TWI887821B - 用於製作功率模組之模具 - Google Patents

Abstract

一種用於製作功率模組之模具，用以供一電路基板進行封裝製程，所述電路基板上具有至少一端子架，端子架具有一插口；該模具包括一下模、一上模、以及一彈性壓板，下模有一下模穴，上模有對應下模穴的上模穴，下模穴與上模穴共同形成供電路基板與端子架置入的空間，彈性壓板設於上模上方，並包含一抵壓件與一彈性元件，抵壓件通過上模而朝向端子架之插口，彈性元件則對抵壓件提供彈力而使抵壓件抵接並封閉插口。

Description

用於製作功率模組之模具

本發明係與一種功率半導體有關，尤指一種功率模組、製法及其模具。

按，功率模組(power module)是一種可將一或複數功率元件、功率半導體元件的裸晶作整合並共同進行封裝，且己被廣泛地應用於如汽機車、工業設備及家用電器等領域中。一般而言，功率模組主要係將一或複數功率元件、功率半導體元件安裝於一電路基板上，再透過如環氧樹脂模塑料(epoxy molding compound，EMC)進行封裝以保護其內部的裸晶等元件。

然而，現有的功率模組在上述封裝完成後，往往會再配合組裝於一殼體內作保護。因此，在EMC封裝結構上端子訊號配合模具公差只能在水平面，在高速切換碳化矽(SiC)或氮化鎵(GaN)模組時，也容易導致訊號損失。另外在生產上，往往也需要對應不同型式的功率模組而提供足夠的殼體料件作搭配，同時也必須增加組裝上的製程，以致有材料成本的負擔以及組裝製程較為費時等缺失。

有鑑於此，本發明人係為改善並解決上述之缺失，乃特潛心研究並配合學理之運用，終於提出一種設計合理且有效改善上述缺失之本發明。

本發明之主要目的，在於可提供一種功率模組、製法及其模具，其係可透過封裝製程使垂直設置的端子可以更接近裸晶等元件而降低訊號差異，並省去或取代既有的殼體部位，以達到降低生產上的組裝製程及材料成本等目的或功效。

為了達成上述之目的，本發明係提供一種功率模組，包括一電路基板、至少一端子組件、以及一封裝本體，電路基板一表面上具有至少一半導體元件，各端子組件包含一端子架、以及一端子並插設於端子架上，各端子架設於電路基板之表面上，且各端子架具有一插入面並供各端子通過插入面插入端子架內而結合，封裝本體設於電路基板上而封裝半導體元件，且封裝本體具有一外表面，外表面實質上與各端子架的插入面平齊或供插入面突出，並使各端子突出於封裝本體外。

為了達成上述之目的，本發明係提供一種功率模組之製法，其步驟如下：a)準備一電路基板，電路基板上具有至少一半導體元件；b)於電路基板上設置至少一端子架，並以打線導通半導體元件與端子架而作電性導通，且端子架具有供一端子插入的插口；c)封閉端子架之插口並進行模內射出之製程，以於電路基板上形成一封裝該半導體元件與端子架的封裝本體；以及d)於端子架上插入一端子於插口內。

為了達成上述之目的，本發明係提供一種用於製作功率模組之模具，用以供一電路基板進行封裝製程，所述電路基板上具有至少一端子架，端子架具有一插口；該模具包括一下模、一上模、以及一彈性壓板，下模有一下模穴，上模有對應下模穴的上模穴，下模穴與上模穴共同形成供電路基板與端子架置入的空間，彈性壓板設於上模上方，並包含一抵壓件與一彈性元件，抵壓件通過上模而朝向端子架之插口，彈性元件則對抵壓件提供彈力而使抵壓件抵接並封閉插口。

<本發明>

1:功率模組

2:電路基板

20:表面

21:半導體元件

22:另一表面

23:導電層

24:散熱層

3:端子組件

30:端子架

30a:插入面

30b:插口

31:端子

32:打線

4:封裝本體

40:外表面

41:另一外表面

42:鎖片

42a:框部

5:模具

50:下模

500:下模穴

501:上模穴

51:上模

52:彈性壓板

520:抵壓件

521:彈性元件

圖1係本發明功率模組之俯視外觀示意圖。

圖2係本發明功率模組之仰視外觀示意圖。

圖3係本發明功率模組之俯視內部構造示意圖；其中封裝本體以假想線表示而能透視內部構造。

圖4係本發明功率模組之側視內部構造示意圖；其中封裝本體以假想線表示而能透視內部構造。

圖5係根據圖3之表示方式所呈現的本發明第二實施例示意圖。

圖6係根據圖4之表示方式所呈現的本發明第二實施例示意圖。

圖7係根據圖3之表示方式所呈現的本發明第三實施例示意圖。

圖8係本發明模具之示意圖。

為了使 貴審查委員能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

請參閱圖1至圖4，係分別為本發明功率模組之俯視外觀示意圖、仰視外觀示意圖、俯視內部構造示意圖、以及側視內部構造示意圖。本發明係提供一種功率模組、製法及其模具，該功率模組1係包括一電路基板2、至少一端子組件3、以及一封裝本體4；其中：

如圖3及圖4所示，該電路基板2可為一由陶瓷材料所製成的陶瓷基板，其係被封裝於封裝本體4的底面處。該電路基板2係具有一表面20，並於該表面20上具有一或複數半導體元件21，所述半導體元件21可為一功率元件，例如可為一絕緣柵雙極電晶體(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)。且該電路基板2還具有一與該表面20相背對的另一表面22；在本發明所舉之實施例中，該電路基板2係以該表面20作為供上述端子組件3作焊接等設置之主要平面，因此，該電路基板2於該表面20上係設有至少一導電層23，所述導電層23通常可鄰近於任一半導體元件21的任一側，除了可供上述端子組件3作焊接外，還可與半導體元件21而作電性導通，且該表面20可被封裝於該封裝本體4內，而使另一表面22鄰近或露出於該封裝本體4底面外(如圖2或圖4所示)。

如圖3及圖4所示，各端子組件主要係由可導電的材質所構成，並包含一端子架30、以及一插設於該端子架30上的端子31，且各端子架30設於上述電路基板2之表面20上，具體而言係可電性連接於電路基板2之導電層23上，並以打線32連接導電層23與半導體元件21而作電性導通。此外，各端 子架30上具有一插入面30a、以及由該插入面30a凹入的插口30b(可配合參閱圖8所示)，以供各端子31通過該插入面30a而插入該端子架30的插口30b內，進而使端子31與端子架30得以結合。具體而言，該端子組件3可由一螺母與一螺絲(或螺栓)組成，且所述螺母與螺絲(或螺栓)亦由可導電的材質所構成；其中，上述端子架30可為所述螺母，而上述端子31則為所述螺絲(或螺栓)，通過由螺母構成的端子架30設於電路基板2上，並以螺母上之螺孔(即可作為插口30b)供由螺絲或螺栓構成的端子31穿入，進而得以相互螺設結合，此亦為本發明之一種可實施的態樣。

如圖1至圖4所示，該封裝本體4係設於上述電路基板2上，並將電路基板2上的半導體元件21予以封裝成型，其封裝時可透過如模內射出等製程為之，並可採用如環氧樹脂模塑料(epoxy molding compound，EMC)作為封裝材料而構成所述的封裝本體4。而成型後的封裝本體4具有一外表面40，該外表面40實質上與各端子架30的插入面30a平齊或供該插入面30a突出，並使各端子31突出於該封裝本體4外。此外，如圖2及圖4所示，該封裝本體4還具有一與該外表面40相背對的另一外表面41，所述另一外表面41與電路基板2的另一表面22鄰近，並於電路基板2的另一表面22上設有一散熱層24，而該散熱層24即表露於該封裝本體4的另一外表面41上，藉此可有助於該功率模組1於運作中進行散熱。

此外，如圖3及圖4所示，上述封裝本體4的任二相對側上還可分別設有一用於固定的鎖片42，二鎖片42可於封裝本體4於封裝成型的過程中，使二鎖片42局部被埋入封裝本體4內，而其餘大部分則延伸出封裝本體4外，以藉由各鎖片42可用於固定該功率模組1。再者，如圖5及圖6所示，在 本發明所舉之第二實施例中，上述各鎖片42可進一步通過一框部42a而一體成型者，以使各鎖片42與所框部42a共同為單一元件，且所述框部42a大致係圍繞於電路基板2外，並於封裝本體4於封裝成型的過程中，使該框部42a全部或局部被埋入封裝本體4內，從而使一體成型於該框部42a上的任一鎖片42得以延伸出封裝本體4外，如此可方便將複數鎖片42一併以該框部42a而與封裝本體4作封裝成型。另，圖7亦揭露了上述的實施態樣。

再者，本發明還提供一種功率模組之製法：首先，準備一所述電路基板2，該電路基板2上具有至少一半導體元件21；接著，於電路基板2上設置至少一端子架30，並以打線32導通半導體元件21與端子架30而作電性導通；然後封閉端子架30之插口30b並進行模內射出之製程，以於電路基板2上形成一封裝半導體元件21與端子架30的封裝本體4；最後於端子架30上插入端子31於插口30b內。即可完成上述功率模組1。

進一步地，如圖8所示，上述封裝本體4透過進行模內射出之製程中，可透過一模具5完成；所述用於製作該功率模組1之模具5，即係用以供電路基板2進行封裝製程，該模具5包括一下模50、一上模51、以及一彈性壓板52，而下模50具有一下模穴500，上模51則具有對應該下模穴500的上模穴501，該下模穴500與上模穴501共同形成供所述電路基板2與端子架30置入的空間，以作為成型時之模穴。彈性壓板52設於上模51上方，並包含一抵壓件520與一彈性元件521，該抵壓件520通過上模51而朝向端子架30之插口30b，該彈性元件521則對抵壓件520提供彈力，以使該抵壓件520抵接於所述插口30b上，從而可將所述插口30b予以封閉；如此即可供封裝本體4於封裝成型後，維持所述插口30b並供端子31插入，完成上述功率模組1之裝配。

是以，藉由上述之構造組成，即可得到本發明功率模組、製法及其模具。

因此，藉由本發明功率模組、製法及其模具，可藉由藉由上述功率模組1之構造，使封裝本體4於端子31尚未插設至端子架30前，即以模內射出成型的方式形成於電路基板2之表面20上，並將半導體元件21予以封裝，進而能夠讓垂直設置的端子31更接近半導體元件21等裸晶而降低訊號差異；同時，利用封裝本體4的外表面40供端子架30的插入面30a裸露後(即插入面30a會裸露於外表面40上)，使端子31得於封裝本體4成型後再插入端子架30上而裝配完成。該功率模組1相較於習知係不須於電路基板2上加裝任何外殼或外蓋，可由封裝本體4於封裝成型後直接取代殼體的保護功能，進而降低生產上的組裝製程及材料成本。

綜上所述，本發明確可達到預期之使用目的，而解決習知之缺失，又因極具新穎性及進步性，完全符合發明專利申請要件，爰依專利法提出申請，敬請詳查並賜准本案專利，以保障發明人之權利。

惟以上所述僅為本發明之較佳可行實施例，非因此即拘限本發明之專利範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所為之等效技術、手段等變化，均同理皆包含於本發明之範圍內，合予陳明。

1:功率模組 2:電路基板 20:表面 21:半導體元件 22:另一表面 24:散熱層 3:端子組件 30:端子架 30a:插入面 31:端子 4:封裝本體 40:外表面 42:鎖片

Claims (1)

1. 一種用於製作功率模組之模具，用以供一電路基板進行封裝製程，所述電路基板上具有至少一端子架，所述端子架具有一插口；該模具包括： 一下模，具有一下模穴； 一上模，具有對應該下模穴的上模穴，該下模穴與該上模穴共同形成供所述電路基板與所述端子架置入的空間；以及 一彈性壓板，設於該上模上方，並包含一抵壓件與一彈性元件，該抵壓件通過該上模而朝向所述端子架之插口，該彈性元件則對該抵壓件提供彈力而使該抵壓件抵接並封閉所述插口。

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