CN116944626B - 适用于多芯片串并联功率模块端子回流焊的分立式夹具 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种适用于多芯片串并联功率模块端子回流焊的分立式夹具，涉及功率半导体器件及其封装技术领域，所述的多芯片串并联功率模块包括带有预焊料的散热基板、设置在散热基板上的DBC基板以及端子；所述的分立式夹具包括一个载体、一个限位框、三个固定支撑柱、三个活动支撑柱、四个固定销、三个配重压块；本发明实现多芯片串并联功率模块回流焊端子焊接时的精准对位，避免了因定位孔过小出现的端子受损以及装配拆卸困难的问题，可大幅度提高多芯片串并联功率模块端子回流焊质量，降低后续封装工艺的复杂程度，给封装功率模块工艺提供了技术支撑。
Description
技术领域
本发明涉及功率半导体器件及其封装技术领域，具体地说是一种适用于多芯片串并联功率模块端子回流焊的分立式夹具。
背景技术
为了拓展功率器件在中高压领域的应用，直接将多个芯片串并联运行是提高电压电流等级最简单有效的手段。采用低压功率器件直接串并联能够提高整体电路的电压电流等级，同时能发挥低压器件的开关特性优势，与直接使用高压器件相比能够提供更少的损耗、更低的成本与更快的开关速度，有助于提高装备工作频率，优化系统效率。
功率模块端子焊接是采用回流焊技术将功率模块的端子和半成品模块焊接在一起。多芯片的串并联会导致在有限的功率模块空间内，芯片的布局会十分紧凑，这使得端子与其他元器件的距离很小，因此在进行端子焊接时必须保证端子相对于功率模块的位置不变，从而避免端子与其他元器件接触而导致的短路。另外，为了承受高电压、大电流以及减少寄生电感，功率模块端子的长度和高度会很大而厚度很薄，因此在焊接的过程中应保持端子直立并使端子与功率模块紧密接触，从而避免因端子倾斜而导致的虚焊现象。多芯片串并联功率模块仅通过端子实现与外部电路的连接，因此设计良好的端子的焊接夹具可提高端子焊接的质量，从而提高功率模块的质量。
传统的功率模块端子焊接夹具通过大小与端子尺寸极其相近的定位槽实现端子定位，这会导致以下问题：(1)端子不易装入夹具并且容易对端子造成擦伤从而破坏端子表面的镀层，另外在焊接完成后也难以分离。(2)多芯片串并联功率模块端子定位槽要有很大的长度、深度并且很窄，现有的机械工艺难以加工。(3)无法保证端子与功率模块的焊接面充分接触。例如中国专利CN209206664U公开了用于IGBT模块封装的过炉焊接夹具，该装置定位孔孔距与端子尺寸相近，从而导致端子很难装入夹具并容易造成变形及擦伤且产品脱离夹具时阻力太大导致很难将夹具拆除；中国专利CN215999050U公开的一种新型功率模块端子焊接夹具，该装置使用的抽插式定位孔会导致端子倾斜，从而降低焊接质量。中国专利CN210060246U公开的一种新型模块封装焊接夹具，该装置虽说结构简单、制作方便，但是体型大用料多，提高了制作的成本。
发明内容
为解决上述背景技术中存在的问题，本发明提供了一种适用于多芯片串并联功率模块端子回流焊的分立式夹具，该夹具可实现多芯片串并联功率模块回流焊端子焊接时的精准对位，避免了因定位孔过小出现的端子受损以及装配拆卸困难的问题，可大幅度提高多芯片串并联功率模块端子回流焊质量，降低后续封装工艺的复杂程度，给封装功率模块工艺提供了技术支撑。
为达到上述目的，该发明采用如下技术方案：
一种适用于多芯片串并联功率模块端子回流焊的分立式夹具，其特征在于，所述的多芯片串并联功率模块包括带有预焊料的散热基板、设置在散热基板上的DBC基板以及端子；所述的分立式夹具包括一个载体、一个限位框、三个固定支撑柱、三个活动支撑柱、四个固定销、三个配重压块；
所述载体根据多芯片串并联功率模块的结构设置，能够支撑以及定位散热基板；所述限位框置于散热基板上，内部放置DBC基板，其大小根据DBC基板的尺寸设置，用以固定DBC基板；所述固定支撑柱和活动支撑柱放置于载体两侧并通过螺丝固定，固定支撑柱和活动支撑柱的高度根据端子的高度设置，长度根据多芯片串并联功率模块端子与模块两端的距离设置，所述固定支撑柱和活动支撑柱用于端子的定位；所述固定销通过散热基板上设置的小孔实现连接，其大小根据散热基板开孔直径设置，其用于固定散热基板；所述配重压块置于端子上，其设置有第一凹槽，第一凹槽的宽度根据端子的厚度设置，重量根据多芯片串并联功率模块端子焊接时所需重量设置，端子在回流焊的过程中充分与DBC基板接触。
进一步地，所述载体两侧上表面开设有若干个与固定支撑柱和活动支撑柱大小匹配的凹陷槽，并且凹陷槽内设有若干贯穿的小孔。
进一步地，所述限位框四边设有限位用的短齿，采用短齿的设计在保证DBC基板能精准限位的同时，还能保证在焊接完成后能轻易取下限位框，从而避免出现DBC缺角现象。并且限位框上设有与散热基板上设置的小孔及载体上设置的小孔相配合的贯穿的小孔。
进一步地，所述固定支撑柱侧面设置有与端子厚度相匹配的第二凹槽，下方设置有完全贯穿的小孔。
进一步地，所述活动支撑柱的侧面设置有与端子厚度相匹配的第二凹槽，下方设置有完全贯穿的长圆型贯穿孔，长圆型贯穿孔的设计使得活动支撑柱可以左右移动，从而控制两侧支撑柱的距离。
进一步地，所述配重压块仅用作配重，因此其上所开凹槽宽度可大于端子厚度，因此可避免端子的擦伤。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1)利用该夹具可以通过手动贴装的方式精准的将多芯片串并联功率模块回流焊端子与DBC基板表面对应的焊接区域精准对位。
2)利用该夹具能够对多芯片串并联功率模块的DBC基板进行限位，从而能够避免在回流焊的过程中，由于锡膏流动而导致DBC基板位移的情况。
3)利用该夹具能够使端子在回流焊的过程中能够充分与DBC基板接触。
4)通过夹具定位销的设计可以平衡回流焊过程中基板两侧的热应力，从而保证散热基板不会发生过大的翘曲，从而避免了DBC基板回流焊出现的虚焊现象。
5)该夹具采用分立式结构，装配及拆卸简单，不会对多芯片串并联功率模块的端子、DBC、散热基板等产生损伤，并且加工起来较为简单，加工成本低。
附图说明
图1为本发明实施例中多芯片串并联功率模块的电路拓扑图；
图2为本发明实施例中的一种适用于多芯片串并联功率模块端子回流焊的分立式夹具结构整体示意图；
图3为本发明实施例中的多芯片串并联功率模块结构整体示意图；
图4为本发明实施例中的一种多芯片串并联功率模块及夹具装配完整示意图；
图5为本发明实施例中的一种适用于多芯片串并联功率模块端子回流焊的分立式夹具结构拆解示意图；
图6为载体示意图；
图7为限位框示意图；
图8为活动支撑柱示意图；
图9为固定支撑柱示意图；
图10为配重压块示意图；
图11为多芯片串并联功率模块端子示意图；其中，图(a)为直流正极端子，图(b)为交流端子，图(c)为直流负极端子；
图12为利用此夹具进行多芯片串并联功率模块端子固定贴装流程图。
图中：载体1、限位框2、固定支撑柱3、活动支撑柱4、固定销5、配重压块6、散热基板7、DBC基板8、端子9、散热基板上设置的小孔10、凹陷槽11、载体内部开设的小孔12、短齿13、贯穿小孔14、第二凹槽15、长圆型贯穿孔16、小孔17、第一凹槽18。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，"上"、"下”、"左"、"右"、"内"、"外"、"横向"、"竖向“等术语所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，而不是指示或暗示所指的装置或原件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"设置有"、"连接"等，应做广义理解，例如"连接"，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的实施例的封装流程包括一次印刷-即通过丝网印刷机将锡膏印刷在DBC基板上，贴片-即通过专用贴片机将芯片、Driver DBC、均压电阻、驱动电阻以及Snubber贴装在DBC基板对应的锡膏上；一次回流焊-即将贴装好的DBC基板放入回流炉中进行焊接，一次回流采用高温锡膏，温度设置在350～380度；键合-即采用专用的键合机设备将金属细线与基板或芯片焊盘紧密焊合，实现芯片与基板间的电气互连；二次印刷-即通过丝网印刷机将锡膏印刷在散热基板上；二次贴装-即将一次回流过后的DBC基板以及端子固定到散热基板；二次回流焊-即将装配好的散热基板放入回流炉中进行焊接，二次回流采用熔点较低的锡膏，以保证在二次回流的过程中一次回流的焊膏不会融化。
如图1所示，本发明实施例中多芯片串并联功率模块的电路拓扑，包括上桥臂的18个芯片，分别为第一支路到第六支路的三个芯片Hi-a、Hi-b、Hi-c(i＝1、2、3、4、5、6)；下桥臂的18个芯片，分别为第一支路到第六支路的三个芯片Li-a、Li-b、Li-c(i＝1、2、3、4、5、6)。
如图3所示，本实施例涉及的一种多芯片串并联功率模块包括带有预焊料的散热基板7、四个DBC基板8、三个端子9、四个散热基板上设置的小孔10。所述DBC基板8已经经过一次回流焊的芯片以及一次键合键合线。
如图2，图4，图5所示，本实施例中的一种适用于多芯片串并联功率模块端子回流焊的分立式夹具包括一个载体1、一个限位框2、三个固定支撑柱3、三个活动支撑柱4、四个固定销5、三个配重压块6。
在定位状态下，所述散热基板7定位并卡置在载体1中；所述限位框2置于散热基板上7，并卡置在载体1中；所述DBC基板8卡置于限位框2内；所述固定销5通过载体内部开设的小孔12固定限位框2、散热基板7以及载体1；所述固定支撑柱3通过螺丝固定在载体1的左侧；所述活动支撑柱4通过螺丝固定在载体1的右侧；所述端子9定位并卡置在固定支撑柱3和活动支撑柱4内；所述配重压块6置于端子9上，其设置有第一凹槽18，如图10所示。
如图6，图7，图8，图9所示，所述载体1两侧上表面开设有若干个与固定支撑柱3和活动支撑柱4大小匹配的凹陷槽11。优选的，凹陷槽11为6个，分别对应于三个固定支撑柱3和三个活动支撑柱4。所述限位框2四边设有限位用的短齿13。并且限位框上设有与散热基板上设置的小孔10及载体内部开设的小孔12相配合的贯穿小孔14。所述固定支撑柱3的侧面设置有与端子9厚度相匹配的第二凹槽15，下方设置有完全贯穿的小孔17。所述活动支撑柱4的侧面设置有与端子厚度相匹配的第二凹槽15，下方设置有完全贯穿的长圆型贯穿孔16。
优选的，所述载体内部开设的小孔12有4个，分别设置在四角。
优选的，所述短齿13有4个，两两相对对称设置在四条边的中点上。
优选的，所述贯穿小孔14有4个，对称设置在所述载体内部开设的小孔12的外部的四角。
优选的，所述长圆型贯穿孔16有2个。
优选的，所述小孔17有2个。
如图11所示为多芯片串并联功率模块端子示意图；其中，图(a)为直流正极端子，图(b)为交流端子，图(c)为直流负极端子。
如图12所示，本发明在具体使用时，首先将覆盖有焊料的散热基板7按照一定方向置于载体1中；接着将限位框2按照一定方向放置于散热基板7上，并且用固定销5将散热基板7、限位框2、载体1三者进行固定。然后将四个键合之后的DBC基板8按照一定方向放置在限位框2内。接着将固定支撑柱3通过螺丝固定在载体上。接着通过活动支撑柱4将端子9进行定位固定。最后将配重压块6放置于端子9上。在夹具装配完成之后，将该多芯片串并联功率模块放入回流焊炉中进行二次回流。回流结束后，取出冷却。
之后的拆解夹具过程如下：首先将配重压块6从端子9上取下。接着松掉活动支撑柱4的固定螺丝并去掉活动支撑柱4。接着松掉固定支撑柱3的固定螺丝并去掉固定支撑柱3。接着松掉限位框2上的固定销5，并拿出限位框2。最后取出焊接好的多芯片串并联功率模块。
本发明涉及的一种适用于多芯片串并联功率模块端子回流焊的分立式夹具，结构简单，制作方便，拆装便捷，能够是实现端子的精准定位，有效防止焊接时端子单元发生倾斜的现象出现，避免了焊接不牢固，使端子始终保持直立状态，便于后期与其他部件的装配，使得良品率得到显著的提升。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化裹括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (4)
1.一种适用于多芯片串并联功率模块端子回流焊的分立式夹具，其特征在于，所述的多芯片串并联功率模块包括带有预焊料的散热基板、设置在散热基板上的DBC基板以及端子；所述的分立式夹具包括一个载体、一个限位框、三个固定支撑柱、三个活动支撑柱、四个固定销、三个配重压块；
所述载体根据多芯片串并联功率模块的结构设置，能够支撑以及定位散热基板；所述限位框置于散热基板上，内部放置DBC基板，其大小根据DBC基板的尺寸设置，用以固定DBC基板；所述固定支撑柱和活动支撑柱放置于载体两侧并通过螺丝固定，固定支撑柱和活动支撑柱的高度根据端子的高度设置，长度根据多芯片串并联功率模块端子与模块两端的距离设置，所述固定支撑柱和活动支撑柱用于端子的定位；所述固定销通过散热基板上设置的小孔以及载体内部开设的小孔实现连接，其大小根据散热基板开孔直径设置，其用于固定散热基板；所述配重压块置于端子上，其设置有第一凹槽，第一凹槽的宽度根据端子的厚度设置，重量根据多芯片串并联功率模块端子焊接时所需重量设置，端子在回流焊的过程中充分与DBC基板接触；
所述固定支撑柱的侧面设置有与端子厚度相匹配的第二凹槽，下方设置有完全贯穿的小孔；
所述活动支撑柱的侧面设置有与端子厚度相匹配的第二凹槽，下方设置有完全贯穿的长圆型贯穿孔。
2.根据权利要求1所述的一种适用于多芯片串并联功率模块端子回流焊的分立式夹具，其特征在于，所述载体两侧上表面开设有若干个与支撑柱大小匹配的凹陷槽，并且凹陷槽内设有若干贯穿的小孔，并且所述载体的内部设有若干贯穿的小孔。
3.根据权利要求1所述的一种适用于多芯片串并联功率模块端子回流焊的分立式夹具，其特征在于，所述限位框四边设有限位用的短齿，并且限位框上设有与散热基板上设置的小孔及载体内部开设的小孔相配合的贯穿小孔。
4.根据权利要求1所述的一种适用于多芯片串并联功率模块端子回流焊的分立式夹具，其特征在于，所述配重压块仅用作配重，其上所开凹槽的宽度大于端子厚度。
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