CN108010892A - 一种功率半导体模块焊接装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种功率半导体模块焊接装置，包括：基板组件、固定平板、弹性压接件和功率端子，基板组件包括底板，以及布置在底板上的绝缘件，绝缘件上布置有半导体芯片和焊接部。固定平板通过弹性压接件固定在基板组件上，固定平板和基板组件之间形成有容纳功率端子的空间。功率端子穿过固定平板，并抵接于固定平板的上底面下方，功率端子末端的引脚部在固定平板的定位作用下与焊接部相接触，通过弹性压接件实现功率端子在固定和焊接过程中的压力调节。本发明能够解决现有功率半导体模块封装工艺中功率端子焊接工装复杂，焊接应力难以释放导致焊接质量不高及焊接装置难以扩展使用的技术问题。

Description

一种功率半导体模块焊接装置

技术领域

本发明涉及电力电子器件制造领域，尤其是涉及一种应用于功率半导体模块的具有压力调节功能的焊接装置。

背景技术

目前，功率半导体模块，如IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，即绝缘栅双极型晶体管）模块，其封装过程通常涉及多次焊接。而功率端子与基板组件的焊接通常是最后一次焊接，也是整个封装流程中最为关键的一道工序，因为其焊接质量直接关系到模块的使用寿命与可靠性。目前，先进的功率半导体模块封装工艺虽然可以实现少量功率端子与基板组件的准确定位及焊接操作，但是随着功率密度的大幅提高，大功率半导体模块面临高集成度的设计需求。以传统IGBT模块为例，其电压等级越高通常对应的电流输出越小，若采用高压IGB T模块实现大功率大电流输出，则在同等条件下需要采用更多的半导体芯片和更紧凑的功率互连方式，因此功率端子个数很可能随着增多。此时，原有针对少数功率端子与基板组件焊接的装置就面临协调定位的技术问题，任何位置的定位欠佳都容易引发焊接应力的产生及其传递，使焊接质量降低，也使焊接装置丧失使用的扩展性。

在现有技术中最接近的技术方案为：由株洲南车时代电气股份有限公司于2012年02月23日申请，并于2012年07月18日公开，公告号为CN102593111B的中国发明专利《IGBT模块及其制作方法》公开了一种IGBT模块及其制作方法，包括：基板组件；固定在基板组件上的侧框，侧框上设置有多个筋条，筋条中间部位开有母排安放槽；母排定位器，其上开设有母排定位槽与母排安放槽一一对应，穿过母排定位槽安插并固定在母排安放槽内的多组母排。

但是，包括上述发明专利在内的现有技术还存在如下技术缺陷：

（1）焊接工装复杂。针对功率半导体模块的封装，现有较多配套或组合性的夹具用于辅助焊接，其对工装的加工及配合使用要求较高。而为了规避工装拆卸，特别是组合性夹具重复拆装对焊接定位精度及焊接质量带来的影响，现有技术采用一次性工装，焊接之后工装免去拆卸而成为产品的一部分，如此虽能保证焊接过程的一次性焊接质量，但成本较高，且多个相同工装重复加工所引入的误差将影响批量产品焊接质量的稳定性。

（2）焊接应力难以释放，焊接装置难以扩展使用。目前，大功率半导体模块面临高集成度设计需求，更多半导体芯片或更紧凑的功率互连方式造成大量功率端子与基板组件焊接的协调定位问题，进而诱发焊接应力的产生及其传递，使焊接质量存在隐患，也使焊接装置丧失扩展使用性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种功率半导体模块焊接装置，解决现有功率半导体模块封装工艺中功率端子焊接工装复杂，焊接应力难以释放导致焊接质量不高及焊接装置难以扩展使用的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种功率半导体模块焊接装置的技术实现方案，一种功率半导体模块焊接装置，包括：基板组件、固定平板、弹性压接件和功率端子。所述基板组件包括底板，以及布置在所述底板上的绝缘件，所述绝缘件上布置有半导体芯片和焊接部。所述固定平板通过所述弹性压接件固定在所述基板组件上，所述固定平板和基板组件之间形成有容纳所述功率端子的空间。所述功率端子穿过所述固定平板，并抵接于所述固定平板的上底面下方，所述功率端子末端的引脚部在所述固定平板的定位作用下与所述焊接部相接触，通过调节所述弹性压接件实现所述功率端子在固定和焊接过程中的压力调节。

优选的，所述焊接部的位置与所述功率端子布置后所述引脚部的位置一一对应，以保证所述功率端子与所述基板组件焊接之后所述半导体芯片与所述功率端子的电气连通。

优选的，所述固定平板上开设有用于插设所述功率端子的安放槽，所述安放槽同时用于保证所述功率端子的引脚部准确定位于所述焊接部所在的区域。

优选的，在所述安放槽的边沿朝向所述基板组件的方向形成有用于在所述功率端子插设至所述安放槽的过程中起导向和限位作用的导板，所述导板同时用于保持所述功率端子在焊接过程中的稳定性。

优选的，当所述固定平板设置有所述导板时，能通过减薄所述固定平板及所述安放槽的厚度使所述固定平板适应所述功率端子的微量变形，以实现应力的自矫正。

优选的，所述功率端子在抵接于所述固定平板下表面的部位设置有肩部，所述肩部采用圆弧拱形结构，以确保当所述功率半导体模块焊接装置出现局部配合误差或焊接过程中存在微量变形时，所述功率端子的肩部仍能与所述固定平板保持接触。

优选的，所述弹性压接件设置于所述固定平板的周边，所述基板组件上设置有定位部，通过所述弹性压接件与所述定位部的配对连接实现所述功率半导体模块焊接装置的整体固定。

优选的，所述弹性压接件包括连接件，所述连接件通过锁扣或螺纹配合方式与所述定位部相连接。

优选的，所述弹性压接件还包括套设在所述连接件上的弹簧，所述弹簧位于所述连接件的轴肩与所述固定平板之间，所述弹簧在所述连接件与所述基板组件连接后承受一定的预紧力。当焊接过程中所述基板组件发生翘曲变形或所述功率端子发生热胀变形时，通过所述弹簧的弹性调节作用适应该变形，以避免应力的积累和传递。

优选的，所述功率半导体模块焊接装置包括两组以上的安放槽，用于实现所述基板组件与两组以上所述功率端子的一次性焊接。

通过实施上述本发明提供的功率半导体模块焊接装置的技术方案，具有如下有益效果：

（1）本发明功率半导体模块焊接装置结构简单，不涉及复杂的工装或额外使用的工装；

（2）本发明功率半导体模块焊接装置具有压力调节功能，有助于焊接装置自适应焊接引发的变形，从而避免应力的积累及其大面积的传递，进而提高焊接的质量及其批量焊接性能的稳定性；

（3）本发明功率半导体模块焊接装置扩展使用性强，可以一次性焊接多组功率端子，有利于简化基板组件上的功率互连，适用于高功率密度的大功率半导体模块设计与制造。

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的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的实施例。

图1是本发明功率半导体模块焊接装置一种具体实施例的剖面结构示意图；

图2是本发明功率半导体模块焊接装置另一种具体实施例的立体结构示意图；

图3是图2中功率半导体模块焊接装置的局部放大结构示意图；

图中：10-基板组件，1-底板，2-绝缘件，3-半导体芯片，4-焊接部，5-固定平板，5a-上底面，50-安放槽，51-导板，52-弹性压接件，521-连接件，522-弹簧，6-功率端子，61-肩部，62-引脚部，12-定位部。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如附图1至附图3所示，给出了本发明功率半导体模块焊接装置的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如附图1和附图2所示，一种功率半导体模块焊接装置的具体实施实例，包括：基板组件10、固定平板5、弹性压接件52和功率端子6，基板组件10包括底板1，以及布置在底板1上的绝缘件2，绝缘件2上布置有半导体芯片3和焊接部4。固定平板5通过弹性压接件52固定在基板组件10上，固定平板5和基板组件10之间形成有容纳功率端子6的空间。功率端子6穿过固定平板5，并抵接于固定平板5的上底面5a的下方，功率端子6末端的引脚部62在固定平板5的定位作用下安置于基板组件10的焊接部4，通过弹性压接件52实现功率端子6在固定和焊接过程中的压力调节。焊接部4的位置与功率端子6布置后引脚部62的位置一一对应，以保证功率端子6与基板组件10焊接之后半导体芯片3与功率端子6的电气连通。

固定平板5上开设有用于插设功率端子6的安放槽50，安放槽50同时用于保证功率端子6的引脚部62准确定位于焊接部4所在的区域。在安放槽50的边沿朝向基板组件10的方向形成有用于在功率端子6插设至安放槽50的过程中起导向和限位作用的导板51，导板51同时用于在不增加固定平板5厚度或额外工装的条件下保持功率端子6在焊接过程中的稳定性。当固定平板5设置有导板51时，能通过减薄固定平板5及安放槽50的厚度使固定平板5适应功率端子6的微量变形，以实现应力的自矫正。

如附图3所示，功率端子6在抵接于固定平板5下表面的部位形成有肩部61，肩部61采用圆弧拱形结构，以确保当功率半导体模块焊接装置出现局部配合误差或焊接过程中存在微量变形时，功率端子6的肩部61仍能与固定平板5保持接触。当然，在该情形下固定平板5及固定平板5上的安放槽50可以因为导板51的存在而减薄厚度以使固定平板5适应功率端子6的微量变形，从而达到一定的应力自矫正效果。固定平板5的周边设有弹性压接件52，通过弹性压接件52与基板组件10定位部12的配对连接实现焊接装置的整体固定。

弹性压接件52设置于固定平板5的周边，基板组件10上设置有定位部12，通过弹性压接件52与定位部12的配对连接实现功率半导体模块焊接装置的整体固定。弹性压接件52包括连接件521，连接件521通过锁扣或螺纹配合方式与定位部12相连接。弹性压接件52还包括套设在连接件521上的弹簧522，弹簧522位于连接件521的轴肩与固定平板5之间，弹簧522在连接件521与基板组件10连接后承受一定的预紧力。当焊接过程中基板组件10发生翘曲变形或功率端子6发生热胀变形时，通过弹簧522的弹性调节作用将有助于焊接装置一定程度地适应该变形，从而避免应力的积累及其大面积的传递，以提高焊接的质量及其批量焊接性能的稳定性。

作为本发明一种典型的具体实施例，功率半导体模块焊接装置进一步包括两组以上的安放槽50，用于实现基板组件10与两组以上功率端子6的一次性焊接。如附图2所示，具有压力调节功能的功率半导体模块焊接装置可以在如附图1所示的单个功率端子焊接的基础上进行多个单元的复制，实现基板组件与多组功率端子的一次性焊接，尤其适用功率密度大的功率半导体模块的封装焊接，可以通过多组功率端子6将复杂的功率互连工作转移至基板组件10之外的空间内灵活进行。

本发明具体实施例描述的具有压力调节功能的功率半导体模块焊接装置应用于功率半导体模块，如大功率高压IGBT模块的封装焊接，能解决功率半导体模块封装工艺中功率端子焊接工装复杂，焊接应力难以释放导致焊接质量不高及焊接装置难以扩展使用的技术问题。同时，避免了焊接母排过程中外部定位工装的使用，且焊接完后不需要拆卸母排定位器，从而提高焊接质量与效率。本发明提供的具有压力调节功能的功率半导体模块焊接装置具有结构简单、焊接变形及应力可调节释放的特点，广泛适用于功率半导体模块功率端子多或者对焊接质量及其稳定性要求高的场合。

通过实施本发明具体实施例描述的功率半导体模块焊接装置的技术方案，能够产生如下技术效果：

（1）本发明具体实施例描述的功率半导体模块焊接装置结构简单，不涉及复杂的工装或额外使用的工装；

（2）本发明具体实施例描述的功率半导体模块焊接装置具有压力调节功能，有助于焊接装置自适应焊接引发的变形，从而避免应力的积累及其大面积的传递，进而提高焊接的质量及其批量焊接性能的稳定性；

（3）本发明具体实施例描述的功率半导体模块焊接装置扩展使用性强，可以一次性焊接多组功率端子，有利于简化基板组件上的功率互连，适用于高功率密度的大功率半导体模块设计与制造。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。

Claims (10)

1.一种功率半导体模块焊接装置，其特征在于，包括：基板组件（10）、固定平板（5）、弹性压接件（52）和功率端子（6），所述基板组件（10）包括底板（1），以及布置在所述底板（1）上的绝缘件（2），所述绝缘件（2）上布置有半导体芯片（3）和焊接部（4）；所述固定平板（5）通过所述弹性压接件（52）固定在所述基板组件（10）上，所述固定平板（5）和基板组件（10）之间形成有容纳所述功率端子（6）的空间；所述功率端子（6）穿过所述固定平板（5），并抵接于所述固定平板（5）的上底面（5a）下方，所述功率端子（6）末端的引脚部（62）在所述固定平板（5）的定位作用下与所述焊接部（4）相接触，通过调节所述弹性压接件（52）实现所述功率端子（6）在固定和焊接过程中的压力调节。

2.根据权利要求1所述的功率半导体模块焊接装置，其特征在于：所述焊接部（4）的位置与所述功率端子（6）布置后所述引脚部（62）的位置一一对应，以保证所述功率端子（6）与所述基板组件（10）焊接之后所述半导体芯片（3）与所述功率端子（6）的电气连通。

3.根据权利要求2所述的功率半导体模块焊接装置，其特征在于：所述固定平板（5）上开设有用于插设所述功率端子（6）的安放槽（50），所述安放槽（50）同时用于保证所述功率端子（6）的引脚部（62）准确定位于所述焊接部（4）所在的区域。

4.根据权利要求3所述的功率半导体模块焊接装置，其特征在于：在所述安放槽（50）的边沿朝向所述基板组件（10）的方向形成有用于在所述功率端子（6）插设至所述安放槽（50）的过程中起导向和限位作用的导板（51），所述导板（51）同时用于保持所述功率端子（6）在焊接过程中的稳定性。

5.根据权利要求4所述的功率半导体模块焊接装置，其特征在于：当所述固定平板（5）设置有所述导板（51）时，能通过减薄所述固定平板（5）及所述安放槽（50）的厚度使所述固定平板（5）适应所述功率端子（6）的微量变形，以实现应力的自矫正。

6.根据权利要求3、4或5中任一项所述的功率半导体模块焊接装置，其特征在于：所述功率端子（6）在抵接于所述固定平板（5）下表面的部位设置有肩部（61），所述肩部（61）采用圆弧拱形结构，以确保当所述功率半导体模块焊接装置出现局部配合误差或焊接过程中存在微量变形时，所述功率端子（6）的肩部（61）仍能与所述固定平板（5）保持接触。

7.根据权利要求6所述的功率半导体模块焊接装置，其特征在于：所述弹性压接件（52）设置于所述固定平板（5）的周边，所述基板组件（10）上设置有定位部（12），通过所述弹性压接件（52）与所述定位部（12）的配对连接实现所述功率半导体模块焊接装置的整体固定。

8.根据权利要求7中任一项所述的功率半导体模块焊接装置，其特征在于：所述弹性压接件（52）包括连接件（521），所述连接件（521）通过锁扣或螺纹配合方式与所述定位部（12）相连接。

9.根据权利要求8所述的功率半导体模块焊接装置，其特征在于：所述弹性压接件（52）还包括套设在所述连接件（521）上的弹簧（522），所述弹簧（522）位于所述连接件（521）的轴肩与所述固定平板（5）之间，所述弹簧（522）在所述连接件（521）与所述基板组件（10）连接后承受一定的预紧力；当焊接过程中所述基板组件（10）发生翘曲变形或所述功率端子（6）发生热胀变形时，通过所述弹簧（522）的弹性调节作用适应该变形，以避免应力的积累和传递。

10.根据权利要求3、4、5、7、8或9中任一项所述的功率半导体模块焊接装置，其特征在于：所述功率半导体模块焊接装置包括两组以上的安放槽（50），用于实现所述基板组件（10）与两组以上所述功率端子（6）的一次性焊接。