電源模塊封裝技術

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現狀及發展歷程，電源模塊封裝的技術介紹，國內外電源模塊封裝的技術對比。

關鍵詞：電源模塊；半導體封裝；集成電路；環氧樹脂

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）、數字信號處理器 （DSP）、微處理器、存儲器、現場可編程門陣列 （FPGA） 及其他數字或模擬負載提供供電。由于模塊式結構的優點甚多，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。

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，相對單一元件實現使用方便，可以縮小整機體積，更重要的是取消了傳統連線，提高了系統的穩定性，經濟效益大等特點。

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，因此產品的生產效率低。非自動化的操作，往往導致產品的模塊芯片損壞，開模時引腳變形大，質量難以控制。近幾年由于數據業務的飛速發展和分布式供電系統的不斷推廣，模塊電源的增幅已經超出了一次電源。模塊電源的功率密度越來越大，轉換效率越來越高，應用也越來越簡單。隨著半導體工藝、封裝技術的大量使用， 傳統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字的增長率向著輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發展。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種產品為例：AT模塊，BT模塊，SIP模塊，這幾種產品以非切割式L/F為載體，每個腔體對應一個產品，先對該產品的使用環境、應用范圍進行了解。以AT為列，此產品的包封厚度7.0mm，長寬尺寸為15.24mmX8.3mm。相對來說，包封的厚度也較厚，為保證產品質量，建議將產品定位在自動包封機上使用，且模具采用模盒內抽真空的方式來減少產品的空洞，增加充填性能，為提高生產效率，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，這需要根據單個模塊的外形以及抽真空的模盒大小來設計L/F，經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模塊產品選用外形為220mmX40mmX0.25mm的L/F載體，每根L/F上可封裝16顆產品，單個模盒設置8個料筒，每個料筒左右對稱的灌沖4顆產品。

4.技術關鍵

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

4.2 模具不在模架內抽真空，改為模盒內部抽真空；

4.3 傳統產品由于不是用塑封模具封裝的，產品基本沒有脫模角度，塑封模具多排封裝，合理設計修改產品的脫模角度，使之既能脫模方便，又不會在封裝后露出內部結構；

4.4 產品腔體輪廓都大，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問題；

5.2 產品外觀不能有疏松、未充填、針孔等缺陷；

5.3 管腿部分不能有壓筋和溢料；

5.4 產品由于收縮大，封裝后外形尺寸要滿足產品圖要求，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象。

質量控制實施方案

電源模塊產品采用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，使回路內形成真空，在負壓的作用下，便于環氧樹脂對型腔內部的灌沖，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部電路板的移動；根據環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間隙，在減少引腳側面的封裝毛刺的基礎上，控制產品的充填不滿，氣孔氣泡的產生；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.結束語

電源模塊企業，主要為工業、能源、電力、交通和醫療等行業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展迅速，中國的通信領域、汽車電子、航空航天、光伏行業等領域的需求量大，而在全球模塊電源市場上，核心技術上最具優勢的應該是美國。從技術上來說，美國的電源技術水平至少領先中國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。國內的一些電源模塊企業也在不斷創新，努力提高產品質量，縮短與國外企業差距。為提高產品質量和競實力，電源模塊企業也積極與半導體公司聯合開發優化的多排電源模塊封裝產品。國內如TSY與金升陽科技有限公司前后長達兩年的交流溝通，最終與之合作開發用塑封模具來進行電源模塊的產品封裝，這是一種新型的封裝方式，產品的質量與效率都成倍的提高。希望國內電源模塊和半導體封裝企業會不斷的進行創新，開發出更加優越的產品，共同推動我國電源模塊行業不斷向前發展，逐漸掌握核心領域技術。

參考文獻：

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[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、沖流道機設計開發工作，工作單位：銅陵市三佳山田科技股份有限公司。