低電感輕薄型功率模塊的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種低電感輕薄型功率模塊，屬于功率模塊制造技術領域。
【背景技術】
[0002]功率半導模塊用于逆變焊機、各種開關電源的控制器以及電動汽車控制器等，其主要作用是將輸入的直流電轉變為三相交流電輸出。而功率半導體模塊，是一個或多個驅動單元與一個或多個功率模塊組成三相電路工作。
[0003]目前的功率模塊主要有兩種結構，一種結構的功率模塊的高度在34mm左右，另一種結構的功率模塊的高度在17mm左右。高度在34_的模塊包括銅板、覆金屬陶瓷基板、半導體芯片、器件以及功率端子、控制端子和外殼，半導體芯片、器件功率端子和控制端子焊接在覆金屬陶瓷基板上并形成主電路，功率端子穿出外殼上的蓋板上的功率端子孔，將功率端子打彎后卡在外殼的螺母座上，這種功率端子一端焊接固定在覆金屬陶瓷基板上，另一端則呈懸空狀態，在震動環境中，容易導致功率端子的固定端脫落。為此一些功率端子會采用多個彎折結構，來吸收和緩解震動所造成的沖擊力，以緩解功率端子脫落的風險，但同時這種結構又增加了功率摸塊的寄生電感。而對于高度在17_的功率模塊包括銅板、覆金屬陶瓷基板、半導體芯片、器件和外殼，半導體芯片焊接在覆金屬陶瓷基板上，通過鋁絲與注塑在外殼中的功率端子連接形成主電路。這種結構的功率模塊，因注塑在外殼中的功率端子電流容量小，因此外殼中需要很多功率端子達到一定的大電流，導致外殼成本較高，加之功率端子至少有一個L型彎折，故而使連接功率端子與覆金屬陶瓷基板的鋁絲也有較大弧度，因此該功率端子彎折結構及鋁絲弧度都增加了功率模塊的寄生電感。上述兩種結構功率模塊都將覆金屬陶瓷基板焊接在銅板上，而銅板和覆金屬陶瓷基板通過焊錫層連接，銅板和焊錫層一起具有一定的熱阻。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種具有較低引線寄生電感和熱阻，能杜絕端子與覆金屬陶瓷基板連接處脫落發生的低電感輕薄型功率模塊。
[0005]本發明為達到上述目的的技術方案是:一種低電感輕薄型功率模塊，包括外殼及焊接在覆金屬陶瓷基板上的半導體芯片、多個功率端子和多個控制端子構成的電路，其特征在于:所述的功率端子為內孔設有螺紋的圓柱體，圓柱體的底部固定在覆金屬陶瓷基板上;所述外殼的殼壁內設有橫向和縱向相交的擋條，擋條下部設有至少一個限位柱，覆金屬陶瓷基板連接在外殼底部，且擋條上的限位柱頂在覆金屬陶瓷基板上，外殼內注有軟的硅凝膠層，外殼在殼壁四周設有與大氣及相通的通孔，所述通孔用于硅凝膠層膨脹及收縮時所產生應力釋放，各功率端子和各控制端子穿過硅凝膠層，環氧樹脂層與外殼、外殼內的擋條以及各功率端子和各控制端子固化成整體結構。
[0006]其中:所述外殼沿長度方向在兩端設有與端面相通的沉臺，沉臺底部設有固定板，固定板位于各沉臺內側設有貫通的長槽孔，固定板位于各沉臺的兩側設有側槽孔，所述的長槽孔和側槽孔用于固定板彈性變形。
[0007]所述各功率端子的外周上設有與環氧樹脂層牢固結合的凹凸面。
[0008]所述外殼殼壁四周上的通孔呈L形，通孔一端與外殼上端面相通、另一端與外殼下部的殼壁內側相通。
[0009 ] 所述功率模塊的總體高度在9?12.5_。
[0010]本發明覆金屬陶瓷基板連接在外殼底部并由外殼內的限位柱限位，通過限位柱頂住覆金屬陶瓷基板，以消除功率模塊在工作時，因覆金屬陶瓷基板熱脹冷縮而與散熱器產生的間隙，保證芯片工作時的正常散熱。本發明的功率模塊的各功率端子采用內設有螺紋的圓柱體，其底部焊接在覆金屬陶瓷基板，由于功率端子沒有彎折結構，因此使功率模塊具有較低的寄生電感，由于能降低功率模塊的電感，而能進一步提高功率模塊的功率密度及工作可靠性。再則，本發明圓柱體的功率模塊可以將高度控制的很低，加之功率模塊不設有銅底板，使功率模塊總體高度在9?12.5mm，，能有效的降低功率模塊的總高度及封裝體積，實現功率模塊的小型化，本發明外殼內部充有軟的硅凝膠層用來保護半導體芯片，而環氧樹脂層與外殼、外殼內的擋條以及各功率端子和各控制端子固化成整體結構，增加了各功率端子和各控制端子的固定強度，可以杜絕各端子與覆金屬陶瓷基板連接處脫落問題的發生。本發明外殼在殼壁四周設有與大氣相通的通孔，通過通孔對硅凝膠體積膨脹和收縮所產生應力進行釋放，減少功率模塊在工作時硅凝膠體積膨脹和收縮產生的應力，以此消除該應力對環氧樹脂層的損傷。本發明功率模塊沒有銅底板及與銅板連接的焊錫層，功率模塊的熱阻較底，減少功率損耗，而能提高功率模塊穩定性和可靠性。本發明在功率端子的外表面采用凸凹面，能增加與環氧樹脂層的結合面積，增加各功率端子的結合力。本發明外殼沿長度方向在兩端設有與端面相通的沉臺，沉臺底部在固定板位于各沉臺內側設有貫通的長槽孔，固定板位于各沉臺的兩側設有側槽孔，因此可使長槽孔和側槽孔用于固定板彈性變形，通過使固定板有一定的彈性，消除功率模塊在安裝和工作時，對覆金屬陶瓷基板產生的應力損傷。
【附圖說明】
[0011]下面結合附圖對本發明的實施例作進一步的詳細描述。
[0012]圖1是本發明低電感輕薄型功率模塊的結構示意圖。
[0013]圖2是本發明低電感輕薄型功率模塊的爆炸結構示意圖。
[0014]圖3是本發明低電感輕薄型功率模塊的剖視結構示意圖。
[0015]圖4是本發明外殼的結構示意圖。
[0016]圖5是圖4的A向結構示意圖。
[0017]其中:丨一外殼，1-1 一通孔，丨-2—長槽孔，1-3—固定板，1-4一擋條，1_5—側槽孔，1-6—限位柱，2—控制端子，3—功率端子，4 一環氧樹脂層，5—軸套，6—硅凝膠層，7—覆金屬陶瓷基板，8—半導體芯片，9 一招絲。
【具體實施方式】
[0018]見圖1?5所示的低電感輕薄型功率模塊，包括外殼I及焊接在覆金屬陶瓷基板7上的半導體芯片8、多個功率端子3和多個控制端子2構成的電路，可將半導體芯片8以及功率端子3和控制端子2—次性焊接在覆金屬陶瓷基板7上，該電路是本領域常規的半導體芯片8及功率器件連接在覆金屬陶瓷基板9上構成半橋電路、斬波電路、Η橋電路或全橋電路，滿足功率模塊的不同功能要求。本發明可將覆金屬陶瓷基板7可直接固定散熱器上，由于覆金屬陶瓷基板7下部不設有銅底板，因此功率模塊具有較低的熱阻，其熱阻約為17mm高的功率模塊及34mm高的功率模塊的4/5，由于減少了功率模塊的功率損耗，能提高功率模塊的穩定性和可靠性。
[0019]見圖1?3所示，本發明的功率端子3為內孔設有