專利名稱：一種新型大功率模塊的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種新型大功率模塊。
背景技術：
現(xiàn)有典型半導體功率模塊內(nèi)部信號連接和外殼封裝方式如圖I所示。內(nèi)部信號連接方式會采用PCB板繞線的形式。多個信號引架D與襯板真空回流焊接后，穿過引架定位孔直至其限位探針與PCB板底部接觸后，使用電器焊料焊接固定。信號端子C穿過端子定位孔直至其限位探針與PCB板底部接觸后，使用電器焊料焊接固定。該種連接方式從長期使用及測試中發(fā)現(xiàn)，其較長的信號回路會導致較大的阻抗、容抗及感抗，使得信號時效和數(shù)據(jù)精度較差，特別是柵極控制信號。通常會對驅(qū)動和保護電路及使用工況提出相對高的要求。從生產(chǎn)制造方面來看，由 于零部件較多，手工成分大，從而增加了生產(chǎn)成本，降低了成品率。外殼封裝方式通常采用殼座B與基體連接后，上蓋A在殼座B的上表面沿預設軌道嵌入并固定。上蓋A上有螺母型的鑲嵌件用于功率端子與外部鏈接固定。這種方式優(yōu)點在于殼座B安裝方便，在無法保證殼座B的外形尺寸精度及功率端子的定位精度情況下，可以進行微調(diào)來實現(xiàn)安裝。但其缺點明顯，因為分成兩個部件，導致外殼整體強度較差，密封不良，尺寸配合上會出現(xiàn)偏移等缺陷，并且殼座B中間需要有大量加強筋來固定，內(nèi)部結構復雜。此外兩個塑料件之間存在配合關系，對注塑磨具有較高要求，注塑成品率降低，使得該種方式經(jīng)濟性較差。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的的目的是設計出一種新型大功率模塊。本實用新型要解決的問題一是現(xiàn)有半導體功率模塊內(nèi)部信號連接使用信號引架和PCB板導致較大的阻抗、容抗及感抗，使得信號時效和數(shù)據(jù)精度較差；二是而現(xiàn)有的外殼封裝方式導致外殼整體強度較差，密封不良，尺寸配合上會出現(xiàn)偏移等。本實用新型的技術方案是本實用新型所述的大功率功率模塊，包括基體和外殼，功率模塊上設有負載連接元件、半導體芯片與襯板，負載連接元件直接與襯板連接；負載連接元件以及襯板設于基體的第一主體面上，在第一主體面對置的第二主體面上具有非金屬層；外殼固定在基體上且與第一主體面貼合，負載連接元件上部穿過外殼的溝槽。本實用新型的優(yōu)點是一是不再使用信號引架和PCB板，信號端子的底部通過超聲焊接的方式固定在信號襯板上，頂部穿過溝槽后折彎成形。由于超聲波焊接屬于原子結合力，焊接處強度僅次于材料本體強度，使得本實用新型在增加信號端子力學性能的前提下，大大縮短信號回路的距離，使得信號即時性和精度得到提高，驅(qū)動保護電路趨于簡單穩(wěn)定，應用場合更加寬廣。此外，還減少了零部件數(shù)量，提高自動化程度，降低成本，提高成品率；二是使用整體式外殼。由于超聲波焊接的功率端子定位精確，且成熟的塑料注塑工藝應用使得外殼上溝槽的尺寸與相對位置達到使用精度，負載鏈接器件穿過溝槽與外殼配合，外殼與基體通過螺紋緊固件鏈接固定。此種方式外殼整體強度顯著提高，具有優(yōu)良的密封性能及精確的尺寸配合。另外，殼體內(nèi)部不需要加強筋，為功率芯片布局提供更多空間，整體熱阻下降。制造上，單件成型成品率高，更經(jīng)濟。所以本實用新型有較高的耐壓與電流等級，較好的熱性能和電氣穩(wěn)定性，耐壓最大達到3300V，電流等級最高達到800A。
圖I為現(xiàn)有封裝結構的功率模塊。圖2為本實用新型封裝結構的大功率模塊。圖3為本實用新型的剖面結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖及具體實施例對本實用新型作進一步的說明。如圖所示，本實用新型所述的大功率功率模塊，包括基體14和外殼3，功率模塊上設有負載連接元件、半導體芯片6與襯板15、信號襯板8。負載連接元件直接與襯板連接。外殼3與負載連接元件之間是一體的安裝形式。負載連接元件以及襯板15、信號襯板8設于基體14的第一主體面12上。在第一主體面12對置的第二主體面13上具有非金屬層，非金屬層用于將熱量傳遞到冷卻結構上。所述基體14能夠固定到所述冷卻結構上。所述外殼3通過孔定位固定在基體14上且與第一主體面12貼合。負載連接元件上部穿過外殼3的溝槽2。負載連接元件只能在外殼3與基體14所限定的空間內(nèi)做垂直于第一主體面12且有限制的移動。半導體芯片6至少包括下面兩種芯片的組合之一整流管、絕緣柵雙極晶體管、金屬氧化物半導體場效應管、雙極晶體管、結型場效應晶體管、肖特基二極管、半導體閘流管。襯板15包括絕緣陶瓷層和設于絕緣陶瓷層上層的導熱金屬層16、下層的導熱金
屬層7o采用真空回流焊接方式將導熱金屬層7融接在基體14與襯板15之間。該金屬層7與基體14的材料之間有很好的潤濕性能。絕緣陶瓷層的材料選自剛玉氧化鋁陶瓷、氮化鋁陶瓷、氮化硅陶瓷中的一種；導熱金屬層7、16的材料是一種銅合金。外殼3用工程塑料聚合物制成，工程塑料聚合物選自半芳香烴聚酰胺、熱塑性聚苯硫醚中的一種。負載連接元件包括功率連接元件I、功率連接元件4、信號連接元件5、信號連接元件8、信號連接元件11，功率連接元件I上設有S型緩沖彎道18。S型緩沖彎道18是為了確保在交變溫度及受力場合下能保持其電氣連接性能。功率連接元件I的底部為接觸面9，信號連接元件11的底部為接觸面17。襯板15與基體14通過導熱金屬層7焊接后，不同材料分界面上的氣孔占總焊接面積的比率小于3%。負載連接元件與所述襯板之間采用超聲波焊接方式連接，從而確保負載連接元件與襯板的垂直關系及其能準確插入所述外殼3的溝槽2。[0024]半導體芯片6與襯板15之間的連接采用真空回流焊接方式，并且該焊接層的材料熔點高于金屬層7。半導體芯片之間，半導體芯片上表面與襯板15之間，信號連接元件5、信號連接元件8、信號連接元件11下導電層與信號襯板8之間采用鋁線鍵合的方式實現(xiàn)電氣連接。 鍵合鋁線的材料選之如下硅鋁線、普通純鋁線、超純退火鋁線。
權利要求1.一種大功率模塊，包括基體和外殼，其特征在于功率模塊上設有負載連接元件、半導體芯片與襯板，負載連接元件直接與襯板連接；負載連接元件以及襯板設于基體的第一主體面上，在第一主體面對置的第二主體面上具有非金屬層；外殼固定在基體上且與第一主體面貼合，負載連接元件上部穿過外殼的溝槽。
2.根據(jù)權利要求I所述的大功率模塊，其特征在于半導體芯片至少包括下面兩種芯片的組合之一整流管、絕緣柵雙極晶體管、金屬氧化物半導體場效應管、雙極晶體管、結型場效應晶體管、肖特基二極管、半導體閘流管。
3.根據(jù)權利要求I所述的大功率模塊，其特征在于襯板包括絕緣陶瓷層和設于絕緣陶瓷層上層、下層的導熱金屬層；導熱金屬層融接在基體與襯板之間。
4.根據(jù)權利要求3所述的大功率模塊，其特征在于負載連接元件包括功率連接元件和信號連接元件，功率連接元件上設有S型緩沖彎道。
專利摘要本實用新型公開了一種新型大功率模塊，包括基體和外殼，功率模塊上設有負載連接元件、半導體芯片與襯板，負載連接元件直接與襯板連接；負載連接元件以及襯板設于基體的第一主體面上，在第一主體面對置的第二主體面上具有非金屬層；外殼固定在基體上且與第一主體面貼合，負載連接元件上部穿過外殼的溝槽。本實用新型使信號精度得到提高，驅(qū)動保護電路趨于簡單穩(wěn)定。
文檔編號H01L25/10GK202434518SQ20112055873
公開日2012年9月12日 申請日期2011年12月28日 優(yōu)先權日2011年12月28日
發(fā)明者錢峰 申請人:嘉興斯達微電子有限公司