專利名稱：夾層結構的智能功率模塊的制作方法
技術領域：
本發明涉及具有控制和功率接頭的智能功率模塊，其中在平行于底板的第二平面中配置一層板，底板中具有至少一個功率半導體元件。
目前使用的IPM(智能功率模塊)結構，也就是帶有在模塊中集成的功率半導體元件和邏輯或控制單元的模塊，例如，可用于連接焊接裝置、電源以及用于驅動工程中。尤其在異步電動機的領域中，頻率轉換器以增大方式用于速度控制，特別的是模塊中的功率部分使用IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)功率半導體。
選擇功率底板作為所需功率元件的載體，要注意到對于通常需要冷卻的板，一方面要確保較高的電絕緣，另一方面要確保較好的熱傳遞。用熟知的塑料材質的電路板不能獲得后者，因此根據應用的需要，在相對復雜的底板上構造功率元件，例如DCB(直接銅粘合)氧化鋁、IMS(鋁聚酰亞胺銅)、或亞硝酸鋁。另一方面，邏輯單元可以簡單地以傳統環氧電路板為基礎制造。
傳統模塊技術的問題一方面是邏輯元件和功率元件之間的連接，另一方面是模塊和系統電路板之間的連接。這些連接通常使用焊接、接頭、連接器或壓力連接，它們在質量上通常是弱點，并且所需費用較高。如果因為空間的原因要求模塊為夾層結構，那么連接技術的問題就變得很更嚴重了，例如其中功率底板通過引腳連接到配置在其上的控制或驅動電路板，眾所周知歐洲專利EP 0 463 589中的實例和其中的
圖1。尤其，在這個公知的模塊中，將帶有功率半導體的底板插入模塊外殼的框架中，焊接連接線，并灌注絕緣混合物，于是控制板就插入模塊外殼中，并與連接線焊接。根據特殊的應用，從模塊外殼上突出各種獨立焊接到底板上的接頭引腳。
除了復雜的連接技術外，已知夾層結構模塊的主要缺點在于該結構只適用于高度發展或適當費用的定制模塊。例如，控制或驅動電路中期望的變化可能需要連接線或接頭引腳的不同配置或設計，這樣可能對模塊整體有影響，因此需要改變模塊整體。
本發明的目的是實現智能功率模塊，它不需要復雜的內部和外部連接技術，因此可以低成本地制造，并且相對于定制驅動電路它更容易改裝。
根據本發明，完成了開始所指明類型的智能功率模塊，其中將功率底板作為基板插入電絕緣材料的外殼中，功率底板和外殼一起形成功率部分，從它朝向板的上表面，至少是在邊緣部分突出接頭引腳，穿過板上的孔完全焊接該引腳，沿電路板上沒有通過孔和控制元件的一邊有至少一個條形部分，其中電路板的這一邊上有作為控制和功率接頭的接觸焊點，通過它模塊可以直接焊接到系統電路板的槽口中。
因此，本發明的模塊基本上包括邏輯部分和獨立的或分離的標準化功率部分。由于接頭引腳已經是功率部分的一部分，機械設計標準化的功率部分可以在單流焊接過程中通過完全焊接很容易地連接到控制或驅動部分。相對于驅動電路提供給用戶的板幾乎沒有設計的可能性，由于在電路板上形成了適當的接觸焊點，所以存在能特別簡單地連接到另一塊電路板可能性。這種適于直接焊接到系統電路板上的電路板事實上已經眾所周知一段時間了，但是至今仍未在功率模塊的連接中使用，該功率模塊使用更堅固的結構設計單元，例如引腳、螺栓和栓塞，尤其它們還未在IPM的連接中使用。
本發明有益的進步是附屬權利要求的主題。
現在將在下文中通過參考附圖用實施例更詳細地描述本發明，附圖中圖1顯示了本發明模塊處于未焊接到系統電路板狀態的透視圖。
圖2顯示了如圖1中同樣模塊處于完成焊接狀態的剖面圖。
圖1顯示了作為實例的具有標準化功率部分的模塊，其中例如將作為功率元件2的載體的陶瓷底板插入塑料外殼1中作為基板。基板的下表面通常連接著散熱器3。如圖1和圖2中所示的板4處于配置在功率部分接頭引腳5的上端的狀態，它的背面指向上方；接頭引腳5被射流焊接到電路板4的背面。板4的條形部分6沒有通過孔和控制或驅動元件12，它必須足夠寬以允許電路板4上適當形成的接觸焊點7以及它的插入物能通過第二電路板即這里稱為系統電路板8的槽口。圖2顯示了焊接入系統電路板8中帶有焊點9的模塊。
如圖所示，如果板4在它的所有邊都可能大于功率部分，也就是從功率部分延伸出那么是有利的，因為電路板4可以有效地將功率部分插入其中，并與之焊接，只有在之后才分割成獨立的模塊。例如電路板4可以是市場上常見的塑料板，如FR4。
特別有利的是圖中所示的設計，其中可以將控制元件12只配置板4的一部分上，該部分直接相對于功率部分的上表面11。這提供了功率和空間的優勢。尤其是在100kHz范圍內的較高切換頻率，應該配置電子控制元件12，使之盡可能地接近功率半導體元件2的柵極。圖1顯示了額外的空隙10，它在外殼1上整體地形成，并與電路板4和功率部分相互支撐。所示功率部分的接頭引腳5有利地沿功率部分上表面的外緣成行排列。圖1中所示外殼1具有槽口13只是為了說明的目的。
本發明的結構設計，以及適于直接焊接到第二電路板上的定制控制或驅動電路板與標準化功率部分的組合一方面確保了單個元件插入和低裝配損耗。另一方面，該結構確保了如驅動器的重要部分能直接位于嵌入功率部分中的元件2的上部或下部。該模塊可用于較寬的功率范圍，例如600V/5-30A，120V/2.5-15A。
權利要求
1.一種具有控制和功率接頭的智能功率模塊，其中將板(4)配置在平行于底板的第二平面中，該底板具有至少一個功率半導體元件(2)，其特征在于—功率底板被作為基板插入電絕緣材料的外殼(1)中，它和外殼一起形成功率部分，在功率部分朝向板(4)的上表面(11)至少在邊緣部分上有突出的接頭引腳(5)，—所示接頭引腳(5)穿過板(4)上的孔完全焊接，在沿電路板(4)沒有通過孔和控制元件(12)的一邊上有至少一個條形部分(6)，—其中在電路板(4)的這一邊上有作為控制和功率接頭的接觸焊點(7)，通過它模塊可以直接焊接到系統電路板(8)的槽口。
2.如權利要求1所述的智能功率模塊，其特征在于，將控制元件(12)配置在板(4)的一部分中，該部分直接相對于功率部分的上表面(11)。
3.如權利要求1或2所述的智能功率模塊，其特征在于，實質上為矩形的板(4)超過功率部分的上表面(11)，從所有邊上延伸出來。
全文摘要
根據本發明,功率底板用作外殼(1)中的基板,與外殼一起形成標準化的功率部分,從它的上表面(11)突出連接引腳(5)。通過控制印刷電路板(4)上的孔焊接所述的突出引腳實現內部界面連接。印刷電路板(4)包括位于開放條形區域(6)上的接觸焊點(7),它用作控制接頭和功率接頭,通過它模塊可以直接焊接到系統印刷電路板(8)的槽口。
文檔編號H05K1/14GK1352869SQ00808051
公開日2002年6月5日 申請日期2000年5月30日 優先權日1999年5月31日
發明者M·弗里施, B·溫肯斯 申請人:泰可電子后勤股份公司