CN103779313A - 一种带电极压力装置的功率半导体模块 - Google Patents
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Abstract
一种带电极压力装置的功率半导体模块，它包括一与功率半导体芯片进行焊接并进行铝线键合的绝缘金属基板，该绝缘金属基板的下面通过导热硅脂结合有一块导热结构体；一带电极压力装置通过下部金属支撑阵列与绝缘金属基板的电路层通过压力连接在一起，且所述金属支撑阵列成为功率半导体模块的电路组成部分；一塑料外框通过底部灌胶槽填充密封胶与导热结构体粘结在一起，处于塑料外框内的带电极压力装置具有与注塑外框相应结构配合的限位结构；所述带电极压力装置上部的金属弹簧安装孔内置有金属弹簧，并通过与一位于注塑外框上面的注塑盖板紧密结合，对带电极压力装置产生下压力；它具有大功率、散热性好、可靠性高等特点。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种带电极压力装置的功率半导体模块，主要用于变频器、伺服机、工业电源、电动机车中。
背景技术
随着电力电子行业的不断发展，大功率、高可靠性功率半导体模块被大量使用到变频器、伺服机、工业电源、电动机车中。在设计这些开关设备时，主要使用两种方案，一种是使用多颗小功率半导体模块并联，另外一种是使用单颗大功率半导体模块。然而这两种方案在实际使用时都没有达到设计预期效果，小功率模块并联的方案中，模块本身的电参数差异需要先筛选模块，并且外部引线需要尽量对称导致设计难度增加；大功率半导体模块虽然可以避免参数差异及引线对称的问题，但是模块成本相对较高，模块可供选择的功率等级较少；另外，这些传统的功率半导体模块都使用多层焊接结构，内部热源与散热体之间的热量传输需要通过这些焊接结构来实现，热阻相对较高，降低了模块长期使用的可靠性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种大功率、散热性好、可靠性高的带电极压力装置的功率半导体模块。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，所述带电极压力装置的功率半导体模块，它包括一与功率半导体芯片进行焊接并进行铝线键合的绝缘金属基板，该绝缘金属基板的下面通过导热硅脂结合有一块导热结构体；一带电极压力装置通过下部金属支撑阵列与绝缘金属基板的电路层通过压力连接在一起，且所述金属支撑阵列成为功率半导体模块的电路组成部分；一塑料外框通过底部灌胶槽填充密封胶与导热结构体粘结在一起，处于塑料外框内的带电极压力装置具有与注塑外框相应结构配合的限位结构；所述带电极压力装置上部的金属弹簧安装孔内置有金属弹簧，并通过与一位于注塑外框上面的注塑盖板紧密结合，对带电极压力装置产生下压力。
所述带电极压力装置包括一上部设置有金属弹簧安装孔的整体式注塑体，该注塑体的下方安装有与绝缘金属基板电路层的接触面在同一水平面上的金属支撑阵列；注塑体的两侧分别排列有与金属支撑阵列连接的输入和输出功率端子；注塑体的内部安装有伸出在注塑体上表面的柱状金属端子；注塑体的侧面设置有半通孔结构并与注塑外框内测相应位置的半通孔结构相互配合。
所述柱状金属端子由上下两部分组成，中间使用弹性连接；所述的注塑外框设有与带电极压力装置配合卡位结构，注塑外框还设有金属螺丝安装结构，底部配合有导热结构体，顶部配合有注塑盖板。
所述导热结构体的表面平整在0.08mm以内；导热结构体表面留有金属螺丝安装孔。
所述注塑盖板设有金属螺丝安装结构；注塑盖板与带电极压力装置配合面设有金属弹簧安装孔、金属弹簧限位顶柱，且所有顶柱在同一水平面上，在整个模块安装完成后，顶柱长度比金属弹簧安装孔深至少小1mm。
本发明主要是用压力作用代替部分焊接，用较少的焊接来实现模块的封装；通过多芯片并联的方案，均匀分布模块内部热源，提高模块整体可靠性，从而也解决了现有大功率半导体模块存在的功率等级少、散热性差、制作工艺繁复、成本高等问题。
附图说明
图1是本发明的装配体剖面示意图 。
图2是带电极压力装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。图1、2所示，本发明所述带电极压力装置的功率半导体模块，它包括一与功率半导体芯片4进行焊接并进行铝线键合的绝缘金属基板3，该绝缘金属基板3的下面通过导热硅脂2结合有一块导热结构体1；一带电极压力装置通过下部金属支撑阵列与绝缘金属基板的电路层通过压力连接在一起，且所述金属支撑阵列成为功率半导体模块的电路组成部分；一塑料外框7通过底部灌胶槽填充密封胶与导热结构体1粘结在一起，处于塑料外框7内的带电极压力装置具有与注塑外框相应结构配合的限位结构；所述带电极压力装置上部的金属弹簧安装孔内置有金属弹簧，并通过与一位于注塑外框上面的注塑盖板紧密结合，对带电极压力装置产生下压力。
图2中所示的带电极压力装置包括一上部设置有金属弹簧安装孔63的整体式注塑体66，该注塑体66的下方安装有与绝缘金属基板3电路层的接触面在同一水平面上的金属支撑阵列62；注塑体66的两侧分别排列有与金属支撑阵列62连接的输入和输出功率端子65；注塑体66的内部安装有伸出在注塑体上表面的柱状金属端子61；注塑体66的侧面设置有半通孔结构64并与注塑外框7内侧相应位置的半通孔结构相互配合。
所述柱状金属端子61由上下两部分组成，中间使用弹性连接；所述的注塑外框7设有与带电极压力装置配合卡位结构，注塑外框7还设有金属螺丝安装结构，底部配合有导热结构体1，顶部配合有注塑盖板8。
所述导热结构体1的表面平整在0.08mm以内；导热结构体1表面留有金属螺丝安装孔。
所述注塑盖板8设有金属螺丝安装结构；注塑盖板8与带电极压力装置配合面设有金属弹簧安装孔、金属弹簧限位顶柱，且所有顶柱在同一水平面上，在整个模块安装完成后，顶柱长度比金属弹簧安装孔深至少小1mm。
实施例：如图1所示，正面铜层已经化学腐蚀的绝缘金属基板3与功率半导体芯片4进行焊接并完成铝线键合；导热结构体1与完成预处理的绝缘金属基板通过导热硅脂2结合；注塑外框7底部灌胶槽填充密封胶，与导热结构体1粘接在一起，并使用金属螺丝紧密固定；安装金属支撑阵列62时，要求预先对准与注塑外框7的限位配合，防止损伤内部功率半导体芯片及铝线；把金属弹簧9放入金属支撑阵列62相应的结构中，再把注塑盖板8安装上去，注塑盖板8与注塑外框7通过金属螺丝紧密固定，模块整体安装完成。
图2所示，本发明所述的带电极压力装置由金属支撑阵列62、柱状金属端子61、注塑体66等组成，预处理组合成带电极压力装置，装置的金属支撑阵列62与绝缘金属基板3的电路层配合，此种压力连接方式采用阵列多点接触的方式，有效解决了绝缘金属基板3与功率半导体芯片4焊接时产生的内凹；另外，绝缘金属基板3、导热硅脂2、导热结构体1的紧密配合也来源于带电极压力装置所提供的压力；在带电极压力装置的顶部，由导热结构体1、注塑外框7、注塑盖板8、金属弹簧配合而成的组合体给带电极压力装置提供了足够的下压力，同时通过注塑外框7上的限位固定带电极压力装置；带电极压力装置内部使用金属支撑阵列62，对应绝缘金属基板3电路层也使用阵列方式，模块的功率等级可以通过不同方案的芯片阵列实现。在一整个装配过程中，只进行一次焊接，其余的电路、导热连接通过带电极压力装置来实现，可以有效的提高生产效率，降低生产成本。
Claims (5)
1.一种带电极压力装置的功率半导体模块，它包括一与功率半导体芯片进行焊接并进行铝线键合的绝缘金属基板，该绝缘金属基板的下面通过导热硅脂结合有一块导热结构体；一带电极压力装置通过下部金属支撑阵列与绝缘金属基板的电路层通过压力连接在一起，且所述金属支撑阵列成为功率半导体模块的电路组成部分；一塑料外框通过底部灌胶槽填充密封胶与导热结构体粘结在一起，处于塑料外框内的带电极压力装置具有与注塑外框相应结构配合的限位结构；所述带电极压力装置上部的金属弹簧安装孔内置有金属弹簧，并通过与一位于注塑外框上面的注塑盖板紧密结合，对带电极压力装置产生下压力。
2.根据权利要求1所述的带电极压力装置的功率半导体模块，其特征在于所述带电极压力装置包括一上部设置有金属弹簧安装孔的整体式注塑体，该注塑体的下方安装有与绝缘金属基板电路层的接触面在同一水平面上的金属支撑阵列；注塑体的两侧分别排列有与金属支撑阵列连接的输入和输出功率端子；注塑体的内部安装有伸出在注塑体上表面的柱状金属端子；注塑体的侧面设置有半通孔结构并与注塑外框内测相应位置的半通孔结构相互配合。
3.根据权利要求1所述的带电极压力装置的功率半导体模块，其特征在于所述柱状金属端子由上下两部分组成，中间使用弹性连接；所述的注塑外框设有与带电极压力装置配合卡位结构，注塑外框还设有金属螺丝安装结构，底部配合有导热结构体，顶部配合有注塑盖板。
4.根据权利要求1或3所述的带电极压力装置的功率半导体模块，其特征在于所述导热结构体的表面平整在0.08mm以内；导热结构体表面留有金属螺丝安装孔。
5.根据权利要求1或2所述的带电极压力装置的功率半导体模块，其特征在于所述注塑盖板设有金属螺丝安装结构；注塑盖板与带电极压力装置配合面设有金属弹簧安装孔、金属弹簧限位顶柱，且所有顶柱在同一水平面上，在整个模块安装完成后，顶柱长度比金属弹簧安装孔深至少小1mm。
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