1具有槽口13只是为了说明的目的。本专利技术的结构设计，以及适于直接焊接到第二电路板上的定制控制或驱动电路板与标准化功率部分的组合一方面确保了单个元件插入和低装配损耗。另一方面，该结构确保了如驱动器的重要部分能直接位于嵌入功率部分中的元件2的上部或下部。该模块可用于较宽的功率范围，例如600V/5-30A，120V/2.5-15A。权利要求1.一种具有控制和功率接头的智能功率模块，其中将板(4)配置在平行于底板的第二平面中，该底板具有至少一个功率半导体元件(2)，其特征在于—功率底板被作为基板插入电绝缘材料的外壳(1)中，它和外壳一起形成功率部分，在功率部分朝向板(4)的上表面(11)至少在边缘部分上有突出的接头引脚(5)，—所示接头引脚(5)穿过板(4)上的孔完全焊接，在沿电路板(4)没有通过孔和控制元件(12)的一边上有至少一个条形部分(6)，—其中在电路板(4)的这一边上有作为控制和功率接头的接触焊点(7)，通过它模块可以直接焊接到系统电路板(8)的槽口。2.如权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，将控制元件(12)配置在板(4)的一部分中，该部分直接相对于功率部分的上表面(11)。3.如权利要求1或2所述的智能功率模块，其特征在于，实质上为矩形的板(4)超过功率部分的上表面(11)，从所有边上延伸出来。全文摘要根据本专利技术,功率底板用作外壳(1)中的基板,与外壳一起形成标准化的功率部分,从它的上表面(11)突出连接引脚(5)。通过控制印刷电路板(4)上的孔焊接所述的突出引脚实现内部界面连接。印刷电路板(4)包括位于开放条形区域(6)上的接触焊点(7),它用作控制接头和功率接头,通过它模块可以直接焊接到系统印刷电路板(8)的槽口。文档编号H05K1/14GK1352869SQ00808051 公开日2002年6月5日 申请日期2000年5月30日 优先权日1999年5月31日专利技术者M·弗里施, B·温肯斯 申请人:泰可电子后勤股份公司本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有控制和功率接头的智能功率模块，其中将板（４）配置在平行于底板的第二平面中，该底板具有至少一个功率半导体元件（２）， 其特征在于 －功率底板被作为基板插入电绝缘材料的外壳（１）中，它和外壳一起形成功率部分，在功率部分朝向板（４）的上表面（１１）至少在边缘部分上有突出的接头引脚（５）， －所示接头引脚（５）穿过板（４）上的孔完全焊接，在沿电路板（４）没有通过孔和控制元件（１２）的一边上有至少一个条形部分（６）， －其中在电路板（４）的这一边上有作为控制和功率接头的接触焊点（７），通过它模块可以直接焊接到系统电路板（８）的槽口。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：M弗里施，B温肯斯，
申请(专利权)人：泰可电子后勤股份公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]