CN104701277A - 功率模块的封装结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种功率模块的封装结构，包括外壳、散热器以及驱动电路板和连接有半导体芯片的覆陶瓷金属基板，覆陶瓷金属基板通过导热胶固定在散热器顶面，设置在散热器上部的外壳罩在覆陶瓷金属基板上，驱动电路板设置在外壳顶面，压盖设置在驱动电路板的顶部，至少一个螺栓穿过压盖、驱动电路板以及外壳和覆陶瓷金属基板并旋接在散热器的螺纹孔内，至少一个弹性体设置在外壳内，弹性体的一端顶在外壳上、另一端顶在覆陶瓷金属基板上。本发明装配简单，降低制作成本，取消铜基板，并通过弹性体将覆陶瓷金属基板压向散热器一侧，能提高散热效果。

Description

功率模块的封装结构

技术领域

本发明涉及一种功率模块的封装结构，属于功率模块技术领域。

背景技术

功率模块主要包括覆金属陶瓷基板和固定在覆陶瓷金属基板其金属层半导体芯片上，覆金属陶瓷基板焊接在铜底板上，将覆陶瓷金属基板封装在外壳内，而电极端子引出外壳与外部设备连接，实现功率模块的输入和输出。在半导体功率模块在工作过程中，半导体芯片所产生的热量通过铜底板迅速吸收，并通过其下部的散热器上进行散热。

但传统功率模块封装技术是用一块铜基板作为整个功率模块组件的底板而进行封装的，覆陶瓷金属基板焊接在铜基板上，焊接层上会产生一定的应力或空洞，导致功率模块存在很大的热效应失效风险。同时也因铜基板与覆陶瓷金属基板的热膨胀系数不同，其自身的热应力及机械应力都很大，长期使用存在很大的失效风险。再则，导热硅脂填充铜底板与散热器之间的空隙，芯片的热量必须通过铜基板传至散热器上，散热效果不能再提高。现有功率模块的外壳是通过其四周的四个螺栓安装在散热器上，然后通过电极上的安装孔来实现与驱动板母排的连接，这种安装步骤相对比较繁琐。

发明内容

本发明的目的是提供一种装配简单，降低制作成本，散热可靠的功率模块的封装结构。

本发明为达到上述目的的技术方案是：一种功率模块的封装结构，包括外壳、散热器以及驱动电路板和连接有半导体芯片的覆陶瓷金属基板，其特征在于：所述的覆陶瓷金属基板通过导热胶固定在散热器顶面，设置在散热器上部的外壳罩在覆陶瓷金属基板上，驱动电路板设置在外壳顶面，压盖设置在驱动电路板的顶部，至少一个螺栓穿过压盖、驱动电路板以及外壳和覆陶瓷金属基板并旋接在散热器的螺纹孔内，至少一个弹性体设置在外壳内，弹性体的一端顶在外壳上、另一端顶在覆陶瓷金属基板上。

本发明直接将覆陶瓷金属基板通过导热胶固定在散热器的顶面，取消了铜基板，采用无铜基板封装结构，降低制作成本。本发明的螺栓穿过驱动电路板以及外壳而旋接在散热器上，将驱动电路板、外壳以及覆陶瓷金属基板和散热器实现连接，同时通过外壳内设有的弹性体，在螺栓连接在散热器上时，弹性体通过其弹力压向覆陶瓷金属基板，将覆陶瓷金属基板压向散热器一侧，确保功率模块与散热片之间能达到长期紧密接触，将半导体芯片上的热量通过覆陶瓷金属基板传至散热器，能达到持续稳定的传热效果，提高散热效率。本发明将螺栓连接在散热器上，在外壳与散热器连接的同时，通过外壳向弹性体施加压力，故能将螺栓连接应力通过弹性体而被转移至覆陶瓷金属基板上，使外壳与覆陶瓷金属基板弹性连接，比传统的采用固定连接方式更具有柔软性，能大大减小功率模块的热应力和机械应力。本发明通过螺栓压板将驱动电路板、外壳以及覆陶瓷金属基板一次安装在散热器上，外壳顶部支承驱动电路板，既保证了支承强度，又方便将功率模块与驱动电路板结合在一起，大大提高了功率模块的集成度,减少装配工艺，同时也能通过减少焊接层来达到提高散热效果以及减小热失效的风险，尤其这种连接方式缩短了功率模块的电信号传输路径，从而使功率模块自身及驱动器回路的寄生参数也大大缩小。本发明通过螺栓将功率模块与散热器、驱动电路板连接在一起，组装简单，即保障电器性能完整又能节省成本，简化功率半导体模块的生产装配和终端客户的使用。

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是本发明功率模块的封装结构的立体结构示意图。

图2是本发明功率模块的封装结构的正视结构示意图。

图3是图2的A-A剖视结构示意图。

图4是图2的B-B的剖视结构示意图。

其中：1—压盖，2—螺栓，3—驱动电路板，4—外壳，4-1—弹簧座，4-2—纵筋板，5—散热器，6—覆陶瓷金属基板，7—弹性体，8—信号端子。

具体实施方式

见图1～4所示，本发明的功率模块的封装结构，包括外壳4、散热器5以及驱动电路板3和连接有半导体芯片的覆陶瓷金属基板6。本发明的覆陶瓷金属基板6通过导热胶固定在散热器5顶面，设置在散热器5上部的外壳4罩在覆陶瓷金属基板6上，覆陶瓷金属基板6上与至少两个电极和多个信号端子8连接，各电极设置在外壳4上，通过电极与外部电路实现电路的输入/输出，而驱动电路板3设置在外壳顶面，通过各信号端子8与驱动电路板3连接，实现各信号的传输。

见图1～4所示，本发明的压盖1设置在驱动电路板3的顶部，该压盖1可采用绝缘制成，为提高压盖1的机械强度，本发明的压盖1由外部的绝缘体和嵌接在绝缘体内的金属板构成，至少一个螺栓2穿过压盖1、驱动电路板3以及外壳4和覆陶瓷金属基板6并旋接在散热器5的螺纹孔内，通过螺栓2将压盖1、驱动电路板3以及外壳4和覆陶瓷金属基板6一次性安装在散热器5上，简化安装结构，提高装配效率。本发明的螺栓2见图1～4所示采用一个并安装在外壳的中部，也可安装在外壳的侧部，其数量可根据功率模块的大小设定。

见图3、4所示，本发明至少一个弹性体7设置在外壳4内，弹性体7的一端顶在外壳4上、另一端顶在覆陶瓷金属基板6上，当螺栓2将外壳4安装在散热器5上时，通过外壳4向弹性体7施加向下的压力，弹性体7通过自身的弹力将覆陶瓷金属基板6压向散热器5，使覆陶瓷金属基板6能长期与散热器5紧密贴合，而保持良好的传热传质，使功率模块保持较好的散热效果。

见图3、4所示，本发明外壳4内设有相连接的至少一个纵筋板4-2或/和至少一个横筋板，通过纵筋板4-2或/和横筋板以增加外壳4的强度，同时也减轻了外壳4的重量。见图3、4所示，本发明在外壳4的纵筋板4-2或/和横筋板上设有内凹的弹簧座4-1，本发明的弹性体7为弹簧片，至少一个弹簧片安装在纵筋板4-2或/和横筋板的弹簧座4-1内，弹簧片的一端顶在弹簧座4-1上、另一端顶在覆陶瓷金属基板6上，本发明的弹簧片可采用两个，并沿外壳4的纵向中心轴线或横向中心轴线对称设置，通过两个弹簧片向覆陶瓷金属基板6提供一个均匀的压力，使覆陶瓷金属基板6能长期与散热器5紧密贴合。

本发明的外壳4内壁上设有至少一个内凹的弹簧座，而弹性体7为圈形的弹簧，至少一个弹簧设置在弹簧座内，弹簧的一端顶在外壳4的内壁上、另一端顶在覆陶瓷金属基板6上，本发明可采用多个弹簧，并沿外壳4的纵向中心轴线或横向中心轴线对称设置，同样通过多个弹簧向覆陶瓷金属基板6提供一个均匀的压力，使覆陶瓷金属基板6能长期与散热器5紧密贴合。

见图3、4所示，本发明外壳4的左右两侧边的底部设有内止口，或外壳4前后两侧边的底部设有内止口，覆陶瓷金属基板6的左右两端面或前后两端面与外壳4的对应的内止口相接，方便外壳4安装。

Claims (5)

1.一种功率模块的封装结构，包括外壳（4）、散热器(5）以及驱动电路板(3)和连接有半导体芯片的覆陶瓷金属基板(6)，其特征在于：所述的覆陶瓷金属基板(6)通过导热胶固定在散热器(5）顶面，设置在散热器(5）上部的外壳（4）罩在覆陶瓷金属基板(6)上，驱动电路板(3)设置在外壳（4）顶面，压盖(1)设置在驱动电路板(3)的顶部，至少一个螺栓(2)穿过压盖(1)、驱动电路板(3)以及外壳（4）覆陶瓷金属基板（6）并旋接在散热器(5）的螺纹孔内，至少一个弹性体(7)设置在外壳（4）内，弹性体(7)的一端顶在外壳（4）上、另一端顶在覆陶瓷金属基板(6)上。

2.根据权利要求1所述的功率模块的封装结构，其特征在于：所述的外壳（4）内设有相连接的至少一个纵筋板（4-2）或/和至少一个横筋板。

3.根据权利要求2所述的功率模块的封装结构，其特征在于：所述的纵筋板（4-2）或/和横筋板上设有内凹的弹簧座（4-1），所述的弹性体(7)为弹簧片，至少一个弹簧片安装在纵筋板（4-2）或/和横筋板的弹簧座（4-1）内，弹簧片的一端顶在弹簧座（4-1）上、另一端顶在覆陶瓷金属基板(6)上。

4.根据权利要求1所述的功率模块的封装结构，其特征在于：所述的外壳（4）的内壁上设有至少一个内凹的弹簧座，所述的弹性体(7)为圈形的弹簧，弹簧设置在弹簧座内，各弹簧的一端顶在外壳（4）的内壁上、另一端顶在覆陶瓷金属基板(6)上。

5.根据权利要求1所述的功率模块的封装结构，其特征在于：所述外壳（4）的左右两侧边的底部设有内止口，或外壳（4）前后两侧边的底部设有内止口，覆陶瓷金属基板(6)的左右两端面或前后两端面与外壳（4）的对应的内止口相接。