專(zhuān)利名稱(chēng)：一種緊湊型功率模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種功率模塊，具體地說(shuō)是一種緊湊型功率模塊。
背景技術(shù)：
功率半導(dǎo)體模塊主要應(yīng)用于電能轉(zhuǎn)換的應(yīng)用場(chǎng)合，如電機(jī)驅(qū)動(dòng)、電源、輸變電等， 功率半導(dǎo)體模塊包括IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)、功率MOSFET(場(chǎng)效應(yīng)晶體管)、晶閘管 以及功率二極管等，功率半導(dǎo)體模塊是將以上功率半導(dǎo)體芯片封裝成各種電路基本單元， 應(yīng)用于電力電子系統(tǒng)功率回路。目前電力電子行業(yè)使用量最大的IGBT封裝仍然采用的是 34mm、62mm寬度的封裝結(jié)構(gòu)，模塊內(nèi)部集成的電路結(jié)構(gòu)主要為半橋電路、斬波電路等，但是 該模塊結(jié)構(gòu)具有30mm高度，這種類(lèi)型的功率模塊功率密度不高。此外，由于該傳統(tǒng)類(lèi)型功 率模塊的高度為30mm，其內(nèi)部功率回路的寄生電感較大，無(wú)法適應(yīng)某些應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Ω吖β?密度和低寄生電感的要求。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)出一種緊湊型功率模塊。本實(shí)用新型要解決的是現(xiàn)有功率模塊高度高導(dǎo)致的內(nèi)部功率回路寄生電感較大 和功率密度不高的問(wèn)題。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是它包括銅散熱基板、殼體，封裝于殼體內(nèi)的電路結(jié)構(gòu)， 殼體包括外殼和蓋于外殼上的外蓋，電路結(jié)構(gòu)包括功率端子、信號(hào)端子、絕緣陶瓷基板、 IGBT芯片、二極管芯片；絕緣陶瓷基板通過(guò)高溫回流焊接到銅散熱基板上，在絕緣陶瓷基 板上焊接有功率二極管芯片和IGBT芯片IGBT芯片、二極管芯片相互之間，通過(guò)鋁線連接起 來(lái)，至少3個(gè)功率端子焊接在絕緣陶瓷基板對(duì)應(yīng)位置上；殼體高度為15-18mm，最佳為17mm， 所述的模塊殼體高度是指銅散熱基板底部到功率端子頂部的高度；功率端子露出模塊外蓋 部分折成需要的角度。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是本實(shí)用新型和功率端子可折成需要的角度，所以功率模塊 的總高度可以做到15-18mm，相較于傳統(tǒng)的30mm高度的功率模塊，總高度減小了近一半，這 樣在功率模塊內(nèi)部可以減小功率墩子的高度，體現(xiàn)在功率模塊性能上就是減小了功率模塊 的功率回路寄生電感，在功率模塊的高頻應(yīng)用中可以減小功率半導(dǎo)體器件關(guān)斷時(shí)的電壓過(guò) 沖，有利于提高功率半導(dǎo)體模塊的可靠性，是在傳統(tǒng)封裝系列結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)。

圖1為半橋功率模塊外形結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為半橋功率模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為全橋功率模塊外形結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為全橋功率模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為三電平功率模塊外形結(jié)構(gòu)示意圖。[0012]圖6為三電平功率模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為半橋電路原理圖。圖8為全橋電路原理圖。圖9為三電平電路原理圖。圖10為功率模塊高度示意圖。圖11為功率端子的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。如圖所示，本實(shí)用新型包括銅散熱基板5、殼體，封裝于殼體內(nèi)的電路結(jié)構(gòu)。殼體包 括外殼3和蓋于外殼3上的外蓋1 (或11、或14)，電路結(jié)構(gòu)包括功率端子4、信號(hào)端子2、絕 緣陶瓷基板7、IGBT芯片9(或13)、二極管芯片芯片6(或12)。絕緣陶瓷基板7通過(guò)高溫 回流焊接到銅散熱基板5上，在絕緣陶瓷基板7上焊接有IGBT9 (或1 和功率二極管6 (或 12)芯片，IGBT芯片9(或13)、功率二極管6(或12)與絕緣陶瓷基板7上刻蝕的電路結(jié)構(gòu) 連接起來(lái)，并通過(guò)鋁線將IGBT芯片9 (或13)、二極管芯片6 (或12)相互之間連接起來(lái)。至 少3個(gè)功率端子4焊接在絕緣陶瓷基板7的對(duì)應(yīng)位置上。殼體高度D為15-18mm，最佳為 17mm(如圖10所示)。所述的模塊殼體高度是指銅散熱基板5底部到功率端子4頂部的高 度。功率端子4露出模塊外蓋部分折成90度，在外蓋1對(duì)應(yīng)功率端子折彎后的安裝孔處嵌 有安裝螺母。這樣模塊的用戶可以將外部電路與該功率端子4通過(guò)螺絲緊固的方式連接在 一起。絕緣陶瓷基板7上焊接有信號(hào)引線8，信號(hào)引線8另一端焊接在對(duì)應(yīng)的信號(hào)端子 2上并引出到模塊外部。注塑外殼3通過(guò)環(huán)氧密封膠與銅散熱基板5的外側(cè)部分粘結(jié)在一 起。模塊內(nèi)部灌有硅凝膠，固化后對(duì)模塊內(nèi)部的功率芯片提供保護(hù)作用，避免來(lái)自外界環(huán)境 的污染。外蓋1(或11或14)和外殼3之間通過(guò)螺絲緊固一起。模塊內(nèi)部封裝的電路結(jié)構(gòu) 包括半橋電路結(jié)構(gòu)或全橋電路結(jié)構(gòu)、或三電平電路結(jié)構(gòu)。功率端子4的底部為U型結(jié)構(gòu)(如圖11所示)。該U型結(jié)構(gòu)不但有利于底部焊接 部位的緩沖，而且有利于減小功率端子的高度，從而減小模塊的整體高度。半橋模塊的電路原理圖見(jiàn)圖7，外形見(jiàn)圖1，它有3個(gè)功率端子4引出到模塊外部， 模塊內(nèi)部封裝成半橋電路結(jié)構(gòu)。全橋模塊的電路原理圖見(jiàn)圖8，模塊外形見(jiàn)圖3，有4個(gè)功率端子4引出到模塊外 部，模塊內(nèi)部封裝成全橋電路結(jié)構(gòu)。三電平模塊的電路原理圖如圖9所示，模塊外形見(jiàn)圖5，有4個(gè)功率端子4引出到 模塊外部，模塊內(nèi)部封裝成三電平電路結(jié)構(gòu)。無(wú)論是半橋模塊或是全橋模塊，還是三電平模塊，它們銅散熱基板底部到功率端 子頂部的高度最合適為16mm，各模塊的信號(hào)端子和功率端子如圖1、3、5所示，分布在模塊 的兩側(cè)，對(duì)應(yīng)模塊中的信號(hào)端子總量不超過(guò)8個(gè)。信號(hào)端子2和功率端子4在模塊上的這 種分布方式，方便用戶將模塊連接到外部功率電路。本實(shí)用新型所述的功率模塊的功率端子4采用具有機(jī)械緩沖的結(jié)構(gòu)，即U型結(jié)構(gòu)， 可避免外界在安裝等過(guò)程中所施加的力傳遞到功率端子4的焊接部位，影響功率端子4的可靠性。 本實(shí)用新型的功率模塊內(nèi)部焊接有2塊或4塊絕緣陶瓷基板，該絕緣陶瓷基板為 三層結(jié)構(gòu)，上下層均為高導(dǎo)無(wú)氧銅，中間層為A1203或AlN陶瓷層，該陶瓷層在將功率芯片 產(chǎn)生的熱量傳到模塊底部散熱器的同時(shí)，提供模塊內(nèi)部的電氣部件對(duì)散熱器的絕緣，該絕 緣陶瓷基板7上刻蝕有涉及的電路結(jié)構(gòu)，提供功率芯片之間的互聯(lián)。外殼上有嵌孔，用于安 裝信號(hào)端子，同時(shí)在外殼的四側(cè)設(shè)計(jì)有螺母孔10，用于和外蓋部分通過(guò)螺絲緊固。
權(quán)利要求1.一種緊湊型功率模塊，它包括銅散熱基板、殼體，封裝于殼體內(nèi)的電路結(jié)構(gòu)，殼體包 括外殼和蓋于外殼上的外蓋，電路結(jié)構(gòu)包括功率端子、信號(hào)端子、絕緣陶瓷基板、IGBT芯片、 二極管芯片；絕緣陶瓷基板通過(guò)高溫回流焊接到銅散熱基板上，在絕緣陶瓷基板上焊接有 功率二極管芯片和IGBT芯片IGBT芯片、二極管芯片相互之間，通過(guò)鋁線連接起來(lái)，至少 3個(gè)功率端子焊接在絕緣陶瓷基板對(duì)應(yīng)位置上；其特征在于殼體高度為15-18mm，最佳為 17mm，所述的模塊殼體高度是指銅散熱基板底部到功率端子頂部的高度；功率端子露出模 塊外蓋部分折成需要的角度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種緊湊型功率模塊，其特征在于絕緣陶瓷基板上焊接有信 號(hào)引線，信號(hào)引線另一端焊接在對(duì)應(yīng)的信號(hào)端子上并引出到模塊外部；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種緊湊型功率模塊，其特征在于外殼通過(guò)密封膠與銅散熱 基板的外側(cè)部分粘結(jié)在一起，模塊內(nèi)部灌有硅凝膠。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種緊湊型功率模塊，其特征在于外蓋和外殼之間通過(guò)螺絲 緊固在一起。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種緊湊型功率模塊，其特征在于模塊內(nèi)部封裝的電路結(jié)構(gòu) 包括半橋電路結(jié)構(gòu)或全橋電路結(jié)構(gòu)、或三電平電路結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種緊湊型功率模塊，其特征在于模塊功率端子露出模塊外 蓋部分折成角度為90度，在外蓋對(duì)應(yīng)功率端子折彎后的安裝孔處嵌有安裝螺母。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種緊湊型功率模塊，其特征在于功率端子底部為緩沖結(jié) 構(gòu)，所述的緩沖結(jié)構(gòu)為U型結(jié)構(gòu)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種緊湊型功率模塊，包括銅散熱基板、殼體，封裝于殼體內(nèi)的電路結(jié)構(gòu)，殼體包括外殼和蓋于外殼上的外蓋，電路結(jié)構(gòu)包括功率端子、信號(hào)端子、絕緣陶瓷基板、IGBT芯片、二極管芯片芯片；殼體的高度為15-18mm，最佳為17mm；功率端子露出模塊外蓋部分折成需要的角度。
文檔編號(hào)H01L23/48GK201845769SQ20102058982
公開(kāi)日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月4日
發(fā)明者劉志宏, 呂鎮(zhèn), 姚禮軍, 金曉行 申請(qǐng)人:嘉興斯達(dá)微電子有限公司