CN111128898B - 一种压接型SiC功率模块封装结构 - Google Patents

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Abstract

一种压接型SiC功率模块封装结构，包括绝缘壳体、主端子以及表面安装有芯片的线路板，所述绝缘壳体为下部开口的结构，所述绝缘壳体内设置有容纳腔，所述线路板压接安装在所述绝缘壳体的下部开口处，且所述线路板安装所述芯片的一面朝向所述绝缘壳体的内部，所述绝缘壳体的侧部形成有用于安装主端子的主端子安装孔，所述主端子通过所述主端子安装孔安装在所述绝缘壳体上并与所述绝缘壳体内的所述线路板电连接。本发明的压接型封装结构可使SiC功率模块的电特性、热特性、散热能力以及通流能力大大增强，有效提升模块整体可靠性，减小模块尺寸，提高功率密度。

Description

一种压接型SiC功率模块封装结构
技术领域
本发明涉及半导体电力电子器件，特别是一种压接型SiC功率模块封装结构。
背景技术
当前，新能源汽车电力电子变换装置主要使用硅(Si)半导体电力电子器件。随着市场需求的不断提高，新能源汽车的设计越来越精细，对功率密度和效率的要求也越来越高。硅材料器件自身物理特性已经不能适应高频和高效的应用需求。近年来，在新能源汽车领域，碳化硅(SiC)半导体功率器件发展迅速，相比目前广泛应用的硅半导体(Si)功率器件有多项优势，例如：工作频率高、损耗低、工作温度高和耐压等级高等。
碳化硅功率模块的应用可进一步促进新能源汽车应用优势。随着功率模块向更高功率密度发展，对模块的封装技术提出越来越多的要求，现有的模块的封装技术及材料越来越受到限制。
目前已有的封装结构按照焊接方式可以分为两类：基于焊接工艺的封装结构和基于压接工艺的封装结构。压接式封装与传统的焊接型功率模块相比，压接式模块的结构便于MOSFET芯片和二极管的并联和反并联，根据需要，易于大电流功率模块的制造；同时，压接模块所用芯片不需要焊接和键合工艺，全部用压力连接方式引出源极、漏极和门极。电极引出牢固，提高了抗冲击震动和耐疲劳的能力。
然而，目前的压接封装结构主要适用于对于电流的关断速度较慢的硅功率器件，而针对碳化硅器件的封装在电特性和热特性上较差，难以保证碳化硅器件的可靠性，功率密度难以提高，也无法充分发挥高压碳化硅器件的优良性能。
发明内容
本发明的主要目的在于克服上述缺陷中的至少一种，提供一种压接型SiC功率模块封装结构。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种压接型SiC功率模块封装结构，包括绝缘壳体、主端子以及表面安装有芯片的线路板，所述绝缘壳体为下部开口的结构，所述绝缘壳体内设置有容纳腔，所述线路板压接安装在所述绝缘壳体的下部开口处，且所述线路板安装所述芯片的一面朝向所述绝缘壳体的内部，所述绝缘壳体的侧部形成有用于安装主端子的主端子安装孔，所述主端子通过所述主端子安装孔安装在所述绝缘壳体上并与所述绝缘壳体内的所述线路板电连接。
进一步地：
所述SiC模块封装结构还包括位于绝缘壳体内的引线框架，所述引线框架压接在所述线路板的上部，并作为所述线路板的内部电路引出端与所述主端子电连接。
所述主端子安装孔包括三个安装孔，分别安装P端子、N端子和输出端子。
所述P端子和所述N端子通过对应的安装孔安装在所述绝缘壳体的第一侧，所述输出端子通过对应的安装孔安装在所述绝缘壳体的与所述第一侧相对的第二侧。
所述绝缘壳体的顶部形成有用于安装辅助端子的辅助端子安装孔，所述辅助端子通过所述辅助端子安装孔安装在所述绝缘壳体上并与所述绝缘壳体内的所述线路板电连接。
所述绝缘壳体的顶部形成有用于安装NTC端子的NTC端子安装孔，所述NTC端子通过所述NTC端子安装孔安装在所述绝缘壳体上并与所述绝缘壳体内的所述线路板电连接。
所述绝缘壳体包括绝缘外壳和盖板，所述绝缘外壳为上下部开口的框体结构，所述盖板盖合在所述绝缘外壳的上部开口处，用于安装辅助端子的辅助端子安装孔和/或用于安装NTC端子的NTC端子安装孔形成在所述盖板上。
所述辅助端子安装孔和/或所述NTC端子安装孔的上部设置有绝缘的环柱状突起。
所述绝缘壳体的未安装主端子的侧部设置有凹槽结构，连接件安装于所述凹槽结构上。
所述绝缘壳体为方形，多个所述主端子安装孔及对应的多个主端子分别位于所述绝缘壳体的相对的第一侧和第二侧，两个所述凹槽结构及对应的两个连接件分别位于所述绝缘壳体的相对的第三侧和第四侧。
本发明具有如下有益效果：
本发明提出一种能够适用于SiC功率器件，对SiC功率模块性能具有良好的优化提升效果的压接型SiC功率模块封装结构，该SiC功率模块封装结构采用下部开口结构的绝缘壳体，绝缘壳体内形成有容纳腔，线路板压接安装在绝缘壳体的下部开口处，线路板安装芯片的一面处在绝缘壳体的内部，并在绝缘壳体的侧部形成用于安装主端子的主端子安装孔，SiC功率模块的主端子通过在绝缘壳体的侧部形成的主端子安装孔安装并与绝缘壳体内的线路板电连接，采用上述设计的压接型SiC功率模块封装结构，相比传统的压接式封装结构更能够适应于SiC功率器件，使封装的SiC功率模块的电特性、热特性、散热能力以及通流能力大大增强，有效提升模块整体可靠性，减小模块尺寸，提高功率密度，为SiC功率器件在性能以及可靠性等方面带来显著的优势，尤其能够充分发挥高压碳化硅器件的优良性能。
在优选的方案中，本发明还能够获得进一步的优点，例如，设置位于绝缘壳体内的引线框架，所述引线框架压接在所述线路板的上部，并作为所述线路板的内部电路引出端与所述主端子电连接。这种优选实施例在上述封装结构设计的基础上还进一步结合引线框架(Lead Frame)来构造实现压接式SiC功率模块，使其整体在电性能及热特性上更优，进一步提高了SiC功率器件的性能以及可靠性。
附图说明
图1为本发明一种实施例的压接型SiC功率模块封装结构的俯视图；
图2为图1所示的压接型SiC功率模块封装结构的左视图；
图3为图1所示的压接型SiC功率模块封装结构的立体图；
图4为图1所示的压接型SiC功率模块封装结构的剖视图；
图5为图1所示的压接型SiC功率模块封装结构的爆炸图。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于电路/信号连通作用。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
参阅图1至图5，本发明的实施例提出一种压接型SiC功率模块封装结构，包括绝缘壳体(其可以包括绝缘外壳1和盖板2)、主端子3以及表面安装有芯片5的线路板4。所述绝缘壳体为下部开口的结构，所述绝缘壳体内设置有容纳腔，所述线路板4压接安装在所述绝缘壳体的下部开口处，且所述线路板4安装所述芯片5的一面朝向所述绝缘壳体的内部，所述绝缘壳体的侧部形成有用于安装主端子的主端子安装孔，所述主端子通过所述主端子安装孔安装在所述绝缘壳体上并与所述绝缘壳体内的所述线路板4电连接。本发明实施例中的线路板4可以是DBC(陶瓷覆铜板)，但本发明对线路板的具体类型不作限制。
本发明实施例的压接型SiC功率模块封装结能够有效适用于SiC功率器件，对SiC功率模块性能具有良好的优化提升效果，该SiC功率模块封装结构采用下部开口结构的绝缘壳体，绝缘壳体内形成有容纳腔，线路板被压接安装在绝缘壳体的下部开口处，线路板安装芯片的一面处在绝缘壳体的内部，并在绝缘壳体的侧部形成用于安装主端子的主端子安装孔，SiC功率模块的主端子通过在绝缘壳体的侧部形成的主端子安装孔安装并与绝缘壳体内的线路板电连接，采用上述设计的压接型SiC功率模块封装结构，相比传统的压接式封装结构更能够适应于SiC功率器件，使封装的SiC功率模块的电特性、热特性、散热能力以及通流能力大大增强，有效提升模块整体可靠性，减小模块尺寸，提高功率密度，为SiC功率器件在性能以及可靠性等方面带来显著的优势，尤其能够充分发挥高压碳化硅器件的优良性能。
参阅图4至图5，在特别优选的实施例中，所述SiC模块封装结构还包括位于绝缘壳体内的引线框架6，所述引线框架6压接在所述线路板4的上部，并作为所述线路板4的内部电路引出端与所述主端子电连接。这种优选实施例在上述封装结构设计的基础上还进一步结合引线框架(Lead Frame)的构造来实现压接式SiC功率模块，使SiC功率模块整体在电性能及热特性上更优，进一步提高了SiC功率器件的性能以及可靠性。
参阅图1和图3，在优选的实施例中，所述主端子安装孔包括三个安装孔，分别安装P端子31、N端子32和输出端子33。
在优选的实施例中，所述P端子31和所述N端子32通过对应的安装孔安装在所述绝缘壳体的第一侧，所述输出端子33通过对应的安装孔安装在所述绝缘壳体的与所述第一侧相对的第二侧。
参阅图1至图3，在优选的实施例中，所述绝缘壳体的顶部形成有用于安装辅助端子7的辅助端子安装孔，所述辅助端子7通过所述辅助端子安装孔安装在所述绝缘壳体上并与所述绝缘壳体内的所述线路板4电连接。
参阅图1至图3，在优选的实施例中，所述绝缘壳体的顶部形成有用于安装NTC端子8的NTC端子安装孔，所述NTC端子8通过所述NTC端子安装孔安装在所述绝缘壳体上并与所述绝缘壳体内的所述线路板4电连接。
参阅图1至图5，在进一步优选的实施例中，所述绝缘壳体包括绝缘外壳1和盖板2，所述绝缘外壳1为上下部开口的框体结构，所述盖板2盖合在所述绝缘外壳1的上部开口处，用于安装辅助端子的辅助端子安装孔和/或用于安装NTC端子的NTC端子安装孔形成在所述盖板2上。在其他实施例中，绝缘外壳1和盖板2也可以采用一体结构。
参阅图2至图4，在进一步优选的实施例中，所述辅助端子安装孔和/或所述NTC端子安装孔的上部设置有绝缘的环柱状突起9。通过在端子安装孔上部设置环柱状突起9，此绝缘的环柱状突起9可增大端子之间的爬电距离，有助于进一步减小端子间距尺寸，缩小模块尺寸，使得模块有更高的功率密度。
参阅图1至图3以及图5，在优选的实施例中，所述绝缘壳体的未安装主端子的侧部设置有凹槽结构，连接件11安装于所述凹槽结构上。如图5所示，在一个较佳的实施例中，所述凹槽结构形成为扣槽结构10，所述连接件的端部12截面形成开口朝下的方钩状，该方钩状的端部12扣合连接于所述扣槽结构10的槽缝内。
参阅图1和图3，在优选的实施例中，所述绝缘壳体为方形，多个所述主端子安装孔及对应的多个主端子3分别位于所述绝缘壳体的相对的第一侧和第二侧，两个所述凹槽结构及对应的两个连接件11分别位于所述绝缘壳体的相对的第三侧和第四侧。
以下进一步描述本发明一个具体实施例。
模块外是绝缘壳体，其内设置有容纳腔，绝缘壳体的侧部和上部分别设置有主端子3、辅助端子7和NTC端子8。绝缘壳体包括绝缘外壳1和绝缘盖板2两个部分。绝缘外壳1的两侧形成有通孔，用于安置主端子3。绝缘外壳1的另外两侧设置凹槽结构，用于连接件11的固定安装。盖板2用于封盖绝缘外壳1的上部开口，盖板2上形成有通孔，通孔上部设有绝缘的环柱状突起9。在容纳腔内，除主端子3和其他端子外，按高度方向从上到下依次为充当压接件的引线框架6、芯片5和线路板4，本例中为DBC(即陶瓷覆铜板，DBC分为三层，中间层氧化铝或氮化铝等陶瓷，上下层均覆铜)。引线框架6和芯片5、芯片5和DBC之间以铅锡焊料或纳米银方式焊接。模块的主端子3包括P端子、N端子和输出端子(OUTPUT)，P端子和N端子位于一侧，P端子和N端子的对面侧为输出端子。模块另外两侧设置连接件11，可用于固定模块。连接件11位置可包括对称和不对称两种。模块的整体厚度仅为3～25mm。辅助端子7和NTC端子8位于模块的顶部。模块中的芯片5可为硅功率器件或宽禁带功率器件。P端子和N端子的位置可在同一水平面上，也可不在同一水平面上而有一定的高度差。P端子、N端子和输出端子可采用钎焊或超声波焊接的方式与模块的DBC相连。辅助端子7和NTC端子8可采用Press-FIT工艺或焊接的方式与模块中的DBC相连。模块内置NTC，位置可在模块中间或两端，以端子引出。
本发明的背景部分可以包含关于本发明的问题或环境的背景信息，而不一定是描述现有技术。因此，在背景技术部分中包含的内容并不是申请人对现有技术的承认。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离专利申请的保护范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。

Claims (9)

1.一种压接型SiC功率模块封装结构，其特征在于，包括绝缘壳体、主端子以及表面安装有芯片的线路板，所述绝缘壳体为下部开口的结构，所述绝缘壳体内设置有容纳腔，所述线路板压接安装在所述绝缘壳体的下部开口处，且所述线路板安装所述芯片的一面朝向所述绝缘壳体的内部，所述绝缘壳体的侧部形成有用于安装主端子的主端子安装孔，所述主端子通过所述主端子安装孔安装在所述绝缘壳体上并与所述绝缘壳体内的所述线路板电连接；还包括位于绝缘壳体内的引线框架，所述引线框架压接在所述线路板上，所述引线框架在所述容纳腔内充当压接件并作为所述线路板的内部电路引出端与所述主端子电连接。
2.如权利要求1所述的压接型SiC功率模块封装结构，其特征在于，所述主端子安装孔包括三个安装孔，分别安装P端子、N端子和输出端子。
3.如权利要求2所述的压接型SiC功率模块封装结构，其特征在于，所述P端子和所述N端子通过对应的安装孔安装在所述绝缘壳体的第一侧，所述输出端子通过对应的安装孔安装在所述绝缘壳体的与所述第一侧相对的第二侧。
4.如权利要求1所述的压接型SiC功率模块封装结构，其特征在于，所述绝缘壳体的顶部形成有用于安装辅助端子的辅助端子安装孔，所述辅助端子通过所述辅助端子安装孔安装在所述绝缘壳体上并与所述绝缘壳体内的所述线路板电连接。
5.如权利要求1所述的压接型SiC功率模块封装结构，其特征在于，所述绝缘壳体的顶部形成有用于安装NTC端子的NTC端子安装孔，所述NTC端子通过所述NTC端子安装孔安装在所述绝缘壳体上并与所述绝缘壳体内的所述线路板电连接。
6.如权利要求1至5任一项所述的压接型SiC功率模块封装结构，其特征在于，所述绝缘壳体包括绝缘外壳和盖板，所述绝缘外壳为上下部开口的框体结构，所述盖板盖合在所述绝缘外壳的上部开口处，用于安装辅助端子的辅助端子安装孔和/或用于安装NTC端子的NTC端子安装孔形成在所述盖板上。
7.如权利要求6所述的压接型SiC功率模块封装结构，其特征在于，所述辅助端子安装孔和/或所述NTC端子安装孔的上部设置有绝缘的环柱状突起。
8.如权利要求1至5任一项所述的压接型SiC功率模块封装结构，其特征在于，所述绝缘壳体的未安装主端子的侧部设置有凹槽结构，连接件安装于所述凹槽结构上。
9.如权利要求8所述的压接型SiC功率模块封装结构，其特征在于，所述绝缘壳体为方形，多个所述主端子安装孔及对应的多个主端子分别位于所述绝缘壳体的相对的第一侧和第二侧，两个所述凹槽结构及对应的两个连接件分别位于所述绝缘壳体的相对的第三侧和第四侧。
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