CN108682655B - 一种宽禁带半导体碳化硅功率模块高温封装方法 - Google Patents

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方法，涉及碳化硅功率模块封装技术领域。该一种宽禁带半导体碳化硅功率模块高温封装方法，包括，S1：将环氧树脂材料调制好后，放入模具中定型，脱模后得到壳体；S2：在碳化硅功率器件的外壳上开孔，在孔内放置弹性件；S3：将碳化硅功率器件按照隔离衬板上预留的安装位置逐一对位安装；S4：将上壳体和下壳体向隔离衬板靠拢，壳体扣合后将螺栓拧紧在螺柱上完成封装，弹性件在封装后处于压缩状态。本方案通过预制壳体对碳化硅功率器件进行定位，使外力传递到碳化硅功率器件之前得到一个缓冲，从而更好的保护封装体内的碳化硅功率器件。

Description

一种宽禁带半导体碳化硅功率模块高温封装方法

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方法。

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，现有的封装方法采用浇筑的方式，将碳化硅功率器件连接好之后，整体浇筑封装。这种封装方法，使得碳化硅功率器件与浇筑壳体结合为一体。

导致工作过程中，若收到外力或震荡时，碳化硅功率器件直接承受冲击，容易造成碳化硅功率器件损坏。

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方法，通过预制壳体对碳化硅功率器件进行定位，使外力传递到碳化硅功率器件之前得到一个缓冲，从而更好的保护封装体内的碳化硅功率器件。

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方法，包括，

S1：壳体预制，将环氧树脂材料调制好后，放入模具中定型，脱模后得到壳体，壳体为两片，分别为上壳体和下壳体，两片所属壳体相对的面上预留有用于安放碳化硅功率器件的嵌槽；

S2：芯片外壳处理，在碳化硅功率器件的外壳上开孔，在孔内放置弹性件；

S3：碳化硅功率器件组装，取隔离衬板，将碳化硅功率器件按照隔离衬板上预留的安装位置逐一对位安装；

S4：整体封装，将上壳体和下壳体分别对应隔离衬板隔离衬板的两侧向隔离衬板靠拢，扣合的过程中逐一嵌槽与碳化硅功率器件之间一一对应，壳体扣合后将螺栓拧紧在螺柱上完成封装，壳体扣合过程中，弹性件受到壳体的压力发生形变，并在封装后处于压缩状态。

本发明进一步限定的技术方案是：

S2：孔向碳化硅功率器件内部延伸至内置芯片的接线端成为接线孔，接线孔侧壁开设接线通道，将排线通过接线通道插入接线孔中，然后将弹性件放置在插入接线孔的排线上；

S4：壳体扣合后处于压缩状态的弹簧使排线与碳化硅功率器件紧密连接。

本发明进一步设置为，

S2：放置弹性件之前，先在接线孔内放置压环，压环为绝缘材料制成。

本发明进一步设置为，

S3：将碳化硅功率器件插接到隔离衬板上时，定位耳对准定位卡槽，同时定位孔对准定位柱进行安装。

本发明进一步设置为，

S1：环氧树脂材料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为本发明的方法框图；

图2为本发明的结构的爆炸示意图；

图3为表示隔离衬板结构的示意图；

图4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

其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

实施例1：

一种宽禁带半导体碳化硅功率模块高温封装方法，包括，

S1：壳体3预制，将环氧树脂材料调制好后，放入模具中定型，脱模后得到壳体3，壳体3为两片，分别为上壳体31和下壳体32，两片所属壳体3相对的面上预留有用于安放碳化硅功率器件1的嵌槽34，环氧树脂材料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；

S2：芯片外壳11处理，在碳化硅功率器件1的外壳上开孔，在孔内放置弹性件13，孔向碳化硅功率器件1内部延伸至内置芯片的接线端成为接线孔16，接线孔16侧壁开设接线通道17，将排线通过接线通道17插入接线孔16中，然后将弹性件13放置在插入接线孔16的排线上，放置弹性件13之前，先在接线孔16内放置压环12，压环12为绝缘材料制成；

S3：碳化硅功率器件1组装，取隔离衬板2，将碳化硅功率器件1按照隔离衬板2上预留的安装位置逐一对位安装，将碳化硅功率器件1插接到隔离衬板2上时，定位耳14对准定位卡槽22，同时定位孔15对准定位柱23进行安装；

S4：整体封装，将上壳体31和下壳体32分别对应隔离衬板的两侧向隔离衬板2靠拢，扣合的过程中逐一嵌槽34与碳化硅功率器件1之间一一对应，壳体3扣合后将螺栓拧紧在螺柱24上完成封装，壳体3扣合过程中，弹性件13受到壳体3的压力发生形变，并在封装后处于压缩状态，壳体3扣合后处于压缩状态的弹簧使排线与碳化硅功率器件1紧密连接。

实施例2：

本实施例提供应用实施例1方法的宽禁带半导体碳化硅功率模块高温封装结构，结构如图所示。

该一种宽禁带半导体碳化硅功率模块高温封装方法，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31和下壳体32。

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31与下壳体32均设有供螺柱24通过的通孔33。

上壳体31与下壳体32上均设有恰好容纳碳化硅功率器件1的嵌槽34，当上壳体31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 (5)

1.一种宽禁带半导体碳化硅功率模块高温封装方法，包括如下步骤：

S1：壳体预制，将环氧树脂材料调制好后，放入模具中定型，脱模后得到壳体(3)，壳体(3)为两片，分别为上壳体(31)和下壳体(32)，两片所属壳体(3)相对的面上预留有用于安放碳化硅功率器件(1)的嵌槽(34)；

S2：芯片外壳处理，在碳化硅功率器件(1)的外壳上开孔，在所述孔内放置弹性件(13)；

S3：碳化硅功率器件组装，取隔离衬板(2)，将碳化硅功率器件按照隔离衬板(2)上预留的安装位置逐一对位安装；

S4：整体封装，将上壳体(31)和下壳体(32)分别对应所述隔离衬板(2)的两侧向所述隔离衬板(2)靠拢，扣合的过程中逐一嵌槽(34)与碳化硅功率器件(1)之间一一对应，壳体(3)扣合后将螺栓拧紧在螺柱(24)上完成封装，壳体(3)扣合过程中，所述弹性件(13)受到壳体(3)的压力发生形变，并在封装后处于压缩状态。

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方法，其特征在于：

所述步骤S2中进一步包括：所述孔向所述碳化硅功率器件(1)内部延伸至内置芯片的接线端成为接线孔(16)，所述接线孔(16)侧壁开设接线通道(11)，将排线通过接线通道(11)插入接线孔(16)中，然后将弹性件(13)放置在插入接线孔(16)的排线上；

所述步骤S4中进一步包括：所述壳体(3)扣合后处于压缩状态的弹簧使排线与碳化硅功率器件(1)紧密连接。

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方法，其特征在于：

所述步骤S2中进一步包括：放置弹性件(13)之前，先在接线孔(16)内放置压环(12)，所述压环(12)为绝缘材料制成。

4.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方法，其特征在于：

所述步骤S3中进一步包括：将所述碳化硅功率器件(1)插接到所述隔离衬板(2)上时，定位耳(14)对准定位卡槽(22)，同时定位孔(15)对准定位柱(23)进行安装。

5.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方法，其特征在于：

所述环氧树脂材料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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