一種免封裝散熱型半導體功率模塊的制作方法

本實用新型涉及模塊制作領域，尤其涉及免封裝散熱的半導體功率模塊。

背景技術：

功率半導體模塊廣泛應用在電子工業中，尤其是其在替換能源領域及電動和夾雜動力汽車市場有著飛速的增長，國際專家把它的發展喻為第二次電子學革命，未來功率半導體模塊的發展必將推動整個行業進入新的變革。隨著模塊功率密度加大和集成化程度的不斷提高，人們對功率半導體模塊的穩定性要求越來越高，大功率高密度的功率模塊在使用過程中的熱量散發是急需解決的關鍵技術問題。功率半導體器件內部的半導體芯片等元器件、輸入電極引腳和輸出電極引腳都與銅基電路層電連接，為了防止輸入電極引腳和輸出電極引腳在使用過程中受外力的遷拉，導致電極引腳和芯片與銅基電路層的脫落，目前的通常做法是將功率半導體模塊的電路所有元器件均用環氧樹脂封裝在散熱底板與罩殼之間。功率半導體模塊在工作時半導體芯片等電氣元件都會產生熱量，由于半導體芯片等電氣元件都被環氧樹脂包裹，而環氧樹脂的導熱性能差，因此熱量難以排除，這樣會直接影響功率半導體模塊的電性能，導致模塊產生工作不穩定，可靠性差，使用壽命短等缺陷。嚴重時會加速半導體芯片與銅基電路層之間焊接處駁離或脫落，從而使得功率半導體模塊內部的連接被破壞。同時模塊器件在長時間通流后部分電能轉化為熱能導致模塊整體溫度升高，在停止使用后模塊溫度會降低，冷熱循環會導致環氧樹脂龜裂。

為了解決上述技術問題，申請人設計了一種免封裝散熱型半導體功率模塊，通過對電極結構的改進，使電極受到外力遷拉時，將外來拉力作用在外罩殼上，當電極受到意外拉力作用時，電極引腳與銅基電路層之間的連接處不會定受到 外力作用，因此不會影響電極引腳與銅基電路層之間連接性能，功率半導體模塊的電路及所有元器件就不需用環氧樹脂進行封裝加固，這樣就能大幅度提高功率半導體模塊的散熱性。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種免封裝散熱型半導體功率模塊，功率模塊電路無需用環氧樹脂封裝，電極受到意外拉力作用時，電極引腳與電路底層之間電連接性能不會削減，芯片的散熱性能極大改善，芯片可直接通過銅基材質與銅基電路層燒結，無需使用鉬片過渡保護。

本實用新型采取的技術方案如下：

一種免封裝散熱型半導體功率模塊，其特征是：包括散熱底板、絕緣陶瓷層、連接電路層、晶圓芯片、防拉電極和罩殼，絕緣陶瓷層固定燒結在散熱底板的上表面上，連接電路層設置在絕緣陶瓷層的上表面上，在連接電路層上設有通風冷卻燒結平臺，晶圓芯片燒結在通風冷卻燒結平臺上，所述防拉電極包括燒結引腳、引出電極片和防拉受力片，防拉電極通過燒結引腳固定在連接電路層上，防拉受力片設置在引出電極片的一側，罩殼穿過所有防拉電極的引出電極片固定安裝在散熱底板上，防拉受力片的頂面與罩殼的內腔頂部相接觸。

進一步，所述通風冷卻燒結平臺包括導電凸體、冷卻腔和通風槽，導電凸體固定在連接電路層上，冷卻腔開設在導電凸體的側面上，通風槽開設在導電凸體的側面上，通風槽與冷卻腔相通連。

更進一步，導電凸體的平面形狀、大小與晶圓芯片相對應，冷卻腔開設在導電凸體的頂面上。

更進一步，冷卻腔開設在導電凸體的底面上。

更進一步，所述冷卻腔的形狀為多邊形或圓形。

更進一步，通風槽間隔地開設在導電凸體的側面上。

更進一步，在導電凸體的側面上對稱地開設個通風槽。

進一步，在罩殼上設有散熱透氣結構。

更進一步，所述罩殼上的散熱透氣結構為，在罩殼的上至少設有一處散熱通風口。

更進一步，在罩殼的側面上對稱地開設通風口，在頂面設有通風口。

本實用新型的有益效果：

由于改進了電極的結構，在電極上增設了防拉受力片成為防拉電極，防拉受力片的頂面與罩殼內腔頂面接觸，這樣即使電極在使用過程中受到拉力作用，外拉力會直接傳導給罩殼上，不會對防拉電極的燒結引腳產生提拉作用，因此不會影響燒結引腳與連接電路層之間連接性能。因此，功率半導體模塊的電路及所有元器件就無需用環氧樹脂進行封裝加固，這樣功率半導體模塊內的電器元件所產生的熱量能即時與外界空氣進行對流散發，由于在罩殼上增設了散熱透氣結構，在連接電路層上增設了通風冷卻燒結平臺，所述通風冷卻燒結平臺上設有燒結晶圓芯片的導電凸體，在導電凸體內設有冷卻腔和通風槽，通風槽與冷卻腔相通連，這樣晶圓芯片相當于懸浮在外界空氣中，外界的冷卻空氣通過罩殼上的散熱透氣結構進入罩殼內，并實現冷熱氣體的交換散熱，因此，晶圓芯片和導電凸體都能得到自然風的充分冷卻，導電凸體無需使用價格昂貴的金屬鉬，采用銅質材料就能保證晶圓芯片正常使用，因為晶圓芯片和通風冷卻燒結平臺的工作溫度都與外界室溫相當，二者的溫差較小，晶圓芯片與通風冷卻燒結平臺之間不會因溫度過高而產生導致晶圓芯片破裂的變形量，它從冷卻方式上克服了現有技術中因散熱條件不好工作溫度過高而引發的各種缺陷。

這種免封裝散熱型半導體功率模塊，既能大幅度提高功率半導體模塊的散熱性，又能簡化生產工藝，降低成本，杜絕使用化學封裝物，產品的性能指標更加穩定可靠，使用壽命可進一步延長。

附圖說明：

圖1為現有技術的結構示意圖；

圖2為本實用新型的結構示意圖；

圖3為通風冷卻燒結平臺的一種結構示意圖；

圖4為圖3中的A-A剖視圖；

圖中：1-散熱底板；2-絕緣陶瓷層；3-連接電路層；4-下鉬片；5-晶圓芯片；6-上鉬片；7-電極；8-罩殼；9-防拉電極；10-通風冷卻燒結平臺；91-燒結引腳；92-引出電極片；93-防拉受力片；101-導電凸體；102-冷卻腔；103-通風槽；

具體實施方式

下面結合附圖舉例說明本實用新型的具體實施方式：

實施例1：

一種免封裝散熱型半導體功率模塊，如圖2～圖4所示，它包括散熱底板1、絕緣陶瓷層2、連接電路層3、晶圓芯片5、防拉電極9和罩殼8，絕緣陶瓷層2固定燒結在散熱底板1的上表面上，連接電路層3設置在絕緣陶瓷層2的上表面上，在連接電路層3上設有通風冷卻燒結平臺10，所述通風冷卻燒結平臺10包括導電凸體101、冷卻腔102和通風槽103，導電凸體101固定在連接電路層3上，冷卻腔102和通風槽103均開設在導電凸體101的頂面上，晶圓芯片5燒結在導電凸體101上，冷卻腔102通過通風槽103與罩殼8的內腔相通連，在罩殼8上設有散熱透氣結構，即在罩殼8的側面上對稱地開設通風口，在頂面也設有通風口；所述防拉電極9包括燒結引腳91、引出電極片92和防拉受力片93，防拉電極9通過燒結引腳91固定在連接電路層3上，防拉受力片93設置在引出電極片92的一側，罩殼8穿過所有防拉電極9的引出電極片92固定安裝在散熱底板1上，防拉受力片93的頂面與罩殼8的內腔頂部相接觸。

實施例2：與實施例1不同之處在于，冷卻腔102開設在導電凸體101的底面上。

本實用新型的實施方式很多，在此不逐個羅列，只要通過防拉電極的結構來消除意外拉力對電極的燒結引腳91的直接作用，通過在連接電路層3上增設通風冷卻燒結平臺10來降低晶圓芯片5溫度的所有等功能技術方案均在本實用新型的保護范圍之內。