半導體模塊功率互聯裝置及其方法與流程

本發明涉及一種半導體器件互聯裝置及其方法，尤其是涉及一種實現功率半導體模塊功率互聯的裝置及其方法。

背景技術：
一個功率半導體模塊半成品的組成由以下幾個部分組成：母排、側框和基板。為完成該功率半導體模塊半成品，首先需要進行真空焊接工藝，完成功率半導體模塊基板組件，在該真空焊接工藝中，可以同時實現母排的焊接。然后在功率半導體模塊基板組件上安裝側框，最后在功率模塊基板組件上進行PCB板的組裝。功率模塊實現功率互聯，主要包括功率端的互聯和輔助端的互聯。在功率端互聯方法上，國內、國外所有同類行業都是使用銅母排實現的，而在輔助端的互聯方法上目前主要有三種。第一種輔助端互聯的方法是使用導線連接：即使用手工焊接的方式，將作為輔助端引線用的導線兩端分別焊接在功率模塊電極上和輔助端母排上。這種方法由于需要對導線兩端都進行手工焊接，實現效率比較低，手工操作可靠性較低，返修困難，不能適應大規模生產的要求。第二種輔助端互聯的方法是使用引線鍵合的方式：使用超聲引線鍵合技術，將鍵合銅帶或鋁帶作為輔助端引線，實現功率模塊電極和輔助端母排的連接。這種工藝方法可實現性強，效率也很高，但是實現成本較高，且超聲引線鍵合點的強度相比焊接點要低，鍵合后即不可返修，所以比較適合于小功率的功率模塊。第三種輔助端互聯的方法是使用PCB板連接的方式：即使用PCB板作為輔助端引線和輔助端母排間的過渡，實現功率模塊電極和輔助端母排的焊接。目前這種工藝仍然需要使用手工焊實現輔助端引線和輔助端母排與PCB板的焊接，但是相比較第一種方法效率更高，且相比較第二種方法得到的互聯焊點也更可靠，是國內、國外大部分高壓大功率模塊制造廠家實現功率互所聯采用的方法，但是如何能夠更大程度上實現設備生產代替手工操作，一直是所有廠家研究的課題。現有的三種功率模塊輔助端互聯的方法中，第一種輔助端互聯的方法由于需要導線兩端都進行手工焊接，實現效率比較低，手工操作可靠性較低，返修困難，不能適應大規模生產的要求。第二種輔助端互聯的方法工藝方法可實現性強，效率也很高，但是實現成本較高，且超聲引線鍵合點的強度相比焊接點要低，鍵合后即不可返修，所以比較適合于小功率的功率模塊。第三種輔助端互聯的方法是使用PCB板，目前這種工藝仍然需要使用手工焊實現輔助端引線和輔助端母排與PCB板的焊接，但是相比較第一種方法效率更高，且相比較第二種方法得到的互聯焊點也更可靠，是國內、國外大部分高壓大功率模塊制造廠家實現功率互所聯采用的方法，但是如何能夠更大程度上實現設備生產代替手工操作，一直是所有廠家研究的課題。

技術實現要素：
有鑒于此，本發明的目的在于提供一種半導體模塊功率互聯裝置及其方法，解決了現有技術存在的需要大量手工操作、效率低下、質量問題發生率高的問題。為了實現上述發明目的，本發明具體提供了一種半導體模塊功率互聯裝置的技術實現方案，一種半導體模塊功率互聯裝置，包括：母排、側框、基板、印制電路板、輔助端引線組件和襯板組件。所述基板的邊緣處設置有所述側框，所述母排和所述襯板組件均設置在所述基板上，所述輔助端引線組件的一端與位于所述基板上的功率模塊電極相連，所述輔助端引線組件的另一端與所述印制電路板相連，所述基板與所述印制電路板之間通過所述輔助端引線組件可活動的連接。優選的，所述印制電路板上進一步設置有輔助端母排。優選的，所述輔助端引線組件進一步包括第一組件和第二組件。所述輔助端引線組件的第一組件和第二組件之間通過契合或插接或卡鉤方式連接。優選的，所述第一組件一端為第一焊接端，另一端為插頭，所述第一焊接端焊接在所述印制電路板上。所述第二組件一端為插口，另一端為第二焊接端，所述第二焊接端焊接在所述功率模塊電極上。所述插頭和所述插口結合后形成可逆性契合結構。優選的，所所述第一組件采用臺階式結構，直徑相對較大的一端為所述第一焊接端，直徑相對較小的一端為所述插頭。優選的，所述第二組件的插口包括兩個用于夾持所述第一組件的插頭的夾持部件，兩個夾持部件之間形成具有兩個缺口的半封閉圓形契合插口結構。優選的，所述半導體模塊功率互聯裝置實現半導體模塊之間的功率互聯，所述母排分別與所述半導體模塊的發射極和集電極相連。優選的，所述輔助端母排分別與所述半導體模塊的發射極控制端、門極控制端和集電極控制端相連。本發明還另外具體提供了一種半導體模塊功率互聯方法的技術實現方案，一種半導體模塊功率互聯方法，包括以下步驟：S10：進行母排、基板、輔助端引線組件的第二組件和襯板組件的安裝和焊接，將所述母排和所述襯板組件安裝在所述基板上，將輔助端引線組件的第二組件一端焊接在所述基板的功率模塊電極上；S20：進行輔助端引線組件的第一組件、輔助端母排和印制電路板之間的安裝和焊接，將輔助端引線組件的第一組件的一端焊接在印制電路板上，在所述印制電路板上安裝輔助端母排，形成待安裝的印制電路板；S30：在步驟S10的基礎上，在所述基板的邊緣處加裝側框，完成中間工藝，形成待安裝印制電路板的功率模塊板；S40：將步驟S20中形成的待安裝的印制電路板與步驟S30中形成的待安裝印制電路板的功率模塊板通過輔助端引線組件的第二組件和第一組件通過契合或插接或卡鉤方式進行連接，形成安裝印制電路板的功率模塊板，進行后續工序處理。優選的，所述輔助端引線組件的第一組件和第二組件之間通過可逆性契合方式連接。優選的，在所述步驟S20與步驟S40之間進一步包括所述印制電路板清洗的工序。優選的，所述輔助端引線組件的第二組件通過真空回流焊焊接在所述功率模塊電極上。優選的，所述輔助端母排和輔助端引線組件的第一組件通過波峰焊焊接在所述印制電路板上。通過實施上述本發明提供的一種半導體模塊功率互聯裝置及其方法的技術方案，具有如下技術效果：（1）本發明半導體模塊功率互聯方法的工藝流程得到了大幅簡化，操作流程步驟明顯減少，工藝更加簡單高效；（2）本發明提高了效率和質量，由于輔助端引線組件和印制電路板之間的焊接是在沒有安裝到功率模塊上之前進行的，那么就為設備自動化實現提供了可能性，可以完全省去手工焊接的操作，所有焊接工藝使用設備自動化實現，在提高效率的同時，避免了人為因素導致的操作失誤，提高了產品質量；（3）本發明返修容易，輔助端引線組件的第一組件和第二組件之間通過契合或插接或卡鉤方式連接，可以隨時取下或重新組裝，使返修變得非常的方便。附圖說明為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1是本發明半導體模塊功率互聯裝置一種具體實施方式的結構示意圖。圖2是本發明半導體模塊功率互聯裝置一種具體實施方式輔助端引線組件的結構示意圖。圖3是本發明半導體模塊功率互聯裝置一種具體實施方式輔助端引線組件的第一組件的結構示意圖。圖4是本發明半導體模塊功率互聯裝置一種具體實施方式輔助端引線組件的第二組件的結構示意圖。圖5是本發明半導體模塊功率互聯方法一種具體實施方式將第二組件焊接到功率模塊電極上的示意圖。圖6是本發明半導體模塊功率互聯方法一種具體實施方式將第一組件與印制電路板進行焊接的示意圖。圖7是本發明半導體模塊功率互聯方法一種具體實施方式中待安裝印制電路板的功率模塊的示意圖。圖8本發明半導體模塊功率互聯方法一種具體實施方式中完成組裝的半導體模塊功率互聯裝置的結構示意圖。圖9是本發明半導體模塊功率互聯方法一種具體實施方式的操作流程圖。圖中：1-母排，2-側框，3-基板，4-印制電路板，5-輔助端引線組件，51-第一組件，511-第一焊接端，512-插頭，52-第二組件，521-插口，522-第二焊接端，6-功率模塊電極，7-襯板組件，8-輔助端母排。具體實施方式為了引用和清楚起見，將下文中使用的技術名詞、簡寫或縮寫記載如下：IGBT：InsulatedGateBipolarTransistor，絕緣柵門極雙極型晶體管的簡稱；PCB：PrintedCircuitBoard，印制電路板的簡稱。為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。如附圖1至附圖9所示，給出了本發明一種半導體模塊功率互聯裝置及其方法的具體實施例，下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明。如附圖1和附圖5所示的一種半導體模塊功率互聯裝置的具體實施方式，包括：母排1、側框2、基板3、印制電路板4、輔助端引線組件5和襯板組件7。基板3的邊緣處設置有側框2，母排1和襯板組件7均設置在基板3上。輔助端引線組件5的一端與位于基板3上的功率模塊電極6相連，輔助端引線組件5的另一端與印制電路板4相連，基板3與印制電路板4之間通過輔助端引線組件5可活動的連接。在附圖1中，省略了輔助端母排8。作為本發明一種典型的實施方式，如附圖2所示的輔助端引線組件5進一步包括第一組件51和第二組件52。如附圖3所示，第一組件51一端為第一焊接端511，另一端為插頭512，第一焊接端511焊接在印制電路板4上。如附圖4所示，第二組件52一端為插口521，另一端為第二焊接端522，第二焊接端522焊接在功率模塊電極6上。插頭512和插口521結合后形成可逆性契合結構，并采用過盈配合方式實現契合連接，從而實現導電連接功能。插頭512和插口521之間還可以通過卡鉤或插接方式連接。作為本發明一種典型的實施方式，第一組件51采用臺階式結構，直徑相對較大的一端為第一焊接端511，直徑相對較小的一端為插頭512。印制電路板4上進一步設置有輔助端母排8。第二組件52的插口521進一步包括兩個用于夾持第一組件51的插頭512的夾持部件，兩個夾持部件之間形成具有兩個缺口的半封閉圓形契合插口結構。需要特別說明的是，雖然在實際應用中，第一組件51的插頭512和第二組件52的插口521的截面均采用圓形，但是插頭512和插口521的截面還可以采用包括圓形在內的正方形、矩形、橢圓形和任意多邊形在內的任意形狀。如附圖8所示，半導體模塊功率互聯裝置實現半導體模塊之間的功率互聯。半導體模塊以一種典型的IGBT模塊為例，半導體模塊功率互聯裝置的母排1共包括三對主母排，為功率端口，與外部功率端接口相連接，每一對主母排分別為集電極母排和發射極母排，分別與半導體模塊的集電極和發射極相連。每組發射極母排之間是相連的，每組集電極母排間是相互獨立的。輔助端母排8包括三個控制極母排，分別是控制端集電極母排、控制端發射極母排和控制端門極母排，是控制端口，與外部的半導體模塊控制電路或驅動電路相連接。輔助端母排8分別與半導體模塊的發射極控制端、門極控制端和集電極控制端相連。其中，控制端發射極母排與所有發射極母排是相連的，控制端集電極母排與其中一組集電極母排是相連的。如附圖9所示一種半導體模塊功率互聯方法的具體實施方式，包括以下步驟：S10：在特別設計的焊接工裝輔助下，進行母排1、基板3、輔助端引線組件5的第二組件52和襯板組件7的安裝、焊接，將輔助端引線組件5的第二組件52一端焊接在所述基板3的功率模塊電極6上，如附圖5所示；S20：進行輔助端引線組件5的第一組件51、輔助端母排8和印制電路板4之間的安裝、焊接，將輔助端引線組件5的第一組件51的一端焊接在印制電路板4上，在印制電路板4上安裝、焊接輔助端母排8，形成待安裝的印制電路板4，如附圖6所示；S30：在步驟S10的基礎上，在基板3的邊緣處加裝側框2，完成中間工藝，形成待安裝印制電路板4的功率模塊板，如附圖7所示；S40：將步驟S20中形成的待安裝的印制電路板4與步驟S30中形成的待安裝印制電路板4的功率模塊板通過輔助端引線組件5的第二組件52和第一組件51通過契合或插接或卡鉤方式進行連接，形成安裝印制電路板4的功率模塊板，進行后續工序處理如附圖8所示為完成了印制電路板組裝的半導體模塊功率互聯裝置。輔助端引線組件5的第一組件51和第二組件52之間通過可逆性契合方式連接。在步驟S20與步驟S40之間還進一步包括印制電路板4清洗的工序。輔助端引線組件5的第二組件52進一步通過真空回流焊焊接在功率模塊電極6上。輔助端母排8和輔助端引線組件5的第一組件51進一步通過波峰焊焊接在印制電路板4上。本發明具體實施所描述的一種半導體模塊功率互聯裝置及其方法，以最為簡潔的工藝方法實現了功率模塊的功率互聯。其輔助端引線組件的結構設計，以一個獨特的方法，將輔助端引線組件的兩端相互獨立進行焊接，操作流程步驟明顯減少，工藝流程極大簡化，使工藝更加簡單高效。由于輔助端引線組件5和印制電路板4之間的焊接是在沒有安裝到功率模塊上之前進行的，那么就為設備自動化實現提供了可能性，可以完全省去手工焊接的操作，所有焊接工藝使用設備自動化實現，在提高效率的同時，避免了人為因素導致的操作失誤，提供了產品質量。同時，現有技術中不論是使用導線實現輔助端功率互聯，或使用引線鍵合實現輔助端功率互聯，還是傳統的PCB板方式實現輔助端功率互聯，其功率模塊和輔助端引線、輔助端母排之間的連接都是固定死的，當功率模塊需要返修時就會比較困難，而在本發明中，輔助端引線組件5的第一組件51和第二組件52之間是靠插口契合的，可以隨時取下或重新組裝，使返修變得非常的方便。本發明通過對功率模塊，如高壓IGBT模塊的印制電路板結構進行優化設計和改變傳統中實現互聯的方式，可以更方便、高效的實現模塊的襯板組件7、輔助端引線組件5、印制電路板4、輔助端母排8之間的互聯，解決了傳統技術中需要大量手工操作、效率低下、質量問題發生率高的問題。本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制。雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發明。任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發明的精神實質和技術方案的情況下，都可利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同替換、等效變化及修飾，均仍屬于本發明技術方案保護的范圍內。