CN200997399Y - 一种电力电子模块 - Google Patents

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曹杰
王锦泽
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Abstract

一种电力电子模块，包括塑料壳体、有机硅凝胶、半导体芯片、电极，其特征在于所述半导体芯片及相应电极焊接在支撑基板上，支撑基板由覆铜层和绝缘层(采用氧化铝、氮化铝、氧化锆等具有高介电强度、高机械性能的绝缘材料层)组成，支撑基板通过密封胶与塑料壳体粘接固定。本实用新型是将电力电子类的各种模块结构进行优化，取消较厚的紫铜板，以DCB板作绝缘及导热支撑，消除了模块底板焊接后带来的变形问题以及焊接空洞问题，由于减少了焊接层则大大提高了模块的导热性能和输出电流的能力，提高了模块的可靠性和寿命。同时简化了生产工艺和节省了材料，大大提高了优良品率，降低了产品成本。

Description

一种电力电子模块
技术领域
本实用新型涉及一种电力电子模块的新结构。
背景技术
目前，国内外的电力电子模块(晶闸管模块、带移相控制的晶闸管模块、各种整流模块、固态继电器、DC/DC、AC/DC电源模块、IGBT模块、IPM智能功率模块、MOSFET功率模块等)在绝缘支撑及散热和机械防护方面，均采用经钼锰法金属化的陶瓷片或DCB板【也可称为DBC(Direct Copper Bonding或Direct Bonding Copper)陶瓷覆铜板】与铜板焊接而成，其基本的结构包括塑料壳体、有机硅凝胶、钼垫板、半导体芯片、支撑基板、电极等。钼锰法金属化的陶瓷片通过钼垫板和铜电极形成电联结线路，DCB板是把正面的铜层通过蚀刻形成相应线路，然后分别与较厚铜板焊接在一起形成支撑基板。半导体芯片和引出电极焊接在支撑基板上，支撑基板通过密封胶与塑料壳体粘接固定。结构如图3所示。
经钼锰法金属化的陶瓷片或DCB板与铜板焊接后须保证焊接层无空洞，铜板底面应平直或中心略凸，无凹坑现象。但由于两种材料的热膨胀系数相差较大，焊接后会造成铜板中心连同DCB板一起向模块内部凹陷问题，并且聚集了很大的应力。大面积的焊接层，还会出现较大的空洞。这两个问题都会影响到模块散热和寿命，易造成模块主电路烧毁。要解决铜底板焊接后变形问题，焊接前需对铜底板进行整形，但受材料的批次、环境温度的影响，整形尺寸很难满足实际要求。每批材料都要进行大量的试验才能确定合适的整形量，会浪费很多材料和人力。如果整形量过大或过小，会使铜板底面中心位置出现较大凸包或凹坑，需要采用机械加工的方式才能把铜底板整平，而加工过程会造成很多模块损坏。在解决底板变形问题后，却带来了新的问题，即整形后的铜底板上顶面呈现球缺样的凹面，而DCB板是平整的，叠装后两者之间就出现了一个较大的空间，如图4所示，很难用焊料填充，极易造成很多空洞。焊接固化后，虽然铜底板能够冷缩至底部平直或略凸，但焊接层形成的空洞很难消除。这些空洞从外面是看不出来的，需要用价格昂贵的X光无损探测仪才能检验。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种电力电子模块的新结构，以DCB板直接作为模块的支撑基板，增大塑料外壳与支撑基板的接触面，使二者能够牢固结合，达到取消铜底板，减少焊接层，消除焊接空洞和焊接应力，提高模块的导热性能、可靠性和寿命的目的。
本实用新型一种电力电子模块，包括塑料壳体、有机硅凝胶、半导体芯片、电极，其特征在于所述半导体芯片及相应电极焊接在支撑基板上，支撑基板由覆铜层和绝缘层组成，支撑基板通过密封胶与塑料壳体粘接固定。
由覆铜层和绝缘层组成的支撑基板，即为DCB板。本实用新型直接采用DCB板做模块基板，将大大简化模块制作工艺和材料。支撑基板的覆铜层为高纯无氧电解铜箔，绝缘层可以采用氧化铝、氮化铝、氧化锆等具有高介电强度、高机械性能的绝缘材料层。支撑基板正面的覆铜层上蚀刻有相应线路，半导体芯片及相应电极焊接在上面。
本实用新型的装配方式为：
在支撑基板(DCB板)上蚀刻相应线路，由激光切割机切割成规定尺寸，在气体保护链式炉中把半导体芯片焊接到支撑基板上，再将支撑基板用高强度粘接密封胶与塑料外壳粘接在一起，然后焊接电极及引线，清洗烘干后灌封有机硅凝胶，即可完成主电路部分的装配。
本实用新型的优点：
本实用新型是将电力电子类的各种模块结构进行优化，取消较厚的紫铜板，以DCB板作绝缘及导热支撑，消除了模块底板焊接后带来的变形问题以及焊接空洞问题，由于减少了焊接层则大大提高了模块的导热性能和输出电流的能力，提高了模块的可靠性和寿命。同时简化了生产工艺和节省了材料，大大提高了优良品率，降低了产品成本。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为支撑基板的截面结构示意图；
图3为已有技术模块的结构示意图；
图4为采用已有技术支撑基板的使用状态参考图。
图中：1塑料外壳2半导体芯片3支撑基板4电极5密封胶6有机硅凝胶7覆铜层8绝缘层9 DCB陶瓷覆铜板10紫铜板11焊料12空洞
具体实施方式
如图1，本实用新型的电力电子模块，包括塑料壳体1、有机硅凝胶6、半导体芯片2、支撑基板3、电极4。如图2所示，支撑基板3由覆铜层7及绝缘层8(绝缘层8的正反两面为覆铜层7)组成。支撑基板3通过密封胶5与塑料壳体1粘接固定，支撑基板的覆铜层7上按照公知技术方式蚀刻有相应线路，并且半导体芯片2及相应电极4焊接在支撑基板3上。
装配方法为：在支撑基板3上蚀刻相应线路，由激光切割机切割成规定尺寸，在气体保护链式炉中把主电路芯片(半导体芯片2)焊接到支撑基板3的覆铜层7上，再将支撑基板3用高强度密封胶5与塑料外壳1粘接在一起，然后焊接主电路电极4及引线，清洗烘干后灌封有机硅凝胶6，即可完成主电路部分的装配。
作为对比，图3示意了已有结构方式的电力电子模块，支撑基板由紫铜板10与DCB陶瓷覆铜板9焊接而成。装配时，整形后的紫铜板10上顶面呈现球缺样的凹面，而DCB陶瓷覆铜板9是平整的，叠装后两者之间就会出现一个较大的空间，如图4所示，很难用焊料11填充，极易造成很多空洞12。

Claims (2)

1、一种电力电子模块，包括塑料壳体(1)、有机硅凝胶(6)、半导体芯片(2)、电极(4)，其特征在于所述半导体芯片(2)及相应电极(4)焊接在支撑基板(3)上，支撑基板(3)由覆铜层(7)和绝缘层(8)组成，支撑基板(3)通过密封胶(5)与塑料壳体(1)粘接固定。
2、根据权利要求1所述的电力电子模块，其特征在于支撑基板(3)正面的覆铜层(7)上蚀刻有相应线路，半导体芯片(2)及相应电极(4)焊接在上面，绝缘层(8)采用氧化铝、氮化铝或氧化锆。
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