專利名稱：輕型功率半導體模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種輕型功率半導體模塊，屬于功率半導體模塊制造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前功率半導體模塊的結(jié)構(gòu)由半導體芯片(IGBT芯片)、覆金屬陶瓷基板(DBC基 板)、電極以及銅底板構(gòu)成，IGBT芯片焊接到覆金屬陶瓷基板上，先用鋁絲鍵合完成芯片極 性與覆金屬陶瓷基板上有圖形的銅箔進行互連，再將帶IGBT芯片的覆金屬陶瓷基板再一 次焊接到銅底板上，再將電極焊接到覆金屬陶瓷基板上，裝上外殼密封灌膠保護。但將覆金 屬陶瓷基板通過焊接材料在高溫下熔化而焊接在銅底板上時，因銅底板的熱膨脹系數(shù)大于 覆金屬陶瓷基板的熱膨脹系數(shù)，因此焊接前需要對銅底板材料進行機械預彎，焊接后使銅 底板還保持一定的弧度，才能保證銅底板有一定的凸度，如果不進行機械預彎的話，銅底板 就會變成凹度，但而銅底板的弧度會因預彎銅板的弧度不同而不同，需要進行弧度測試，一 方面會影響成品率。另一方面，因銅底板與覆金屬陶瓷基板熱膨脹系數(shù)差別大，焊接后銅底 板反扣變形，而銅底板與覆金屬陶瓷基板在半導體模塊工作溫度下一直存在機械應力和熱 應力，半導體模塊在經(jīng)過幾千次高低溫熱循環(huán)工作后，覆金屬陶瓷基板與銅底板之間的焊 接層就會發(fā)生位錯、出現(xiàn)裂縫及空洞空隙，半導體模塊的熱阻變大，在這種情況下工作，半 導體模塊的工作溫度不斷升高，半導體模塊中半導體芯片的工作溫度因焊接層錯亂、裂縫 使熱散不出去直至半導體芯片失效，而降低了半導體模塊的使用壽命。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)合理，工作時無機械和熱應力，長期工作可靠 性，并能降低了材料成本的輕型功率半導體模塊。本實用新型為達到上述目的的技術(shù)方案是一種輕型功率半導體模塊，包括外殼、 覆金屬陶瓷基板、半導體芯片和電極，半導體芯片固定在覆金屬陶瓷基板上，電極與覆金屬 陶瓷基板連接，其特征在于所述外殼內(nèi)設(shè)有一體的蓋板，外殼底面的殼壁上設(shè)有安裝槽 口，覆金屬陶瓷基板固定在該安裝槽口內(nèi)，且覆金屬陶瓷基板的厚度在l_2mm，電極穿出蓋 板；所述外殼底部沿殼壁的外側(cè)分別設(shè)有兩安裝座，兩安裝座上對稱設(shè)有弧形的應力釋放 槽孔，且應力釋放槽孔的內(nèi)側(cè)槽壁與安裝槽口相切或相交。其中所述外殼底面與覆金屬陶瓷基板底面的高度差在-0. 05 0. 20mm。所述一個安裝座上設(shè)有安裝孔，另一安裝座上設(shè)有與底座外側(cè)相通的安裝槽。所述外殼位于安裝座的上部與外殼的殼壁外側(cè)設(shè)有兩個以上的加強筋。本實用新型取消銅底板，直接將覆金屬陶瓷基板固定在外殼的底面，由于取消覆 金屬陶瓷基板與銅板的焊接層，而沒有了覆金屬陶瓷基板與銅底板的機械應力和熱應力， 同時由于芯片與覆金屬陶瓷基板也無機械應力和熱應力，而且覆金屬陶瓷基板是安裝在外 殼的安裝槽內(nèi)，可通過外殼的安裝座上的應力釋放槽孔，在工作中能使半導體模塊底部保 持平整，使半導體模塊與散熱器之間接觸均勻，由于接觸熱阻小，半導體模塊工作壽命以及高低溫熱循環(huán)能力大大提高，使半導體模塊長期工作可靠性得到了保證。本實用新型去掉 銅底板后，降低了半導體模塊的材料成本和重量，提高了半導體模塊的性價比，同時，也提 高了半導體模塊的熱循環(huán)能力及長期工作可靠性，市場前景是非?？春?。
以下結(jié)合附圖對本實用新型的實施例作進一步的描述。

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖2的仰視結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是圖2的A-A剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是圖2的B-B剖視結(jié)構(gòu)示意圖。其中1_電極，2-外殼，21-加強筋，22-安裝座，23-安裝槽，24-應力釋放槽孔， 25-安裝孔，26-安裝槽口，27-蓋板，3-覆金屬陶瓷基板，4-半導體芯片，5-鋁絲。
具體實施方式
見圖1 5所示，本實用新型的輕型功率半導體模塊，包括外殼2、覆金屬陶瓷基 板、半導體芯片4和電極1，半導體芯片4焊接在覆金屬陶瓷基板3，鋁絲5鍵合完成半導體 芯片4的極性與覆金屬陶瓷基板3上有圖形的銅箔進行互連，而電極1與覆金屬陶瓷基板 3連接，電極1可通過鋁絲5與覆金屬陶瓷基板3連接，或電極1直接焊接在覆金屬陶瓷基 板3上。見圖1 3所示，本實用新型的外殼2內(nèi)設(shè)有一體的蓋板27，蓋板27位于外殼的 中部將外殼2分為上下腔體，外殼2的上腔體內(nèi)設(shè)有螺母座，外殼2底面的殼壁上設(shè)有安裝 槽口 26，覆金屬陶瓷基板3固定在該安裝槽口 26內(nèi)，本實用新型的覆金屬陶瓷基板3的厚 度在l_2mm，如覆金屬陶瓷基板3的厚度在1. 2mm、1. 3mm、1. 5mm、1. 8mm等，覆金屬陶瓷基板 3的陶瓷芯層厚度在0. 6 0. 9mm,如陶瓷芯層厚度在0. 7mm、0. 8mm等，覆金屬陶瓷基板3 兩側(cè)的金屬層在高溫下通過原子的互擴散形成原子鍵結(jié)合將金屬層覆在陶瓷芯層上，其具 有熱阻小、絕緣強度和機械強度高、熱膨脹系數(shù)小等優(yōu)點，本實用新型外殼2底面與覆金屬 陶瓷基板3的高度差在-0. 05 0. 20mm,使覆金屬陶瓷基板3與散熱器均勻接觸，而具有較 好的散熱效果，而半導體芯片4位于外殼2的下腔體內(nèi)，電極1穿出蓋板27，最后通過灌膠 進行密封。見圖1 3所示，本實用新型外殼2底部沿殼壁的外側(cè)分別設(shè)有兩安裝座22， 兩安裝座22上對稱設(shè)有弧形的應力釋放槽孔24，且應力釋放槽孔24的內(nèi)側(cè)槽壁與安裝槽 口 26相切或相交，通過該應力釋放槽孔24使半導體芯片4在高低溫熱循環(huán)工作時進行應 力釋放，而提高了半導體模塊的熱循環(huán)能力及長期工作可靠性。見圖2 4所示，本實用新 型外殼2的一個安裝座22上設(shè)有安裝孔25，另一安裝座22上設(shè)有與底座外側(cè)相通的安裝 槽23，非常方便裝卸，而外殼2位于安裝座22的上部與外殼2的殼壁外側(cè)設(shè)有兩個以上的 加強筋21，以提高外殼2的機械強度，能滿足大功率半導體模塊的使用。
權(quán)利要求一種輕型功率半導體模塊，包括外殼(2)、覆金屬陶瓷基板(3)、半導體芯片(4)和電極(1)，半導體芯片(4)固定在覆金屬陶瓷基板(3)上，電極(1)與覆金屬陶瓷基板(3)連接，其特征在于所述外殼(2)內(nèi)設(shè)有一體的蓋板(27)，外殼(2)底面的殼壁上設(shè)有安裝槽口(26)，覆金屬陶瓷基板(3)固定在該安裝槽口(26)內(nèi)，且覆金屬陶瓷基板(3)的厚度在1 2mm，電極(1)穿出蓋板(27)；所述外殼(2)底部沿殼壁的外側(cè)分別設(shè)有兩安裝座(22)，兩安裝座(22)上對稱設(shè)有弧形的應力釋放槽孔(24)，且應力釋放槽孔(24)的內(nèi)側(cè)槽壁與安裝槽口(26)相切或相交。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕型功率半導體模塊，其特征在于所述外殼(2)底面與覆 金屬陶瓷基板(3)底面的高度差在-0. 05 0. 20mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕型功率半導體模塊，其特征在于所述一個安裝座(22)上 設(shè)有安裝孔(25)，另一安裝座(22)上設(shè)有與底座外側(cè)相通的安裝槽(23)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕型功率半導體模塊，其特征在于所述外殼(2)位于安裝 座(22)的上部與外殼(2)的殼壁外側(cè)設(shè)有兩個以上的加強筋(21)。
專利摘要本實用新型涉及一種輕型功率半導體模塊，包括外殼、覆金屬陶瓷基板、半導體芯片和電極，半導體芯片連接在覆金屬陶瓷基板上，電極與覆金屬陶瓷基板連接，所述外殼內(nèi)設(shè)有一體的蓋板，外殼底面的殼壁上設(shè)有安裝槽口，覆金屬陶瓷基板固定在該安裝槽口內(nèi)，且覆金屬陶瓷基板的厚度在1-2mm，電極穿出蓋板；所述外殼底部沿殼壁的外側(cè)分別設(shè)有兩安裝座，兩安裝座上對稱設(shè)有弧形的應力釋放槽孔，且應力釋放槽孔的內(nèi)側(cè)槽壁與安裝槽口相切或相交。本實用新型結(jié)構(gòu)合理，半導體模塊工作時無機械和熱應力，長期工作可靠性，并能降低半導體模塊的材料成本和重量。
文檔編號H01L23/36GK201741690SQ201020266598
公開日2011年2月9日 申請日期2010年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月22日
發(fā)明者姚天保, 姚玉雙, 王曉寶 申請人:江蘇宏微科技有限公司