三相全桥功率模块和PCB板的制作方法

三相全桥功率模块和pcb板
技术领域
1.本发明实施例涉及电路封装的技术领域，尤其涉及一种三相全桥功率模块和pcb板。


背景技术：

2.目前，市场上的三相全桥功率模块，均使用6个晶体管的半桥封装的形式组成，然后组合到水泵和电机等设备的控制板上，用于产生设备所需的三相工作电压。由于三相全桥功率模块采用半桥封装的形式组成，使得三相全桥功率模块的体积比较大，不利于减小控制板的体积。例如，三相全桥金属
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氧化层半导体场效晶体管(metal
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oxide
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semiconductor field
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effect transistor，mosfet)功率模块，使用6个mosfet单管或3个mosfet单管(其内部封装有2个mos晶粒)的mosfet半桥封装的形式组成，然后组合到水泵和电机等设备的控制板上，用于产生设备所需的三相工作电压。此时全桥mosfet功率模块的体积比较大，不利于减小控制板的体积。


技术实现要素：

3.本发明实施例提供一种三相全桥功率模块和pcb板，以提高三相全桥功率模块的集成度，有利于减小三相全桥功率模块组成的pcb板的体积。
4.第一方面，本发明实施例提供了一种三相全桥功率模块，包括引线框架、绝缘封装层和6个功率开关器件；
5.所述引线框架包括基岛和6个栅极端子，在所述引线框架的第一表面，所述基岛用于放置所述功率开关器件；每一所述栅极端子与一所述功率开关器件的栅极对应连接；所述绝缘封装层包覆所述功率开关器件和所述引线框架，并暴露所述引线框架的第二表面；其中，所述第二表面为所述引线框架中与所述第一表面相对的表面。
6.可选地，6个所述功率开关器件包括上桥功率开关器件和下桥功率开关器件，至少一个所述栅极端子设置于所述上桥功率开关器件和所述下桥功率开关器件之间，且围绕对应的所述功率开关器件的栅极设置。
7.可选地，所述上桥功率开关器件包括沿第一方向排布的第一相上桥功率开关器件、第二相上桥功率开关器件和第三相上桥功率开关器件；所述下桥功率开关器件包括沿所述第一方向排布的第一相下桥功率开关器件、第二相下桥功率开关器件和第三相下桥功率开关器件；同一相的上桥功率开关器件和下桥功率开关器件沿第二方向排布；其中，所述第一方向和所述第二方向相交；
8.所述栅极端子包括与所述第二相上桥功率开关器件对应连接的第二相上桥栅极端子；沿所述第一方向，所述第二相上桥栅极端子设置于所述第二相上桥功率开关器件和所述第一相上桥功率开关器件之间，沿所述第二方向，所述第二相上桥栅极端子设置于所述第二相上桥功率开关器件靠近所述第二相下桥功率开关器件的一侧。
9.可选地，所述栅极端子还包括第一相上桥栅极端子和第三相上桥栅极端子；所述
第一相上桥栅极端子与所述第一相上桥功率开关器件连接，所述第三相上桥栅极端子与所述第三相上桥功率开关器件连接；
10.沿所述第一方向，所述第一相上桥栅极端子设置于所述第一相上桥功率开关器件远离所述第二相上桥功率开关器件的一侧，所述第三相上桥栅极端子设置于所述第三相上桥功率开关器件远离所述第二相上桥功率开关器件的一侧。
11.可选地，所述栅极端子还包括第一相下桥栅极端子、第二相下桥栅极端子和第三相下桥栅极端子；所述第一相下桥栅极端子、所述第二相下桥栅极端子和所述第三相下桥栅极端子分别与所述第一相下桥功率开关器件、所述第二相下桥功率开关器件和所述第三相下桥功率开关器件连接；
12.沿所述第二方向，所述第一相下桥栅极端子、所述第二相下桥栅极端子和所述第三相下桥栅极端子分别设置于对应的下桥功率开关器件远离对应相的所述上桥功率开关器件的一侧，且围绕对应的所述下桥功率开关器件的栅极设置。
13.可选地，三相全桥功率模块还包括连接结构；所述连接结构设置于所述第二相上桥功率开关器件和所述第二相下桥功率开关器件之间，用于连接所述第二相上桥功率开关器件的栅极和所述第二相下桥功率开关器件的第二极。
14.可选地，所述连接结构包括铜片、铝带、焊接铜线和金线的任一种。
15.可选地，所述基岛包括6个子基岛，每一所述子基岛放置一所述功率开关器件。
16.可选地，所述基岛包括第一子基岛、第二子基岛、第三子基岛和第四子基岛；
17.所述第一子基岛内放置有所述上桥功率开关器件，所述第一相上桥功率开关器件、所述第二相上桥功率开关器件和所述第三相上桥功率开关器件的第二极连接；所述第二子基岛、所述第三子基岛和所述第四子基岛分别放置一所述下桥功率开关器件。
18.第二方面，本发明实施例还提供了一种pcb板，包括第一方面提供的三相全桥功率模块。
19.本发明实施例的技术方案，通过在引线框架上放置功率开关器件，同时通过绝缘封装层封装功率开关器件，从而可以实现采用全桥封装的形式形成三相全桥功率模块，有利于减小三相全桥功率模块的体积。在后续采用三相全桥功率模块形成控制板等结构时，有利于减小控制板等结构的体积。
附图说明
20.图1为本发明实施例提供的一种三相全桥功率模块的结构示意图；
21.图2为本发明实施例提供的另一种三相全桥功率模块的结构示意图；
22.图3为本发明实施例提供的一种引线框架的结构示意图。
具体实施方式
23.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
24.图1为本发明实施例提供的一种三相全桥功率模块的结构示意图。如图1所示，该三相全桥功率模块包括引线框架110、绝缘封装层和6个功率开关器件120；引线框架110包
括基岛111和6个栅极端子112，在引线框架110的第一表面，基岛111用于放置功率开关器件120；每一栅极端子112与一功率开关器件120的栅极g对应连接；绝缘封装层包覆功率开关器件120和引线框架110，并暴露引线框架110的第二表面；其中，第二表面为引线框架110中与第一表面相对的表面。
25.具体地，引线框架110可以是采用键合材料形成的器件载体，用于承载器件。在制作引线框架110时，可以先通过键合材料形成载体板，载体板的厚度很小。然后通过模具冲压法或化学刻蚀法等对载体板进行图案化，保留器件所需的载体部分和连接部分，从而形成引线框架110。引线框架110包括基岛111，基岛111上放置功率开关器件120，用于承载功率开关器件120。基岛111的形状和大小可以根据放置的功率开关器件120的尺寸和个数确定。功率开关器件120可以为mosfet器件，采用集成芯片形式。引线框架110还包括6栅极端子112，每个栅极端子112与一个功率开关器件120的栅极g连接，用于为功率开关器件120提供栅极信号。另外，引线框架110还可以包括引线，用于根据三相全桥电路连接不同的功率开关器件120的电极，以实现功率开关器件120形成三相全桥功率模块。继续参考图1，引线框架110还可以包括源极端子s，每个功率开关器件120对应一个源极端子s，使得功率开关器件120的源极与源极端子s连接，用于实现功率开关器件120的源极与外部引线连接。示例性地，引线框架110包括6个功率开关器件120，则引线框架110中设置有6个源极端子s。其中，三相全桥功率模块中上桥的三个功率开关器件120的源极与下桥的三个功率开关器件120的漏极连接，此时上桥的三个功率开关器件120对应的源极端子无需与外部引线连接，下桥的三个功率开关器件120对应的三个源极端子s用于与外部引线连接。图1中示例性地示出了下桥的3个功率开关器件120对应的3个源极端子。如图1所示，每个源极端子s可以包括短路连接的两个端子，有利于源极端子s与外部引线的连接。绝缘封装层(图1中未示出)可以为绝缘胶，用于包覆功率开关器件120和引线框架110，以实现三相全桥功率模块的封装。同时封装绝缘层暴露引线框架110的第二表面，可以使得功率开关器件120的引出端与外部引线的连接，保证封装后的三相全桥功率模块能够实现电气连接。示例性地，绝缘封装层的材料可以为环氧树脂，此时对绝缘封装层进行引线框架110和功率开关器件120的封装时，可以将环氧树脂涂布功率开关器件120的表面和引线框架110的第一表面，并填充引线框架110中不同结构之间的缝隙，实现封装引线框架110和功率开关器件120的同时暴露引线框架110与外部引线的电气连接端子。
26.本发明实施例提供的三相全桥功率模块通过引线框架放置功率开关器件，同时通过绝缘封装层封装功率开关器件，从而可以实现采用全桥封装的形式形成三相全桥功率模块，有利于减小三相全桥功率模块的体积。在后续采用三相全桥功率模块形成控制板等结构时，有利于减小控制板等结构的体积。
27.继续参考图1，6个功率开关器件120包括上桥功率开关器件tu和下桥功率开关器件td，至少一个栅极端子112设置于上桥功率开关器件tu和下桥功率开关器件td之间，且围绕对应的功率开关器件120的栅极g设置。
28.具体地，栅极端子112与功率开关器件120一一对应设置，通过栅极端子112实现功率开关器件120的栅极g与外部引线连接，为功率开关器件120提供栅极驱动信号。功率开关器件120根据全桥功率电路可以分为上桥功率开关器件tu和下桥功率开关器件td，上桥功率开关器件tu用于形成全桥功率电路的上桥，下桥功率开关器件td用于形成全桥功率电路
的下桥。通过设置上桥功率开关器件tu对应连接的至少一个栅极端子112位于上桥功率开关器件tu和下桥功率开关器件td之间，且位于靠近与其对应连接的上桥功率开关器件tu栅极g的一侧，可以缩短栅极端子112与上桥功率开关器件tu之间的栅极引线跨度，从而可以降低栅极引线的断线风险，提高了栅极引线的传输可靠性，有利于提高三相全桥功率模块的可靠性。
29.示例性地，上桥功率开关器件tu包括沿第一方向x排布的第一相上桥功率开关器件tuu、第二相上桥功率开关器件tuv和第三相上桥功率开关器件tuw；下桥功率开关器件td包括沿第一方向x排布的第一相下桥功率开关器件tdu、第二相下桥功率开关器件tdv和第三相下桥功率开关器件tdw；同一相的上桥功率开关器件tu和下桥功率开关器件td沿第二方向y排布；其中，第一方向x和第二方向y相交；栅极端子112包括与第二相上桥功率开关器件tuv对应连接的第二相上桥栅极端子112
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uv；沿第一方向x，第二相上桥栅极端子112
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uv设置于第二相上桥功率开关器件tuv和第一相上桥功率开关器件tuu之间，沿第二方向y，第二相上桥栅极端子112
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uv设置于第二相上桥功率开关器件tuv靠近第二相下桥功率开关器件tdv的一侧。
30.具体地，三相全桥功率模块可以包括u相、v相和w相三相。示例性地，第一相可以为u相，第二相可以为v相，第三相可以为w相。第一相上桥功率开关器件tuu和第一相下桥功率开关器件tdu组成第一相半桥电路，第二相上桥功率开关器件tuv和第二相下桥功率开关器件tdv组成第二相半桥电路，第三相上桥功率开关器件tuw和第三相下桥功率开关器件tdw组成第三相半桥电路。参考图1，第二相上桥功率开关器件tuv的栅极g设置于靠近第一相上桥功率开关器件tuu的一侧，此时设置第二相上桥栅极端子112
‑
uv位于第二相上桥功率开关器件tuv和第二相下桥功率开关器件tdv之间，且靠近第一相上桥功率开关器件tuu的一侧，可以缩短第二相上桥栅极端子112
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uv与第二相上桥功率开关器件tuv之间的栅极引线跨度，从而可以降低栅极引线的断线风险，提高了栅极引线的传输可靠性。
31.继续参考图1，栅极端子112还包括第一相上桥栅极端子112
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uu和第三相上桥栅极端子112
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uw；第一相上桥栅极端子112
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uu与第一相上桥功率开关器件tuu连接，第三相上桥栅极端子112
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uw与第三相上桥功率开关器件tuw连接；沿第一方向x，第一相上桥栅极端子112
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uu设置于第一相上桥功率开关器件tuu远离第二相上桥功率开关器件tuv的一侧，第三相上桥栅极端子112
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uw设置于第三相上桥功率开关器件tuw远离第二相上桥功率开关器件tuv的一侧。
32.具体地，第一相上桥功率开关器件tuu的栅极g设置于远离第二相上桥功率开关器件tuv的一侧，此时设置第一相上桥栅极端子112
‑
uu设置于第一相上桥功率开关器件tuu远离第二相上桥功率开关器件tuv的一侧，可以缩短第一相上桥栅极端子112
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uu与第一相上桥功率开关器件tuu之间的栅极引线跨度，从而可以降低栅极引线的断线风险。同理，第三相上桥功率开关器件tuw的栅极g设置于远离第二相上桥功率开关器件tuv的一侧，此时设置第三相上桥栅极端子112
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uw设置于第三相上桥功率开关器件tuw远离第二相上桥功率开关器件tuv的一侧，可以缩短第三相上桥栅极端子112
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uw与第三相上桥功率开关器件tuw之间的栅极引线跨度，可以进一步地降低栅极引线的断线风险。
33.继续参考图1，栅极端子112还包括第一相下桥栅极端子112
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du、第二相下桥栅极端子112
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dv和第三相下桥栅极端子112
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dw；第一相下桥栅极端子112
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du、第二相下桥栅极
端子112
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dv和第三相下桥栅极端子112
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dw分别与第一相下桥功率开关器件tdu、第二相下桥功率开关器件tdv和第三相下桥功率开关器件tdw连接；沿第二方向y，第一相下桥栅极端子112
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du、第二相下桥栅极端子112
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dv和第三相下桥栅极端子112
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dw分别设置于对应的下桥功率开关器件td远离对应相的上桥功率开关器件tu的一侧，且围绕对应的下桥功率开关器件td的栅极g设置。
34.具体地，参考图1，功率开关器件120在引线框架110上的正投影可以为矩形。第一相下桥功率开关器件tdu的栅极g可以设置于靠近第二相下桥功率开关器件tdv，且远离上桥功率开关器件tu的一角，第二相下桥功率开关器件tdv的栅极g可以设置于靠近第三相下桥功率开关器件tdw，且远离上桥功率开关器件tu的一角，第三相下桥功率开关器件tdw的栅极g可以设置于远离第二相下桥功率开关器件tdv，且远离上桥功率开关器件tu的一角。此时可以分别设置第一相下桥栅极端子112
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du位于第一相下桥功率开关器件tdu远离第一相上桥功率开关器件tuu，且靠近第二相下桥功率开关器件tdv的一侧，第二相下桥栅极端子112
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dv位于第二相下桥功率开关器件tdv远离第二相上桥功率开关器件tuv，且靠近第三相下桥功率开关器件tdw的一侧，第三相下桥栅极端子112
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dw位于第三相下桥功率开关器件tdw远离第三相上桥功率开关器件tuw，且远离第二相下桥功率开关器件tdv的一侧，缩短下桥的栅极端子112与下桥功率开关器件td直接的栅极引线跨度，降低了栅极引线的断线风险，提高了栅极引线的传输可靠性。
35.图2为本发明实施例提供的另一种三相全桥功率模块的结构示意图。如图2所示，三相全桥功率模块还包括连接结构130；连接结构130设置于第二相上桥功率开关器件tuv和第二相下桥功率开关器件tdv之间，用于连接第二相上桥功率开关器件tuv的栅极g和第二相下桥功率开关器件tdv的第二极。
36.具体地，栅极端子112用于为功率开关器件120提供外部的栅极驱动信号。由于栅极端子112为信号输入端，因此需要与地端连接，保证栅极端子112传输栅极驱动信号的稳定性。连接结构130为导电连接结构，用于连接二相上桥功率开关器件tuv的第一极和第二相下桥功率开关器件tdv的第二极，以实现二相上桥功率开关器件tuv和第二相下桥功率开关器件tdv组成半桥结构。其中，第二相下桥功率开关器件tdv的第二极与地端连接。示例性地，当功率开关器件120为mosfet时，连接结构130用于连接二相上桥功率开关器件tuv的源极和第二相下桥功率开关器件tdv的漏极。当第二相上桥栅极端子112
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uv设置于第二相上桥功率开关器件tuv靠近第二相下桥功率开关器件tdv的一侧时，第二相上桥栅极端子112
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uv可以与连接结构130直接搭载连接，并通过连接结构130与第二相下桥功率开关器件tdv的第二极连接，实现第二相上桥栅极端子112
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uv与地端连接，避免额外设置膜层用于实现第二相上桥栅极端子112
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uv与地端之间的连接，简化了三相全桥功率模块的结构设计，有利于进一步地减小三相全桥功率模块的体积。
37.需要说明的是，继续参考图2，第一相上桥功率开关器件tuu和第一相下桥功率开关器件tdu之间，以及第三相上桥功率开关器件tuw和第三相下桥功率开关器件tdw之间也可以设置连接结构130，分别用于连接第一相上桥功率开关器件tuu的第一极和第一相下桥功率开关器件tdu的第二极，以及第三相上桥功率开关器件tuw的第一极和第三相下桥功率开关器件tdw的第二极，用于实现第一相的半桥结构和第三相的半桥结构。
38.可选地，连接结构130包括铜片、铝带、焊接铜线和金线的任一种。
39.具体地，连接结构130可以在引线框架110上设置功率开关器件120时形成，用于连接不同的功率开关器件120。连接结构130可以为铜片、铝带、焊接铜线和金线的任一种，以实现三相全桥功率模块的内部兼容不同的链接方式，有利于根据需要简化三相全桥功率模块的集成难度。
40.在上述各技术方案的基础上，基岛包括6个子基岛，每一子基岛放置一功率开关器件。
41.具体地，子基岛的数量与功率开关器件的数量相同，且子基岛的排布方式与功率开关器件的排布方式相同。示例性地，子基岛呈现沿第一方向具有两行，沿第二方向具有三列的阵列排布。沿第一方向，子基岛具有依次排列的三个子基岛，分别对应第一相、第二相和第三相的功率开关器件，沿第二方向，子基岛具有依次排列的两个子基岛，分别对应上桥功率开关器件和下桥功率开关器件。此时不同的子基岛放置的不同的功率开关器件之间通过引线框架中的引线连接，形成三相全桥功率模块的电路。
42.图3为本发明实施例提供的一种引线框架的结构示意图。如图2和图3所示，基岛111包括第一子基岛1111、第二子基岛1112、第三子基岛1113和第四子基岛1114；第一子基岛1111内放置有上桥功率开关器件tu，第一相上桥功率开关器件tuu、第二相上桥功率开关器件tuv和第三相上桥功率开关器件tuw的第二极连接；第二子基岛1112、第三子基岛1113和第四子基岛1114分别放置一下桥功率开关器件td。
43.具体地，三相全桥电路中的上桥功率开关器件tu的第二极有相同的输入，用于为三相全桥电路提供输入信号。通过设置第一子基岛1111内同时放置上桥功率开关器件tu，使上桥功率开关器件tu中的第一相上桥功率开关器件tuu、第二相上桥功率开关器件tuv和第三相上桥功率开关器件tuw的第二极直接连接，有利于进一步地提高三相全桥功率模块的集成度，降低三相全桥功率模块的体积。另外，第二子基岛1112、第三子基岛1113和第四子基岛1114分别放置一下桥功率开关器件td，使得下桥功率开关器件td的第二极分别输出第一相、第二相和第三相的信号，从而实现三相全桥功率模块的三相输出独立。
44.本发明实施例还提供一种pcb板。该pcb板包括本发明任意实施例提供的三相全桥功率模块。
45.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。