CN112951790B - 一种半导体模块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种半导体模块，包括模块集电极、模块发射极、子模组、子单元、导电承压体和导电片；所述子单元包括芯片、集电极导体、发射极导体，将芯片通过焊接、烧结或者压接的方式设在集电极导体和发射极导体之间；所述子模组包括承压限位框，承压限位框的腔体中设有若干个所述子单元；所述模块集电极与子单元的集电极导体连接，连接处位于所述承压限位框的腔体中；所述子单元的发射极导体底部连接导电承压体，导电承压体底部连接导电片，导电片底部在承压时与模块发射极连接，在未承压时与模块发射极电分离。优点：通过将芯片子单元模组化的形式，能够降低热阻，提高模块的功率密度及电流等级，降低物料成本与减少加工工序。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体模块，属于功率模块技术领域。
背景技术
绝缘栅双极晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）自 1986 年开始正式生产并逐渐系列化以来，其封装质量及可靠性一直影响着其在工业控制，机车牵引，电力系统等大功率应用领域的使用及推广。
现有电力系统，机车牵引等领域的发展对IGBT的器件功率提出了更高的要求。目前大功率 IGBT 的封装通常有两种形式，一种是底板绝缘模块式封装，由芯片，底板，覆铜陶瓷基板，键合线，密封材料，绝缘外壳，功率端子等组成，模块内部通过灌注硅凝胶或环氧树脂等绝缘材料来隔离芯片与外界环境（水，气，灰尘）的接触，缩短器件的使用寿命。
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陷，提供一种半导体模块。
为解决上述技术问题，本发明提供一种半导体模块，包括模块集电极、模块发射极、子模组、子单元、导电承压体和导电片；
所述子单元包括芯片、集电极导体、发射极导体，将芯片通过焊接、烧结或者压接的方式设在集电极导体和发射极导体之间；
所述子模组包括承压限位框，承压限位框的腔体中设有若干个所述子单元；
所述模块集电极与子单元的集电极导体连接，连接处位于所述承压限位框的腔体中；
所述子单元的发射极导体底部连接导电承压体，导电承压体底部连接导电片，导电片底部在承压时与模块发射极连接，在未承压时与模块发射极电分离。
进一步的，所述模块发射极的顶部设有一体或分体的导电体，导电体用于与导电片连接。
进一步的，所述导电体中开设有若干凹槽，所述凹槽中设置有弹性组件。
进一步的，所述弹性组件用于在未承压状态下，使导电片与导电体之间具有间隔距离，导电片与导电体断开，在承压后，弹簧组件被压缩，导电片与导电体之间接触导通。
进一步的，所述弹性组件包括底座、防松螺杆、碟簧和导杆；
所述底座固定在所述凹槽的槽底，防松螺杆的头部固定在底座上方，防松螺杆的杆部竖直向上设置，导杆中部设有导向孔，杆部与导向孔滑动连接；所述碟簧的内孔套在导杆的外部，碟簧的一端与导杆的上端压接，碟簧的另外一端与底座压接。
进一步的，所述弹性组件包括底座、防松螺杆、碟簧和导杆；
所述底座固定在所述凹槽的槽底，导杆中部设有螺纹孔，防松螺杆与所述螺纹孔螺纹连接，底座的中部设有通孔，防松螺杆和导杆的侧面能够在所述通孔中滑动；所述碟簧的内孔套在导杆的外部，碟簧的一端与导杆的上端压接，碟簧的另外一端与底座压接。
进一步的，所述防松螺杆和导杆为金属体。
进一步的，所述子模组放置于陶瓷管壳内部，子单元的集电极与模块集电极连接，导电体与模块发射极相连，裙边通过冷压焊或者激光焊接方式密封起来，密封之前需要进行抽真空与填充保护气体处理。
本发明所达到的有益效果：
通过将芯片子单元模组化的形式，可进一步降低热阻，提高模块的功率密度及电流等级；将芯片子单元模组化还能够降低物料成本与减少加工工序。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是子模组的结构示意图；
图3是承压限位框示意图；
图4是子单元结构示意图；
图5是弹性组件结构示意图；
图6是弹性组件的另一个结构示意图；
图7是针对图6弹性组件的底座俯视图。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“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。
一种半导体模块，将芯片通过焊接、烧结或者压接的方式与集电极导体、发射极组装成一体，将模组化的芯片子单元放置在承压限位框的腔体内，承压限位框底部与导电片连接，芯片子单元发射极导体通过导电承压体与导电片连接。导电片底部通过弹性组件与模块发射极导体连接，弹性组件放置于导电体腔体内，导电体与模块发射极连接；。自然状态下，导电片与导电体中间有Δh的距离，导电片与导电体断开。当模块工作外部施加压力时，导电片与导电体连接，形成从模块集电极导体到模块发射极导体的电流通路，即此时模块开始正常工作。当夹持装置施加的压力超过阈值负载，则该部分负载由承压限位框承压。
如图1-5所示，一种半导体模块，包括模块集电极1、模块发射极2、子模组3、子单元4、导电承压体5、导电片8；
所述子单元4包括芯片9、集电极导体10、发射极导体11，将芯片9通过焊接、烧结或者压接的方式设在集电极导体10和发射极导体11之间；
所述子模组3包括承压限位框12，承压限位框12的腔体19中设有6个所述子单元4；
所述模块集电极1与子单元4的集电极导体10连接，连接处位于所述承压限位框12的腔体19中；
所述子单元4的发射极导体11底部连接导电承压体5，导电承压体5底部连接导电片8，导电片8底部在承压时与模块发射极2连接，在未承压时与模块发射极2分离。
所述模块发射极2的顶部设有一体的导电体6，导电体6用于与导电片8连接；所述导电体6中开设有若干凹槽，所述凹槽中设置有弹性组件7；所述弹性组件7在未承压状态下，其顶部高出导电体6的顶部，支撑导电片8，使导电片8与导电体6之间具有间隔距离，导电片8与导电体6断开，在承压后，弹簧组件7被压缩，导电片8与导电体6之间接触导通。
所述弹性组件7包括底座13、防松螺杆14、碟簧15和导杆16；所述底座13固定在所述凹槽的槽底，防松螺杆14的头部固定在底座13上方，防松螺杆14的杆部竖直向上设置，导杆16中部设有导向孔20，杆部与导向孔20滑动连接；两个所述碟簧15对称的设在导杆16的外部，碟簧15的一端与导杆16的上端固接，另一端与底座13固接。
如图6和7所示，作为弹性组件7的另一个实施例，弹性组件包括底座13、防松螺杆14、碟簧15和导杆16；所述底座13固定在所述凹槽的槽底，导杆16中部设有螺纹孔21，防松螺杆14与所述螺纹孔14螺纹连接，底座13的中部设有通孔22，防松螺杆14和导杆16的侧面能够在所述通孔22中滑动；所述碟簧15的内孔套在导杆16的外部，碟簧15的一端与导杆16的上端压接，碟簧15的另外一端与底座13压接。
所述防松螺杆14和导杆16为金属体；由于导杆16与防松螺杆14为金属体，可提供部分热容，降低芯片的瞬时最高温度。
所述子模组放置于陶瓷管壳17内部，子单元4的集电极导体10与模块集电极1连接，导电体6与模块发射极2相连，裙边18通过冷压焊或者激光焊接方式密封起来，密封之前需要进行抽真空与填充保护气体处理。
本发明的优点：
通过将芯片子单元模组化的形式，可进一步降低热阻，提高模块的功率密度及电流等级；通过将芯片子单元模组化能够降低物料成本与减少加工工序；碟簧单元顶部设计方案可为芯片提供部分热容，进一步降低芯片瞬态最高温度，提高器件可靠性与使用寿命；通过陶瓷管壳密封，在高湿度应用工况下，可有效提高可靠性与使用寿命。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (5)
1.一种半导体模块，其特征在于，包括模块集电极、模块发射极、子模组、子单元、导电承压体和导电片；
所述子单元包括芯片、集电极导体、发射极导体，将芯片通过焊接、烧结或者压接的方式设在集电极导体和发射极导体之间；
所述子模组包括承压限位框，承压限位框的腔体中设有若干个所述子单元；
所述模块集电极与子单元的集电极导体连接，连接处位于所述承压限位框的腔体中；
所述子单元的发射极导体底部连接导电承压体，导电承压体底部连接导电片，导电片底部在承压时与模块发射极连接，在未承压时与模块发射极电分离；
所述模块发射极的顶部设有一体或分体的导电体，导电体用于与导电片连接；所述导电体中开设有若干凹槽，所述凹槽中设置有弹性组件；所述弹性组件用于在未承压状态下，使导电片与导电体之间具有间隔距离，导电片与导电体断开，在承压后，弹簧组件被压缩，导电片与导电体之间接触导通。
2.根据权利要求1所述的半导体模块，其特征在于，所述弹性组件包括底座、防松螺杆、碟簧和导杆；
所述底座固定在所述凹槽的槽底，防松螺杆的头部固定在底座上方，防松螺杆的杆部竖直向上设置，导杆中部设有导向孔，杆部与导向孔滑动连接；所述碟簧的内孔套在导杆的外部，碟簧的一端与导杆的上端压接，碟簧的另外一端与底座压接。
3.根据权利要求1所述的半导体模块，其特征在于，所述弹性组件包括底座、防松螺杆、碟簧和导杆；
所述底座固定在所述凹槽的槽底，导杆中部设有螺纹孔，防松螺杆与所述螺纹孔螺纹连接，底座的中部设有通孔，防松螺杆和导杆的侧面能够在所述通孔中滑动；所述碟簧的内孔套在导杆的外部，碟簧的一端与导杆的上端压接，碟簧的另外一端与底座压接。
4.根据权利要求2或3所述的半导体模块，其特征在于，所述防松螺杆和导杆为金属体。
5.根据权利要求4所述的半导体模块，其特征在于，所述子模组放置于陶瓷管壳内部，子单元的集电极与模块集电极连接，导电体与模块发射极相连，裙边通过冷压焊或者激光焊接方式密封起来，密封之前需要进行抽真空与填充保护气体处理。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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