專利名稱：一種集成功率半導(dǎo)體功率模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型所涉用于電焊機(jī)、變頻器、伺服機(jī)、工業(yè)電源中的功率模塊，特別是一 種集成功率半導(dǎo)體模塊，該種模塊根據(jù)不同的應(yīng)用需求，選擇相應(yīng)的端子數(shù)目及位置，實現(xiàn) 所需電路拓?fù)洹?br> 技術(shù)背景電焊機(jī)、變頻器、伺服機(jī)、工業(yè)電源的尺寸都在向小型化發(fā)展，其內(nèi)部通常使用絕 緣柵雙極性晶體管模塊逆變輸出，因而現(xiàn)有的一單元、兩單元絕緣柵雙極性晶體管模塊封 裝形式，由于體積過大，集成度低、功能少和安裝繁瑣，已不適合在所述的產(chǎn)品上使用
實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的是提供了一種體積小、低雜散電感、散熱性好、可靠性高、集成 度高、內(nèi)部可實現(xiàn)多種電路拓?fù)涞墓β誓K。本實用新型要解決的是現(xiàn)有一單元、兩單元絕緣柵雙極性晶體管模塊體積過大， 集成度低、功能少和安裝繁瑣的問題。本實用新型的技術(shù)方案是它包括導(dǎo)熱底板、絕緣金屬基板、功率半導(dǎo)體芯片、溫 度傳感器、金屬插針端子、外框、蓋板和金屬卡環(huán)；所述導(dǎo)熱底板焊接面和絕緣金屬基板通 過釬焊結(jié)合；所述絕緣金屬基板和功率半導(dǎo)體芯片通過釬焊結(jié)合；所述絕緣金屬基板和溫 度傳感器通過釬焊結(jié)合；所述外框密封于導(dǎo)熱底板焊接面上，金屬卡環(huán)、外框、導(dǎo)熱基板緊 密配合，所述金屬插針端子底部為雙層金屬結(jié)構(gòu)，金屬插針端子針身嵌在外框卡槽內(nèi)；所述 絕緣金屬基板、功率半導(dǎo)體芯片、溫度傳感器及金屬插針端子間通過鋁線鍵合連接實現(xiàn)電 路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；所述蓋板邊緣留有金屬插針端子引出口，蓋板和外框緊密配合。導(dǎo)熱底板的背面、即導(dǎo)熱底板非焊接面凸起成平面光滑的類球面結(jié)構(gòu)，球面的平 整度在0.08mm以內(nèi)；導(dǎo)熱底板四個側(cè)邊設(shè)有卡口。導(dǎo)熱底板是用高導(dǎo)熱率、低膨脹系數(shù)材 料做成，所用的材料包括銅或鋁碳化硅材料；導(dǎo)熱底板的表面為電鍍處理表面，焊料在其處 理后的表面的潤濕面積大于90 %。絕緣金屬基板中間層為陶瓷層，上層和下層為金屬層，上下二層金屬層之間必須 保證絕緣；表面的金屬層根據(jù)需要電鍍，焊料在其處理后的表面的潤濕面積大于90%。溫度傳感器安裝于發(fā)熱量最大的功率芯片附近，以保證能監(jiān)測到模塊內(nèi)部最高溫 度；溫度傳感器監(jiān)測溫度的最高值須大于模塊內(nèi)部功率芯片的最高溫度。金屬插針端子露出殼體的頂端部分定制需要的形狀，包括U型或一字型，金屬插 針端子的表面電鍍處理的表面；金屬插針端子底部的鍵合部分為雙層金屬結(jié)構(gòu)；所述的金 屬插針端子用高導(dǎo)電率材料制作。外框為注塑外框，蓋板為注塑蓋板；所述注塑外框的CTI值大于225 ；外框內(nèi)表面 同一直線上的金屬插針端子的卡槽，間距相同，金屬插針端子與外框上的卡槽緊密貼合。外 框底部有安裝卡扣，與導(dǎo)熱底板的四個側(cè)面相匹配，外框上部有固定卡扣和高臺螺絲孔，固定卡扣與蓋板邊緣的卡口相匹配；外框底部為用于密封膠裝填的多槽結(jié)構(gòu)。蓋板兩個窄邊 上設(shè)有固定卡口 ；蓋板邊緣設(shè)有金屬插針端子引出孔，引出孔數(shù)目與外框內(nèi)表面的金屬插 針端子卡槽的數(shù)目相同、引出孔位置與卡槽相匹配。金屬卡環(huán)表面為電鍍處理表面；所述的鋁線外部有絕緣層完全覆蓋。本實用新型的優(yōu)點是體積小、集成度高，內(nèi)部可以封裝多個絕緣柵雙極性晶體管 單元，并可以附加整流、制動、溫度監(jiān)控等功能；且由于所有控制端子及功率端子都使用金 屬插針端子引出，可以直接與驅(qū)動板通過釬焊結(jié)合在一起，方便連接。

圖1是本實用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖(窄體)。圖2是本實用新型的正面橫截面結(jié)構(gòu)示意圖(窄體)。圖3是本實用新型的側(cè)面橫截面結(jié)構(gòu)示意圖(窄體)。圖4是整流加制動加六單元外殼示意圖(窄體)。圖5是六單元外殼示意圖(窄體)。圖6是本實用新型的外殼背面示意圖(窄體)。圖7是本實用新型的外殼側(cè)面橫截面結(jié)構(gòu)示意圖(窄體)。圖8是本實用新型的導(dǎo)熱基板示意圖(窄體)。圖9是本實用新型的一字型金屬插針端子結(jié)構(gòu)示意圖。圖10是本實用新型的U字型金屬插針端子結(jié)構(gòu)示意圖。圖11是整流加制動加六單元外殼示意圖(寬體)。圖12是六單元外殼示意圖(寬體)。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進(jìn)一步說明。實施實例1如圖1、圖2和圖3所示，絕緣金屬基板9正面銅層通過化學(xué)腐蝕得到所需電路拓 撲；功率半導(dǎo)體芯片8、溫度傳感器10通過釬焊的方式與絕緣金屬基板9正面銅層結(jié)合，盡 可能的減少功率半導(dǎo)體芯片8與絕緣金屬基板9之間釬焊層的氣孔量。絕緣金屬基板9背 面與導(dǎo)熱底板7焊接面通過釬焊的方式結(jié)合，盡可能的減少絕緣金屬基板9與導(dǎo)熱底板7 之間釬焊層的氣孔量。注塑外框4與金屬插針端子1完成裝配。注塑外框4與導(dǎo)熱底板7 通過粘合劑結(jié)合。注塑外框4與導(dǎo)熱底板7通過金屬卡環(huán)2固定，金屬卡環(huán)2從注塑外框 4固定孔壓入，卡死導(dǎo)熱底板7的固定孔。絕緣金屬基板9、功率半導(dǎo)體芯片8、溫度傳感器 10、金屬插針端子1通過鋁線6相連；注塑外框4內(nèi)部用惰性絕緣材料填充；注塑蓋板3穿 過金屬插針端子1與注塑外框4上的卡扣5緊密結(jié)合。如圖4、圖5、圖6和圖7所示，注塑外框4外觀為長方形結(jié)構(gòu)，材料為絕緣工程塑 料；注塑外框4內(nèi)部有卡槽11，每兩個卡槽11之間間距相等；卡槽11底部有與其垂直的平 臺基座12，所有卡槽必須都與平臺基座保持垂直。臺基座12底部為實心結(jié)構(gòu)，配合時與導(dǎo) 熱底板7緊密配合。金屬插針端子1安裝入注塑外框4時，針身20、鍵合針座22分別與卡 槽11、平臺基座12緊密配合，保證接觸面之間沒有空隙，如圖7所示兩個接觸面16、17 ；金屬插針端子1裝入注塑外框4后，必須保證其原有物理形態(tài)。金屬插針端子1在注塑外框 4內(nèi)的數(shù)量和位置可以根據(jù)電路拓?fù)湫枰ㄖ?。注塑外?底部為多凹槽結(jié)構(gòu)，凹槽14分 布于注塑外框4底部的四條邊上。注塑外框4底部四個對角上有卡扣5，裝配時與導(dǎo)熱底板 7上的卡口配合；注塑外框4上部四個對角上有高臺螺絲孔13，此孔的高度大于卡扣5的高度。如圖8所示，導(dǎo)熱底板7非焊接面為類球面外凸結(jié)構(gòu)18，此種結(jié)構(gòu)可使安裝完成后 的導(dǎo)熱底板7與散熱基板緊密接觸，極大的減少空氣對散熱的阻礙。如圖9、10所示，金屬插針端子1的結(jié)構(gòu)為一字型19或U型M，根據(jù)需要定制。金 屬插針端子1的針頭21為電鍍金屬結(jié)構(gòu)；金屬插針端子1的鍵合針座22為雙層金屬結(jié)構(gòu)， 金屬插針端子1的上金屬23能滿足超聲波鍵合要求；金屬插針端子1的針身20帶有鋸齒 結(jié)構(gòu)特征，金屬插針端子1通其鋸齒結(jié)構(gòu)與注塑外框4上的卡槽11緊密固定。實施實例2如圖11、圖12所示，注塑外框內(nèi)部卡槽25的數(shù)目增加，注塑外框上部四個對角上 高臺螺絲孔27的數(shù)目增加，卡環(huán)安裝孔沈的數(shù)據(jù)增加。金屬插針端子在注塑外框內(nèi)的數(shù) 量和位置可以根據(jù)電路拓?fù)湫枰ㄖ?，圖9、圖10為其中的兩種方案，圖12為六單元結(jié)構(gòu)， 圖11可以實現(xiàn)整流加制動加六單元結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求1.一種集成功率半導(dǎo)體功率模塊，它包括導(dǎo)熱底板、絕緣金屬基板、功率半導(dǎo)體芯片、 溫度傳感器、金屬插針端子、外框、蓋板和金屬卡環(huán)；所述導(dǎo)熱底板焊接面和絕緣金屬基板 通過釬焊結(jié)合；所述絕緣金屬基板和功率半導(dǎo)體芯片通過釬焊結(jié)合；所述絕緣金屬基板和 溫度傳感器通過釬焊結(jié)合；所述外框密封于導(dǎo)熱底板焊接面上，金屬卡環(huán)、外框、導(dǎo)熱基板 緊密配合，其特征在于所述金屬插針端子底部為雙層金屬結(jié)構(gòu)，金屬插針端子針身嵌在外 框卡槽內(nèi)；所述絕緣金屬基板、功率半導(dǎo)體芯片、溫度傳感器及金屬插針端子間通過鋁線鍵 合連接實現(xiàn)電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；所述蓋板邊緣留有金屬插針端子引出口，蓋板和外框緊密配合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成功率半導(dǎo)體功率模塊，其特征是導(dǎo)熱底板的背面、 即導(dǎo)熱底板非焊接面凸起成平面光滑的類球面結(jié)構(gòu)，球面的平整度在0. 08mm以內(nèi)；導(dǎo)熱底 板四個側(cè)邊設(shè)有卡口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成功率半導(dǎo)體功率模塊，其特征是導(dǎo)熱底板是用高導(dǎo) 熱率、低膨脹系數(shù)材料做成，所用的材料包括銅或鋁碳化硅材料；導(dǎo)熱底板的表面為電鍍處 理表面，焊料在其處理后的表面的潤濕面積大于90%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成功率半導(dǎo)體功率模塊，其特征是絕緣金屬基板中間 層為陶瓷層，上層和下層為金屬層，上下二層金屬層之間必須保證絕緣；表面的金屬層根據(jù) 需要電鍍，焊料在其處理后的表面的潤濕面積大于90%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成功率半導(dǎo)體功率模塊，其特征是溫度傳感器安裝于 發(fā)熱量最大的功率芯片附近，以保證能監(jiān)測到模塊內(nèi)部最高溫度；溫度傳感器監(jiān)測溫度的 最高值須大于模塊內(nèi)部功率芯片的最高溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成功率半導(dǎo)體功率模塊，其特征是金屬插針端子露出 殼體的頂端部分定制需要的形狀，包括U型或一字型，金屬插針端子的表面電鍍處理的表 面；金屬插針端子底部的鍵合部分為雙層金屬結(jié)構(gòu)；所述的金屬插針端子用高導(dǎo)電率材料 制作。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成功率半導(dǎo)體功率模塊，其特征是外框為注塑外框， 蓋板為注塑蓋板；所述注塑外框的CTI值大于225 ；外框內(nèi)表面同一直線上的金屬插針端子 的卡槽，間距相同，金屬插針端子與外框上的卡槽緊密貼合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成功率半導(dǎo)體功率模塊，其特征是外框底部有安裝卡 扣，與導(dǎo)熱底板的四個側(cè)面相匹配，外框上部有固定卡扣和高臺螺絲孔，固定卡扣與蓋板邊 緣的卡口相匹配；外框底部為用于密封膠裝填的多槽結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成功率半導(dǎo)體功率模塊，其特征是蓋板兩個窄邊上設(shè) 有固定卡口 ；蓋板邊緣設(shè)有金屬插針端子引出孔，引出孔數(shù)目與外框內(nèi)表面的金屬插針端 子卡槽的數(shù)目相同、引出孔位置與卡槽相匹配。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成功率半導(dǎo)體功率模塊，其特征是金屬卡環(huán)表面為 電鍍處理表面；所述的鋁線外部有絕緣層完全覆蓋。
專利摘要本實用新型公開了一種集成功率半導(dǎo)體功率模塊，它包括導(dǎo)熱底板、絕緣金屬基板、功率半導(dǎo)體芯片、溫度傳感器、金屬插針端子、外框、蓋板和金屬卡環(huán)；所述導(dǎo)熱底板焊接面和絕緣金屬基板通過釬焊結(jié)合；所述絕緣金屬基板和功率半導(dǎo)體芯片通過釬焊結(jié)合；所述絕緣金屬基板和溫度傳感器通過釬焊結(jié)合；所述外框密封于導(dǎo)熱底板焊接面上，金屬卡環(huán)、外框、導(dǎo)熱基板緊密配合，所述金屬插針端子底部為雙層金屬結(jié)構(gòu)，金屬插針端子針身嵌在外框卡槽內(nèi)；所述絕緣金屬基板、功率半導(dǎo)體芯片、溫度傳感器及金屬插針端子間通過鋁線鍵合連接實現(xiàn)電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；所述蓋板邊緣留有金屬插針端子引出口，蓋板和外框緊密配合。
文檔編號H01L23/48GK201845770SQ20102058985
公開日2011年5月25日 申請日期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, 陳斌 申請人:嘉興斯達(dá)微電子有限公司