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(dǎo)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(yīng)器，模塊電源具有隔離作用，抗干擾能力強(qiáng)，自帶保護(hù)功能，便于集成。其特點(diǎn)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(chǔ)器、現(xiàn)場可編程門陣列 （FPGA） 及其他數(shù)字或模擬負(fù)載提供供電。由于模塊式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)甚多，因此模塊電源廣泛用于交換設(shè)備、接入設(shè)備、移動(dòng)通訊、微波通訊以及光傳輸、路由器等通信領(lǐng)域和汽車電子、航空航天等。按現(xiàn)代電力電子的應(yīng)用領(lǐng)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(jī)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(gè)元器件和線圈安裝在電路板上，再利用塑料或陶瓷進(jìn)行封裝保護(hù)，電源元件集成模塊化后封裝，相對單一元件實(shí)現(xiàn)使用方便，可以縮小整機(jī)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(jì)效益大等特點(diǎn)。

2.歷史背景

目前市場上的電源模塊封裝多采用單個(gè)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(dòng)化的操作，往往導(dǎo)致產(chǎn)品的模塊芯片損壞，開模時(shí)引腳變形大，質(zhì)量難以控制。近幾年由于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)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(yīng)用也越來越簡單。隨著半導(dǎo)體工藝、封裝技術(shù)的大量使用， 傳統(tǒng)采用單個(gè)模塊的封裝形式，已漸漸要被市場淘汰。同時(shí)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(dǎo)體的多排封裝應(yīng)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(gè)腔體對應(yīng)一個(gè)產(chǎn)品，先對該產(chǎn)品的使用環(huán)境、應(yīng)用范圍進(jìn)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(dòng)包封機(jī)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(shè)計(jì)一款新的L/F載體，使原本單個(gè)的微電路板可以呈矩陣式排列安裝在L/F上，這是進(jìn)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(gè)的成品，這需要根據(jù)單個(gè)模塊的外形以及抽真空的模盒大小來設(shè)計(jì)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(jì)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(gè)模盒設(shè)置8個(gè)料筒，每個(gè)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(shí)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(shè)計(jì)修改產(chǎn)品的脫模角度，使之既能脫模方便，又不會(huì)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(shí)：

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

5.技術(shù)指標(biāo)

5.1 上下型腔的深度都超過了3mm，且頂針直徑小，頂出的時(shí)候不能卡料、傾斜，否則會(huì)造成機(jī)械手抓料的時(shí)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(cuò)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(dòng)，線圈上銅絲不能有沖斷現(xiàn)象。

質(zhì)量控制實(shí)施方案

電源模塊產(chǎn)品采用AUTO模封裝，模盒周邊設(shè)計(jì)密封圈，在模盒鑲條上設(shè)計(jì)抽真空用的孔位，在鑲件座上設(shè)計(jì)空氣回路，與鑲條上的孔連接，通過外接的抽氣裝置進(jìn)行抽氣，使回路內(nèi)形成真空，在負(fù)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(shè)計(jì)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(qiáng)行入位引起的內(nèi)部電路板的移動(dòng)；根據(jù)環(huán)氧樹脂的顆粒度大小和粘度，合理設(shè)計(jì)引腳齒槽和讓位槽的臺(tái)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(chǔ)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(shè)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(lǐng)域、汽車電子、航空航天、光伏行業(yè)等領(lǐng)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(yīng)該是美國。從技術(shù)上來說，美國的電源技術(shù)水平至少領(lǐng)先中國20年，領(lǐng)先日本10年。工藝上，美國領(lǐng)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(shí)力，電源模塊企業(yè)也積極與半導(dǎo)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(dá)兩年的交流溝通，最終與之合作開發(fā)用塑封模具來進(jìn)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(dǎo)體封裝企業(yè)會(huì)不斷的進(jìn)行創(chuàng)新，開發(fā)出更加優(yōu)越的產(chǎn)品，共同推動(dòng)我國電源模塊行業(yè)不斷向前發(fā)展，逐漸掌握核心領(lǐng)域技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[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(shè)計(jì)[J]電氣傳動(dòng)，2012（01）3-4

[3]王曉平.模塊電源的應(yīng)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(dǎo)體封裝模具、沖流道機(jī)設(shè)計(jì)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(dǎo)體封裝模具、沖流道機(jī)設(shè)計(jì)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(dǎo)體封裝模具、沖流道機(jī)設(shè)計(jì)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(dǎo)體封裝模具、沖流道機(jī)設(shè)計(jì)開發(fā)工作，工作單位：銅陵市三佳山田科技股份有限公司。