整合型功率模塊的製作方法

2023-11-09 22:26:42 2

本發明涉及一種功率模塊，特別涉及一種整合型功率模塊。

背景技術：

一般而言，現有技術的功率模塊的功率電路與柵極驅動電路是採取分離的構造，因此，功率電路與柵極驅動電路均需要有各自的封裝結構，且功率電路需要通過多條信號排線才得與外接的柵極驅動電路電性連接，上述的結構使得現有技術的功率模塊的體積過大，故並無法應用於輕型載具或小型機具上，因此，現有技術的功率模塊的應用範圍受到了相當大的限制。

又，由於功率模塊需經常處于震動的環境下，但由於設計上的缺失，現有技術的功率模塊並無法有效地固定其各個元件，因此其功率電路的各個晶片及晶片之間的信號排線很容易因震動而脫落，故現有技術的功率模塊很容易發生故障的情況，使其故障率居高不下，嚴重的影響現有技術的功率模塊的效能。

此外，為了達到緣絕及散熱的功率，現有技術的功率模塊需要分別經過散熱膠與絕緣膠的處理，使其工藝較為繁複，需要較高的時間及人力，因此也使現有技術的功率模塊的製造成本大幅地提高。

美國專利公開第US20110057713號揭露了一個功率模塊(Power module)，其主要利用上下對稱的結構來達到散熱的目的。然而，此功率模塊未整合柵極驅動電路，故需要通過多條信號排線與外接的柵極驅動電路連接，使其體積過大，故其應用範圍受到了很大的限制。

美國專利第US8237260號揭露了一個功率半導體模塊(Power semiconductor module)，其主要利用多個基板塊來設置多個晶片。同樣地，此功率半導體模塊仍未整合柵極驅動電路，故需要通過多條信號排線與外接的柵極驅動電路連接，使其體積過大，故其應用範圍受到了很大的限制；此外，此功率半導體模塊也缺乏有效的固定機構以固定其各個元件，故很容易因震動而故障，使其效能大打折扣。

中國臺灣專利公告第TW I478479號揭露了一種整合功率模塊封裝結構，其整合了柵極驅動電路。然而，此功率半導體模塊同樣並不具備有效的固定機構以固定其各個元件，故很容易因為震動而導致故障，使其效能大幅降低，此外，其結構設計過於鬆散，並無法有效地應用其內部空間，使其體積過大，也限制了其應用範圍。

因此，如何提出一種整合型功率模塊，能夠有效改善現有技術的功率模塊應用上受到限制、工藝繁複且效能低落的情況已成為一個刻不容緩的問題。

技術實現要素：

有鑑於上述現有技術的問題，本發明的其中一目的就是在提供一種整合型功率模塊，以解決現有技術的功率模塊應用上受到限制、工藝繁複且效能低落的問題。

根據本發明的其中一目的，提出一種整合型功率模塊，其可包含柵極驅動電路、多個第一金屬片、多個晶片、多個第二金屬片及環狀外框。該些第一金屬片可平行設置，並可與柵極驅動電路電性連接，至少一個第一金屬片可包含多個晶片槽。該些晶片可設置於該些晶片槽中，且各個晶片可與其中一個相鄰的第一金屬片電性連接。該些第二金屬片可平行設置，並可與柵極驅動電路電性連接，各個第二金屬片可設置於任意兩個相鄰的該些第一金屬片之間。該些第一金屬片、該些第二金屬片、柵極驅動電路及該些晶片可設置於環狀外框內。

在一較佳的實施例中，該些第一金屬片、該些第二金屬片、該些晶片及該柵極驅動電路可通過封裝技術手段固定。

在一較佳的實施例中，各個晶片槽的尺寸可大於各個晶片的尺寸。

在一較佳的實施例中，該些晶片可通過封裝技術手段分別固定於該些晶片槽中。

在一較佳的實施例中，各個晶片可通過多個金屬走線與相鄰的其中一個第一金屬片電性連接。

在一較佳的實施例中，各個第一金屬片可包含一引腳。

在一較佳的實施例中，各個引腳可包含第一彎折部及第二彎折部。

在一較佳的實施例中，環狀外框可包含多個引腳孔，其可對應於該些引腳，各個引腳可穿過對應的引腳孔而突出於環狀外框。

在一較佳的實施例中，柵極驅動電路可設置於該些第一金屬片及該些第二金屬片的上，且各個第一金屬片及各個第二金屬片上可有對應於柵極驅動電路的多個凹槽。

在一較佳的實施例中，柵極驅動電路更可包含多個信號針腳。

在一較佳的實施例中，環狀外框可包含多個針腳孔，其可對應於該些信號針腳，各個信號針腳可穿過對應的針腳孔而突出於環狀外框。

在一較佳的實施例中，上蓋可設置於環狀外框的頂部。

在一較佳的實施例中，散熱底板可設置於環狀外框的底部。

在一較佳的實施例中，絕緣散熱墊可設置於該些第一金屬片及該些第二金屬片與散熱底板之間，並可與該些第一金屬片及該些第二金屬片接觸。

在一較佳的實施例中，環狀外框可包含第一突出部，第一突出部可包含第一連接孔。

在一較佳的實施例中，散熱底板可包含第二突出部，第二突出部可包含第二連接孔，第二連接孔可對應於第一連接孔。

在一較佳的實施例中，整合型功率模塊更可包含連接件，其可穿設於第一連接孔及第二連接孔以固定環狀外框及散熱底板。

以下結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細描述，但不作為對本發明的限定。

附圖說明

圖1為本發明的整合型功率模塊的第一實施例的第一示意圖；

圖2為本發明的整合型功率模塊的第一實施例的第二示意圖；

圖3為本發明的整合型功率模塊的第一實施例的第三示意圖；

圖4為本發明的整合型功率模塊的第一實施例的第四示意圖；

圖5為本發明的整合型功率模塊的第一實施例的第五示意圖；

圖6為本發明的整合型功率模塊的第一實施例的第六示意圖；

圖7為本發明的整合型功率模塊的第一實施例的第七示意圖；

圖8為本發明的整合型功率模塊的第一實施例的第八示意圖；

圖9為本發明的整合型功率模塊的第一實施例的第九示意圖；

圖10為本發明的整合型功率模塊的第一實施例的第十示意圖；

圖11為本發明的整合型功率模塊的第一實施例的第十一示意圖；

圖12為本發明的整合型功率模塊的第一實施例的第十二示意圖。

其中，附圖標記

1 整合型功率模塊

11 上蓋

12 柵極驅動電路

121 信號針腳

13 環狀外框

131 第一突出部

1311 第一連接孔

132A、132B、132C 引腳孔

133 針腳孔

14 功率電路

141 晶片

142A、142B、142C 第一金屬片

1421 晶片槽

1422A、1422B、1422C 引腳

1423、1433 凹槽

15 絕緣散熱墊

16 散熱底板

161 第二突出部

17 連接件

ML 金屬走線

D1、D2 二極體

M1、M2 電晶體

具體實施方式

以下將參照相關附圖，說明依本發明的整合型功率模塊的實施例，為使便於理解，下述實施例中的相同元件是以相同的符號標示來說明。除此之外，本發明還可以廣泛地在其他的實施例中施行。也就是說，本發明的範圍不受已提 出的實施例的限制，而是以本發明所提出的權利要求範圍為準。

請參閱圖1及圖2，其為本發明的整合型功率模塊的第一實施例的第一示意圖及第二示意圖，圖1舉例說明了本實施例的整合型功率模塊的爆炸圖。如圖1所示，整合型功率模塊1可以包含上蓋11、柵極驅動電路12、環狀外框13、功率電路14、絕緣散熱墊15、散熱底板16以及多個連接件17。

圖2舉例說明了本實施例的整合型功率模塊的剖視圖。如圖2所示，上蓋11可設置於環狀外框13的頂部，功率電路14可設置於環狀外框13的內部，散熱底板16可設置於環狀外框13的底部，而絕緣散熱墊15可設置於功率電路14的該些第一金屬片142A、142B、142C及該些第二金屬片143與該散熱底板16之間，並可與該些第一金屬片142A、142B、142C及該些第二金屬片143接觸。其中，功率電路14可包含多個晶片141，而柵極驅動電路12可設置於功率電路14上，並可通過多個金屬走線ML與該些晶片141電性連接。

請參閱圖3，其為本發明的整合型功率模塊的第一實施例的第三示意圖。圖3舉例說明了本實施例的功率電路14的詳細構造。

如圖所示，功率電路14可包含多個第一金屬片142A、142B、142C及多個第二金屬片143，該些第一金屬片142A、142B、142C與該些第二金屬片143可平行設置，各個第二金屬片143設置於任意兩個相鄰的該些第一金屬片142A、142B、142C之間。

第一金屬片142A可包含引腳1422A，第二金屬片142B可包含引腳1422B，而第三金屬片142C可包含引腳1422C，各個引腳1422A、1422B、1422C可包含第一彎折部及第二彎折部而形成類似階梯的形狀，而部分的該些第一金屬片142A、142B、142C可包含多個晶片槽1421，其可用以設置功率電路14的晶片141。

各個第一金屬片142A、142B、142C及各個第二金屬片143的中央可包含凹槽1423、1433，其可用以設置柵極驅動電路12。

請參閱圖4，其為本發明的整合型功率模塊的第一實施例的第四示意圖。圖4舉例說明了本實施例的功率電路14的詳細構造。如圖所示，在該些第一金屬片142A、142B、142C中，其中位於左側及中間的二個第一金屬片142A、142B可包含多個晶片槽1421以設置功率電路14的晶片141，而各個晶片槽1421的尺寸可略大於晶片141。

請參閱圖5及圖6，其為本發明的整合型功率模塊的第一實施例的第五示意圖及第六示意圖。圖5舉例說明了本實施例的功率電路14的詳細構造。

各個晶片141可與相鄰的第一金屬片電性連接，如圖5所示，設置於左側的第一金屬片142A上的該些晶片141可通過金屬走線ML與中間的第一金屬片142B電性連接；而設置於中間的第一金屬片142B上的該些晶片141可通過金屬走線ML與右側的第一金屬片142C電性連接，並以封裝技術手段的方式固定該些晶片141及金屬走線ML，使該些晶片141可以穩固定固定於該些晶片槽1421中，並使金屬走線ML不易脫落。上述的封裝技術手段可為各種形式，均應包含於本發明的專利範圍內。

圖6表示本實施例的功率電路14的等效電路，在此等效電路中，引腳1422A為Vdc(+)，引腳1422B為輸出相，而引腳1422C為Vdc(-)。

請參閱圖7，其為本發明的整合型功率模塊的第一實施例的第七示意圖。圖7舉例說明了本實施例的柵極驅動電路12以及功率電路14的詳細構造。

如圖所示，柵極驅動電路12可設置於各個第一金屬片142A、142B、142C及各個第二金屬片143的中央的凹槽1423、1433所形成的空間，並可通過金屬走線ML與各個第一金屬片142A、142B、142C及各個第二金屬片143電性連接，再以封裝技術手段固定柵極驅動電路12及金屬走線ML，使柵極驅動電路12可以穩固定固定於凹槽1423、1433所形成的空間中，並使金屬走線ML不易脫落。上述的封裝技術手段可為各種形式，均應包含於本發明的專利範圍內。

此外，柵極驅動電路12更可包含多個信號針腳121，各個信號針腳121可呈L形，並可分別設置於柵極驅動電路12的兩側。

值得一提的是，大部分現有技術的功率模塊的功率電路與柵極驅動電路是採取分離的構造，如此則會使得現有技術的功率模塊的體積過大，使其應用範圍受到了相當大的限制。相反的，本發明的一實施例中，整合型功率模塊可以整合了功率電路及柵極驅動電路，因此不需要外接的柵極驅動電路，因此，整合型功率模塊體積可以大幅地縮小，使其應用範圍更為廣泛。

又，現有技術的功率模塊並無法有效地固定其各個元件，因此其功率電路的各個晶片及晶片之間的信號排線很容易因震動而脫落，故其故障率極高，使其效能大幅下降。相反的，本發明的一實施例中，整合型功率模塊可將功率電路的晶片及柵極驅動電路設置於多個金屬片上對應的凹槽，並利用封裝技術手 段的方式有效地固定上述元件及金屬走線，因此即使在震動的環境下，各個元件及金屬走線也不易因震動而脫落，因此整合型功率模塊的故障率極低，效能可大幅地提升。

此外，本發明的一實施例中，整合型功率模塊可具備緊密的結構設計，其可利用多個並排的金屬片來設置功率電路的晶片及柵極驅動電路，其可有效地利用整合型功率模塊的內部空間，使體積進一步縮小。

請參閱圖8，其為本發明的整合型功率模塊的第一實施例的第八示意圖。圖8舉例說明了本實施例的環狀外框13的詳細構造。

如圖所示，環狀外框13可包含二個第一突出部131，各個第一突出部131可包含第一連接孔1311。

環狀外框13更可包含多個引腳孔132A、132B、132C，其可分別對應於該些第一金屬片142A、142B、142C的該些引腳1422A、1422B、1422C，該些引腳1422A、1422B、1422C可分別穿過對應的引腳孔132A、132B、132C而突出於環狀外框13。

此外，環狀外框13可包含多個針腳孔133，其可對應於柵極驅動電路12的該些信號針腳121，該些信號針腳121可分別穿過對應的針腳孔133而突出於環狀外框13。

請參閱圖9，其為本發明的整合型功率模塊的第一實施例的第九示意圖。圖9舉例說明了本實施例的散熱底板16的詳細構造。

如圖所示，散熱底板16的形狀可對應於環狀外框13的形狀，散熱底板16可包含二個第二突出部161，各個第二突出部161可包含第二連接孔1611，而該些第二連接孔1611可對應於環狀外框13的該些第一連接孔1311。

請參閱圖10及圖11，其為本發明的整合型功率模塊的第一實施例的第十示意圖及第十一示意圖。圖10及圖11舉例說明了本實施例的整合型功率模塊1的組裝示意圖。

如圖10所示，散熱底板16可設置於環狀外框13的底部，而絕緣散熱墊15可設置於功率電路14的該些第一金屬片142A、142B、142C及該些第二金屬片143與該散熱底板16之間，並可與該些第一金屬片142A、142B、142C及該些第二金屬片143接觸，藉此有效地將功率電路14的熱能由散熱底板排出，以提升整合型功率模塊1的散熱效能，而功率電路14的該些引腳1422A、 1422B、1422C及柵極驅動電路12的該些信號針腳121則可突出於環狀外框13。

如圖11所示，各個第一連接孔1311與對應的第二連接孔1611可通過連接件17連接，以固定環狀外框13及散熱底板16。整合型功率模塊的多個金屬片與散熱底板間設置有絕緣散熱墊，其同時具備絕緣及散熱的功能，故整合型功率模塊不須經過散熱膠與絕緣膠的處理，工藝較為簡單，故可大幅地降低整合型功率模塊的製造成本。

值得一提的是，大部分現有技術的功率模塊需要分別經過散熱膠與絕緣膠的處理，使其工藝較為繁複，因此也可提高了其製造成本。相反的，本發明的一實施例中，整合型功率模塊的多個金屬片與散熱底板間設置有絕緣散熱墊，其同時具備絕緣及散熱的功能，故整合型功率模塊不須經過散熱膠與絕緣膠的處理，工藝較為簡單，故可大幅地降低整合型功率模塊的製造成本。此外，此絕緣散熱墊可有效地將該些金屬片的熱能由散熱底板排出，故可以有效地提升整合型功率模塊的散熱效能。

請參閱，12其為本發明的整合型功率模塊的第一實施例的第十二示意圖。圖12舉例說明了本實施例的整合型功率模塊1的組裝示意圖。

上蓋11可設置於環狀外框13的頂部，使上蓋11、環狀外框13及散熱底板16可形成一封閉的結構，而上蓋11可包含對應的結構，使柵極驅動電路12的該些信號針腳121可突出於上蓋11及環狀外框13。

承上所述，依本發明的實施例的整合型功率模塊，其可具有一或多個下述優點：

(1)本發明的一實施例中，整合型功率模塊整合了功率電路及柵極驅動電路，因此不需要外接的柵極驅動電路，因此整合型功率模塊體積可以大幅地縮小，使其應用範圍更為廣泛。

(2)本發明的一實施例中，整合型功率模塊可具備緊密的結構設計，利用多個並排的金屬片來設置功率電路的晶片及柵極驅動電路，其可有效地利用整合型功率模塊的內部空間，使體積進一步縮小。

(3)本發明的一實施例中，整合型功率模塊可將功率電路的晶片及柵極驅動電路設置於多個金屬片上對應的凹槽，並利用封裝技術手段的方式有效地固定上述元件及金屬走線，因此即使在震動的環境下，各個元件及金屬走線也不易因震動而脫落，因此整合型功率模塊的故障率極低，效能可大幅地提升。

(4)本發明的一實施例中，整合型功率模塊的多個金屬片與散熱底板間設置有絕緣散熱墊，其同時具備絕緣及散熱的功能，故整合型功率模塊不須經過散熱膠與絕緣膠的處理，工藝較為簡單，故可大幅地降低整合型功率模塊的製造成本。

(5)本發明的一實施例中，整合型功率模塊的多個金屬片與散熱底板間設置有絕緣散熱墊，此絕緣散熱墊可有效地將該些金屬片的熱能由散熱底板排出，故可以有效地提升其散熱效能。

當然，本發明還可有其他多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本發明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬於本發明所附的權利要求的保護範圍。