电源模块封装技术

代迎桃　杨宇　黄银青　姚亮

摘要：本文介绍了电源模块封装的研究开发现状及发展历程，电源模块封装的技术介绍，国内外电源模块封装的技术对比。

关键词：电源模块；半导体封装；集成电路；环氧树脂

1.前言

电源模块是可以直接贴装在印刷电路板上的电源供应器，模块电源具有隔离作用，抗干擾能力强，自带保护功能，便于集成。其特点是可为专用集成电路（ASIC）、数字信号处理器 （DSP）、微处理器、存储器、现场可编程门阵列 （FPGA） 及其他数字或模拟负载提供供电。由于模块式结构的优点甚多，因此模块电源广泛用于交换设备、接入设备、移动通讯、微波通讯以及光传输、路由器等通信领域和汽车电子、航空航天等。按现代电力电子的应用领域，我们把电源模块划分如下：绿色电源模块，开关电源模块，变换器，UPS，变频器电源，焊机电源模块，直流电源模块，滤波器和供电系统。

电源模块封装是将多个元器件和线圈安装在电路板上，再利用塑料或陶瓷进行封装保护，电源元件集成模块化后封装，相对单一元件实现使用方便，可以缩小整机体积，更重要的是取消了传统连线，提高了系统的稳定性，经济效益大等特点。

2.历史背景

目前市场上的电源模块封装多采用单个产品手工摆料，封装形式多是采用注塑封装形式，封装的填充用的一般是热塑性塑料，因此产品的生产效率低。非自动化的操作，往往导致产品的模块芯片损坏，开模时引脚变形大，质量难以控制。近几年由于数据业务的飞速发展和分布式供电系统的不断推广，模块电源的增幅已经超出了一次电源。模块电源的功率密度越来越大，转换效率越来越高，应用也越来越简单。随着半导体工艺、封装技术的大量使用， 传统采用单个模块的封装形式，已渐渐要被市场淘汰。同时原有的封装工艺也已不能满足市场需求，且模块电源每年以超过两位数字的增长率向着轻、小、薄、低噪声、高可靠、抗干扰的方向发展。因此人们在思索着将半导体的多排封装应用到电源模块的封装，以满足市场的不断需求，因此一种新形式的电源模块封装模具的开发可以很好的迎合市场。

3.电源模块封装要求

以市场上较为通用3种产品为例：AT模块，BT模块，SIP模块，这几种产品以非切割式L/F为载体，每个腔体对应一个产品，先对该产品的使用环境、应用范围进行了解。以AT为列，此产品的包封厚度7.0mm，长宽尺寸为15.24mmX8.3mm。相对来说，包封的厚度也较厚，为保证产品质量，建议将产品定位在自动包封机上使用，且模具采用模盒内抽真空的方式来减少产品的空洞，增加充填性能，为提高生产效率，需要设计一款新的L/F载体，使原本单个的微电路板可以呈矩阵式排列安装在L/F上，这是进行封装的前提，待封装完毕后需要T/F模具的分离工序，将之切成单个的成品，这需要根据单个模块的外形以及抽真空的模盒大小来设计L/F，经过排列组合考虑微电路板在L/F载体上的安装、键合的空间，以及塑封料饼的用量计算。如AT模块产品选用外形为220mmX40mmX0.25mm的L/F载体，每根L/F上可封装16颗产品，单个模盒设置8个料筒，每个料筒左右对称的灌冲4颗产品。

4.技术关键

4.1 微电路板在L/F载体上的稳定性，既要能托稳，又方便后道分离的时候易切除；

4.2 模具不在模架内抽真空，改为模盒内部抽真空；

4.3 传统产品由于不是用塑封模具封装的，产品基本没有脱模角度，塑封模具多排封装，合理设计修改产品的脱模角度，使之既能脱模方便，又不会在封装后露出内部结构；

4.4 产品腔体轮廓都大，且腔体深度深，难以充填密实：

4.5 电路板上有线圈，有微电容，元器件等，注塑成型的时候不能对其造成损伤.

5.技术指标

5.1 上下型腔的深度都超过了3mm，且顶针直径小，顶出的时候不能卡料、倾斜，否则会造成机械手抓料的时候出现问题；

5.2 产品外观不能有疏松、未充填、针孔等缺陷；

5.3 管腿部分不能有压筋和溢料；

5.4 产品由于收缩大，封装后外形尺寸要满足产品图要求，上下塑封体，塑封体与引线框架之间的偏位、错位小于0.05mm；

5.5 X光检测内部不能有空洞，电路板上元器件不能有移位，焊接部分不能松动，线圈上铜丝不能有冲断现象。

质量控制实施方案

电源模块产品采用AUTO模封装，模盒周边设计密封圈，在模盒镶条上设计抽真空用的孔位，在镶件座上设计空气回路，与镶条上的孔连接，通过外接的抽气装置进行抽气，使回路内形成真空，在负压的作用下，便于环氧树脂对型腔内部的灌冲，引线框架上设计的电路板托片，增加了L/F的焊接稳定性，也减小了引脚处压筋的几率，避免了由于引脚强行入位引起的内部电路板的移动；根据环氧树脂的颗粒度大小和粘度，合理设计引脚齿槽和让位槽的台阶差以及引线框架管腿和模具齿形的齿侧间隙，在减少引脚侧面的封装毛刺的基础上，控制产品的充填不满，气孔气泡的产生；浇口的位置避开电源模块中心芯片的位置，设置在电路板上焊接的元器件的下方，最大程度减小树脂对元器件、线圈上铜线的冲击。

6.结束语

电源模块企业，主要为工业、能源、电力、交通和医疗等行业客户提供完整的电源解决方案，中国是亚洲第二大电源模块市场，中国电源模块市场发展迅速，中国的通信领域、汽车电子、航空航天、光伏行业等领域的需求量大，而在全球模块电源市场上，核心技术上最具优势的应该是美国。从技术上来说，美国的电源技术水平至少领先中国20年，领先日本10年。工艺上，美国领先更多，这方面我国和日本也有差距。国内的一些电源模块企业也在不断创新，努力提高产品质量，缩短与国外企业差距。为提高产品质量和竞实力，电源模块企业也积极与半导体公司联合开发优化的多排电源模块封装产品。国内如TSY与金升阳科技有限公司前后长达两年的交流沟通，最终与之合作开发用塑封模具来进行电源模块的产品封装，这是一种新型的封装方式，产品的质量与效率都成倍的提高。希望国内电源模块和半导体封装企业会不断的进行创新，开发出更加优越的产品，共同推动我国电源模块行业不断向前发展，逐渐掌握核心领域技术。

参考文献：

[1]丁黎光，李建光.[J] 模具工业，2006（05），2-3

[2]王建冈，阮新波.大功率模块电源的分析和设计[J]电气传动，2012（01）3-4

[3]王晓平.模块电源的应用[J] .中国科技纵横，2014（05）1-2

作者简介：

代迎桃（1982-），男，安徽铜陵人，工程师，主要从事半导体封装模具、冲流道机设计开发工作，工作单位：铜陵市三佳山田科技股份有限公司。

杨宇（1981-），男，安徽铜陵人，工程师，主要从事半导体封装模具、冲流道机设计开发工作，工作单位：铜陵市三佳山田科技股份有限公司。

黄银青（1982-），男，安徽铜陵人，工程师，主要从事半导体封装模具、冲流道机设计开发工作，工作单位：铜陵市三佳山田科技股份有限公司。

姚亮（1981-），男，安徽铜陵人，工程师，主要从事半导体封装模具、冲流道机设计开发工作，工作单位：铜陵市三佳山田科技股份有限公司。