一種mcm封裝的電源模塊及製備方法
2023-07-14 17:59:36 2
一種mcm封裝的電源模塊及製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種MCM封裝的電源模塊及製備方法，其中電源模塊包括：RCC電路，一端開口的管殼，以及與管殼使用平行縫焊接方式焊接的蓋板，使管殼與蓋板之間為氣密性封裝；該管殼內設有陶瓷基本，該陶瓷基板上組裝有RCC電路的各個元器件和晶片，並且各個晶片均為裸晶片，設在陶瓷基板上；同時RCC電路的各個信號端，並與相對應的陶瓷基板上的焊盤連接，並且所有管腳穿過蓋板。本發明的製備方法，將電源模塊的體積小，並且為氣密性封裝，從而使本發明的應用範圍廣，移植方便快速。
【專利說明】 一種MCM封裝的電源模塊及製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電源【技術領域】，尤其涉及一種MCM封裝的電源模塊及製備方法。
【背景技術】
[0002]開關電源是利用現代電力電子技術，控制開關管開通和關斷的時間比率，維持穩定輸出電壓的一種電源，開關電源可由連續的脈衝寬度調製(PWM)控制IC和MOSFET構成，也可由非周期性的脈衝來控制控制IC和M0SFET。同時開關電源根據DC/DC轉換器也可以分為自激式和他控式，藉助轉換器本身的正反饋信號實現開關管自持周期性開關的轉換器，叫做自激式轉換器，如洛耶爾(Royer)轉換器就是一種典型的推挽自激式轉換器。他控式DC/DC轉換器中的開關器件控制信號，是由外部專門的控制電路產生的。還有一種反激式自激變換器，該反激式自激變換器指的是RCC (Ringing Choke Converter)電路,變壓器(儲能電感)的工作模式處於臨界連續狀態，可以方便的實現電流型控制，在結構上是單極點系統，容易得到快速穩定的響應，廣泛應用於50W以下的開關電源中。
[0003]但是，目前大部分採用RCC電路的電源模塊均是在一塊大面積的線路板上實現特定功能，其基本製備流程是，根據產品參數設計RCC電路原理圖並選擇元器件，然後按照設計完成的原理圖繪製並製作PCB線路板，採用SMT表面組裝技術將各個元器件焊接在PCB線路板上。通過上述方式設計的電源模塊存在以下缺點:第一，因SMT表面組裝技術使PCB線路板面積大，導致了電源模塊的體積大;第二，需要配備專門設計的外殼來組裝成電源模塊成品或者將PCB線路板內嵌到其他產品中，使用不便；第三，因各個元器件採用的SMT表面組裝技術為非氣密性封裝，使其易受外界幹擾，因此僅適用於民用行業和一般工業領域如低壓小功率模塊、家用電氣、手機充電器，使其應用範圍窄。還存在一個缺點，當電源模塊成熟應用時，不能方便轉接移植、無法用於汽車、軍工等高可靠性行業。
【發明內容】
[0004]本發明的第一目的在於提供一種MCM封裝的電源模塊，該電源模塊具有體積小的優點，同時本發明阻止了工作壽命期間封裝周圍潮氣侵入，使本發明具有良好的可靠性，可應用於多領域。
[0005]為解決上述技術問題，本發明的技術方案是:一種MCM封裝的電源模塊包括RCC電路，還包括:一端開口的管殼，所述管殼的開口端蓋有蓋板，所述管殼和所述蓋板通過平行縫焊接固定；陶瓷基板，所述陶瓷基板設在所述管殼內；所述陶瓷基板上印刷有所述RCC電路的線路，所述線路上設有對應所述RCC電路各個元器件和晶片的焊盤；所有所述晶片均為裸晶片，所述元器件和所述晶片設置在對應的所述焊盤上；多個管腳，所述管腳的一端固定在所述管殼的內壁上，所述管腳分設在所述陶瓷基板的外側；所述管腳通過金線與所述陶瓷基板上對應的所述焊盤電連接；所有所述管腳均穿過並伸出所述管殼之外。
[0006]優選方式為，所述RCC電路包括晶片單元、濾波電容和變壓器，所述晶片單元包括多片裸晶片，每片所述裸晶片均倒裝在所述焊盤上；所述變壓器的輸入端和輸出端均通過引線與對應的所述焊盤連接；所述濾波電容焊接在對應的所述焊盤上。
[0007]優選方式為，所述陶瓷基板和所述變壓器與所述管殼均採用有機粘結膜粘接固定，所述有機粘結膜使所述陶瓷基板和所述變壓器均與所述管殼之間留有距離。
[0008]優選方式為，所述陶瓷基板與所述管殼之間的留有距離與所述變壓器和管殼之間的留有距離相同。
[0009]優選方式為，所述管殼選用陶瓷管殼。
[0010]優選方式為，所述金線的直徑為25_26um。
[0011]優選方式為，所述管腳的數量為8個、10個或14個。
[0012]本發明的第二目的在於提供一種MCM封裝的電源模塊的製備方法，該方法製作的電源模塊具有氣密性封裝，從而使電源模塊的可靠性良好、體積小。
[0013]為解決上述技術問題，本發明的技術方案是:一種MCM封裝的電源模塊的製備方法，包括以下步驟:
[0014]S10、按所述RCC電路的電氣連接關係在所述陶瓷基板上印刷線路，並在所述線路上設置所述RCC電路各個元器件和晶片對應的焊盤；
[0015]S20、將所述RCC電路各個裸裝的元器件和晶片設置在對應的所述焊盤上；
[0016]S30、將所述陶瓷基板固定在所述管殼內，用金線將所述管腳與所述陶瓷基板上對應的所述焊盤連接；
[0017]S40、將所述蓋板蓋在所述管殼的開口端，並且所述管腳穿過並伸到蓋板之外，然後採用平行縫焊接將所述管殼與所述蓋板焊接固定形成氣密性密封，製得MCM封裝的電源模塊。
[0018]優選方式為，所述RCC電路包括晶片單元、濾波電容和變壓器，所述晶片單元包括多片裸晶片，所述步驟S20中，將各個裸晶片用真空吸筆吸取或鑷子夾取後倒裝在所述焊盤上；將所述濾波電容貼裝在所述焊盤上；將所述變壓器的輸入端和輸出端均用引線與所述陶瓷基板上對應的所述焊盤連接。
[0019]優選方式為，所述陶瓷基板和所述變壓器與所述管殼均採用有機粘結膜粘接固定，所述步驟S30中所述陶瓷基板固定在所述管殼上的步驟為，將所述有機粘結膜的兩層保護膜除去，將所述有機粘結膜按預定的區域放於所述管殼內，將所述陶瓷基板和所述變壓器放於粘結膜上，所述有機粘結膜使所述陶瓷基板和所述變壓器均與所述管殼之間留有距離。
[0020]採用上述技術方案後，本發明的有益效果是:由於本發明所述的MCM封裝的電源模塊包括RCC電路，該RCC電路的線路印製在陶瓷基板上，該線路上設有RCC電路各個元器件和晶片對應的焊盤，所有晶片均為裸晶片，並且元器件和晶片設置在對應的焊盤上；由於所有晶片均為裸晶片，使RCC電路所需的陶瓷基板面積小，從而使本發明的整體體積小，也使各個元器件和晶片之間實現了最簡訊號連接；而陶瓷基板的七層結構很好的避免了信號幹擾，使本發明的性能穩定。陶瓷基板組裝後固定在管殼的內側，並使RCC電路的各個信號端通過金線管腳連接。其中管殼的開口端蓋有蓋板，蓋板與管殼之間採用平行縫焊接固定，該固定方式使管殼與蓋板之間為氣密性封裝，該氣密性封裝將電子元器件與外界的潮氣隔開，阻止了工作壽命期間封裝周圍潮氣侵入，使本發明具有良好的可靠性，與現有電源模塊相比增大了使用範圍。同時本發明使用時通過管腳與外界來固定，使其能夠方便快速的移植。
[0021]由於所述RCC電路包括晶片單元、濾波電容和變壓器，所述晶片單元包括多片裸晶片，每片所述裸晶片均倒裝在所述焊盤上；所述變壓器的輸入端和輸出端均通過引線與對應的所述焊盤連接；所述濾波電容焊接在對應的所述焊盤上；使本發明的體積小，並且各個元器件之間最短距離電信號傳遞，使本發明的性能好。
[0022]由於所述陶瓷基板與所述管殼之間的留有距離與所述變壓器和管殼之間的留有距離相同；使變壓器與陶瓷基板上的焊盤不會因受力不均而脫落。
[0023]由於所述管殼選用陶瓷管殼，使本發明的散熱性好。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1是本發明MCM封裝的電源模塊的結構示意圖；
[0025]圖2是圖1去掉蓋板的俯視圖；
[0026]圖3是本發明MCM封裝的電源模塊的製備方法的流程圖；
[0027]圖4是本發明MCM封裝的電源模塊的RCC電路原理圖；
[0028]圖中:1一管殼、2—蓋板、3—管腳、4一陶瓷基板、5—金線、6—變壓器、7—濾波電容、8—焊盤、9 一引線、Vin+—輸入電源正極、Vin-—輸入電源負極、Vout+—輸出電源正極、Vout--輸出電源負極。
【具體實施方式】
[0029]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，且不用於限定本發明。
[0030]如圖1和圖2所示，一種MCM封裝的電源模塊包括RCC電路，其中MCM(mult1-chipmodule)是一種由兩個或兩個以上裸晶片或者晶片尺寸封裝的IC組裝在一個基板上的模塊，模塊組成一個電子系統或子系統。還包括:
[0031]—端開口的管殼1，該管殼I表面鍍有一層金，本實施例選用陶瓷來製成管殼I，使管殼I的導熱性、散熱性好；該管殼I的開口端蓋有蓋板2，該管殼I和蓋板2通過平行縫焊接來焊接固定，該平行縫焊接使管殼I和蓋板2之間的空間為氣密性封裝，使RCC電路各個元器件與外界潮氣隔離；
[0032]陶瓷基板4，該陶瓷基板4通過有機粘結膜粘接在管殼I內，該有機粘結膜的厚度使陶瓷基板4與管殼I內壁之間留有距離，該距離使散熱效果好；
[0033]該陶瓷基板4上印刷有RCC電路的線路，按照如圖4所示的晶片單元、濾波電容7和變壓器6的電路原理圖印製，線路上設有各個元器件和晶片對應的焊盤8。其中RCC電路的晶片單元包括多片裸晶片，每片裸晶片均倒裝在對應的焊盤8上；其中變壓器6的輸入端和輸出端均通過引線9與陶瓷基板4上對應的焊盤8連接，該變壓器6也與管殼I採用有機粘結膜粘接固定，該有機粘結膜的厚度使變壓器6與管殼I之間留有距離，利於變壓器6散熱；該距離與陶瓷基板4與管殼I之間的距離相同；使變壓器6與焊盤8焊接處不易脫落；其中濾波電容7焊接在對應的焊盤8上。
[0034]該陶瓷基板4與PCB線路板功能相同，但是陶瓷基板4包括七層，該七層結構提高了陶瓷基板4上各個元器件之間的信號抗幹擾能力。並且陶瓷基板4的熱傳導效果好，利於本發明的氣密性封裝；
[0035]本實施例的管殼I內的管腳3直接與管殼I 一起製作出來；管腳3的一端設在管殼I內，另一端穿過並伸到管殼I之外；總共設有8個管腳3，並且分成兩排排列在陶瓷基本4的兩側，每排為四個管腳3 ;其中第一管腳3與輸入電源正極Vin+連接、第二管腳3與輸入電源負極Vin-連接、第七管腳3與輸出電源正極Vout+連接、第八管腳3與輸出電源負極Vout-連接，其餘的第三管腳3、第四管腳3、第五管腳3和第六管腳3均留著備用；每個管腳3均通過一根直徑為25.4um的金線5與陶瓷基板4上對應的焊盤8電連接；管腳3穿過並伸出蓋板2之外。本發明可通過管腳3與使用環境進行電連接，因此本發明的移植非常方便快速。
[0036]如圖3所示，該圖為每個步驟的具體操作流程；本發明的MCM封裝的電源模塊的製備方法，包括以下步驟為:以下所有步驟的操作者均要戴好防靜電手環、手指套或防靜電手套；
[0037]S10、按RCC電路的電氣連接關係在陶瓷基板上印刷線路，並在線路上設置有RCC電路的各個元器件和晶片對應的焊盤；
[0038]S20、將RCC電路各個元器件和晶片設置在對應的焊盤上；
[0039]S21、漆包線去皮、整形、清洗:漆包線作為引線，將漆包線根據變壓器所需焊接位置進行彎折，再用高溫膠帶將漆包線固定在圓柱形的變壓器外殼上；然後在實際需要漆包線的長度處標記，將該處的漆包線去皮，並將去皮的漆包線用酒精清洗；再重新將去皮的漆包線固定在圓柱體的外表，將變壓器和陶瓷基板的位置固定好後，將漆包線拉至焊盤；將漆包線去皮處均勻上錫，再將帶上錫漆包線的變壓器和陶瓷基板的焊盤位置放好後，使漆包線的去皮線頭在焊盤的中心位置；
[0040]S22、上錫:將固定好的陶瓷基板和變壓器放在顯微鏡下，用牙籤沾取錫膏塗抹於焊盤上，錫膏要將變壓器引線完全覆蓋，錫膏要均勻覆蓋在焊盤上，略小於焊盤；
[0041]S24、陶瓷基板點錫膏、貼裝濾波電容:將濾波電容對應的陶瓷基板上的焊盤點上錫膏，避免出現移位、錫少、塌陷、錫橋；用鑷子或真空吸筆吸夾取裸濾波電容，按陶瓷基板上的元件分布圖指定的位置和方向貼裝在陶瓷基板焊盤位置的正上方；在貼裝過程中，不可碰到周圍元件，貼裝要一步到位，貼裝後只要符合要求，儘量不要調整，以免引起爐後產品缺陷；檢查元件位置，方向是否正確，元件是否翹起；
[0042]S25、氮氣保護共晶焊接:將共晶爐打開，將已經組裝完畢並塗抹錫膏的陶瓷基板放入共晶爐內，關好爐門，檢查無誤後，點擊抽真空，等真空度到達10帕以下時，關閉抽真空，同時點擊充氣，充氮氣保護，點擊加熱；結束後打開排氣，在氮氣保護下降溫，等溫度降到120度時，可以打開爐門將物件取出；
[0043]S26、清洗、檢查:用鑷子夾取少量脫脂棉沾取洗板水輕輕的擦拭焊盤，以洗去助焊劑等雜質；用鑷子輕輕的將陶瓷基板和變壓器底部的高溫膠撕去；用棉棒浸取少量酒精擦拭陶瓷基板和變壓器底部，洗去附著的高溫膠殘餘部分；撕高溫膠和清潔陶瓷基板和變壓器底部，注意變壓器和陶瓷基板高度保持一致，避免陶瓷基板和變壓器焊接部位因受力不均脫落；用棉棒浸取少量酒精清潔管殼的粘結表面；
[0044]S30、陶瓷基板和變壓器與管殼的粘接，用金線將管腳與陶瓷基板上對應的焊盤連接;
[0045]S31、將管殼放於夾具上，用鑷子將有機粘結膜的兩層保護膜除去，將有機粘結膜按預定的區域放於管殼內，將陶瓷基板和變壓器放於有機粘結膜之上，變壓器和陶瓷基板不得接觸管殼內壁；將粘貼好管殼放於恆溫加熱臺，溫度設定為60°C，使薄膜與管殼間的空氣受熱逸出，用防靜電樹脂鑷子輕輕按壓陶瓷管殼和變壓器，使之與管殼粘結區域接觸良好；
[0046]S32、真空烤箱固化:將已粘貼陶瓷基板和變壓器的管殼放入真空烤箱；烤箱參數設置如下:將參數設置為時間4分鐘抽真空至lOOmb，溫度設定為153°C，烘烤固化時間為I小時；固化完畢後，打開倉門，等溫度降至100°C以下時取出物品；
[0047]S33、等離子清洗:將固化好的管殼放入等離子反應倉，關好倉門；工藝啟」按鈕，開始清洗；清洗完畢，等離子清洗機發出提示，點擊「確定」後，關閉提示，取出已清洗品；
[0048]S34、點銀漿、貼裝晶片:將銀漿取出置於常溫下解凍一個小時；將解凍後的銀漿放於點膠機滴筒內，設定氮氣氣壓為0.1MPa,點膠時間為0.0ls ;將纏繞變壓器引線的高溫膠帶輕輕的去掉，將管殼等離子清洗後放於顯微鏡下，將銀漿點於所需焊盤，銀漿量要適宜不可將銀漿弄出焊盤；銀漿總面積佔晶片總面積> 80%，銀漿無氣泡產生，點與點之間應緊密相連無斷膠；打開真空吸放臺，用真空吸筆小心的吸起裸片並正確放於已點銀漿的焊盤之上，不要放錯方向，位置要正；
[0049]S35、真空烤箱固化:將管殼放入真空烤箱之內，再設定真空烤箱的參數為時間4分鐘抽真空至lOOmb，溫度設定為153°C，烘烤固化時間為I小時(溫度升至153°C開始計時)；固化好後等溫度降至100°C以下時戴好防靜電手套取出物品；
[0050]S36、等離子清洗:將管殼放入等離子反應倉，關好倉門；設定參數為，基礎壓力設置為30pa，射頻功率設置為lOOwatts，氬氣流量設置為100ml/min，射頻時間設置為300seconds ;清洗完畢，等離子清洗機發出提示，點擊「確定」後，關閉提示，等大約一分鐘開啟倉門，戴好防靜電手套取出已清洗品；
[0051]S37、金線鍵合和拉力測試:按《金線鍵合作業指導書》操作請；用拉力測試表測試抽樣物品的金線焊接強度，本測試為破壞性試驗，金線拉力應在3克以上；
[0052]S38、管殼和蓋板清洗、檢查:用棉棒浸取少量酒精清潔管殼的封蓋邊緣表面；蓋板使用等離子清潔，工藝同步驟S26 ;在顯微鏡下檢查管殼內部有無雜物，檢查金線焊接是否完好，檢查管殼封蓋邊緣是否乾淨；
[0053]S39、管殼和蓋板烘烤:將蓋板蓋在管殼上，放入平行封焊機真空烤箱內烘烤，溫度設定為100°c，真空度1Pa以下，烘烤時間為12小時；
[0054]S40、將蓋板蓋在管殼的開口端，然後採用平行縫焊接將管殼與蓋板焊接固定形成氣密性密封，製得MCM封裝的電源模塊；
[0055]S41、壓氦:將封好的管殼放於氟油平臺氦氣壓力艙內，擰緊蓋板；將壓力值設定為0.413MPa;開啟機械泵，打開抽氣閥門，當真空度降至50Pa以下時，關閉機械泵和抽氣閥門。同時打開氦氣閥，通入氦氣，當氦氣氣壓達到設定值時，設備自動關閉氦氣閥。在此壓力下保持2小時。在此期間,如果壓力值小於設定值時,打開氦氣閥,補充氦氣；當壓氦時間達到時間時，打開放氣閥，排淨氦氣。等氦氣排淨時，打開氦氣壓力倉，取出器件；器件用氮氣或其他氣體清洗一分鐘，清洗流量應小於60升每分鐘,或放於空氣中5分鐘,除去管殼附著的氦氣。但不可在空氣中放置超過15分鐘，以免壓入的氦氣洩露而影響檢測結果；
[0056]S42、氦質譜檢漏；
[0057]S43、包裝出貨。
[0058]本發明的電源模塊的主要技術參數為:輸入電源電源為AC180-250V;輸入頻率為50Hz ;輸出電壓為5V，電流0.3A;穩壓精度為5% ;工作效率大於75% ;電磁兼容符合GB17743-1999要求；功率器件過流保護功能；模塊化、低成本。
[0059]以上所述本發明的較佳實施例而已，且不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同一種MCM封裝的電源模塊及製備方便和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種MCM封裝的電源模塊，包括RCC電路，其特徵在於，還包括: 一端開口的管殼，所述管殼的開口端蓋有蓋板，所述管殼和所述蓋板通過平行縫焊接固定； 陶瓷基板，所述陶瓷基板設在所述管殼內；所述陶瓷基板上印刷有所述RCC電路的線路，所述線路上設有對應所述RCC電路各個元器件和晶片的焊盤；所有所述晶片均為裸晶片，所述元器件和所述晶片設置在對應的所述焊盤上； 多個管腳，所述管腳的一端固定在所述管殼的內壁上，所述管腳分設在所述陶瓷基板的外側；所述管腳通過金線與所述陶瓷基板上對應的所述焊盤電連接；所有所述管腳均穿過並伸出所述管殼之外。
2.根據權利要求1所述的MCM封裝的電源模塊，其特徵在於，所述RCC電路包括晶片單元、濾波電容和變壓器，所述晶片單元包括多片裸晶片，每片所述裸晶片均倒裝在所述焊盤上；所述變壓器的輸入端和輸出端均通過引線與對應的所述焊盤連接；所述濾波電容焊接在對應的所述焊盤上。
3.根據權利要求2所述的MCM封裝的電源模塊，其特徵在於，所述陶瓷基板和所述變壓器與所述管殼均採用有機粘結膜粘接固定，所述有機粘結膜使所述陶瓷基板和所述變壓器均與所述管殼之間留有距離。
4.根據權利要求3所述的MCM封裝的電源模塊，其特徵在於，所述陶瓷基板與所述管殼之間的留有距離與所述變壓器和管殼之間的留有距離相同。
5.根據權利要求4所述的MCM封裝的電源模塊，其特徵在於，所述管殼選用陶瓷管殼。
6.根據權利要求5所述的MCM封裝的電源模塊，其特徵在於，所述金線的直徑為25_26um0
7.根據權利要求6所述的MCM封裝的電源模塊，其特徵在於，所述管腳的數量為8個、10個或14個。
8.—種權利要求1所述的MCM封裝的電源模塊的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟: S10、按所述RCC電路的電氣連接關係在所述陶瓷基板上印刷線路，並在所述線路上設置所述RCC電路各個元器件和晶片對應的焊盤； S20、將所述RCC電路各個元器件和晶片設置在對應的所述焊盤上； S30、將所述陶瓷基板固定在所述管殼內，用金線將所述管腳與所述陶瓷基板上對應的所述焊盤連接； S40、將所述蓋板蓋在所述管殼的開口端，並且所述管腳穿過並伸到蓋板之外，然後採用平行縫焊接將所述管殼與所述蓋板焊接固定形成氣密性密封，製得MCM封裝的電源模塊。
9.根據權利要求8所述的MCM封裝的電源模塊的製備方法，其特徵在於，所述RCC電路包括晶片單元、濾波電容和變壓器，所述晶片單元包括多片裸晶片， 所述步驟S20中，將各個裸晶片用真空吸筆吸取或鑷子夾取後倒裝在所述焊盤上；將所述濾波電容貼裝在所述焊盤上；將所述變壓器的輸入端和輸出端均用引線與所述陶瓷基板上對應的所述焊盤連接。
10.根據權利要求8所述的MCM封裝的電源模塊的製備方法，其特徵在於，所述陶瓷基板和所述變壓器與所述管殼均採用有機粘結膜粘接固定，所述步驟S30中所述陶瓷基板固定在所述管殼上的步驟為，將所述有機粘結膜的兩層保護膜除去，將所述有機粘結膜按預定的區域放於所述管殼內，將所述陶瓷基板和所述變壓器放於粘結膜上，所述有機粘結膜使所述陶瓷基板和所述變壓器均與所述管殼之間留有距離。
【文檔編號】H02M1/00GK104283406SQ201410495485
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年9月24日 優先權日:2014年9月24日
【發明者】於會慶, 牛停舉, 於示強, 徐獻增 申請人:山東歐龍電子科技有限公司