電源模塊封裝技術(shù)

代迎桃　楊宇　黃銀青　姚亮

摘要：本文介紹了電源模塊封裝的研究開發(fā)現(xiàn)狀及發(fā)展歷程，電源模塊封裝的技術(shù)介紹，國內(nèi)外電源模塊封裝的技術(shù)對比。

關(guān)鍵詞：電源模塊；半導體封裝；集成電路；環(huán)氧樹脂

1.前言

電源模塊是可以直接貼裝在印刷電路板上的電源供應器，模塊電源具有隔離作用，抗干擾能力強，自帶保護功能，便于集成。其特點是可為專用集成電路（ASIC）、數(shù)字信號處理器 （DSP）、微處理器、存儲器、現(xiàn)場可編程門陣列 （FPGA） 及其他數(shù)字或模擬負載提供供電。由于模塊式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點甚多，因此模塊電源廣泛用于交換設備、接入設備、移動通訊、微波通訊以及光傳輸、路由器等通信領域和汽車電子、航空航天等。按現(xiàn)代電力電子的應用領域，我們把電源模塊劃分如下：綠色電源模塊，開關(guān)電源模塊，變換器，UPS，變頻器電源，焊機電源模塊，直流電源模塊，濾波器和供電系統(tǒng)。

電源模塊封裝是將多個元器件和線圈安裝在電路板上，再利用塑料或陶瓷進行封裝保護，電源元件集成模塊化后封裝，相對單一元件實現(xiàn)使用方便，可以縮小整機體積，更重要的是取消了傳統(tǒng)連線，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，經(jīng)濟效益大等特點。

2.歷史背景

目前市場上的電源模塊封裝多采用單個產(chǎn)品手工擺料，封裝形式多是采用注塑封裝形式，封裝的填充用的一般是熱塑性塑料，因此產(chǎn)品的生產(chǎn)效率低。非自動化的操作，往往導致產(chǎn)品的模塊芯片損壞，開模時引腳變形大，質(zhì)量難以控制。近幾年由于數(shù)據(jù)業(yè)務的飛速發(fā)展和分布式供電系統(tǒng)的不斷推廣，模塊電源的增幅已經(jīng)超出了一次電源。模塊電源的功率密度越來越大，轉(zhuǎn)換效率越來越高，應用也越來越簡單。隨著半導體工藝、封裝技術(shù)的大量使用， 傳統(tǒng)采用單個模塊的封裝形式，已漸漸要被市場淘汰。同時原有的封裝工藝也已不能滿足市場需求，且模塊電源每年以超過兩位數(shù)字的增長率向著輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發(fā)展。因此人們在思索著將半導體的多排封裝應用到電源模塊的封裝，以滿足市場的不斷需求，因此一種新形式的電源模塊封裝模具的開發(fā)可以很好的迎合市場。

3.電源模塊封裝要求

以市場上較為通用3種產(chǎn)品為例：AT模塊，BT模塊，SIP模塊，這幾種產(chǎn)品以非切割式L/F為載體，每個腔體對應一個產(chǎn)品，先對該產(chǎn)品的使用環(huán)境、應用范圍進行了解。以AT為列，此產(chǎn)品的包封厚度7.0mm，長寬尺寸為15.24mmX8.3mm。相對來說，包封的厚度也較厚，為保證產(chǎn)品質(zhì)量，建議將產(chǎn)品定位在自動包封機上使用，且模具采用模盒內(nèi)抽真空的方式來減少產(chǎn)品的空洞，增加充填性能，為提高生產(chǎn)效率，需要設計一款新的L/F載體，使原本單個的微電路板可以呈矩陣式排列安裝在L/F上，這是進行封裝的前提，待封裝完畢后需要T/F模具的分離工序，將之切成單個的成品，這需要根據(jù)單個模塊的外形以及抽真空的模盒大小來設計L/F，經(jīng)過排列組合考慮微電路板在L/F載體上的安裝、鍵合的空間，以及塑封料餅的用量計算。如AT模塊產(chǎn)品選用外形為220mmX40mmX0.25mm的L/F載體，每根L/F上可封裝16顆產(chǎn)品，單個模盒設置8個料筒，每個料筒左右對稱的灌沖4顆產(chǎn)品。

4.技術(shù)關(guān)鍵

4.1 微電路板在L/F載體上的穩(wěn)定性，既要能托穩(wěn)，又方便后道分離的時候易切除；

4.2 模具不在模架內(nèi)抽真空，改為模盒內(nèi)部抽真空；

4.3 傳統(tǒng)產(chǎn)品由于不是用塑封模具封裝的，產(chǎn)品基本沒有脫模角度，塑封模具多排封裝，合理設計修改產(chǎn)品的脫模角度，使之既能脫模方便，又不會在封裝后露出內(nèi)部結(jié)構(gòu)；

4.4 產(chǎn)品腔體輪廓都大，且腔體深度深，難以充填密實：

4.5 電路板上有線圈，有微電容，元器件等，注塑成型的時候不能對其造成損傷.

5.技術(shù)指標

5.1 上下型腔的深度都超過了3mm，且頂針直徑小，頂出的時候不能卡料、傾斜，否則會造成機械手抓料的時候出現(xiàn)問題；

5.2 產(chǎn)品外觀不能有疏松、未充填、針孔等缺陷；

5.3 管腿部分不能有壓筋和溢料；

5.4 產(chǎn)品由于收縮大，封裝后外形尺寸要滿足產(chǎn)品圖要求，上下塑封體，塑封體與引線框架之間的偏位、錯位小于0.05mm；

5.5 X光檢測內(nèi)部不能有空洞，電路板上元器件不能有移位，焊接部分不能松動，線圈上銅絲不能有沖斷現(xiàn)象。

質(zhì)量控制實施方案

電源模塊產(chǎn)品采用AUTO模封裝，模盒周邊設計密封圈，在模盒鑲條上設計抽真空用的孔位，在鑲件座上設計空氣回路，與鑲條上的孔連接，通過外接的抽氣裝置進行抽氣，使回路內(nèi)形成真空，在負壓的作用下，便于環(huán)氧樹脂對型腔內(nèi)部的灌沖，引線框架上設計的電路板托片，增加了L/F的焊接穩(wěn)定性，也減小了引腳處壓筋的幾率，避免了由于引腳強行入位引起的內(nèi)部電路板的移動；根據(jù)環(huán)氧樹脂的顆粒度大小和粘度，合理設計引腳齒槽和讓位槽的臺階差以及引線框架管腿和模具齒形的齒側(cè)間隙，在減少引腳側(cè)面的封裝毛刺的基礎上，控制產(chǎn)品的充填不滿，氣孔氣泡的產(chǎn)生；澆口的位置避開電源模塊中心芯片的位置，設置在電路板上焊接的元器件的下方，最大程度減小樹脂對元器件、線圈上銅線的沖擊。

6.結(jié)束語

電源模塊企業(yè)，主要為工業(yè)、能源、電力、交通和醫(yī)療等行業(yè)客戶提供完整的電源解決方案，中國是亞洲第二大電源模塊市場，中國電源模塊市場發(fā)展迅速，中國的通信領域、汽車電子、航空航天、光伏行業(yè)等領域的需求量大，而在全球模塊電源市場上，核心技術(shù)上最具優(yōu)勢的應該是美國。從技術(shù)上來說，美國的電源技術(shù)水平至少領先中國20年，領先日本10年。工藝上，美國領先更多，這方面我國和日本也有差距。國內(nèi)的一些電源模塊企業(yè)也在不斷創(chuàng)新，努力提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短與國外企業(yè)差距。為提高產(chǎn)品質(zhì)量和競實力，電源模塊企業(yè)也積極與半導體公司聯(lián)合開發(fā)優(yōu)化的多排電源模塊封裝產(chǎn)品。國內(nèi)如TSY與金升陽科技有限公司前后長達兩年的交流溝通，最終與之合作開發(fā)用塑封模具來進行電源模塊的產(chǎn)品封裝，這是一種新型的封裝方式，產(chǎn)品的質(zhì)量與效率都成倍的提高。希望國內(nèi)電源模塊和半導體封裝企業(yè)會不斷的進行創(chuàng)新，開發(fā)出更加優(yōu)越的產(chǎn)品，共同推動我國電源模塊行業(yè)不斷向前發(fā)展，逐漸掌握核心領域技術(shù)。

參考文獻：

[1]丁黎光，李建光.[J] 模具工業(yè)，2006（05），2-3

[2]王建岡，阮新波.大功率模塊電源的分析和設計[J]電氣傳動，2012（01）3-4

[3]王曉平.模塊電源的應用[J] .中國科技縱橫，2014（05）1-2

作者簡介：

代迎桃（1982-），男，安徽銅陵人，工程師，主要從事半導體封裝模具、沖流道機設計開發(fā)工作，工作單位：銅陵市三佳山田科技股份有限公司。

楊宇（1981-），男，安徽銅陵人，工程師，主要從事半導體封裝模具、沖流道機設計開發(fā)工作，工作單位：銅陵市三佳山田科技股份有限公司。

黃銀青（1982-），男，安徽銅陵人，工程師，主要從事半導體封裝模具、沖流道機設計開發(fā)工作，工作單位：銅陵市三佳山田科技股份有限公司。

姚亮（1981-），男，安徽銅陵人，工程師，主要從事半導體封裝模具、沖流道機設計開發(fā)工作，工作單位：銅陵市三佳山田科技股份有限公司。