CN104465549A - 一种功率半导体模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种功率半导体模块，包括：相对设置的外壳上盖和外壳底座，所述外壳底座设置有多个定位凸台；设置在所述外壳上盖和所述外壳底座之间的整体定位装置，所述整体定位装置设置有与所述定位凸台的数目相同且位置相同的定位方格。本申请所公开的一种功率半导体模块的整体定位装置和定位凸台配合定位，就能保证将每个芯片置于合适的位置，因此可以利用机器，自动化地向定位方格中放置芯片，从而使得生产效率大为提高。

Description

一种功率半导体模块

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种功率半导体模块。

背景技术

近年来，随着电力电子技术的迅速发展，对功率半导体器件提出了越来越高的要求，具有关断能力的功率半导体器件成为市场主流。在电网、轨道牵引、电动汽车、智能电网、工业传动及控制、家电产品等领域中得到了普遍应用。其中平板全压接大功率开关模块具有制造工艺简单，可靠性高等优点，是未来电力电子技术的一个发展方向，也是智能电网等器件串联必须解决的关键技术。常用的开关控制模块中包含绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或快速恢复二极管(FRD)这三种压接型功率半导体芯片。

现有压接型功率半导体芯片的封装通常采用子模组结构，下面以IGBT芯片的封装为例进行说明。如图1所示，图1为现有技术中IGBT模块的封装示意图。这种IGBT模块包括多个独立的子模组103、一个PCB板104以及外壳上盖101、外壳底座106等。其中，每一个子模组103由独立的IGBT芯片、钼片、弹簧针以及绝缘定位件等部分构成，外壳上盖101连接各独立的子模组103的集电极，外壳底座连接各子模组103的发射极，各子模组103的栅极与PCB板104连接，再通过PCB板104上的电路汇集到栅极引出线105，图中银片102的作用是补偿芯片厚度不一致而产生的误差，使得各芯片承受的压力均匀分布。为便于安装子模组103，外壳底座106的电极台面被加工成和子模组103的位置对应的多个凸起结构107。在进行封装时，需要将相互独立的各子模组103紧密的排列于PCB板104之上。由于芯片容易碎裂，而子模组各部件要求紧密配合，因此不适合利用机器进行排列子模组103的工作，目前还是只能靠人工来完成，这样就导致了生产效率低的问题。

因此，如何提供一种功率半导体模块，使模块具有高生产效率，是目前亟待解决的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种功率半导体模块，具有高生产效率。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种功率半导体模块，包括：

相对设置的外壳上盖和外壳底座，所述外壳底座设置有多个定位凸台；

设置在所述外壳上盖和所述外壳底座之间的整体定位装置，所述整体定位装置设置有与所述定位凸台的数目相同且位置相同的定位方格。

优选的，在上述模块中，所述定位凸台和所述定位方格呈方形矩阵式排列。

优选的，在上述模块中，所述外壳上盖、所述外壳底座和所述整体定位装置的形状为方形。

优选的，在上述模块中，所述整体定位装置还包括：

与所述功率半导体芯片的栅极连接的栅极弹簧针，用于引出所述功率半导体芯片的栅极；

与所述栅极弹簧针连接的栅极总线，用于汇集所述功率半导体芯片的栅极；

与所述栅极总线连接的栅极总线端子，用于引出所述栅极总线。

优选的，在上述模块中，所述模块还包括：

与所述栅极总线端子连接的栅极引出端子。

优选的，在上述模块中，所述栅极总线端子与所述栅极引出端子焊接。

优选的，在上述模块中，所述栅极总线端子与所述栅极引出端子插接。

优选的，在上述模块中，所述整体定位装置为利用高分子材料制作的整体定位装置。

优选的，在上述模块中，所述整体定位装置的外沿厚度为1毫米至5毫米，包括端点值。

通过上述描述，本发明提供的一种功率半导体模块，包括相对设置的外壳上盖和外壳底座，所述外壳底座设置有多个定位凸台；设置在所述外壳上盖和所述外壳底座之间的整体定位装置，所述整体定位装置设置有与所述定位凸台的数目相同且位置相同的定位方格。本发明提供的功率半导体模块克服了现有技术中生产效率低的问题，具有明显的有益效果。本发明将各个子模组的绝缘外壳合并成一个整体定位装置，利用所述整体定位装置和所述定位凸台配合定位，就能保证将每个芯片置于合适的位置；所述定位方格能够隔离不同的芯片，有效避免芯片之间因相互碰撞而碎裂的现象。因此，就可以利用机器，自动化地向定位方格中放置芯片，从而使得生产效率大为提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术中IGBT模块的封装示意图；

图2为本申请实施例提供的第一种功率半导体模块的示意图；

图3为本申请实施例提供的第二种功率半导体模块的示意图；

图4为本申请实施例提供的第二种功率半导体模块的整体定位装置的结构示意图；

图5为栅极总线端子与栅极引出端子的第一种连接方式的示意图；

图6为栅极总线端子与栅极引出端子的第二种连接方式的示意图；

图7为现有技术中功率半导体芯片的排布方式示意图；

图8为本申请实施例提供的功率半导体芯片的排布方式示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请实施例提供的第一种功率半导体模块如图2所示，图2为本申请实施例提供的第一种功率半导体模块的示意图。该模块包括：相对设置的外壳上盖201和外壳底座206，所述外壳底座206设置有多个定位凸台207；设置在所述外壳上盖201和所述外壳底座206之间的整体定位装置205，所述整体定位装置205设置有与所述定位凸台207的数目相同且位置相同的定位方格208。

上述第一种功率半导体模块可以适用于FRD模块。由于FRD芯片203只有阳极和阴极两个电极，因此所述外壳上盖201和阳极钼片202用于连接所述FRD芯片203的阳极，而所述外壳底座206和所述阴极钼片204用于连接所述FRD芯片203的阴极。所述整体定位装置205为上下通透型，由于设置有与所述定位凸台207数目相同且位置相同的定位方格208。在组装时，能够将所述整体定位装置205稳定的放置于所述外壳底座206之上，使得每一个定位方格208中容纳一个定位凸台207。由于采用了所述整体定位装置205，因此就可以利用机器，自动化地向每个定位方格208中放置阴极钼片204、FRD芯片203和阳极钼片202，从而使得FRD模块的生产效率大为提高。

本申请实施例提供的第二种功率半导体模块如图3所示，图3为本申请实施例提供的第二种功率半导体模块的示意图。该模块包括：相对设置的外壳上盖301和外壳底座306，所述外壳底座306设置有多个定位凸台307；设置在所述外壳上盖301和所述外壳底座306之间的整体定位装置305，所述整体定位装置305设置有与所述定位凸台307的数目相同且位置相同的定位方格308，而且，所述外壳底座306设置有栅极引出端子309，用于引出栅极总线。

本申请实施例提供的第二种功率半导体模块可以适用于IGBT模块，其中安装的功率半导体芯片具体为IGBT芯片，下面以IGBT模块为例对第二种功率半导体模块进行说明。

在第二种功率半导体模块中，所述整体定位装置305的结构如图4所示，图4为本申请实施例提供的第二种功率半导体模块的整体定位装置的结构示意图。在该整体定位装置305中，包括与所述IGBT芯片的栅极连接的栅极弹簧针401，用于引出所述IGBT芯片的栅极；与所述栅极弹簧针401连接的栅极总线402，用于汇集所述IGBT芯片的栅极；与所述栅极总线402连接的栅极总线端子403，用于将所述栅极总线402连接到栅极引出端子309上。上述栅极弹簧针401、栅极总线402和栅极总线端子403优选的通过模具一体成型方法预埋到整体定位装置的基座404中，从而形成一体化的整体定位装置305，这样就简化了功率半导体模块的结构，使模块的封装过程变得更简单，从而提高了生产效率。

在上述第二种功率半导体模块中，所述整体定位装置305中的栅极总线端子403连接到所述模块中的栅极引出端子309，用于引出所述IGBT芯片的栅极。

其中，所述栅极总线端子403和所述栅极引出端子309之间的第一种连接方式如图5所示，图5为栅极总线端子403与栅极引出端子309的第一种连接方式的示意图。在这种连接方式中，栅极总线端子403与栅极引出端子309通过焊接方式连接。具体来说，所述栅极引出端子309连接有搭片501，将所述栅极总线端子403与所述搭片501搭接后，利用焊料502进行焊接。利用上述连接方式，能够使所述栅极引出端子309和所述栅极总线端子403的连接足够牢固，避免工作过程中发生断开现象。

所述栅极总线端子403和所述栅极引出端子309之间的连接的第二种优选方式如图6所示，图6为栅极总线端子与栅极引出端子的第二种连接方式的示意图。在这种连接方式中，栅极总线端子403与栅极引出端子309通过插接方式连接。具体来说，所述栅极引出端子309连接有弹性插槽601，将所述栅极总线端子403折弯后插入所述弹性插槽601中，从而所述栅极引出端子309和所述栅极总线端子403形成可靠连接。利用上述连接方式，能够使所述栅极引出端子309和所述栅极总线端子403的连接更为灵活，方便拆卸。

在上述第二种功率半导体模块中，所述定位凸台307和所述定位方格305优选为呈方形矩阵式排布，所述外壳上盖、所述外壳底座和所述整体定位装置的形状也优选为方形。下面结合图7和图8对这种改进型排布方式的优点进行详细描述。图7为现有技术中功率半导体芯片的排布方式示意图，如图7所示，在这种排布方式中，由于现有的模块电极701通常呈圆形，而在其上面排布的芯片702为方形，因此芯片702在排布时并不能填满整个模块电极701的整个区域，而留下一些不能放置芯片的空白区域，这样不但造成模块电极空间上的浪费，而且造成模块的功率密度偏低。图8为本申请实施例提供的功率半导体芯片的排布方式示意图，如图8所示，由于本申请实施例中的外壳上盖、外壳底座和整体定位装置优选为方形，因此在这种情况下，芯片802能够均匀地布满整个方形区域801。采用本申请的这种芯片排布方式，能够使模块结构紧凑合理,并提升模块的功率密度。

在上述第二种功率半导体模块中，所述整体定位装置305优选的利用高分子材料制作而成，用于使所述整体定位装置305具有绝缘性能，不至于对电极产生不利影响。需要说明的是，此处的整体定位装置305的制作材料不仅限于采用高分子材料，也可以采用其他具有绝缘性能的材料。

在上述第二种功率半导体模块中，所述整体定位装置305的外沿厚度优选为1毫米至5毫米，包括端点值。本申请所提供的整体定位装置305的外沿厚度能够设置为比现有技术中的子模组的边缘厚度更大，而且整体定位装置305为整体设计，因此两方面原因叠加，能有效提高整体定位装置305的强度，从而起到防爆作用，这样就不再需要设置专门的防爆装置。

通过以上描述，本申请所述的第二种功率半导体模块具有生产效率高的优点，另外，还具有优良的绝缘性能以及防爆性能。

需要说明的是，以上所述的第一种功率半导体模块是以其中全部安装FRD芯片为例进行说明，而所述的第二种功率半导体模块是以其中全部安装IGBT芯片为例进行说明。实际的功率半导体模块中会同时安装有FRD芯片和IGBT芯片，这就需要安装IGBT芯片的定位方格中设置有栅极弹簧针，利用栅极弹簧针将IGBT芯片的栅极连接到栅极总线和栅极总线端子，而由于FRD芯片没有栅极，因此安装FRD芯片的定位方格中不需要设置有栅极弹簧针。从上述描述可以看出，是否在某个定位方格中设置栅极弹簧针，以及整体定位装置中的栅极总线如何布局，均取决于功率半导体模块中IGBT芯片和FRD芯片的具体分布情况，在此不再赘述。另外需要说明的是，以上所述的IGBT芯片也可以替换为MOSFET芯片，且MOSFET芯片和IGBT芯片一样，具有与其他各个部件相同的连接方式，在此不再赘述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种功率半导体模块，其特征在于，包括：

相对设置的外壳上盖和外壳底座，所述外壳底座设置有多个定位凸台；

设置在所述外壳上盖和所述外壳底座之间的整体定位装置，所述整体定位装置设置有与所述定位凸台的数目相同且位置相同的定位方格。

2.根据权利要求1所述的模块，其特征在于，所述定位凸台和所述定位方格呈方形矩阵式排列。

3.根据权利要求2所述的模块，其特征在于，所述外壳上盖、所述外壳底座和所述整体定位装置的形状为方形。

4.根据权利要求1所述的模块，其特征在于，所述整体定位装置还包括：

与所述功率半导体芯片的栅极连接的栅极弹簧针，用于引出所述功率半导体芯片的栅极；

与所述栅极弹簧针连接的栅极总线，用于汇集所述功率半导体芯片的栅极；

与所述栅极总线连接的栅极总线端子，用于引出所述栅极总线。

5.根据权利要求4所述的模块，其特征在于，所述模块还包括：

与所述栅极总线端子连接的栅极引出端子。

6.根据权利要求5所述的模块，其特征在于，所述栅极总线端子与所述栅极引出端子焊接。

7.根据权利要求5所述的模块，其特征在于，所述栅极总线端子与所述栅极引出端子插接。

8.根据权利要求1-7任一项所述的模块，其特征在于，所述整体定位装置为利用高分子材料制作的整体定位装置。

9.根据权利要求1-7任一项所述的模块，其特征在于，所述整体定位装置的外沿厚度为1毫米至5毫米，包括端点值。