CN108649022A - 一种宽禁带半导体碳化硅功率模块高温封装结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种宽禁带半导体碳化硅功率模块高温封装结构，涉及碳化硅功率模块封装技术领域，包括碳化硅功率器件和连接各碳化硅功率器件的排线组，还包括隔离衬板，碳化硅功率器件穿设在隔离衬板上，且每两个碳化硅功率器件为一组，每组两碳化硅功率器件的接线通道相对设置，隔离板外设有扣合碳化硅功率器件的壳体，壳体包括分别设于隔离板两侧的上壳体和下壳体。本发明通过预制壳体对碳化硅功率器件进行定位，使并联的碳化硅功率器件整体更稳定，机械强度更高。

Description

一种宽禁带半导体碳化硅功率模块高温封装结构
技术领域
本发明涉及碳化硅功率模块封装技术领域，特别是涉及一种宽禁带半导体碳化硅功率模块高温封装结构。
背景技术
功率半导体器件广泛应用于计算机、网络通信、消费电子、工业控制、汽车电子、机车牵引、钢铁冶炼、大功率电源、电力系统等领域，除了保证这些设备的正常运行以外，功率器件还能起到有效的节能作用，在发展低碳经济、节能减排、控制气候变暖等方面不可或缺。
传统的硅基功率器件受制于硅材料所固有的物理属性的限制，在高频高功率应用领域已经遇到了难以克服的困难。在这种情况下，基于碳化硅的功率器件脱颖而出，凭借碳化硅材料击穿电场强度高、热稳定性好、载流子饱和漂移速度高和热导率高等特点，可大幅降低逆变器及变频器等电力转换类器件的能量损失和体积重量。可以预见，碳化硅功率器件将在未来能源系统中扮演越来越重要的角色。自从碳化硅功率肖特基二极管问世以来，围绕碳化硅功率器件的开发和应用日趋活跃，高品质、大直径的碳化硅衬底和大幅改善的元件接连亮相，并成功应用于开关模式电源、燃料电动车逆变器、空调变频器和太阳能发电系统等领域。
为了使碳化硅功率器件能在大电流条件下工作，必须将多个碳化硅芯片并联封装。碳化硅功率器件的工作温度可达600℃，远高于硅功率器件的150℃。碳化硅功率器件的高温工作能力不仅使其在实际应用中充分发挥高频高功率的优势，而且降低了对系统热预算的要求。但是，传统的并联封装技术采用焊接合金把器件的一个端面贴合在衬板上，另外的端面与铝线或金线键合在一起。这种方法在大功率、高温工作条件下缺乏可靠性，且不具备足够的机械强度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种宽禁带半导体碳化硅功率模块高温封装结构，通过预制壳体对碳化硅功率器件进行定位，使并联的碳化硅功率器件整体更稳定，机械强度更高。
为了解决以上技术问题，本发明提供一种宽禁带半导体碳化硅功率模块高温封装结构，包括碳化硅功率器件和连接各碳化硅功率器件的排线组，还包括隔离衬板，碳化硅功率器件穿设在隔离衬板上，且每两个碳化硅功率器件为一组，每组两碳化硅功率器件的接线通道相对设置，隔离板外设有扣合碳化硅功率器件的壳体，壳体包括分别设于隔离板两侧的上壳体和下壳体。
本发明进一步限定的技术方案是：
进一步地，碳化硅功率器件包括芯片外壳和内置芯片，芯片外壳上设有接线孔，接线孔正对内置芯片，芯片外壳上设有接线通道，接线通道连通接线孔。
前所述的一种宽禁带半导体碳化硅功率模块高温封装结构，接线孔内设有压环，排线组上的排线通过接线通道插入压环与内置芯片之间。
前所述的一种宽禁带半导体碳化硅功率模块高温封装结构，压环上放设有弹性件，弹性件伸出接线孔。
前所述的一种宽禁带半导体碳化硅功率模块高温封装结构，芯片外壳侧面伸出有定位耳，隔离衬板上设有供定位耳嵌入的定位卡槽。
前所述的一种宽禁带半导体碳化硅功率模块高温封装结构，定位卡槽上伸出有定位柱，定位耳上设有供定位柱通过的定位孔。
前所述的一种宽禁带半导体碳化硅功率模块高温封装结构，隔离衬板朝向壳体伸出有螺柱，上壳体与下壳体均设有供螺柱通过的通孔。
前所述的一种宽禁带半导体碳化硅功率模块高温封装结构，上壳体与下壳体上均设有恰好容纳碳化硅功率器件的嵌槽，当上壳体通过螺柱紧固在隔离衬板上时，弹性件分别抵触压环与嵌槽的槽底，且弹性件处于压缩状态。
前所述的一种宽禁带半导体碳化硅功率模块高温封装结构，壳体为环氧树脂通过模具预制而成。
前所述的一种宽禁带半导体碳化硅功率模块高温封装结构，环氧树脂内添加有邻苯二甲酸二丁酯或邻苯二甲酸二辛酯，且环氧树脂与邻苯二甲酸二丁酯的比例为1:0.05～1：0.03，环氧树脂与邻苯二甲酸二辛酯的比例为1：0.05～1：0.02。
本发明的有益效果是：
（1）本发明碳化硅功率器件先通过隔离衬板上的安装孔进行限位，再通过定位耳和定位卡槽相互配合定位，使得碳化硅功率器件严格按照预先设定好的位置，相邻碳化硅功率器件之间保持一定的距离；采用环氧树脂预制的壳体，对碳化硅功率器件进行最后定位，并且通过弹性件和压环将排线压紧，保持线路有效连通；
（2）本发明每对碳化硅功率器件相对设置，方便排线组的穿设和排线的布局；壳体采用螺柱和螺母的配合方式紧固，使弹性件可以被更好的压缩，直到碳化硅功率器件的两端均贴合嵌槽；
（3）本发明采用环氧树脂预制的壳体，因环氧树脂为热固性材料，所以具有良好的耐高温性能，可以支持碳化硅功率器件的正常工作；并且环氧树脂在倒入模具中定型前混入邻苯二甲酸二丁酯或邻苯二甲酸二辛酯可以提高壳体的抗压极限，配合弹性件可以更好的提高整个封装结构的机械强度。
附图说明
图1为本发明结构的爆炸示意图；
图2为表示隔离衬板结构的示意图；
图3为表示碳化硅功率器件结构的示意图；
其中：1、碳化硅功率器件；11、芯片外壳；12、压环；13、弹性件；14、定位耳；15、定位孔；16、接线孔；17、接线通道；2、隔离衬板；21、安装孔；22、定位卡槽；23、定位柱；24、螺柱；3、壳体；31、上壳体；32、下壳体；33、通孔；34、嵌槽；4、排线组。
具体实施方式
本实施例提供的一种宽禁带半导体碳化硅功率模块高温封装结构，结构如图1-3所示。
该宽禁带半导体碳化硅功率模块高温封装结构，包括碳化硅功率器件1和连接各碳化硅功率器件1的排线组4，还包括隔离衬板2，碳化硅功率器件1穿设在隔离衬板2上，且每两个碳化硅功率器件1为一组，每组两碳化硅功率器件1的接线通道17相对设置，隔离板外设有扣合碳化硅功率器件1的壳体3，壳体3包括分别设于隔离板两侧的上壳体313和下壳体323。
碳化硅功率器件1包括芯片外壳11和内置芯片，芯片外壳11上设有接线孔16，接线孔16正对内置芯片，芯片外壳11上设有接线通道17，接线通道17连通接线孔16。接线孔16内设有压环12，排线组4上的排线通过接线通道17插入压环12与内置芯片之间。
压环12上放设有弹性件13，弹性件13伸出接线孔16。芯片外壳11侧面伸出有定位耳14，隔离衬板2上设有供定位耳14嵌入的定位卡槽22。定位卡槽22上伸出有定位柱23，定位耳14上设有供定位柱23通过的定位孔15。隔离衬板2朝向壳体3伸出有螺柱24，上壳体313与下壳体323均设有供螺柱24通过的通孔33。
上壳体313与下壳体323上均设有恰好容纳碳化硅功率器件1的嵌槽34，当上壳体313通过螺柱24紧固在隔离衬板2上时，弹性件13分别抵触压环12与嵌槽34的槽底，且弹性件13处于压缩状态。壳体3为环氧树脂通过模具预制而成。环氧树脂内添加有邻苯二甲酸二丁酯或邻苯二甲酸二辛酯，且环氧树脂与邻苯二甲酸二丁酯的比例为1:0.05～1：0.03，环氧树脂与邻苯二甲酸二辛酯的比例为1：0.05～1：0.02。
本发明碳化硅功率器件1先通过隔离衬板2上的安装孔21进行限位，再通过定位耳14和定位卡槽22相互配合定位，使得碳化硅功率器件1严格按照预先设定好的位置，相邻碳化硅功率器件1之间保持一定的距离。采用环氧树脂预制的壳体3，对碳化硅功率器件1进行最后定位，并且通过弹性件13和压环12将排线压紧，保持线路有效连通。
本发明每对碳化硅功率器件1相对设置，方便排线组4的穿设和排线的布局。壳体3采用螺柱24和螺母的配合方式紧固，使弹性件13可以被更好的压缩，直到碳化硅功率器件1的两端均贴合嵌槽34。
本发明采用环氧树脂预制的壳体3，因环氧树脂为热固性材料，所以具有良好的耐高温性能，可以支持碳化硅功率器件1的正常工作。并且环氧树脂在倒入模具中定型前混入邻苯二甲酸二丁酯或邻苯二甲酸二辛酯可以提高壳体3的抗压极限，配合弹性件13可以更好的提高整个封装结构的机械强度。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种宽禁带半导体碳化硅功率模块高温封装结构，包括碳化硅功率器件（1）和连接各所述碳化硅功率器件（1）的排线组（4），其特征在于：还包括隔离衬板（2），所述碳化硅功率器件（1）穿设在所述隔离衬板（2）上，且每两个所述碳化硅功率器件（1）为一组，每组两所述碳化硅功率器件（1）的接线通道（17）相对设置，所述隔离板（2）外设有扣合所述碳化硅功率器件（1）的壳体（3），所述壳体（3）包括分别设于所述隔离板（2）两侧的上壳体（31）和下壳体（32）。
2.根据权利要求1所述的一种宽禁带半导体碳化硅功率模块高温封装结构，其特征在于：所述碳化硅功率器件（1）包括芯片外壳（11）和内置芯片，所述芯片外壳（11）上设有接线孔（16），所述接线孔（16）正对所述内置芯片，所述芯片外壳（11）上设有接线通道（17），所述接线通道（17）连通所述接线孔（16）。
3.根据权利要求2所述的一种宽禁带半导体碳化硅功率模块高温封装结构，其特征在于：所述接线孔（16）内设有压环（12），所述排线组（4）上的排线通过所述接线通道（17）插入所述压环（12）与所述内置芯片之间。
4.根据权利要求3所述的一种宽禁带半导体碳化硅功率模块高温封装结构，其特征在于：所述压环（12）上放设有弹性件（13），所述弹性件（13）伸出所述接线孔（16）。
5.根据权利要求4所述的一种宽禁带半导体碳化硅功率模块高温封装结构，其特征在于：所述芯片外壳（11）侧面伸出有定位耳（14），所述隔离衬板（2）上设有供所述定位耳（14）嵌入的定位卡槽（22）。
6.根据权利要求5所述的一种宽禁带半导体碳化硅功率模块高温封装结构，其特征在于：所述定位卡槽（22）上伸出有定位柱（23），所述定位耳（14）上设有供所述定位柱（23）通过的定位孔（15）。
7.根据权利要求6所述的一种宽禁带半导体碳化硅功率模块高温封装结构，其特征在于：所述隔离衬板（2）朝向所述壳体（3）伸出有螺柱（24），所述上壳体（31）与所述下壳体（32）均设有供所述螺柱（24）通过的通孔（33）。
8.根据权利要求7所述的一种宽禁带半导体碳化硅功率模块高温封装结构，其特征在于：所述上壳体（31）与所述下壳体（32）上均设有恰好容纳所述碳化硅功率器件（1）的嵌槽（34），当所述上壳体（31）通过螺柱（24）紧固在所述隔离衬板（2）上时，所述弹性件（13）分别抵触压环（12）与所述嵌槽（34）的槽底，且所述弹性件（13）处于压缩状态。
9.根据权利要求1所述的一种宽禁带半导体碳化硅功率模块高温封装结构，其特征在于：所述壳体（3）为环氧树脂通过模具预制而成。
10.根据权利要求9所述的一种宽禁带半导体碳化硅功率模块高温封装结构，其特征在于：所述环氧树脂内添加有邻苯二甲酸二丁酯或邻苯二甲酸二辛酯，且所述环氧树脂与所述邻苯二甲酸二丁酯的比例为1:0.05～1：0.03，所述环氧树脂与所述邻苯二甲酸二辛酯的比例为1：0.05～1：0.02。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102130021A (zh) * 2011-01-04 2011-07-20 株洲南车时代电气股份有限公司 碳化硅功率模块的封装方法及碳化硅功率模块
US20110266665A1 (en) * 2010-04-30 2011-11-03 General Electric Company Press-pack module with power overlay interconnection
CN104392936A (zh) * 2014-10-01 2015-03-04 河北华整实业有限公司 全压接式igbt芯片定位装置体

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110266665A1 (en) * 2010-04-30 2011-11-03 General Electric Company Press-pack module with power overlay interconnection
CN102130021A (zh) * 2011-01-04 2011-07-20 株洲南车时代电气股份有限公司 碳化硅功率模块的封装方法及碳化硅功率模块
CN104392936A (zh) * 2014-10-01 2015-03-04 河北华整实业有限公司 全压接式igbt芯片定位装置体

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