CN110880485A - 一种高功率密度集成封装模块 - Google Patents
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Abstract
一种高功率密度集成封装模块，主要包括塑料外壳及设置在塑料外壳内的功率模块主体，所述功率模块主体包括绝缘栅双极型晶体管以及二极管芯片部分、绝缘基板、信号端子、功率端子及热敏电阻，塑料外壳内并列设置有若干绝缘基板，塑料外壳的底部固定设置有散热器，所述绝缘栅双极型晶体管以及二极管的芯片部分以及信号端子通过锡焊焊接在绝缘基板的导电铜层上，所述功率端子通过超声波焊接在绝缘基板的导电铜层上；所述绝缘栅双极型晶体管以及二极管芯片部分之间通过铝线连接，且绝缘栅双极型晶体管以及二极管芯片部分与绝缘基板相应的导电层之间均通过铝线键合来实现电气连接；所述功率模块主体上各元件的外表面上覆盖有一层绝缘硅凝胶。
Description
技术领域
本发明涉及属于电力电子学领域，涉及功率模块的设计、封装、车用，具体涉及一种高功率密度集成封装模块。
背景技术
目前绝缘栅双极型晶体管（IGBT）模块在变频器，逆变焊机，感应加热，轨道交通以及风能，太阳能发电，新能源汽车等领域的应用越来越广泛，特别是功率模块，对结构和电路的可靠性与集成度要求更高。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种能有效提高结构和电路可靠性和集成度的高功率密度集成封装模块。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，一种高功率密度集成封装模块，主要包括塑料外壳及设置在塑料外壳内的功率模块主体，所述功率模块主体包括绝缘栅双极型晶体管以及二极管芯片部分、绝缘基板、信号端子、功率端子及热敏电阻，所述塑料外壳为中空的框体，塑料外壳内并列设置有若干绝缘基板，塑料外壳的底部固定设置有散热器，所述绝缘栅双极型晶体管以及二极管的芯片部分以及信号端子通过锡焊焊接在绝缘基板的导电铜层上，所述功率端子通过超声波焊接在绝缘基板的导电铜层上；所述绝缘栅双极型晶体管以及二极管芯片部分之间通过铝线连接，且绝缘栅双极型晶体管以及二极管芯片部分与绝缘基板相应的导电层之间均通过铝线键合来实现电气连接；所述功率模块主体上各元件的外表面上覆盖有一层绝缘硅凝胶。
进一步地，所述散热器通过密封胶与所述塑料外壳粘接，同时配合螺丝进行固定连接；所述散热器为用于水冷散热的散热针或者散热片。
进一步地，所述信号端子由信号针和底座组成，且信号端子间通过插接方式组合在一起，信号针和底座均采用纯铜或者铜合金材料制成，信号针和底座的表层为裸铜或者可焊接金属材料。
进一步地，所述热敏电阻和绝缘基板通过采用Snpb、SnAg、SnAgCu或PbSnAg的其中一个焊接材料进行焊接连接，且焊接最高温度为100°到400°之间；
所述信号端子与绝缘基板通过采用Snpb、SnAg、SnAgCu或PbSnAg的其中一个焊接材料进行焊接连接，且焊接最高温度为100°到400°之间；
所述功率端子与绝缘基板通过超声波或者焊接方式连接，焊接材料采用Snpb、SnAg、SnAgCu或PbSnAg的其中一个，且焊接最高温度为100°到400°之间；
所述绝缘栅双极型晶体管以及二极管的芯片部分和绝缘基板通过采用Snpb、SnAg、SnAgCu或PbSnAg的其中一个焊接材料进行焊接连接，且焊接最高温度为100°到400°之间。
进一步地，所述功率端子的一端通过超声波焊接在绝缘基板的导电铜层上，另一端与与外部电路连接，功率端子的中部通过拧螺栓固定在塑外壳上，所述功率端子采用纯铜或者铜合金材料制成，其外表层为裸铜或可焊接金属材料。
进一步地，所述塑料外壳采用耐高温、绝缘性能好的PBT、PPS或尼龙材料制成。
进一步地，所述铝线采用纯铝或铝合金材料制成。
本发明的有益技术效果在于：通过功率端子以及信号端子和绝缘基板直接超声波焊接的方法，消除传统工艺端子焊接的疲劳缺陷，提高功率端子以及信号端子和绝缘基板连接的可靠性，制造高可靠绝缘栅双极型晶体管模块。同时通过信号端子直接焊接与绝缘基板相应的导电层之上，在保证电流等级的前提下进一步缩减可模块体积，提高模块集成度以及模块的散热性能。
附图说明
图1为高功率密度集成封装模块电路结构示意图；
图2为高功率密度集成封装模块示意图；
图3为高功率密度集成封装模块局部放大示意图；
图4为高功率密度集成封装模块功率基板示意图；
图5为高功率密度集成封装模块内部布局示意图。
具体实施方式
为使本领域的普通技术人员更加清楚地理解本发明的目的、技术方案和优点，以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。
如图1-5所示，本发明所述的一种高功率密度集成封装模块，主要包括塑料外壳8及设置在塑料外壳8内的功率模块主体，所述功率模块主体包括绝缘栅双极型晶体管以及二极管芯片部分3、绝缘基板2、信号端子5、功率端子7及热敏电阻6，所述塑料外壳8为中空的框体，塑料外壳8内并列设置有若干绝缘基板2，塑料外壳8的底部固定设置有散热器1，所述绝缘栅双极型晶体管以及二极管的芯片部分3以及信号端子5通过锡焊焊接在绝缘基板2的导电铜层上，所述功率端子7通过超声波焊接在绝缘基板2的导电铜层上；所述绝缘栅双极型晶体管以及二极管芯片部分3之间通过铝线连接，且绝缘栅双极型晶体管以及二极管芯片部分3与绝缘基板2相应的导电层之间均通过铝线键合来实现电气连接；所述功率模块主体上各元件的外表面上覆盖有一层绝缘硅凝胶4。所述散热器1通过密封胶与所述塑料外壳8粘接，同时配合螺丝进行固定连接；所述散热器1为用于水冷散热的散热针或者散热片。
参照图3所示，所述信号端子5由信号针和底座组成，且信号端子间通过插接方式组合在一起，信号针和底座均采用纯铜或者铜合金材料制成，信号针和底座的表层为裸铜或者可焊接金属材料。所述热敏电阻6和绝缘基板2通过采用Snpb、SnAg、SnAgCu或PbSnAg的其中一个焊接材料进行焊接连接，且焊接最高温度为100°到400°之间；
所述信号端子5与绝缘基板2通过采用Snpb、SnAg、SnAgCu或PbSnAg的其中一个焊接材料进行焊接连接，且焊接最高温度为100°到400°之间；
所述功率端子7与绝缘基板2通过超声波或者焊接方式连接，焊接材料采用Snpb、SnAg、SnAgCu或PbSnAg的其中一个，且焊接最高温度为100°到400°之间；所述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通过采用Snpb、SnAg、SnAgCu或PbSnAg的其中一个焊接材料进行焊接连接，且焊接最高温度为100°到400°之间。
参照图3-5所示，所述功率端子7的一端通过超声波焊接在绝缘基板2的导电铜层上，另一端与与外部电路连接，功率端子7的中部通过拧螺栓固定在塑外壳8上，所述功率端子7采用纯铜或者铜合金材料制成，其外表层为裸铜或可焊接金属材料；所述塑料外壳采用耐高温、绝缘性能好的PBT、PPS或尼龙材料制成；所述铝线采用纯铝或铝合金材料制成。
本发明通过功率端子以及信号端子和绝缘基板直接超声波焊接的方法，消除传统工艺端子焊接的疲劳缺陷，提高功率端子以及信号端子和绝缘基板连接的可靠性，制造高可靠绝缘栅双极型晶体管模块。同时通过信号端子直接焊接与绝缘基板相应的导电层之上，在保证电流等级的前提下进一步缩减可模块体积，提高模块集成度以及模块的散热性能。
本文中所描述的具体实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，但凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (7)
1.一种高功率密度集成封装模块，主要包括塑料外壳及设置在塑料外壳内的功率模块主体，所述功率模块主体包括绝缘栅双极型晶体管以及二极管芯片部分、绝缘基板、信号端子、功率端子及热敏电阻，其特征在于：所述塑料外壳为中空的框体，塑料外壳内并列设置有若干绝缘基板，塑料外壳的底部固定设置有散热器，所述绝缘栅双极型晶体管以及二极管的芯片部分以及信号端子通过锡焊焊接在绝缘基板的导电铜层上，所述功率端子通过超声波焊接在绝缘基板的导电铜层上；所述绝缘栅双极型晶体管以及二极管芯片部分之间通过铝线连接，且绝缘栅双极型晶体管以及二极管芯片部分与绝缘基板相应的导电层之间均通过铝线键合来实现电气连接；所述功率模块主体上各元件的外表面上覆盖有一层绝缘硅凝胶。
2.根据权利要求1所述的高功率密度集成封装模块，其特征在于：所述散热器通过密封胶与所述塑料外壳粘接，同时配合螺丝进行固定连接；所述散热器为用于水冷散热的散热针或者散热片。
3.根据权利要求1或2所述的高功率密度集成封装模块，其特征在于：所述信号端子由信号针和底座组成，且信号端子间通过插接方式组合在一起，信号针和底座均采用纯铜或者铜合金材料制成，信号针和底座的表层为裸铜或者可焊接金属材料。
4.根据权利要求3所述的高功率密度集成封装模块，其特征在于：所述热敏电阻和绝缘基板通过采用Snpb、SnAg、SnAgCu或PbSnAg的其中一个焊接材料进行焊接连接，且焊接最高温度为100°到400°之间；
所述信号端子与绝缘基板通过采用Snpb、SnAg、SnAgCu或PbSnAg的其中一个焊接材料进行焊接连接，且焊接最高温度为100°到400°之间；
所述功率端子与绝缘基板通过超声波或者焊接方式连接，焊接材料采用Snpb、SnAg、SnAgCu或PbSnAg的其中一个，且焊接最高温度为100°到400°之间；
所述绝缘栅双极型晶体管以及二极管的芯片部分和绝缘基板通过采用Snpb、SnAg、SnAgCu或PbSnAg的其中一个焊接材料进行焊接连接，且焊接最高温度为100°到400°之间。
5.根据权利要求3所述的高功率密度集成封装模块，其特征在于：所述功率端子的一端通过超声波焊接在绝缘基板的导电铜层上，另一端与与外部电路连接，功率端子的中部通过拧螺栓固定在塑外壳上，所述功率端子采用纯铜或者铜合金材料制成，其外表层为裸铜或可焊接金属材料。
6.根据权利要求3所述的高功率密度集成封装模块，其特征在于：所述塑料外壳采用耐高温、绝缘性能好的PBT、PPS或尼龙材料制成。
7.根据权利要求3所述的高功率密度集成封装模块，其特征在于：所述铝线采用纯铝或铝合金材料制成。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN112649109A (zh) * | 2020-12-22 | 2021-04-13 | 日立电梯（中国）有限公司 | 一种变频器散热风扇运行状态的判断装置和方法 |
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2019
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| CN112649109B (zh) * | 2020-12-22 | 2023-03-17 | 日立电梯（中国）有限公司 | 一种变频器散热风扇运行状态的判断装置和方法 |
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