[发明专利]智能功率模块的封装结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种智能功率模块的封装结构，属于功率模块制造技术领域。

背景技术

智能功率模块（简称IPM）广泛应用于交流电机变频调速和直流电机斩波调速以及各种高性能电源，如UPS、感应加热、电焊机、有源补偿、DC-DC等以及工业电气自动化等领域，有着广阔的市场。传统智能功率半导体模块主要包括外壳、主电路板和驱动电路板，半导体芯片等各器件和多个端子焊接在覆金属陶瓷基板并构成主电路板，而焊接有集成电路芯片及各器件的印刷电路板构成驱动电路板，为减小功率模块的体积，将驱动电路板通过螺钉安装外壳上，端子需穿出外壳盖板上的端子孔和驱动电路板上的端子孔，再通过焊料将端子焊接在驱动电路板上，通过端子实现与功率半导体模块外部电路的连接以及驱动信号的输入输出。

目前功率模块上的端子大都通过焊料高温烧结在覆金属陶瓷基板的金属层上，端子包括电极端子和信号端子，在焊接过程中，高温下会使覆金属陶瓷基板的金属层与端子在焊料层处产生焊接应力，而智能功率模块的工作环境是在-40℃至125℃进行循环，因此经过一段时间工作后，最终会引起覆金属陶瓷基板的金属层与端子连接处脱落，而产生焊接疲劳现象，从而影响到整体功率器件的寿命。其次，端子采用焊料焊接在覆金属陶瓷基板的金属层上，不仅对覆金属陶瓷基板的金属层表面及端子表面要求较高，尤其覆金属陶瓷基板的金属层即铜箔与各端子的铜材之间还会存在热膨胀差别，焊接性能不高，而影响导其电性。同时焊接过程不仅需要焊料、助焊剂以及焊接时的保护性气体，不仅高温烧结焊接工序时间长，而且所产生的高温又易导致其他部位材料金属特性弱化，加之焊接过程中的焊料流淌以及阻焊油墨等因素，又会造成焊接面沾污的风险，现有的端子焊接均存在着焊接面不易控制，工艺操作复杂，焊接效率低的问题。再则，电极端子需要进行打弯工艺，但电极端子的折弯的力度和角度不易控制，使折弯工艺要求较高，一方面电极端子在折弯处还会产生裂纹，因裂纹的存在而造成局部电阻增加的问题。另一方面折弯后的多个电极端子不容易在同一高度，还会造成驱动电路板与信号端子接触不良而引起的接触电阻过大，进而造成局部过热的现象，也会影响端子连接处的牢固性。

现有驱动电路板通过螺钉旋接在在外壳顶部的螺纹孔内，会因操作不当易造成螺纹孔滑牙，尤其智能功率模块经常用于振动较大的场所，由于驱动电路板不能可靠安装在外壳上，故而引起各端子与外部电路之间的电气连接不可靠，进而影响功率半导体模块的使用寿命。另外在智能功率模块装配过程中，由于各信号端子需穿出外壳的盖板上的端子孔才能与驱动电路板焊接，盖板上的端子孔虽然能对各端子进行一定的限位，而盖板采用绝缘塑料注塑而成，因盖板产生变形而影响各端子的安装效率和装配质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构合理，体积小，端子键合牢固，调试方便，能提高工作可靠性的智能功率模块的封装结构。

本发明为达到上述目的的技术方案是：一种智能功率模块的封装结构，包括外壳、主电路板以及驱动电路板和多个端子，其特征在于：所述各端子呈台阶形，端子包括竖置的连接柱、设置在连接柱下部的上键合座、底部的下键合座以及位于上键合座与下键合座之间竖置的连接座，所述的外壳具有窗口，窗口四周具有环形的台阶面，各端子间隔嵌接在外壳窗口的至少两侧边，各端子的连接座设置在外壳内、下键合座固定在窗口的下台阶面处、上键合座固定在窗口的上台阶面处、连接柱穿出外壳的上端面，主电路板密封固定在外壳的底部，各端子的下键合座通过金属键合丝与主电路板键合，各端子的上键合座通过金属键合丝与设置在外壳内的驱动电路板键合，盖板扣合在外壳顶部，各端子的连接柱穿出盖板。