一種電力半導體壓接式絕緣型模塊的制作方法
【專利摘要】一種電力半導體壓接式絕緣型模塊，包括位于公用電極上部的鋼壓板、碟形彈簧、鋼平墊、絕緣套、芯片、銅壓塊和位于公用電極下部的銅底板，在公用電極與銅底板之間設有DCB陶瓷片，DCB陶瓷片下表面與銅底板焊接為一體。本實用新型用DCB瓷片替換通常使用的陶瓷裸片，將DCB瓷片在高溫下（220℃~250℃）焊在銅底板上，經清洗干凈后待用，然后按照常規(guī)的裝配步驟進行裝配，最后灌封絕緣膠。經測試，絕緣電壓都能達到2500V(A·C）以上。本實用新型無瓷片碎裂，提高了成品率，降低了成本，導熱和絕緣性能大大提高。
【專利說明】一種電力半導體壓接式絕緣型模塊

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種電力半導體壓接式絕緣型模塊。

【背景技術】
[0002]電力半導體模塊有焊接式和壓接式兩大類，同時又各有絕緣型和非絕緣型兩種，而本實用新型是針對壓接式絕緣型的。
[0003]圖1示出了普通的壓接模塊的內部結構示意圖，它是將電力半導體芯片(整流管、晶閘管、GTR…等)通過模塊結構件壓裝在銅底板上，所有的電極都從模塊上端引出，所有電極與銅底板用陶瓷片(AL203、ALN、BeO等)作電絕緣和導熱。模塊工作時，銅底板是不帶電的，各電極和銅底板之間的絕緣電壓要求達到2500伏(A.C)以上，以保障人們的生命財產安全。
[0004]圖2示出了圖1中的底下部分結構，其中的陶瓷片起著導熱和絕緣的雙重作用，而陶瓷本身的抗彎強度很低(易碎)，通常它要承受1MP以上的壓力，因而對陶瓷片本身的上下表面以及與陶瓷片相接觸的公用電極和銅底板表面的平整度、粗糙度的要求相當的高，并要求所施加的壓力是均勻和平行的，這些要求是很難做到的。將產生如下的不良后果:1、陶瓷片破裂，絕緣電壓通不過，要返工，成本增加；2、表面接觸不良，接觸熱阻增大，嚴重影響芯片的通流能力；3、灌封的硅凝膠很容易滲透到各接觸面間的縫隙中去，使導熱變差，也嚴重影響通流能力。
[0005]綜上，電力半導體模塊的制造，除了要有良好地芯片性能之外，導熱和絕緣問題是影響模塊性能成品率和可靠工作的關鍵。


【發(fā)明內容】

[0006]本實用新型的發(fā)明目的在于克服現有技術的上述不足而提供過一種DCB瓷片與銅底板焊接成一體的電力半導體壓接式絕緣型模塊，既能提高絕緣電壓VISO的合格率，又能適當降低模塊結殼熱阻。
[0007]本實用新型的技術方案是:包括位于公用電極上部的鋼壓板、碟形彈簧、鋼平墊、絕緣套、芯片、銅壓塊和位于公用電極下部的銅底板，在公用電極與銅底板之間設有DCB陶瓷片，DCB陶瓷片下表面與銅底板焊接為一體。
[0008]焊接成一體后，在所述銅底板上表面未與DCB陶瓷片焊接的部分涂一層硅凝膠或硅橡膠，或在銅底板上表面未與DCB陶瓷片焊接的部分鋪設硅橡膠膜或聚四氟乙烯膜，或是整個模塊灌封硅凝膠。
[0009]本實用新型中的陶瓷片可以是標準的DCB瓷片，銅-瓷片-銅，三層的厚度分別為
0.3mm、0.63mm、0.3mm,也可以是非標準的。實驗證明，其均能受1MP以上的壓力而不被壓碎。
[0010]本實用新型用DCB瓷片替換通常使用的陶瓷裸片，并將其與銅底板焊接成一體。DCB瓷片與銅底板焊接完成后，即可馬上測其絕緣電壓。
[0011]本實用新型的優(yōu)點如下:
[0012]I)本實用新型適用各種電力半導體器件底色壓接式絕緣型模塊。
[0013]2)本實用新型只是將DCB瓷片替換常規(guī)使用的陶瓷裸片，并把它與銅底板焊接成一體。其他的結構無需做任何的改動，簡單、易行。
[0014]3)因為DCB瓷片的抗彎強度較好，加上DCB瓷片的無氧銅的優(yōu)越的延展性，在1MP以上的壓力下，也不會被壓碎，絕緣電壓能得到保障。
[0015]4)由于使用DCB瓷片與銅底板的焊接和無氧銅優(yōu)越的延展性，使其DCB瓷片上下兩面的接觸熱阻幾乎降至為零，并消除了灌封硅凝膠時滲透到瓷片上下兩面的膠膜而產生的附加熱阻，從而大大降低了整個模塊的結殼熱阻，提高了模塊的通流能力，可靠性得到了提聞。
[0016]5)本實用新型可降低對銅底板上表面的平整度、粗糙度的加工要求，使加工成本降低。
[0017]6 )本實用新型中只是將DCB瓷片取代ALN或BeO瓷片，其成本基本相當，增加了一簡單的焊接工序，費用很低，它遠遠低于瓷片碎裂和返工增加的成本。
[0018]7)本實用新型大大提高了模塊生產中絕緣電壓的合格率，絕緣電壓的合格率由原來的95%左右提高到99%乃至100%，工作效率和整個模塊的成品率大大提高，產生不小的經濟效益。
[0019]8)本實用新型解決了絕緣問題，因而消除了人們測試高壓時常被電擊而產生的緊張和恐懼心理，也消除了因絕緣電壓不合格，對產品進行返工修復的麻煩心理，有益于操作人員的身心健康，社會效益大大提高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是現有普通的壓接模塊內部結構示意圖。
[0021]圖2是現有普通的壓接模塊內部底下部分結構示意圖。
[0022]圖3是本實用新型的結構示意圖。
[0023]圖4是本實用新型DCB瓷片的結構示意圖。
[0024]圖中，1、公用電極，2、銅底板，3、DCB瓷片，4、焊接層，5、中間層，6、無氧銅片。

【具體實施方式】
[0025]圖3中，本實用新型包括位于公用電極上部的鋼壓板、碟形彈簧、鋼平墊、絕緣套、芯片、銅壓塊和位于公用電極下部的銅底板，在公用電極與銅底板之間設有DCB陶瓷片，DCB陶瓷片下表面與銅底板焊接為一體。
[0026]本實用新型的制造方法是:1)設計加工DCB片，DCB瓷片中的直徑Φ1，上下無氧銅片的直徑Φ2，其中Φ1-Φ2=2?4。無氧銅片厚度為0.3mm，中間層厚度為0.63mm的厚度。2)將焊膏涂在DCB瓷片的上下面或銅底板的相應區(qū)域，并將DCB瓷片放在裝有定位卡具的銅底板上，然后把他們放在控溫加熱板(或真空燒結爐)進行焊接，溫度調節(jié)到高出所用焊膏的熔點30°C左右(220— 250°C)。3)焊接完成后，將其清洗，去除殘留物，測其絕緣電壓，一半都應達到2500伏(A.C)以上(潮濕天氣除外)，可以在銅底板上表面未焊接區(qū)域涂上一層硅凝膠(或硅橡膠)，也可以平鋪一層薄硅橡膠模(或聚四氟乙烯膜)，也可以一次性灌封硅凝膠，絕緣電壓會更高。本實用新型無瓷片碎裂，提高了成品率，降低了成本，導熱和絕緣性能大大提聞。
[0027]圖4中，DCB瓷片的中間層5是氧化鋁或氮化鋁或其他陶瓷，在上下兩面高溫鍵合無氧銅片6。DCB瓷片已廣泛的應用在焊接式絕緣型模塊上。已逐步代替了傳統(tǒng)的鑰、錳金屬化陶瓷片，它具有可焊性好、機械強度高等優(yōu)點。
【權利要求】
1.一種電力半導體壓接式絕緣型模塊，包括位于公用電極上部的鋼壓板、碟形彈簧、鋼平墊、絕緣套、芯片、銅壓塊和位于公用電極下部的銅底板，其特征在于:在公用電極與銅底板之間設有DCB陶瓷片，DCB陶瓷片下表面與銅底板焊接為一體。
2.根據權利要求1所述的電力半導體壓接式絕緣型模塊，其特征在于:所述銅底板上表面未與DCB陶瓷片焊接的部分涂有硅凝膠或硅橡膠。
3.根據權利要求1所述的電力半導體壓接式絕緣型模塊，其特征在于:所述銅底板上表面未與DCB陶瓷片焊接的部分鋪有硅橡膠膜或聚四氟乙烯膜。
4.根據權利要求1所述的電力半導體壓接式絕緣型模塊，其特征在于:整個模塊灌封硅凝膠。
【文檔編號】H01L25/07GK203983272SQ201420402552
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年7月21日 優(yōu)先權日:2014年7月21日
【發(fā)明者】王杰凡 申請人:襄陽茂晟源電子科技有限公司