一種帶電極壓力裝置的功率半導體模塊的制作方法
【專利摘要】一種帶電極壓力裝置的功率半導體模塊，它包括一與功率半導體芯片進行焊接并進行鋁線鍵合的絕緣金屬基板，該絕緣金屬基板的下面通過導熱硅脂結合有一塊導熱結構體；一帶電極壓力裝置通過下部金屬支撐陣列與絕緣金屬基板的電路層通過壓力連接在一起，且所述金屬支撐陣列成為功率半導體模塊的電路組成部分；一塑料外框通過底部灌膠槽填充密封膠與導熱結構體粘結在一起，處于塑料外框內的帶電極壓力裝置具有與注塑外框相應結構配合的限位結構；所述帶電極壓力裝置上部的金屬彈簧安裝孔內置有金屬彈簧，并通過與一位于注塑外框上面的注塑蓋板緊密結合，對帶電極壓力裝置產生下壓力；它具有大功率、散熱性好、可靠性高等特點。
【專利說明】一種帶電極壓力裝置的功率半導體模塊
【技術領域】
[0001]本發明涉及的是一種帶電極壓力裝置的功率半導體模塊，主要用于變頻器、伺服機、工業電源、電動機車中。
【背景技術】
[0002]隨著電力電子行業的不斷發展，大功率、高可靠性功率半導體模塊被大量使用到變頻器、伺服機、工業電源、電動機車中。在設計這些開關設備時，主要使用兩種方案，一種是使用多顆小功率半導體模塊并聯，另外一種是使用單顆大功率半導體模塊。然而這兩種方案在實際使用時都沒有達到設計預期效果，小功率模塊并聯的方案中，模塊本身的電參數差異需要先篩選模塊，并且外部引線需要盡量對稱導致設計難度增加；大功率半導體模塊雖然可以避免參數差異及引線對稱的問題，但是模塊成本相對較高，模塊可供選擇的功率等級較少；另外，這些傳統的功率半導體模塊都使用多層焊接結構，內部熱源與散熱體之間的熱量傳輸需要通過這些焊接結構來實現，熱阻相對較高，降低了模塊長期使用的可靠性。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于克服現有技術存在的不足，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體模塊。
[0004]本發明的目的是通過如下技術方案來完成的，所述帶電極壓力裝置的功率半導體模塊，它包括一與功率半導體芯片進行焊接并進行鋁線鍵合的絕緣金屬基板，該絕緣金屬基板的下面通過導熱硅脂結合有一塊導熱結構體；一帶電極壓力裝置通過下部金屬支撐陣列與絕緣金屬基板的電路層通過壓力連接在一起，且所述金屬支撐陣列成為功率半導體模塊的電路組成部分；一塑料外框通過底部灌膠槽填充密封膠與導熱結構體粘結在一起，處于塑料外框內的帶電極壓力裝置具有與注塑外框相應結構配合的限位結構；所述帶電極壓力裝置上部的金屬彈簧安裝孔內置有金屬彈簧，并通過與一位于注塑外框上面的注塑蓋板緊密結合，對帶電極壓力裝置產生下壓力。
[0005]所述帶電極壓力裝置包括一上部設置有金屬彈簧安裝孔的整體式注塑體，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；注塑體的側面設置有半通孔結構并與注塑外框內測相應位置的半通孔結構相互配合。
[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；所述的注塑外框設有與帶電極壓力裝置配合卡位結構，注塑外框還設有金屬螺絲安裝結構，底部配合有導熱結構體，頂部配合有注塑蓋板。
[0007]所述導熱結構體的表面平整在0.08mm以內；導熱結構體表面留有金屬螺絲安裝孔。[0008]所述注塑蓋板設有金屬螺絲安裝結構；注塑蓋板與帶電極壓力裝置配合面設有金屬彈簧安裝孔、金屬彈簧限位頂柱，且所有頂柱在同一水平面上，在整個模塊安裝完成后，頂柱長度比金屬彈簧安裝孔深至少小1mm。
[0009]本發明主要是用壓力作用代替部分焊接，用較少的焊接來實現模塊的封裝；通過多芯片并聯的方案，均勻分布模塊內部熱源，提高模塊整體可靠性，從而也解決了現有大功率半導體模塊存在的功率等級少、散熱性差、制作工藝繁復、成本高等問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1是本發明的裝配體剖面示意圖。
[0011]圖2是帶電極壓力裝置結構示意圖。
【具體實施方式】
[0012]下面結合附圖及實施例對本發明作進一步說明。圖1、2所示，本發明所述帶電極壓力裝置的功率半導體模塊，它包括一與功率半導體芯片4進行焊接并進行鋁線鍵合的絕緣金屬基板3，該絕緣金屬基板3的下面通過導熱硅脂2結合有一塊導熱結構體I ;一帶電極壓力裝置通過下部金屬支撐陣列與絕緣金屬基板的電路層通過壓力連接在一起，且所述金屬支撐陣列成為功率半導體模塊的電路組成部分；一塑料外框7通過底部灌膠槽填充密封膠與導熱結構體I粘結在一起，處于塑料外框7內的帶電極壓力裝置具有與注塑外框相應結構配合的限位結構；所述帶電極壓力裝置上部的金屬彈簧安裝孔內置有金屬彈簧，并通過與一位于注塑外框上面的注塑蓋板緊密結合，對帶電極壓力裝置產生下壓力。
[0013]圖2中所示的帶電極壓力裝置包括一上部設置有金屬彈簧安裝孔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的側面設置有半通孔結構64并與注塑外框7內側相應位置的半通孔結構相互配合。
[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設有與帶電極壓力裝置配合卡位結構，注塑外框7還設有金屬螺絲安裝結構，底部配合有導熱結構體I，頂部配合有注塑蓋板8。
[0015]所述導熱結構體I的表面平整在0.08mm以內；導熱結構體I表面留有金屬螺絲安裝孔。
[0016]所述注塑蓋板8設有金屬螺絲安裝結構；注塑蓋板8與帶電極壓力裝置配合面設有金屬彈簧安裝孔、金屬彈簧限位頂柱，且所有頂柱在同一水平面上，在整個模塊安裝完成后，頂柱長度比金屬彈簧安裝孔深至少小1mm。
[0017]實施例:如圖1所示，正面銅層已經化學腐蝕的絕緣金屬基板3與功率半導體芯片4進行焊接并完成鋁線鍵合；導熱結構體I與完成預處理的絕緣金屬基板通過導熱硅脂2結合；注塑外框7底部灌膠槽填充密封膠，與導熱結構體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，要求預先對準與注塑外框7的限位配合，防止損傷內部功率半導體芯片及鋁線；把金屬彈簧9放入金屬支撐陣列62相應的結構中，再把注塑蓋板8安裝上去，注塑蓋板8與注塑外框7通過金屬螺絲緊密固定，模塊整體安裝完成。[0018]圖2所示，本發明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接觸的方式，有效解決了絕緣金屬基板3與功率半導體芯片4焊接時產生的內凹；另外，絕緣金屬基板3、導熱硅脂2、導熱結構體I的緊密配合也來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，由導熱結構體1、注塑外框7、注塑蓋板8、金屬彈簧配合而成的組合體給帶電極壓力裝置提供了足夠的下壓力，同時通過注塑外框7上的限位固定帶電極壓力裝置；帶電極壓力裝置內部使用金屬支撐陣列62，對應絕緣金屬基板3電路層也使用陣列方式，模塊的功率等級可以通過不同方案的芯片陣列實現。在一整個裝配過程中，只進行一次焊接，其余的電路、導熱連接通過帶電極壓力裝置來實現，可以有效的提高生產效率，降低生產成本。
【權利要求】
1.一種帶電極壓力裝置的功率半導體模塊，它包括一與功率半導體芯片進行焊接并進行鋁線鍵合的絕緣金屬基板，該絕緣金屬基板的下面通過導熱硅脂結合有一塊導熱結構體；一帶電極壓力裝置通過下部金屬支撐陣列與絕緣金屬基板的電路層通過壓力連接在一起，且所述金屬支撐陣列成為功率半導體模塊的電路組成部分；一塑料外框通過底部灌膠槽填充密封膠與導熱結構體粘結在一起，處于塑料外框內的帶電極壓力裝置具有與注塑外框相應結構配合的限位結構；所述帶電極壓力裝置上部的金屬彈簧安裝孔內置有金屬彈簧，并通過與一位于注塑外框上面的注塑蓋板緊密結合，對帶電極壓力裝置產生下壓力。
2.根據權利要求1所述的帶電極壓力裝置的功率半導體模塊，其特征在于所述帶電極壓力裝置包括一上部設置有金屬彈簧安裝孔的整體式注塑體，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；注塑體的側面設置有半通孔結構并與注塑外框內測相應位置的半通孔結構相互配合。
3.根據權利要求1所述的帶電極壓力裝置的功率半導體模塊，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；所述的注塑外框設有與帶電極壓力裝置配合卡位結構，注塑外框還設有金屬螺絲安裝結構，底部配合有導熱結構體，頂部配合有注塑蓋板。
4.根據權利要求1或3所述的帶電極壓力裝置的功率半導體模塊，其特征在于所述導熱結構體的表面平整在0.08mm以內；導熱結構體表面留有金屬螺絲安裝孔。
5.根據權利要求1或2所述的帶電極壓力裝置的功率半導體模塊，其特征在于所述注塑蓋板設有金屬螺絲安裝結構；注塑蓋板與帶電極壓力裝置配合面設有金屬彈簧安裝孔、金屬彈簧限位頂柱，且所有頂柱在同一水平面上，在整個模塊安裝完成后，頂柱長度比金屬彈簧安裝孔深至少小1mm。
【文檔編號】H01L23/495GK103779313SQ201410034014
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月24日 優先權日:2014年1月24日
【發明者】陳斌 申請人:嘉興斯達微電子有限公司