CN204216019U - 高绝缘耐压功率半导体模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型的名称为高绝缘耐压功率半导体模块。属于功率半导体模块制造技术领域。它主要是解决现有高绝缘耐压模块的制造存在成品率低、生产效率很低的问题。它的主要特征是：在散热底板上与芯片对应的部位设有圆形凸台；外壳底部设有与侧壁连为一体的外壳底面，外壳底面上设有圆形通孔；圆形凸台的高度大于外壳底面的厚度，且圆形凸台直径小于绝缘导热片的直径；在芯片与压板之间设有绝缘板；绝缘导热片、电极下端、芯片和压块均位于硅凝胶或硅橡胶层中。本实用新型具有绝缘耐压达到4500V或以上，能够满足软启动、变频和无功补偿等设备中对模块有高绝缘耐压需求的特点，并且满足高效生产，主要用于高绝缘耐压功率半导体模块的批量化生产。
Description
技术领域
本实用新型属于功率半导体模块制造技术领域。特别是涉及一种应用于电力电子装置，不仅对模块绝缘要求高，而且可满足高效生产的功率半导体模块。
背景技术
目前，功率半导体模块大都由外壳、散热底板、电极、芯片、绝缘导热片、压块、压板、紧固螺钉、门极片和外壳内填充的硅凝（橡）胶层构成，绝缘耐压一般在2500V（交流有效值）。随着环保节能设备的大量应用，进线电压不断提高，有380V、660V、1100V系统，在电机软启动、变频、无功补偿设备制造领域对半导体器件的耐压要求越来越高，功率半导体模块作为设备中的关键部件，2200V重复峰值电压已不能满足需求，如果采用模块串联技术，需要考虑均压等问题，成本增加，设备体积增大，所以目前通常采用重复峰值电压2500V以上高压模块就能很好地解决上述问题，但这种模块制造技术芯片与散热底板之间绝缘强度往往达不到要求，目前采取的措施：一种方法是增加绝缘导热层厚度和在关键部位涂抹硅橡胶等绝缘材料来解决，但这种方法热阻会增加，通流能力就降低，另外不能保证稳定的成品率；另外一种方法是增加底板绝缘薄膜（专利201220273618.1），这种方法虽然能够增加绝缘电压，但薄膜定位和安装非常麻烦，生产效率很低。
发明内容
本实用新型的目的就是针对上述不足之处而提供一种满足高效生产的高绝缘耐压功率半导体模块，既能够满足软启动、变频和无功补偿等设备中对功率半导体模块有高绝缘耐压的需求，又能提高生产效率。
本实用新型的技术解决方案是：一种高绝缘耐压功率半导体模块，包括外壳、盖板、散热底板、电极、芯片、铝垫片、绝缘导热片、压块、门极组件、辅助阴极、绝缘板、垫块、压板、紧固螺钉、门极片、门极块和外壳内填充的硅凝胶或硅橡胶层，其特征在于：在所述的散热底板上与芯片对应的部位设有圆形凸台；所述的外壳底部设有与侧壁连为一体的外壳底面，该外壳底面上设有与圆形凸台对应的圆形通孔，正好套装在圆形凸台上；所述圆形凸台的高度大于外壳底面的厚度，且圆形凸台直径小于绝缘导热片的直径；在所述的芯片与压板之间设有绝缘板；所述的绝缘导热片、电极下端、芯片和压块均位于硅凝胶或硅橡胶层中。
本实用新型的技术解决方案中所述的圆形凸台可以是与散热底板是连为一体的。
本实用新型的技术解决方案中所述的圆形凸台还可以是加装在散热底板上的铝垫片。
本实用新型的技术解决方案中所述的外壳、绝缘板为PBT材质或PPS材质的外壳、绝缘板。
本实用新型的技术解决方案中所述的绝缘导热片的直径等于电极下端与芯片接触部位的直径。
本实用新型的技术解决方案中所述的绝缘导热片为Be2O3/Al2O3/AlN/DBC材质的绝缘导热片。
本实用新型技术解决方案中所述的芯片为用于电力电子功率装置的晶闸管或整流管芯片。
本实用新型由于在现有功率半导体模块的基础上，在散热底板上与芯片对应的部位设有圆形凸台，外壳底部开有圆孔，正好套在凸台上，在圆形凸台周围的散热底板表面上设有外壳底面，该圆形凸台的高度大于外壳底面厚度，圆形凸台直径小于绝缘导热片的直径，在芯片与压板之间设有绝缘板，绝缘导热片、电极下端、芯片和压块均位于硅凝胶或硅橡胶层中，因而在无需增加绝缘导热层厚度或在关键部位涂抹硅橡胶材料，也不需要贴绝缘膜，即可使电极与散热底板之间的绝缘耐压≥4500V，可制造满足不同电压等级的单管、串联、共阳极或共阴极模块。本实用新型可以采用任何电压等级的晶闸管或整流管芯片，主要目的在于提高模块的绝缘耐压的同时，提高生产效率，采取本技术后，在保证绝缘导热片不被压破的情况下，可以适当减薄绝缘导热层厚度以减小热阻并提高通流能力，也不需要底板绝缘膜，安装方便高效。本实用新型具有使功率半导体模块绝缘耐压达到4500V以上，能够满足软启动、变频和无功补偿等设备中对模块有高绝缘耐压需求，并且满足高效生产的特点。本实用新型主要用于有高绝缘要求的电力电子装置中的功率半导体模块的批量高效生产。
附图说明
为了更清楚说明本实用新型技术方案，下面对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍。显然，下面描述的附图仅仅是本发明一些实施例，对本领域技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1是本实用新型结构的纵剖面构造图。
图2是本实用新型散热底板的结构示意图。
图3是图2的俯视图。
图4是本实用新型外壳示意图。
图５是本实用新型Be2O3/Al2O3/AlN材质的绝缘导热片示意图。
图6是本实用新型可以制造的内部电连接图。
图7是本实用新型的DBC材质的绝缘导热片剖面构造图。
图中：1、散热底板，2、外壳，3、铝垫片，4、绝缘导热片，5、电极，6、芯片，7、压块，8、门极组件， 10、辅助阴极，11、绝缘板，12、垫块，13、压板，14、盖板，15、门极块，16、门极片，17、盘头螺钉，18、紧固螺钉，19、硅凝胶或硅橡胶层，20、DBC上覆铜层，21、DBC绝缘陶瓷层，22、DBC下覆铜层。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例进行完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。任何基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型结构如图1至图7所示。本实用新型高绝缘耐压功率半导体模块包括外壳2、盖板14、散热底板1、电极5、芯片6、铝垫片3、绝缘导热片4、压块7、门极组件8、辅助阴极10、绝缘板11、垫块12、压板13、紧固螺钉18、门极片16、门极块15和外壳内填充的硅凝胶或硅橡胶层19，其中，所用的外壳2、盖板14、散热底板1、电极5、芯片6、铝垫片3、绝缘导热片4、压块7、门极组件8、辅助阴极10、绝缘板11、垫块12、压板13、盘头螺钉17、紧固螺钉18、门极片16、门极块15和外壳内填充的硅凝胶或硅橡胶层19与现有功率半导体模块中的基本相同。不同的是：在散热底板1上与芯片6对应的部位设有圆形凸台，在凸台周围的散热底板1表面上设有外壳2，外壳2底部与侧壁连为一体，外壳2底部开有与圆形凸台对应的圆形通孔，正好套在圆形凸台上；圆形凸台可以是与散热底板是连为一体的，还可以是加装在散热底板1上的铝垫片；圆形凸台的高度H1大于外壳底面的厚度H2，且圆形凸台直径Φ1小于绝缘导热片4的直径Φ2；在芯片6与压板13之间设有绝缘板11；绝缘导热片4、电极5下端、芯片6和压块7均位于硅凝胶或硅橡胶层19中；芯片6为用于电力电子功率装置的晶闸管或整流管芯片；外壳2、绝缘板11为PBT材质或PPS材质的外壳、绝缘板；绝缘导热片4的直径等于电极5下端与芯片6接触部位的直径。
先用密封胶将外壳2粘在散热底板1上，待密封胶固化后，在散热底板1上依次放置铝垫片3、绝缘导热片4，然后依次是电极5、芯片6、压块7、门极组件8、辅助阴极10、绝缘板11、垫块12、压板13，用紧固螺钉18压紧，将门极组件8和辅助阴极10连接至门极片16，然后将门极片16插进门极块15，再将门极块15固定于外壳2上，灌注硅凝胶或硅橡胶层19后，再将盖板14装在外壳2上。芯片6如果是二极管，则取消辅助阴极、门极引线和门极片。
模块可以是晶闸管的单管、串联、共阳极或共阴极模块，也可以是二极管的单管、串联、共阳极或共阴极模块，也可以是晶闸管和二极管混合的串联、共阳极或共阴极模块。
绝缘导热片4为Be2O3/Al2O3/AlN/DBC材质的绝缘导热片。DBC结构为DBC绝缘陶瓷层21及其上、下表面的DBC上覆铜层20、DBC下覆铜层22。
制造工艺：
1、芯片：可选用任何电压等级的晶闸管和二极管芯片；
2、模块组装：将散热底板、铝垫片、绝缘导热片、电极、芯片、压块、门极组件、辅助阴极、绝缘板、垫块等依次组装在一起，用压板和紧固螺钉压紧；
3、紧固：用压力机加压，将各种部件压紧；
4、封装：在外壳2和散热底板3之间用密封胶进行密封，焊接门极片14，室温或加温50～80℃固化，固化时间4～10小时；在外壳2内灌注硅凝胶，加温50～80℃固化，固化时间4～10小时；
5、高温存储：在70～100℃烘箱中存储72小时以上；
6、测试：用各种设备测试产品的重复峰值电压、门极、压降、绝缘电压、通态电流等参数。
绝缘电压Viso：4500V
本实用新型所举实例仅仅是众多型号中的一种，其它型号结构与其类似。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何形式上的限制。因此凡是未脱离本实用新型的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围。
Claims (7)
1.一种高绝缘耐压功率半导体模块，包括外壳（2）、盖板（14）、散热底板（1）、电极（5）、芯片（6）、铝垫片（3）、绝缘导热片（4）、压块（7）、门极组件（8）、辅助阴极（10）、绝缘板（11）、垫块（12）、压板（13）、紧固螺钉（18）、门极片（16）、门极块（15）和外壳内填充的硅凝胶或硅橡胶层（19），其特征在于：在所述的散热底板（1）上与芯片对应的部位设有圆形凸台；所述的外壳（2）底部设有与侧壁连为一体的外壳底面，该外壳底面上设有与圆形凸台对应的圆形通孔，正好套装在圆形凸台上；所述圆形凸台的高度大于外壳底面的厚度，且圆形凸台直径小于绝缘导热片（4）的直径；在所述的芯片（6）与压板（13）之间设有绝缘板（11）；所述的绝缘导热片（4）、电极（5）下端、芯片（6）和压块（7）均位于硅凝胶或硅橡胶层（19）中。
2.根据权利要求1所述的高绝缘耐压功率半导体模块，其特征在于：所述的圆形凸台可以是与散热底板是连为一体的。
3.根据权利要求1所述的高绝缘耐压功率半导体模块，其特征在于：所述的圆形凸台还可以是加装在散热底板（1）上的铝垫片。
4.根据权利要求1、2或3所述的高绝缘耐压功率半导体模块，其特征在于：所述的外壳（2）、绝缘板（11）为PBT材质或PPS材质的外壳、绝缘板。
5.根据权利要求1、2或3所述的高绝缘耐压功率半导体模块，其特征在于：所述的绝缘导热片（4）的直径等于电极（5）下端与芯片（6）接触部位的直径。
6.根据权利要求1、2或3所述的高绝缘耐压功率半导体模块，其特征在于：所述的绝缘导热片（4）为Be2O3/Al2O3/AlN/DBC材质的绝缘导热片。
7.根据权利要求1、2或3所述的高绝缘耐压功率半导体模块，其特征在于：所述的芯片（6）为用于电力电子功率装置的晶闸管或整流管芯片。
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| CN201420643402.9U CN204216019U (zh) | 2014-10-31 | 2014-10-31 | 高绝缘耐压功率半导体模块 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN105633025A (zh) * | 2014-10-31 | 2016-06-01 | 湖北台基半导体股份有限公司 | 高绝缘耐压功率半导体模块 |
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2014
- 2014-10-31 CN CN201420643402.9U patent/CN204216019U/zh active Active
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