[發明專利]一種功率模塊及其封裝方法

有效

• 申請號: 201510923764.2
• 申請日: 2015-12-14
• 公開（公告）號: CN105405820B
• 公開（公告）日: 2018-06-26
• 發明（設計）人: 吳振興
• 申請（專利權）人: 北京晶川電子技術發展有限責任公司
• 主分類號: H01L23/48
• 分類號: H01L23/48;H01L21/607;B23K20/10
• 代理公司: 北京漢之知識產權代理事務所(普通合伙) 11479
• 代理人: 孔凡紅

本發明公開了一種功率模塊及其封裝方法，其中，所述功率模塊包括：模塊外殼主體、承載有模塊電路的覆銅電路板，其特征在于，還包括：貫穿固定于所述模塊外殼主體的金屬電極；其中，所述金屬電極包括：延伸于所述功率模塊外的電極接觸部，以及在所述功率模塊內延伸至覆銅電路板的電極焊接部；所述電極焊接部的金屬通過超聲波焊接技術與所述覆銅電路板的銅箔焊接為一體。應用本發明，可以保證功率模塊的焊接點的牢固和可靠性，同時簡化工藝、提高功率模塊的生產效率，并節省功率模塊內部空間，以利于功率模塊的小型化。

技術領域

本發明涉及電子技術領域，具體而言，本發明涉及一種功率模塊及其封裝方法。

背景技術

功率模塊是功率電力電子器件按一定的功能組合灌封成的模塊。常用的功率模塊包括，金屬-氧化層-半導體-場效晶體管，簡稱金氧半場效晶體管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)模塊、IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，絕緣柵雙極型晶體管)模塊、二極管模塊等。

在傳統功率模塊的封裝技術中，中小功率模塊電極采用的多為普通的錫焊工藝。但是，傳統中小功率錫焊工藝的互聯方式，錫焊點接觸材料電阻率高，材料接觸面是不同材質，非常容易分層、脫落，導致焊接點的牢固和可靠性低。

為保證電極焊接點的牢固和可靠性，中大功率模塊普遍采用鋁絲鍵合工藝。鋁絲焊接工藝是由以下方式實現的：在模塊框架注塑成型時，將電極的功率端子和控制端子一并注塑到模塊框架內，并在模塊框架內部留出部分裸露的金屬小島，用于鋁絲鍵合至模塊內的電路。

但是，本發明的發明人發現，由于中大功率模塊中電流比較大，金屬小島的面積需要預留足夠大的空間以便綁定多根甚至數十根鋁絲，實現工藝非常繁瑣，生產效率很低，而且由于需要為金屬小島預留足夠大的空間，不利于功率模塊的小型化生產。

發明內容

本發明實施例針對現有的功率模塊的缺點，提出一種功率模塊及其封裝方法，用以保證功率模塊的焊接點的牢固和可靠性，同時簡化工藝、提高功率模塊的生產效率，并節省功率模塊內部空間，以利于功率模塊的小型化。

本發明實施例根據一個方面，提供了一種功率模塊，包括：模塊外殼主體、焊接有模塊電路的覆銅電路板，其特征在于，還包括：貫穿固定于所述模塊外殼主體的金屬電極；其中，所述金屬電極包括：延伸于所述功率模塊外的電極接觸部，以及在所述功率模塊內延伸至覆銅電路板的電極焊接部；所述電極焊接部的金屬通過超聲波焊接技術與所述覆銅電路板的銅箔焊接為一體。

本發明實施例根據另一個方面，還提供了一種功率模塊的封裝方法，包括：將金屬電極貫穿固定于所述功率模塊的模塊外殼主體；其中，所述金屬電極包括：延伸于所述功率模塊外的電極接觸部，以及在所述功率模塊內延伸至所述功率模塊的覆銅電路板的電極焊接部；將所述電極焊接部通過超聲波焊接技術與所述覆銅電路板焊接為一體。

本發明的技術方案中，由于采用超聲波焊接技術，從而焊接體中，不存在焊接界面，焊接材料融為一體，非常牢固，焊點剪切力大于300N；遠遠大于傳統技術模塊的焊接強度，可靠性大幅提高，壽命更長。傳統鋁絲鍵合端子技術模塊受溫度循環，功率循環等影響。常常使焊接點界面疲勞，出現鋁絲斷裂、電極端子脫落等現象。超聲焊接的端子，不會出現以上問題。使功率模塊的可靠性大幅提高，壽命增加5倍以上。大大提高了電極焊接點的牢固和可靠性。

而且，超聲焊接工藝能自動去除焊接材料接觸面的氧化層，超聲焊接過程是一個短暫的高頻摩擦過程，即便焊接材料表面存在氧化層也會被摩擦去除，不影響焊接質量。前述介紹的錫焊法和鋁絲鍵合法，都受焊接材料表面的氧化層限制。

進一步，超聲端子焊接技術形成的焊接點，因為不存在界面態，界面接觸電阻為0，大大降低了電極焊接點的電阻。