CN105655306A - 一种集成在散热基板上的双面焊接单面散热功率模块 - Google Patents

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Abstract

一种集成在散热基板上的双面焊接单面散热功率模块，它主要包括散热基板、绝缘基板、绝缘栅双极型晶体管以及二极管的芯片部分、硅凝胶、功率端子、铜片、信号端子、塑料外壳、铝线；绝缘栅双极型晶体管以及二极管的芯片部分一面通过软铅焊焊接在绝缘基板导电铜层上；另一面各绝缘栅双极型晶体管以及二极管的芯片部分之间、各绝缘栅双极型晶体管以及二极管的芯片部分与绝缘基板相应的导电层之间分别通过铜片以及软钎焊焊接工艺实现电气连接；各绝缘栅双极型晶体管芯片部分的信号端与注塑在塑料外壳中的信号端子通过铝线键合来实现电气连接；功率端子通过超声波焊接在绝缘基板导电铜层上；绝缘基板通过软钎焊直接焊接或集成在散热基板上。

Description

一种集成在散热基板上的双面焊接单面散热功率模块
技术领域
本发明涉及的是一种集成在散热基板上的双面焊接单面散热功率模块，属于电力电子学领域的功率模块设计、封装和应用。
背景技术
目前绝缘栅双极型晶体管（IGBT）功率模块在新能源汽车领域的应用越来越广泛，对功率模块提出了高集成度、大功率密度等要求，这就要求功率模块在结构和电路的高可靠性，诸如芯片的抗热冲击能力以及模块的整体热阻均需得到进一步改善。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种结构简单、可靠，有利于功率模块热阻和芯片结温的降低，有利于提高功率模块电气连接可靠性的集成在散热基板上的双面焊接单面散热功率模块。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，一种集成在散热基板上的双面焊接单面散热功率模块，它主要包括散热基板、绝缘基板、绝缘栅双极型晶体管以及二极管的芯片部分、硅凝胶、功率端子、铜片、信号端子、塑料外壳、铝线；绝缘栅双极型晶体管以及二极管的芯片部分一面通过软铅焊焊接在绝缘基板导电铜层上；另一面各绝缘栅双极型晶体管以及二极管的芯片部分之间、各绝缘栅双极型晶体管以及二极管的芯片部分与绝缘基板相应的导电层之间分别通过铜片以及软钎焊焊接工艺实现电气连接；各绝缘栅双极型晶体管芯片部分的信号端与注塑在塑料外壳中的信号端子通过铝线键合来实现电气连接；功率端子通过超声波焊接在绝缘基板导电铜层上；绝缘基板通过软钎焊直接焊接或集成在散热基板上；塑料外壳和绝缘基板通过密封胶粘接，同时塑料外壳配合螺丝连接于散热基板；绝缘栅双极型晶体管以及二极管的芯片部分、绝缘基板、功率端子、铜片、信号端子、铝线各自覆盖有绝缘硅凝胶以提高各元件之间的耐压。
作为优选：所述的绝缘栅双极型晶体管以及二极管的芯片部分和绝缘基板（DBC）通过焊接方式连接，此焊接采用Snpb、SnAg、SnAgCu和PbSnAg中含Sn焊接材料之一，焊接最高温度控制在100—400℃之间；
所述的绝缘栅双极型晶体管以及二极管的芯片部分表层电镀有铜或银可焊接金属材料层。
所述的铜片采用纯铜或铜合金材料，它通过焊接方式连接于绝缘栅双极型晶体管以及二极管的芯片部分和绝缘基板之间；此焊接采用Snpb、SnAg,、SnAgCu和PbSnAg中含Sn焊接材料之一，焊接最高温度控制在100°到400°之间；
所述的功率端子和信号端子采用纯铜或者铜合金材料制成，表层裸铜或者电镀金、镍或锡可焊接金属材料；所述功率端子通过超声波焊焊接于绝缘基板导电铜层上。
作为优选：所述的绝缘基板分上、中、下三层结构层，上下结构层采用纯铜材料，中层结构层采用陶瓷材料；绝缘基板通过焊接方式连接于散热基板上，此焊接采用Snpb、SnAg、SnAgCu和PbSnAg中含Sn焊接材料之一，焊接最高温度控制在100—400℃之间。
作为优选：所述的铝线采用纯铝或铝合金材料制成，它通过超声波焊接方式被键合连接于绝缘栅双极型晶体管以及二极管的芯片部分信号端区域、绝缘基板导电铜层和信号端子之间；
所述的塑料外壳采用PBT、PPS和尼龙耐高温和绝缘性能良好的塑料制成。
作为优选：所述的散热基板采用纯铝或铝合金材料制成，其上表面中间区域设置有表面镀镍的焊接区域凸起，有利于绝缘基板和散热基板焊接；所述散热基板的下表面带散热针，并以一定距离交错排布，有利于在风冷或者水冷环境下增强流体湍流强度，带走更多热量。
作为优选：所述的功率端子和信号端子局部被注塑外壳注塑包裹；所述的功率端子分布于模块的两边，信号端子分布于模块四条注塑边上。
本发明的优点是：通过铜片的软钎焊焊接实现绝缘栅双极型晶体管以及二极管的芯片部分、绝缘基板之间电气连接的方式，相较于传统工艺铝线键合的方式，增大了电气连接的接触面，有利于提高功率模块电气连接的可靠性，且铜片大热容的存在有利于抵抗绝缘栅双极型晶体管以及二极管的芯片部分的瞬态热冲击，减小芯片结温波动；通过将绝缘基板直接焊接于散热基板上的方法实现了功率模块与散热基板的集成，有利于功率模块热阻和芯片结温的降低，制造高可靠、高集成度、大功率密度绝缘栅双极型晶体管模块。
附图说明
图1为新型绝缘栅双极型晶体管模块电路结构示意图。
图2为新型绝缘栅双极型晶体管模块结构示意图。
图3是图2的A-A剖视结构示意图。
图4是图3中A部放大示意图。
图5是本发明所述散热基板的正面结构示意图。
图6是图5中B部放大示意图。
图7是本发明所述散热基板的侧视结构示意图。
图8是图7中C部放大示意图。
具体实施方式：
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。图1-8所示，本发明一种集成在散热基板上的双面焊接单面散热功率模块，它主要包括散热基板1、绝缘基板（DBC）2、绝缘栅双极型晶体管以及二极管的芯片部分3、硅凝胶4、功率端子5、铜片6、信号端子7、塑料外壳8、铝线9；绝缘栅双极型晶体管以及二极管的芯片部分3一面通过软铅焊焊接在绝缘基板（DBC）2导电铜层上；另一面各绝缘栅双极型晶体管以及二极管的芯片部分3之间、各绝缘栅双极型晶体管以及二极管的芯片部分3与绝缘基板（DBC）2相应的导电层之间分别通过铜片6以及软钎焊焊接工艺实现电气连接；各绝缘栅双极型晶体管芯片部分3的信号端与注塑在塑料外壳8中的信号端子7通过铝线9键合来实现电气连接；功率端子5通过超声波焊接在绝缘基板（DBC）2导电铜层上；绝缘基板（DBC）2通过软钎焊直接焊接或集成在散热基板1上；塑料外壳8和绝缘基板（DBC）2通过密封胶粘接，同时塑料外壳8配合螺丝连接于散热基板1；绝缘栅双极型晶体管以及二极管的芯片部分3、绝缘基板（DBC）2、功率端子5、铜片6、信号端子7、铝线9各自覆盖有绝缘硅凝胶4以提高各元件之间的耐压。
图中所示，所述的绝缘栅双极型晶体管以及二极管的芯片部分3和绝缘基板（DBC）2通过焊接方式连接，此焊接采用Snpb、SnAg、SnAgCu和PbSnAg中含Sn焊接材料之一，焊接最高温度控制在100—400℃之间；
所述的绝缘栅双极型晶体管以及二极管的芯片部分3表层电镀有铜或银可焊接金属材料层。
所述的铜片6采用纯铜或铜合金材料，它通过焊接方式连接于绝缘栅双极型晶体管以及二极管的芯片部分3和绝缘基板（DBC）2之间；此焊接采用Snpb、SnAg,、SnAgCu和PbSnAg中含Sn焊接材料之一，焊接最高温度控制在100°到400°之间；
所述的功率端子5和信号端子7采用纯铜或者铜合金材料制成，表层裸铜或者电镀金、镍或锡可焊接金属材料；所述功率端子5通过超声波焊焊接于绝缘基板（DBC）2导电铜层上。
本发明所述的绝缘基板（DBC）2分上、中、下三层结构层，上下结构层采用纯铜材料，中层结构层采用陶瓷材料；绝缘基板（DBC）2通过焊接方式连接于散热基板1上，此焊接采用Snpb、SnAg、SnAgCu和PbSnAg中含Sn焊接材料之一，焊接最高温度控制在100—400℃之间。
本发明所述的铝线9采用纯铝或铝合金材料制成，它通过超声波焊接方式被键合连接于绝缘栅双极型晶体管以及二极管的芯片部分3信号端区域、绝缘基板（DBC）2导电铜层和信号端子7之间；
所述的塑料外壳8采用PBT、PPS和尼龙耐高温和绝缘性能良好的塑料制成。
本发明所述的散热基板1采用纯铝或铝合金材料制成，其上表面中间区域设置有表面镀镍的焊接区域凸起，有利于绝缘基板（DBC）2和散热基板1焊接；所述散热基板1的下表面带散热针，并以一定距离交错排布，有利于在风冷或者水冷环境下增强流体湍流强度，带走更多热量。
本发明所述的功率端子5和信号端子7局部被注塑外壳8注塑包裹；所述的功率端子分布于模块的两边，信号端子分布于模块四条注塑边上。

Claims (6)

1.一种集成在散热基板上的双面焊接单面散热功率模块，它主要包括散热基板（1）、绝缘基板（2）、绝缘栅双极型晶体管以及二极管的芯片部分（3）、硅凝胶（4）、功率端子（5）、铜片（6）、信号端子（7）、塑料外壳（8）、铝线（9）；绝缘栅双极型晶体管以及二极管的芯片部分（3）一面通过软铅焊焊接在绝缘基板（2）导电铜层上；另一面各绝缘栅双极型晶体管以及二极管的芯片部分（3）之间、各绝缘栅双极型晶体管以及二极管的芯片部分（3）与绝缘基板（2）相应的导电层之间分别通过铜片（6）以及软钎焊焊接工艺实现电气连接；各绝缘栅双极型晶体管芯片部分（3）的信号端与注塑在塑料外壳（8）中的信号端子（7）通过铝线（9）键合来实现电气连接；功率端子（5）通过超声波焊接在绝缘基板（2）导电铜层上；绝缘基板（2）通过软钎焊直接焊接或集成在散热基板（1）上；塑料外壳（8）和绝缘基板（2）通过密封胶粘接，同时塑料外壳（8）配合螺丝连接于散热基板（1）；绝缘栅双极型晶体管以及二极管的芯片部分（3）、绝缘基板（2）、功率端子（5）、铜片（6）、信号端子（7）、铝线（9）各自覆盖有绝缘硅凝胶（4）以提高各元件之间的耐压。
2.根据权利要求1所述的集成在散热基板上的双面焊接单面散热功率模块，其特征在于所述的绝缘栅双极型晶体管以及二极管的芯片部分（3）和绝缘基板（2）通过焊接方式连接，此焊接采用Snpb、SnAg、SnAgCu和PbSnAg中含Sn焊接材料之一，焊接最高温度控制在100—400℃之间；
所述的绝缘栅双极型晶体管以及二极管的芯片部分（3）表层电镀有铜或银可焊接金属材料层；
所述的铜片（6）采用纯铜或铜合金材料，它通过焊接方式连接于绝缘栅双极型晶体管以及二极管的芯片部分（3）和绝缘基板（2）之间；此焊接采用Snpb、SnAg,、SnAgCu和PbSnAg中含Sn焊接材料之一，焊接最高温度控制在100°到400°之间；
所述的功率端子（5）和信号端子（7）采用纯铜或者铜合金材料制成，表层裸铜或者电镀金、镍或锡可焊接金属材料；所述功率端子（5）通过超声波焊焊接于绝缘基板（2）导电铜层上。
3.根据权利要求1或2所述的集成在散热基板上的双面焊接单面散热功率模块，其特征在于所述的绝缘基板（2）分上、中、下三层结构层，上下结构层采用纯铜材料，中层结构层采用陶瓷材料；绝缘基板（2）通过焊接方式连接于散热基板（1）上，此焊接采用Snpb、SnAg、SnAgCu和PbSnAg中含Sn焊接材料之一，焊接最高温度控制在100—400℃之间。
4.根据权利要求1所述的集成在散热基板上的双面焊接单面散热功率模块，其特征在于所述的铝线（9）采用纯铝或铝合金材料制成，它通过超声波焊接方式被键合连接于绝缘栅双极型晶体管以及二极管的芯片部分（3）信号端区域、绝缘基板（2）导电铜层和信号端子（7）之间；
所述的塑料外壳（8）采用PBT、PPS和尼龙耐高温和绝缘性能良好的塑料制成。
5.根据权利要求3所述的集成在散热基板上的双面焊接单面散热功率模块，其特征在于所述的散热基板（1）采用纯铝或铝合金材料制成，其上表面中间区域设置有表面镀镍的焊接区域凸起，有利于绝缘基板（2）和散热基板（1）焊接；所述散热基板（1）的下表面带散热针，并以一定距离交错排布，有利于在风冷或者水冷环境下增强流体湍流强度，带走更多热量。
6.根据权利要求1或2所述的集成在散热基板上的双面焊接单面散热功率模块，其特征在于所述的功率端子（5）和信号端子（7）局部被注塑外壳（8）注塑包裹；所述的功率端子分布于模块的两边，信号端子分布于模块四条注塑边上。
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