[发明专利]一种功率模块及其封装方法

说明书

本发明公开了一种功率模块及其封装方法，其中，所述功率模块包括：模块外壳主体、承载有模块电路的覆铜电路板，其特征在于，还包括：贯穿固定于所述模块外壳主体的金属电极；其中，所述金属电极包括：延伸于所述功率模块外的电极接触部，以及在所述功率模块内延伸至覆铜电路板的电极焊接部；所述电极焊接部的金属通过超声波焊接技术与所述覆铜电路板的铜箔焊接为一体。应用本发明，可以保证功率模块的焊接点的牢固和可靠性，同时简化工艺、提高功率模块的生产效率，并节省功率模块内部空间，以利于功率模块的小型化。

技术领域

本发明涉及电子技术领域，具体而言，本发明涉及一种功率模块及其封装方法。

背景技术

功率模块是功率电力电子器件按一定的功能组合灌封成的模块。常用的功率模块包括，金属-氧化层-半导体-场效晶体管，简称金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)模块、IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)模块、二极管模块等。

在传统功率模块的封装技术中，中小功率模块电极采用的多为普通的锡焊工艺。但是，传统中小功率锡焊工艺的互联方式，锡焊点接触材料电阻率高，材料接触面是不同材质，非常容易分层、脱落，导致焊接点的牢固和可靠性低。

为保证电极焊接点的牢固和可靠性，中大功率模块普遍采用铝丝键合工艺。铝丝焊接工艺是由以下方式实现的：在模块框架注塑成型时，将电极的功率端子和控制端子一并注塑到模块框架内，并在模块框架内部留出部分裸露的金属小岛，用于铝丝键合至模块内的电路。

但是，本发明的发明人发现，由于中大功率模块中电流比较大，金属小岛的面积需要预留足够大的空间以便绑定多根甚至数十根铝丝，实现工艺非常繁琐，生产效率很低，而且由于需要为金属小岛预留足够大的空间，不利于功率模块的小型化生产。

发明内容

本发明实施例针对现有的功率模块的缺点，提出一种功率模块及其封装方法，用以保证功率模块的焊接点的牢固和可靠性，同时简化工艺、提高功率模块的生产效率，并节省功率模块内部空间，以利于功率模块的小型化。

本发明实施例根据一个方面，提供了一种功率模块，包括：模块外壳主体、焊接有模块电路的覆铜电路板，其特征在于，还包括：贯穿固定于所述模块外壳主体的金属电极；其中，所述金属电极包括：延伸于所述功率模块外的电极接触部，以及在所述功率模块内延伸至覆铜电路板的电极焊接部；所述电极焊接部的金属通过超声波焊接技术与所述覆铜电路板的铜箔焊接为一体。

本发明实施例根据另一个方面，还提供了一种功率模块的封装方法，包括：将金属电极贯穿固定于所述功率模块的模块外壳主体；其中，所述金属电极包括：延伸于所述功率模块外的电极接触部，以及在所述功率模块内延伸至所述功率模块的覆铜电路板的电极焊接部；将所述电极焊接部通过超声波焊接技术与所述覆铜电路板焊接为一体。

本发明的技术方案中，由于采用超声波焊接技术，从而焊接体中，不存在焊接界面，焊接材料融为一体，非常牢固，焊点剪切力大于300N；远远大于传统技术模块的焊接强度，可靠性大幅提高，寿命更长。传统铝丝键合端子技术模块受温度循环，功率循环等影响。常常使焊接点界面疲劳，出现铝丝断裂、电极端子脱落等现象。超声焊接的端子，不会出现以上问题。使功率模块的可靠性大幅提高，寿命增加5倍以上。大大提高了电极焊接点的牢固和可靠性。

而且，超声焊接工艺能自动去除焊接材料接触面的氧化层，超声焊接过程是一个短暂的高频摩擦过程，即便焊接材料表面存在氧化层也会被摩擦去除，不影响焊接质量。前述介绍的锡焊法和铝丝键合法，都受焊接材料表面的氧化层限制。

进一步，超声端子焊接技术形成的焊接点，因为不存在界面态，界面接触电阻为0，大大降低了电极焊接点的电阻。