一種帶電極壓力裝置的功率半導(dǎo)體模塊的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種帶電極壓力裝置的功率半導(dǎo)體模塊，它包括一與功率半導(dǎo)體芯片進(jìn)行焊接并進(jìn)行鋁線鍵合的絕緣金屬基板，該絕緣金屬基板的下面通過(guò)導(dǎo)熱硅脂結(jié)合有一塊導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)體；一帶電極壓力裝置通過(guò)下部金屬支撐陣列與絕緣金屬基板的電路層通過(guò)壓力連接在一起，且所述金屬支撐陣列成為功率半導(dǎo)體模塊的電路組成部分；一塑料外框通過(guò)底部灌膠槽填充密封膠與導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)體粘結(jié)在一起，處于塑料外框內(nèi)的帶電極壓力裝置具有與注塑外框相應(yīng)結(jié)構(gòu)配合的限位結(jié)構(gòu)；所述帶電極壓力裝置上部的金屬?gòu)椈砂惭b孔內(nèi)置有金屬?gòu)椈?，并通過(guò)與一位于注塑外框上面的注塑蓋板緊密結(jié)合，對(duì)帶電極壓力裝置產(chǎn)生下壓力；它具有大功率、散熱性好、可靠性高等特點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】 一種帶電極壓力裝置的功率半導(dǎo)體模塊
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及的是一種帶電極壓力裝置的功率半導(dǎo)體模塊，主要用于變頻器、伺服機(jī)、工業(yè)電源、電動(dòng)機(jī)車(chē)中。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電力電子行業(yè)的不斷發(fā)展，大功率、高可靠性功率半導(dǎo)體模塊被大量使用到變頻器、伺服機(jī)、工業(yè)電源、電動(dòng)機(jī)車(chē)中。在設(shè)計(jì)這些開(kāi)關(guān)設(shè)備時(shí)，主要使用兩種方案，一種是使用多顆小功率半導(dǎo)體模塊并聯(lián)，另外一種是使用單顆大功率半導(dǎo)體模塊。然而這兩種方案在實(shí)際使用時(shí)都沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期效果，小功率模塊并聯(lián)的方案中，模塊本身的電參數(shù)差異需要先篩選模塊，并且外部引線需要盡量對(duì)稱(chēng)導(dǎo)致設(shè)計(jì)難度增加；大功率半導(dǎo)體模塊雖然可以避免參數(shù)差異及引線對(duì)稱(chēng)的問(wèn)題，但是模塊成本相對(duì)較高，模塊可供選擇的功率等級(jí)較少；另外，這些傳統(tǒng)的功率半導(dǎo)體模塊都使用多層焊接結(jié)構(gòu)，內(nèi)部熱源與散熱體之間的熱量傳輸需要通過(guò)這些焊接結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，熱阻相對(duì)較高，降低了模塊長(zhǎng)期使用的可靠性。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，而提供一種大功率、散熱性好、可靠性高的帶電極壓力裝置的功率半導(dǎo)體模塊。
[0004]本實(shí)用新型的目的是通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)完成的，所述帶電極壓力裝置的功率半導(dǎo)體模塊，它包括一與功率半導(dǎo)體芯片進(jìn)行焊接并進(jìn)行鋁線鍵合的絕緣金屬基板，該絕緣金屬基板的下面通過(guò)導(dǎo)熱硅脂結(jié)合有一塊導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)體；一帶電極壓力裝置通過(guò)下部金屬支撐陣列與絕緣金屬基板的電路層通過(guò)壓力連接在一起，且所述金屬支撐陣列成為功率半導(dǎo)體模塊的電路組成部分；一塑料外框通過(guò)底部灌膠槽填充密封膠與導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)體粘結(jié)在一起，處于塑料外框內(nèi)的帶電極壓力裝置具有與注塑外框相應(yīng)結(jié)構(gòu)配合的限位結(jié)構(gòu)；所述帶電極壓力裝置上部的金屬?gòu)椈砂惭b孔內(nèi)置有金屬?gòu)椈?，并通過(guò)與一位于注塑外框上面的注塑蓋板緊密結(jié)合，對(duì)帶電極壓力裝置產(chǎn)生下壓力。
[0005]所述帶電極壓力裝置包括一上部設(shè)置有金屬?gòu)椈砂惭b孔的整體式注塑體，該注塑體的下方安裝有與絕緣金屬基板電路層的接觸面在同一水平面上的金屬支撐陣列；注塑體的兩側(cè)分別排列有與金屬支撐陣列連接的輸入和輸出功率端子；注塑體的內(nèi)部安裝有伸出在注塑體上表面的柱狀金屬端子；注塑體的側(cè)面設(shè)置有半通孔結(jié)構(gòu)并與注塑外框內(nèi)測(cè)相應(yīng)位置的半通孔結(jié)構(gòu)相互配合。
[0006]所述柱狀金屬端子由上下兩部分組成，中間使用彈性連接；所述的注塑外框設(shè)有與帶電極壓力裝置配合卡位結(jié)構(gòu)，注塑外框還設(shè)有金屬螺絲安裝結(jié)構(gòu)，底部配合有導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)體，頂部配合有注塑蓋板。
[0007]所述導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)體的表面平整在0.08mm以內(nèi)；導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)體表面留有金屬螺絲安裝孔。[0008]所述注塑蓋板設(shè)有金屬螺絲安裝結(jié)構(gòu)；注塑蓋板與帶電極壓力裝置配合面設(shè)有金屬?gòu)椈砂惭b孔、金屬?gòu)椈上尬豁斨?，且所有頂柱在同一水平面上，在整個(gè)模塊安裝完成后，頂柱長(zhǎng)度比金屬?gòu)椈砂惭b孔深至少小1mm。
[0009]本實(shí)用新型主要是用壓力作用代替部分焊接，用較少的焊接來(lái)實(shí)現(xiàn)模塊的封裝；通過(guò)多芯片并聯(lián)的方案，均勻分布模塊內(nèi)部熱源，提高模塊整體可靠性，從而也解決了現(xiàn)有大功率半導(dǎo)體模塊存在的功率等級(jí)少、散熱性差、制作工藝繁復(fù)、成本高等問(wèn)題。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是本實(shí)用新型的裝配體剖面示意圖。
[0011]圖2是帶電極壓力裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。圖1、2所示，本實(shí)用新型所述帶電極壓力裝置的功率半導(dǎo)體模塊，它包括一與功率半導(dǎo)體芯片4進(jìn)行焊接并進(jìn)行鋁線鍵合的絕緣金屬基板3，該絕緣金屬基板3的下面通過(guò)導(dǎo)熱硅脂2結(jié)合有一塊導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)體I ;一帶電極壓力裝置通過(guò)下部金屬支撐陣列與絕緣金屬基板的電路層通過(guò)壓力連接在一起，且所述金屬支撐陣列成為功率半導(dǎo)體模塊的電路組成部分；一塑料外框7通過(guò)底部灌膠槽填充密封膠與導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)體I粘結(jié)在一起，處于塑料外框7內(nèi)的帶電極壓力裝置具有與注塑外框相應(yīng)結(jié)構(gòu)配合的限位結(jié)構(gòu)；所述帶電極壓力裝置上部的金屬?gòu)椈砂惭b孔內(nèi)置有金屬?gòu)椈?，并通過(guò)與一位于注塑外框上面的注塑蓋板緊密結(jié)合，對(duì)帶電極壓力裝置產(chǎn)生下壓力。
[0013]圖2中所示的帶電極壓力裝置包括一上部設(shè)置有金屬?gòu)椈砂惭b孔63的整體式注塑體66，該注塑體66的下方安裝有與絕緣金屬基板3電路層的接觸面在同一水平面上的金屬支撐陣列62 ;注塑體66的兩側(cè)分別排列有與金屬支撐陣列62連接的輸入和輸出功率端子65 ;注塑體66的內(nèi)部安裝有伸出在注塑體上表面的柱狀金屬端子61 ;注塑體66的側(cè)面設(shè)置有半通孔結(jié)構(gòu)64并與注塑外框7內(nèi)側(cè)相應(yīng)位置的半通孔結(jié)構(gòu)相互配合。
[0014]所述柱狀金屬端子61由上下兩部分組成，中間使用彈性連接；所述的注塑外框7設(shè)有與帶電極壓力裝置配合卡位結(jié)構(gòu)，注塑外框7還設(shè)有金屬螺絲安裝結(jié)構(gòu)，底部配合有導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)體I，頂部配合有注塑蓋板8。
[0015]所述導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)體I的表面平整在0.08mm以內(nèi)；導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)體I表面留有金屬螺絲安裝孔。
[0016]所述注塑蓋板8設(shè)有金屬螺絲安裝結(jié)構(gòu)；注塑蓋板8與帶電極壓力裝置配合面設(shè)有金屬?gòu)椈砂惭b孔、金屬?gòu)椈上尬豁斨?，且所有頂柱在同一水平面上，在整個(gè)模塊安裝完成后，頂柱長(zhǎng)度比金屬?gòu)椈砂惭b孔深至少小1mm。
[0017]實(shí)施例:如圖1所示，正面銅層已經(jīng)化學(xué)腐蝕的絕緣金屬基板3與功率半導(dǎo)體芯片4進(jìn)行焊接并完成鋁線鍵合；導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)體I與完成預(yù)處理的絕緣金屬基板通過(guò)導(dǎo)熱硅脂2結(jié)合；注塑外框7底部灌膠槽填充密封膠，與導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)體I粘接在一起，并使用金屬螺絲緊密固定；安裝金屬支撐陣列62時(shí)，要求預(yù)先對(duì)準(zhǔn)與注塑外框7的限位配合，防止損傷內(nèi)部功率半導(dǎo)體芯片及鋁線；把金屬?gòu)椈?放入金屬支撐陣列62相應(yīng)的結(jié)構(gòu)中，再把注塑蓋板8安裝上去，注塑蓋板8與注塑外框7通過(guò)金屬螺絲緊密固定，模塊整體安裝完成。
[0018]圖2所示，本實(shí)用新型所述的帶電極壓力裝置由金屬支撐陣列62、柱狀金屬端子61、注塑體66等組成，預(yù)處理組合成帶電極壓力裝置，裝置的金屬支撐陣列62與絕緣金屬基板3的電路層配合，此種壓力連接方式采用陣列多點(diǎn)接觸的方式，有效解決了絕緣金屬基板3與功率半導(dǎo)體芯片4焊接時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)凹；另外，絕緣金屬基板3、導(dǎo)熱硅脂2、導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)體I的緊密配合也來(lái)源于帶電極壓力裝置所提供的壓力；在帶電極壓力裝置的頂部，由導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)體1、注塑外框7、注塑蓋板8、金屬?gòu)椈膳浜隙傻慕M合體給帶電極壓力裝置提供了足夠的下壓力，同時(shí)通過(guò)注塑外框7上的限位固定帶電極壓力裝置；帶電極壓力裝置內(nèi)部使用金屬支撐陣列62，對(duì)應(yīng)絕緣金屬基板3電路層也使用陣列方式，模塊的功率等級(jí)可以通過(guò)不同方案的芯片陣列實(shí)現(xiàn)。在一整個(gè)裝配過(guò)程中，只進(jìn)行一次焊接，其余的電路、導(dǎo)熱連接通過(guò)帶電極壓力裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，可以有效的提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。
【權(quán)利要求】
1.一種帶電極壓力裝置的功率半導(dǎo)體模塊，它包括一與功率半導(dǎo)體芯片進(jìn)行焊接并進(jìn)行鋁線鍵合的絕緣金屬基板，該絕緣金屬基板的下面通過(guò)導(dǎo)熱硅脂結(jié)合有一塊導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)體；一帶電極壓力裝置通過(guò)下部金屬支撐陣列與絕緣金屬基板的電路層通過(guò)壓力連接在一起，且所述金屬支撐陣列成為功率半導(dǎo)體模塊的電路組成部分；一塑料外框通過(guò)底部灌膠槽填充密封膠與導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)體粘結(jié)在一起，處于塑料外框內(nèi)的帶電極壓力裝置具有與注塑外框相應(yīng)結(jié)構(gòu)配合的限位結(jié)構(gòu)；所述帶電極壓力裝置上部的金屬?gòu)椈砂惭b孔內(nèi)置有金屬?gòu)椈?，并通過(guò)與一位于注塑外框上面的注塑蓋板緊密結(jié)合，對(duì)帶電極壓力裝置產(chǎn)生下壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電極壓力裝置的功率半導(dǎo)體模塊，其特征在于所述帶電極壓力裝置包括一上部設(shè)置有金屬?gòu)椈砂惭b孔的整體式注塑體，該注塑體的下方安裝有與絕緣金屬基板電路層的接觸面在同一水平面上的金屬支撐陣列；注塑體的兩側(cè)分別排列有與金屬支撐陣列連接的輸入和輸出功率端子；注塑體的內(nèi)部安裝有伸出在注塑體上表面的柱狀金屬端子；注塑體的側(cè)面設(shè)置有半通孔結(jié)構(gòu)并與注塑外框內(nèi)測(cè)相應(yīng)位置的半通孔結(jié)構(gòu)相互配合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶電極壓力裝置的功率半導(dǎo)體模塊，其特征在于所述柱狀金屬端子由上下兩部分組成，中間使用彈性連接；所述的注塑外框設(shè)有與帶電極壓力裝置配合卡位結(jié)構(gòu)，注塑外框還設(shè)有金屬螺絲安裝結(jié)構(gòu)，底部配合有導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)體，頂部配合有注塑蓋板。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的帶電極壓力裝置的功率半導(dǎo)體模塊，其特征在于所述導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)體的表面平整在0.08mm以內(nèi)；導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)體表面留有金屬螺絲安裝孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的帶電極壓力裝置的功率半導(dǎo)體模塊，其特征在于所述注塑蓋板設(shè)有金屬螺絲安裝結(jié)構(gòu)；注塑蓋板與帶電極壓力裝置配合面設(shè)有金屬?gòu)椈砂惭b孔、金屬?gòu)椈上尬豁斨宜许斨谕凰矫嫔?，在整個(gè)模塊安裝完成后，頂柱長(zhǎng)度比金屬?gòu)椈砂惭b孔深至少小1mm。
【文檔編號(hào)】H01L23/495GK203774298SQ201420044717
【公開(kāi)日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年1月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月24日
【發(fā)明者】陳斌 申請(qǐng)人:嘉興斯達(dá)微電子有限公司