CN103066042B - 功率模块电极端子的连接结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种功率模块电极端子的连接结构，包括电极端子和连接件，所述的电极端子包括一体的底座和引出板，引出板的中上部设有安装孔，底座一侧或两侧的宽度超出引出板的宽度，底座内侧面上设有一排以上的凸块组，每排凸块组均设有五个以上的凸块，底座的一侧或两侧折弯并压接在连接件上；所述连接件与覆金属陶瓷基板上的金属层为一体结构，且连接件位于底座的下部具有用于缓冲应力的弧形部分或折弯部分。本发明具有结构合理,电极端子连接可靠，能提高功率模块使用寿命的特点。

Description

功率模块电极端子的连接结构

技术领域

本发明涉及一种功率模块电极端子的连接结构，属于半导体功率模块技术领域。

背景技术

功率模块主要由半导体芯片如IGBT芯片、覆金属陶瓷基板（DBC）、铜底板、外壳、以及输入/输出电极端子及信号端子等构成，其电极端子固定在覆金属陶瓷基板的金属层上，各电极端穿出外壳弯折后通过紧固件安装外壳的上部，以接入外部电源和输出工作电源。目前功率模块的电极端子大都由槽形部分和引出部分构成，其槽形部分为立槽结构，其底部向内折弯并焊接在覆金属陶瓷基板的金属层上，该结构因槽宽距离较小，因此在引出部分打弯时会造成焊接点应力过大。为此一些电极端子通过增加折弯部分的槽宽距离，以释放在引出部分打弯时时，其底部焊接处所引起的应力，但电子端子本身的壁厚相对较大，因此应力释放效果较差。

另外，现有功率模块上的电极端子是通过焊料高温烧结在覆金属陶瓷基板的金属层上，而覆金属陶瓷基板是将金属箔在高温下直接键合到氧化铝(AL2Q3)或氮化铝(ALN)陶瓷基片表面，在焊接过程中，高温会使覆金属陶瓷基板的金属层与电极端子在焊料层处产生焊接应力，而功率模块的工作环境是在-40℃至125℃进行循环，因此经过一段时间后，最终会引起覆金属陶瓷基板的金属层与电极端子连接处脱落，而产生焊接疲劳现象，从而影响到整体功率器件的寿命。其次，电极端子采用焊料焊接在覆金属陶瓷基板的金属层上，不仅对覆金属陶瓷基板的金属层表面及电极端子表面要求较高，尤其覆金属陶瓷基板的铜箔与电极端子的铜材之间还会存在热膨胀差别，焊接性能不高，而影响导其电性。再则，电极端子是通过焊料高温烧结在覆金属陶瓷基板的金属层上时，焊接过程不仅需要焊料、助焊剂以及焊接时的保护性气体，尤其采用高温烧结焊接工序不仅时间长，而且所产生的高温又易导致其他部位材料金属特性弱化，加之焊接过程中的焊料流淌以及阻焊油墨等因素，又会造成焊接面沾污的风险，由于焊接面不易控制，工艺操作复杂，焊接效率低。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构合理,电极端子连接可靠，能提高电极端子使用寿命的功率模块电极端子的连接结构。

本发明为达到上述目的的技术方案是：一种功率模块电极端子的连接结构，其特征在于：包括电极端子和连接件，所述的电极端子包括一体的底座和引出板，引出板的中上部设有安装孔，底座一侧或两侧的宽度超出引出板的宽度，底座内侧面上设有一排以上的凸块组，每排凸块组均设有五个以上的凸块，底座的一侧或两侧折弯并压接在连接件上；所述连接件与覆金属陶瓷基板上的金属层为一体结构，且连接件位于底座的下部具有用于缓冲应力的弧形部分或折弯部分。

本发明采用上述技术方案后具有以下优点：

1、本发明的电极端子采用一体结构的底座和引出板，其底座的宽度超出引出板的宽度，通过引出板与外部电源和外部设备连接，而底座内侧面设有一排以上的凸块组，底座的一侧或两侧折弯压接在连接件上，使连接件的连接部分与凸块的变形而增加了电极端子与连接件之间的摩擦阻力，能将电极端子与连接件可靠的连接，从而形成有效的机械连接和电气连接。

2、本发明电极端子在底座的内侧面有一排以上的凸块组，并通过折弯将与连接件连接，故电极端子与连接件的连接不需要焊接，故而无需焊料、助焊剂和焊接时的保护性气体等，工艺作业大大简化，降低了产品资源投入。本发明尤其不需要进行高温烧结，彻底解决了焊接疲劳现象，提高了电极端子的温度循环寿命。本发明可采用机械加工制得电极端子，方便控制其造制精度，尤其通过机械方式将电极端子压接在连接件上，也提高了功率半导体模块的装配效率。

3、本发明连接件与覆金属陶瓷基板上的金属层为一体结构，连接件位于底座下部具有用于缓冲应力的弧形部分或折弯部分，因此应力释放部分直接在覆金属陶瓷基板的金属层上，不仅便于其加工和装配，大幅度减小电极端子自身的应力，从而有效减小电机端子所受到的热应力和机械应力，提高模块的使用寿命。

附图说明

下面结合附图对本发明的实施例作进一步的详细描述。

图1是本发明种功率模块电极端子的连接结构的示意图。

图2是本发明电极端子的结构示意图。

图3是本发明电极端子的底座未折弯的结构示意图。

图4是本发明连接件固定在覆金属陶瓷基板上的结构示意图。

其中：1—电极端子，1-1—安装孔，1-2—引出板，1-3—底座，1-4—凸块，2—连接件，2-1-连接部分，2-2-弧形部分，2-3-金属层，2-4-覆金属陶瓷基板，3铜底板。

具体实施方式

见图1-4所示，本发明的功率模块电极端子的连接结构，包括电极端子1和连接件2，电极端子1包括一体的底座1-3和引出板1-2，引出板1-2的中上部设有安装孔1-1，电极端子1的引出板1-2穿出外壳并弯折后覆在外壳顶部的电极座上，使引出板1-2上的安装孔1-1与电极座上的螺纹孔对应，通过紧固件将电极端子1与外部的电源及设备连接，实现功率模块的输入和输出。

本发明底座1-3的宽度超出引出板1-2的宽度，该底座1-3一侧超出引出板的一侧，即为L形结构，或见图1-3所示，本发明底座1-3的两侧均超出引出板1-2的两侧，即为T字形结构，本发明引出板1-2壁厚大于底座1-3的壁厚，且引出板1-2壁厚通过倒角或圆弧过渡到底座1-3的壁厚，不仅便于电极端子1的折弯，而且也使电极端子1具有较好的机械性能。

见图1-3所示，本发明底座1-3内侧面设有一排以上的凸块组，每排凸块组均设有五个以上的凸块1-4。本发明底座1-3上的凸块组设有2-10排，相邻两排凸块组上的凸块1-4相错排列设置或对齐排列设置。本发明每排凸块组上的凸块1-4可在10-100个，如20、30、40、50、80个不等，且各凸块1-4为齿状；或本发明凸块组上的凸块1-4为10-100个，各凸块1-4为棱锥柱或/和台锥柱，底座1-3的一侧或两侧折弯压接在连接件2上，通过齿状以及棱锥柱或/和台锥柱的多个凸块1-4压入连接件2的连接部分2-1，使连接件2的连接部分2-1与凸块的变形而增加底座1-3与连接件2的连接部分2-1的摩擦阻力，使其具有较大的连接力。

见图1-4所示，本发明连接件2与覆金属陶瓷基板2-4上的金属层2-3为一体结构，且连接件2位于底座1-3的下部具有用于缓冲应力的弧形部分2-2或折弯部分，通过覆金属陶瓷基板2-4上的金属层2-3直接对应力进行释放，当覆金属陶瓷基板2-4可与铜底板3连接，将热量通过铜底板3导出，从而有效减少电极端子1所受到的热应力和机械应力，提高功率模块的使用寿命。见图1-4所示，本发明连接件2的壁厚小于引出板1-2的壁厚，该连接件2的壁厚是引出板1-2壁厚的0.3-0.8倍，如该连接件2的壁厚是引出板1-2壁厚的0.5，由于连接件2的壁厚比电极端子1的壁厚较薄，而能进一步提高其应力释放能力。

Claims (5)

1.一种功率模块电极端子的连接结构，其特征在于：包括电极端子(1)和连接件(2)，所述的电极端子(1)包括一体的底座(1-3)和引出板(1-2)，引出板(1-2)的中上部设有安装孔(1-1)，底座(1-3)的宽度超出引出板(1-2)的宽度，所述引出板(1-2)的壁厚大于底座(1-3)的壁厚，且引出板(1-2)的壁厚通过倒角或圆弧过渡到底座(1-3)的壁厚，连接件(2)的壁厚小于引出板(1-2)的壁厚，底座(1-3)内侧面上设有一排以上的凸块组，每排凸块组均设有五个以上的凸块(1-4)，底座(1-3)的一侧或两侧折弯并压接在连接件(2)上；所述连接件(2)与覆金属陶瓷基板(2-4)上的金属层(2-3)为一体结构，且连接件(2)位于底座(1-3)的下部具有用于缓冲应力的弧形部分(2-2)或折弯部分。

2.根据权利要求1所述的功率模块电极端子，其特征在于：所述底座(1-3)上的凸块组设有2-10排，相邻两排凸块组上的凸块(1-4)相错排列设置或对齐排列设置。

3.根据权利要求1或2所述的功率模块电极端子，其特征在于：所述每排凸块组上的凸块(1-4)为10-100个，且各凸块(1-4)为齿状。

4.根据权利要求1或2所述的功率模块电极端子，其特征在于：所述每排凸块组上的凸块(1-4)为10-100个，且各凸块(1-4)为棱锥柱或/和台锥柱。

5.根据权利要求1所述的功率模块电极端子，其特征在于：所述连接件(2)的壁厚是引出板(1-2)壁厚的0.3-0.8倍。