CN217881487U - 一种环保无焊料宽禁带高可靠性注塑成型封装模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种环保无焊料宽禁带高可靠性注塑成型封装模块，涉及电力电子技术领域，包括：至少一个半桥注塑模块，半桥注塑模块包括一绝缘基板，绝缘基板的上表面固定有多个芯片和至少一接线端子；各芯片的上表面键合有金属导线，各芯片通过金属导线与绝缘基板建立电气连接，绝缘基板通过接线端子与外部系统连接；绝缘基板、各芯片和接线端子之间的间隙填充有电气隔离材料；一散热基板，绝缘基板的下表面焊接于散热基板的上表面。本实用新型的环保无焊料宽禁带高可靠性转移成型封装模块具有集成度高、稳定性好、安装适配性好、功率循环能力强等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种环保无焊料宽禁带高可靠性注塑成型封装模块。
背景技术
功率模块是指将多个功率半导体器件按照一定的电路拓扑结构进行连接，并与外围辅助电路集成在同一个绝缘树脂封装内而制成的特殊功率器件。目前，功率模块由于具有较高的可靠性、较小的体积、能够简化系统设计等优点，已被广泛应用于各种功率变换领域。
随着新能源汽车行业对功率模块的小型化、简易化和高频率化要求不断提升，功率模块的散热条件也变得越来越严峻。现有市场上的功率模块，大多使用或部分过程使用含锡或含铅的焊料连接功率器件的各个部件，通过对模块的可靠性和生命周期进行对比，得出含锡或含铅的焊料相比较使用银浆烧结连接功率模块，含有焊料的功率模块更容易退化和失效，同时，现有市场上，使用的焊料可能含有非环保成分，容易在模块的整个生命周期过程中，对环境造成不良影响。
因此，研发一种环保无焊料宽禁带高可靠性注塑成型封装模块，不仅有利于环境保护，而且有利于提升功率模块的使用寿命。
实用新型内容
针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种环保无焊料宽禁带高可靠性注塑成型封装模块，包括：
至少一个半桥注塑模块，所述半桥注塑模块包括一绝缘基板，所述绝缘基板的上表面固定有多个芯片和至少一接线端子；
各所述芯片的上表面键合有金属导线，各所述芯片通过所述金属导线与所述绝缘基板建立电气连接，所述绝缘基板通过所述接线端子与外部系统连接；
所述绝缘基板、各所述芯片和所述接线端子之间的间隙填充有电气隔离材料；
一散热基板，所述绝缘基板的下表面焊接于所述散热基板的上表面。
优选的，所述芯片的上表面具有一导电层，所述金属导线键合于所述导电层上。
优选的，所述芯片的下表面通过银浆焊接在所述绝缘基板上。
优选的，所述绝缘基板包括两金属层，两所述金属层之间设有一绝缘层。
优选的，所述散热基板的下表面有至少一散热柱针。
优选的，所述半桥注塑模块为三个，三个所述半桥注塑模块依次连接形成三相全桥模块。
优选的，所述接线端子包括多个功率端子，所述功率端子通过超声波键合的方式固定在所述绝缘基板上。
优选的，所述接线端子还包括多个控制端子，所述控制端子通过超声波键合的方式固定在所述绝缘基板上。
优选的，所述绝缘基板的下表面通过银浆焊接于所述散热基板的上表面。
优选的，所述散热基板为水冷散热基板。
上述技术方案具有如下优点或有益效果：
1)注塑成型封装模块的集成度高，电流等级高；
2)注塑成型封装模块的稳定性和安装适配性好；
3)注塑成型封装模块的功率循环能力强；
4)注塑成型封装模块对环境具有友好性。
附图说明
图1为本实用新型的较佳的实施例中，环保无焊料宽禁带高可靠性注塑成型封装模块结构图；
图2为本实用新型的较佳的实施例中，环保无焊料宽禁带高可靠性注塑成型封装模块俯视截面图；
图3为本实用新型的较佳的实施例中，环保无焊料宽禁带高可靠性注塑成型封装模块俯视图；
图4为本实用新型的较佳的实施例中，环保无焊料宽禁带高可靠性注塑成型封装模块左视图；
图5为本实用新型的较佳的实施例中，环保无焊料宽禁带高可靠性注塑成型封装模块金属导线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实用新型并不限定于该实施方式，只要符合本实用新型的主旨，则其他实施方式也可以属于本实用新型的范畴。
本实用新型的较佳的实施例中，基于现有技术中存在的上述问题，现提供一种环保无焊料宽禁带高可靠性注塑成型封装模块，如图1至图5所示，具体包括：
至少一个半桥注塑模块1，半桥注塑模块1包括一绝缘基板2，绝缘基板2的上表面固定有多个芯片3和至少一接线端子4；
各芯片3的上表面键合有金属导线，各芯片3通过金属导线与绝缘基板2建立电气连接，绝缘基板2通过接线端子4与外部系统连接；
绝缘基板2、各芯片3和接线端子4之间的间隙填充有电气隔离材料5；
一散热基板6，绝缘基板2的下表面焊接于散热基板6的上表面。
本实用新型的较佳的实施例中，其中，芯片3的上表面具有一导电层，金属导线键合于导电层上。
本实用新型的较佳的实施例中，如图1所示，其中，绝缘基板2包括两金属层，两金属层之间设有一绝缘层。
本实用新型的较佳的实施例中，如图1所示，其中，芯片3的下表面通过银浆7焊接在绝缘基板2上。
优选的，本实施例中，芯片3选用宽禁带碳化硅芯片，芯片3表面电镀有金、银等材料之一或其合金材料，相比较普通硅半导体芯片，芯片3具有更高的耐受高电压的能力、更低功率损耗、更好的导热性能和热稳定性以及更强的耐受高温和射线辐射的能力，各方面的性能都是成数量级地提高。
优选的，本实施例中，金属导线8可选用例如铜带、铜线或铝带、铝线的以超声波键合的方式与绝缘基板2的导电层上连接以实现控制电气连接；背面通过银浆7烧结连接在绝缘基板2上；
具体地，本实施例中，采用超声波键合金属导线的方式连接芯片3和绝缘基板2，实现了稳定的机械连接和电连接。
优选的，本实施例中，绝缘基板2选用双面覆金属层绝缘基板，绝缘基板2的形状可根据实际要求进行设计，绝缘基板2两侧均为金属层，金属层可以根据连接需求不同，电镀不同性质的电镀层，其一侧金属层为带沟槽平面金属层，金属层表面可用于银浆烧结或键合金属导线，金属层作为导电层；中间层为绝缘层，主要材料为氧化铝、氮化硅、氮化铝等绝缘材料；
具体地，本实施例中，电气隔离材料5采用高CTI值的注塑料，通过调控注塑时间、温度和压力，采用环氧灌封的方式，使用电气隔离材料5填充整体功率模块绝缘基板2上所有器件的空隙，以此实现电气隔离，同时使用环氧灌封的功率模块，对常规酸、碱和盐环境，具有更高的耐受度，芯片3采用宽禁带碳化硅芯片不仅有利于提高模块的稳定性而且利于增强模块的功率循环能力，绝缘基板2选用双面覆金属层绝缘基板，有助于用户根据自己的需求实现多样的定制化选择。
本实用新型的较佳的实施例中，如图4所示，其中，接线端子4包括多个功率端子41，功率端子41通过超声波键合的方式固定在绝缘基板2上。
本实用新型的较佳的实施例中，其中，接线端子4还包括多个控制端子42，控制端子42通过超声波键合的方式固定在绝缘基板2上。
优选的，接线端子4成型以前为引线框架，该引线框架去料前，带有一定形状的尖角和连筋，便于安装，表面电镀有金、银、镍等材料之一或其它合金材料，引线框架与绝缘基板2连接的端触角使用超声波直接键合到绝缘基板2上，框架引出的功率端子41和控制端子42通过激光焊接或压接技术与外部系统连接，相比焊料焊接，具有更高的可靠性，可以耐受更高温度，完成整体电气隔离材料5填充后，功率端子41和控制端子42通过去料和折弯，形成满足使用端安装需求的功率端子41和带尖角控制端子42，极大程度上提高了模块在使用端的安装适配度；
优选的，金属导线，金属导线采用纯铝、纯铜、纯金等材料之一或其合金材料，外形为线状或带状结构。
本实用新型的较佳的实施例中，其中，散热基板6的下表面有至少一散热柱针9。
本实用新型的较佳的实施例中，如图4所示，其中，散热基板6为水冷散热基板。
优选的，本实施例中，散热基板6是具有良好散热能力的电镀焊接镀层的金属板，其表面可根据实际需求做全部电镀或局部电镀，正面为平整面或带凸台结构，背面为散热柱结构，散热柱针9的形状，可以根据具体地散热要求设计成圆柱型散热柱、椭圆型散热柱形状、鳍型散热柱形状或正六边散热柱形状，不同数量密度的散热柱针及四周平面直接与安装结构连接，构成散热结构，通过直接通水可实现直接水冷散热；
具体地，本实施例中，选用散热柱型基板有助于提升模块的散热能力，提高了连接强度，简化了使用端安装方式，可以在简易的安装条件要求下，实现直接水冷，增强模块整体的耐高温能力。
本实用新型的较佳的实施例中，如图5所示，其中，半桥注塑模块1为三个，三个半桥注塑模块1依次连接形成三相全桥模块。
具体地，本实施例中，三相全桥模块的连接解决了当前半桥注塑模块1的安装方式复杂和困难的问题。
本实用新型的较佳的实施例中，如图4所示，其中，绝缘基板2的下表面通过银浆7焊接于散热基板6的上表面。
优选的，本实施例中，银浆7采用的多为微米级、纳米级或者两者混合体的银浆材料，原材料以银膜或者银膏的形式供应，银浆7可在较低温度及高压下可实现烧结，烧结完成后熔化温度可达700℃甚至更高；相比较有焊料焊接模块，无焊料焊接模块，耐高温，避免出现因为多次加热导致注塑半桥模块退化或失效等问题；
具体地，本实施例中，采用银浆烧结的方式连接模块，提高了模块整体的稳定性，以及对环境的友好性。
以上所述仅为本实用新型较佳的实施例，并非因此限制本实用新型的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本实用新型的保护范围内。
Claims (10)
1.一种环保无焊料宽禁带高可靠性注塑成型封装模块，其特征在于，包括：
至少一个半桥注塑模块，所述半桥注塑模块包括一绝缘基板，所述绝缘基板的上表面固定有多个芯片和至少一接线端子；
各所述芯片的上表面键合有金属导线，各所述芯片通过所述金属导线与所述绝缘基板建立电气连接，所述绝缘基板通过所述接线端子与外部系统连接；
所述绝缘基板、各所述芯片和所述接线端子之间的间隙填充有电气隔离材料；
一散热基板，所述绝缘基板的下表面焊接于所述散热基板的上表面。
2.根据权利要求1所述的环保无焊料宽禁带高可靠性注塑成型封装模块，其特征在于，所述芯片的上表面具有一导电层，所述金属导线键合于所述导电层上。
3.根据权利要求1所述的环保无焊料宽禁带高可靠性注塑成型封装模块，其特征在于，所述芯片的下表面通过银浆焊接在所述绝缘基板上。
4.根据权利要求1所述的环保无焊料宽禁带高可靠性注塑成型封装模块，其特征在于，所述绝缘基板包括两金属层，两所述金属层之间设有一绝缘层。
5.根据权利要求1所述的环保无焊料宽禁带高可靠性注塑成型封装模块，其特征在于，所述散热基板的下表面有至少一散热柱针。
6.根据权利要求1所述的环保无焊料宽禁带高可靠性注塑成型封装模块，其特征在于，所述半桥注塑模块为三个，三个所述半桥注塑模块依次连接形成三相全桥模块。
7.根据权利要求1所述的环保无焊料宽禁带高可靠性注塑成型封装模块，其特征在于，所述接线端子包括多个功率端子，所述功率端子通过超声波键合的方式固定在所述绝缘基板上。
8.根据权利要求1所述的环保无焊料宽禁带高可靠性注塑成型封装模块，其特征在于，所述接线端子还包括多个控制端子，所述控制端子通过超声波键合的方式固定在所述绝缘基板上。
9.根据权利要求1所述的环保无焊料宽禁带高可靠性注塑成型封装模块，其特征在于，所述绝缘基板的下表面通过银浆焊接于所述散热基板的上表面。
10.根据权利要求1所述的环保无焊料宽禁带高可靠性注塑成型封装模块，其特征在于，所述散热基板为水冷散热基板。
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