RU2740028C1 - Корпус беспотенциального силового модуля - Google Patents
Корпус беспотенциального силового модуля Download PDFInfo
- Publication number
- RU2740028C1 RU2740028C1 RU2020111393A RU2020111393A RU2740028C1 RU 2740028 C1 RU2740028 C1 RU 2740028C1 RU 2020111393 A RU2020111393 A RU 2020111393A RU 2020111393 A RU2020111393 A RU 2020111393A RU 2740028 C1 RU2740028 C1 RU 2740028C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- soldered
- base
- contact pads
- flange
- case
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/02—Containers; Seals
- H01L23/10—Containers; Seals characterised by the material or arrangement of seals between parts, e.g. between cap and base of the container or between leads and walls of the container
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
- H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/52—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
Изобретение относится к силовой электронике, в частности к преобразователям с пониженными динамическими потерями в силовых полупроводниковых ключах, полумостовым драйверам, автономным инверторам тока и т.п. В корпусе беспотенциального полумостового силового модуля, содержащем фланец из псевдосплава, к которому припаяна керамическая плата для монтажа функциональных элементов модуля, припаянный ободок для герметизации корпуса, внешние выводы припаяны к контактным площадкам, соединённым с контактными площадками, находящимися во внутренней полости корпуса, через металлизированные переходные отверстия в керамике, на фланце размещено основание из псевдосплава с внешними размерами, соответствующими размерам ободка для герметизации корпуса, в основании выполнены две прорези на противоположных сторонах для выхода из корпуса выводов, причём ширина перемычки между прорезями превышает ширину фланца, в местах прорезей высокотемпературным припоем вакуумно-плотно припаяны платы из алюмооксидной керамики с переходными металлизированными отверстиями, к контактным площадкам которых припаяны выводы, а ободок для герметизации корпуса и монтажная плата из высокотеплопроводной керамики припаяны к основанию. Изобретение обеспечивает существенное повышение выхода годных корпусов в производстве и повышение их эксплуатационной надёжности. 5 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к силовой электронике, в частности к преобразователям с пониженными динамическими потерями в силовых полупроводниковых ключах, полумостовым драйверам, автономным инверторам тока и т.п. Известна конструкция корпуса силового беспотенциального модуля, в котором металлокерамическая плата закреплена на основании. Модуль собран в пластмассовом корпусе и залит гелеобразным кремнийорганическим компаундом [Патент РФ на полезную модель №109919, 27.10. 2011].
Данное техническое решение может быть использовано только в составе силовых модулей, в которых силовые полумосты выполнены негерметичными и монтируются на металлическом основании, а пластмассовый кожух, заполненный гелем, защищает функциональные элементы модуля от пыли и влаги. Т.е. такие силовые полумосты не могут быть автономными и герметичными изделиями.
Известна конструкция корпуса силового модуля серии MiniSKiiP [Колпаков А. Миниатюрные модули IGBT MiniSKiiP: пружины вместо пайки /А. Колпаков // Новости электроники. – 2007. – №20. – с. 15]. Основой конструкции корпусов полумостов являются платы из алюмонитридной керамики. Платы прижаты к медному основанию и размещены в пластмассовом кожухе модуля, заполненном гелем, защищающим функциональные узлы модуля от пыли и влаги. На Фиг. 1 приведена конструкция силового модуля SEMiX, состоящая из полумостовых DBC-плат, базисной платы, медного основания, печатной платы, силовых выводов, пластмассовой рамки, пластмассового корпуса, пружинных контактов и промежуточных соединений.
Данное техническое решение может быть использовано только в составе силовых модулей, в которых силовые полумосты выполнены негерметичными и монтируются на металлическом основании, а пластмассовый кожух, заполненный гелем, защищает функциональные элементы модуля от пыли и влаги. Т.е. такие силовые полумосты не могут быть автономными и герметичными изделиями.
Ближайшим аналогом является металлокерамический корпус беспотенциального силового модуля, представленный на Фиг. 2а, 2б [Ивашко А.И., Крымко М.М. Металлокерамический корпус для силовых полупроводниковых модулей / А.И. Ивашко, М.М. Крымко // Электронная техника. Серия 2. Полупроводниковые приборы. – 2017. – Выпуск №4 (247) – с. 61-67], в котором на фланце 1 из псевдосплава молибден-медь припаяна высокотемпературным припоем ПСр72 керамическая плата 2 из алюмонитридной керамики, являющаяся основанием корпуса. По периметру платы для герметизации корпуса припоем ПСр72 припаян ободок 3 из сплава 29НК (ковар). Для электрического контакта токопроводящих элементов модуля с выводами 4 используются металлизированные переходные отверстия в керамическом основании.
Данный металлокерамический корпус отличается минимальными габаритами и весом, низким тепловым сопротивлением, возможностью коммутировать большие токи, но при реализации были выявлены серьёзные недостатки его конструкции, приводящие к низкому выходу годных корпусов и их ненадёжности при эксплуатации.
Основной причиной низкого выхода годных корпусов и их надёжности является различие в термическом расширении используемых в конструкции материалов. Из-за существенных остаточных механических напряжений в деталях после сборки корпуса пайкой фланец, плата и обечайка изгибаются, в керамике появляются трещины. Коэффициенты линейного температурного расширения (ТКЛР) алюмонитридной керамики (AlN) и ковара представлены в таблице 1 [Сидоров В.А. Алюмонитридная керамика в СВЧ транзисторах / В.А. Сидоров // Электронная техника. Серия 2. Полупроводниковые приборы. – 2008. – Выпуск №1(220) – с.58-67, Рот А. Вакуумные уплотнения. Пер. с англ. М., «Энергия» – 1971 г. – с. 11]. У псевдосплава МД-40 ТКЛР в направлении прокатки (7,5-8,4).10-6.К-1 и поперёк прокатки (9,1-9,9).10-6.К-1, согласно техническим условиям Яе0.021.105 ТУ.
Корпуса также повреждаются при герметизации шовно-роликовой сваркой собранных в них полумостов из-за усилия со стороны роликов на ободок, прикладываемого на не опирающиеся на фланец участки керамической платы, поскольку фланец не может быть выполнен по длине всей платы из-за контактных площадок на обратной стороне платы. Следует учесть, что при контактной шовной сварке на герметизируемый прибор воздействуют не только механические нагрузки. Шовно-роликовая сварка представляет собой комплексный термомеханический процесс, осуществляемый нагревом материалов большим электрическим током, проходящим через контакт свариваемых деталей и пластической деформацией сварного шва под усилием сжатия. Согласно закону Джоуля-Ленца Q=I2*Rt создаётся нагрев свариваемых металлов до нескольких сот градусов. При этом возникающий термоудар приводит к возникновению механических напряжений в системе «керамика-ободок», что может привести к образованию трещин в керамике.
Учитывая вышеприведенные причины выхода из строя корпусов, можно ожидать их ненадёжную работоспособность в процессе эксплуатации собранных в них изделий при вибрации и ударах, при циклических изменениях температуры и т.п.
Техническим результатом изобретения является существенное повышение выхода годных корпусов в производстве и повышение их эксплуатационной надёжности.
Технический результат, обеспечиваемый изобретением, достигается тем, что в корпусе беспотенциального полумостового силового модуля, содержащем фланец из псевдосплава, к которому припаяна керамическая плата для монтажа функциональных элементов модуля, припаянный ободок для герметизации корпуса, внешние выводы припаяны к контактным площадкам соединённым с контактными площадками, находящимися во внутренней полости корпуса, через металлизированные переходные отверстия в керамике, на фланце размещено основание из псевдосплава с внешними размерами, соответствующими размерам ободка для герметизации корпуса, в основании выполнены две прорези на противоположных сторонах для выхода из корпуса выводов, причём ширина перемычки между прорезями превышает ширину фланца, в местах прорезей высокотемпературным припоем вакуумноплотно припаяны платы из алюмооксидной керамики с переходными металлизированными отверстиями, к контактным площадкам которых припаяны выводы, а ободок для герметизации корпуса и монтажная плата из высокотеплопроводной керамики припаяны к основанию.
В разработанной конструкции корпуса беспотенциального полумостового силового модуля за счёт того, что выводы корпуса перенесены на платы из алюмооксидной керамики, хорошо согласованной с псевдосплавом по тепловому расширению, коммутационная плата выполнена с существенно меньшими размерами и припаяна к основанию на фланце всей плоскостью, а ободок для герметизации корпуса шовно-роликовой сваркой припаян не к плате, а к буртику основания. В результате после сборки корпуса пайкой какой-либо существенной деформации конструкции не возникает даже при выполнении коммутационной платы из высокотеплопроводной алюмонитридной керамики с ТКЛР существенно меньшим ТКЛР псевдосплава. Кроме того, при герметизации прибора шовно-роликовой сваркой исключено термомеханическое воздействие на керамику.
Сущность заявленного технического решения поясняется на фигурах 3, 4, 5.
На Фиг. 3 представлена соответствующая заявленному техническому решению конструкция корпуса, в которой на фланце 1 из псевдосплава размещено основание 2 из псевдосплава. На основании 2 размещена плата 3 из AlN керамики, предназначенная для размещения на ней полупроводниковых кристаллов и иных компонентов собираемого в корпусе модуля. Выводы 4 корпуса припаяны к внешним контактным площадкам плат 5 из алюмооксидной (Al2O3) керамики с ТКЛР близким к ТКЛР псевдосплава. Платы 5 припаяны с внешней стороны к основанию 2, герметично перекрывая прорези в основании. Переходные металлизированные отверстия, выполненные в плате 5, электрически соединяют выводы 4 с контактными площадками обратной стороны платы 5, расположенной внутри корпуса. На буртике основания 2 припаян ободок 6, выполненный из материала, к которому может привариваться шовно-роликовой сваркой крышка корпуса из никеля, стали, ковара и т.п., поскольку псевдосплав не может свариваться. Габаритные размеры платы 3 из AlN керамики ограничены внутренними размерами буртика на основании 2 с припаянным к нему ободком для герметизации корпуса и размером площадки основания между прорезями.
На Фиг. 4 показана плата из алюмооксидной (Al2O3) керамики. На плате со стороны внутренних контактных площадок 1 по периметру выполнена металлизация 1 со стороны внутренних контактных площадок 2, которая предназначена для герметичной припайки платы к основанию. Контактные площадки 1, расположенные внутри корпуса, электрически соединены переходными металлизированными отверстиями с внешними контактными площадками 3, предназначенными для присоединения выводов корпуса. Выводы герметично перекрывают отверстия по их площади.
На Фиг. 5 представлен фланец 1 с основанием 2. Ширина и длина прорезей в основании соответствует внутренним размерам металлизации платы из Al2O3 керамики, предназначенной для герметичной припайки платы к основанию. Корпус собирается с помощью пайки припоем на основе серебра, например, ПСр72.
Были собраны по 40 корпусов с одинаковыми внешними размерами по конструкции аналога и соответствующих заявленному техническому решению.
После пайки припоем ПСр72 во всех корпусах-аналогах неплоскостность опорной поверхности фланца составляла 27-52 мкм, а на 17 корпусах появились на керамике трещины. После герметизации оставшихся корпусов шовно-роликовой сваркой на керамике 5-ти корпусов появились трещины. Проверка на гелиевом течеискателе ПТИ-10 показала герметичность 18 корпусов. После испытаний на термоциклирование и воздействие удара годными оказались только 11 корпусов.
38 из 40 собранных корпусов, соответствующих по конструкции заявленному техническому решению, прошли все этапы контроля и оказались годными и надёжными в условиях эксплуатации. 2 корпуса оказались не герметичными по пайке выводов, перекрывающих переходные отверстия. Максимальная неплоскостность опорной поверхности фланца составила 9 микрометров.
Литература:
1. Колпаков А. Миниатюрные модули IGBT MiniSKiiP: пружины вместо пайки /А. Колпаков // Новости электроники. – 2007. – № 20. – с. 15
2. Ивашко А.И., Крымко М.М. Металлокерамический корпус для силовых полупроводниковых модулей / А.И. Ивашко, М.М. Крымко // Электронная техника. Серия 2. Полупроводниковые приборы. – 2017. – Выпуск №4 (247) – с. 61-67
3. Сидоров В.А. Алюмонитридная керамика в СВЧ транзисторах / В.А. Сидоров // Электронная техника. Серия 2. Полупроводниковые приборы. – 2008. – Выпуск №1 (220) – с. 58-66
4. Рот А. Вакуумные уплотнения. Пер. с англ. М., «Энергия» – 1971 г. – с. 112
Claims (1)
- Корпус беспотенциального полумостового силового модуля, содержащий фланец из псевдосплава, к которому припаяна керамическая плата для монтажа функциональных элементов модуля, припаянный ободок для герметизации корпуса, внешние выводы припаяны к контактным площадкам, соединённым с контактными площадками, находящимися во внутренней полости корпуса, через металлизированные переходные отверстия в керамике, отличающийся тем, что на фланце размещено основание из псевдосплава с внешними размерами, соответствующими размерам ободка для герметизации корпуса, в основании выполнены две прорези на противоположных сторонах для выхода из корпуса выводов, причём ширина перемычки между прорезями превышает ширину фланца, в местах прорезей высокотемпературным припоем вакуумно-плотно припаяны платы из алюмооксидной керамики с переходными металлизированными отверстиями, к контактным площадкам которых припаяны выводы, а ободок для герметизации корпуса и монтажная плата из высокотеплопроводной керамики припаяны к основанию.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020111393A RU2740028C1 (ru) | 2020-03-19 | 2020-03-19 | Корпус беспотенциального силового модуля |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020111393A RU2740028C1 (ru) | 2020-03-19 | 2020-03-19 | Корпус беспотенциального силового модуля |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2740028C1 true RU2740028C1 (ru) | 2020-12-30 |
Family
ID=74106613
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020111393A RU2740028C1 (ru) | 2020-03-19 | 2020-03-19 | Корпус беспотенциального силового модуля |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2740028C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU211842U1 (ru) * | 2021-11-19 | 2022-06-24 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие " Пульсар" | Беспотенциальный корпус полупроводникового прибора |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2274928C2 (ru) * | 2004-01-09 | 2006-04-20 | Открытое акционерное общество "Электровыпрямитель" | Силовой беспотенциальный модуль с повышенным напряжением изоляции |
| RU2322729C1 (ru) * | 2006-06-16 | 2008-04-20 | Открытое акционерное общество "Донской завод радиодеталей" | Корпус полупроводникового прибора с высокой нагрузкой по току (варианты) |
| US20090127638A1 (en) * | 2007-11-16 | 2009-05-21 | Infineon Technologies Ag | Electrical device and method |
| RU109919U1 (ru) * | 2010-08-23 | 2011-10-27 | Открытое акционерное общество "Электровыпрямитель" | Силовой беспотенциальный модуль |
| RU2656302C1 (ru) * | 2017-06-26 | 2018-06-04 | Общество с ограниченной ответственностью "ЧЭАЗ-ЭЛПРИ" | Подмодуль полумостовой силового полупроводникового модуля |
| RU192952U1 (ru) * | 2019-05-15 | 2019-10-08 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "НИИТАЛ" | Металлокерамический корпус |
| RU193449U1 (ru) * | 2019-03-13 | 2019-10-29 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Ободок для герметизации корпусов силовых полупроводниковых приборов |
-
2020
- 2020-03-19 RU RU2020111393A patent/RU2740028C1/ru active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2274928C2 (ru) * | 2004-01-09 | 2006-04-20 | Открытое акционерное общество "Электровыпрямитель" | Силовой беспотенциальный модуль с повышенным напряжением изоляции |
| RU2322729C1 (ru) * | 2006-06-16 | 2008-04-20 | Открытое акционерное общество "Донской завод радиодеталей" | Корпус полупроводникового прибора с высокой нагрузкой по току (варианты) |
| US20090127638A1 (en) * | 2007-11-16 | 2009-05-21 | Infineon Technologies Ag | Electrical device and method |
| RU109919U1 (ru) * | 2010-08-23 | 2011-10-27 | Открытое акционерное общество "Электровыпрямитель" | Силовой беспотенциальный модуль |
| RU2656302C1 (ru) * | 2017-06-26 | 2018-06-04 | Общество с ограниченной ответственностью "ЧЭАЗ-ЭЛПРИ" | Подмодуль полумостовой силового полупроводникового модуля |
| RU193449U1 (ru) * | 2019-03-13 | 2019-10-29 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Ободок для герметизации корпусов силовых полупроводниковых приборов |
| RU192952U1 (ru) * | 2019-05-15 | 2019-10-08 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "НИИТАЛ" | Металлокерамический корпус |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ивашко А.И. и др. Металлокерамический корпус для силовых полупроводниковых модулей, Электронная техника. Серия 2. Полупроводниковые приборы. 2017. Выпуск N4 (247), с. 61-67. * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2780673C1 (ru) * | 2021-06-25 | 2022-09-28 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Пульсар" | Металлостеклянный корпус типа кт-97 |
| RU211842U1 (ru) * | 2021-11-19 | 2022-06-24 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие " Пульсар" | Беспотенциальный корпус полупроводникового прибора |
| RU218992U1 (ru) * | 2022-04-12 | 2023-06-21 | Михаил Юрьевич Гончаров | Биметаллический корпус |
| RU225033U1 (ru) * | 2023-03-23 | 2024-04-12 | Дмитрий Евгеньевич Миненко | Корпус модуля оптического передатчика на базе радиофотонной интегральной схемы для широкополосных систем передачи, приема и обработки радиосигналов |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH11330283A (ja) | 半導体モジュール及び大型半導体モジュール | |
| TWI794921B (zh) | 電池用封裝體及電池模組 | |
| CN108231706B (zh) | 一种功率半导体器件封装结构及封装方法 | |
| KR20140115251A (ko) | 전력 반도체 모듈 및 이를 포함하는 장치 | |
| CN111696936A (zh) | 一种集成散热器的功率模块及其制作方法 | |
| RU2740028C1 (ru) | Корпус беспотенциального силового модуля | |
| US5821617A (en) | Surface mount package with low coefficient of thermal expansion | |
| US8237171B2 (en) | High voltage high package pressure semiconductor package | |
| JP2002231884A (ja) | 高出力半導体モジュール及びその用途 | |
| KR100711552B1 (ko) | 볼 그리드 어레이를 포함하는 파워 반도체 장착 패키지 | |
| US9601399B2 (en) | Module arrangement for power semiconductor devices | |
| CA1216960A (en) | Hermetic power chip packages | |
| RU193449U1 (ru) | Ободок для герметизации корпусов силовых полупроводниковых приборов | |
| US5923083A (en) | Packaging technology for Schottky die | |
| JP2019531600A (ja) | パワーモジュール | |
| US8587107B2 (en) | Silicon carbide semiconductor | |
| RU198866U1 (ru) | Силовой полупроводниковый модуль | |
| EP0517967A1 (en) | High current hermetic package | |
| CN112366183A (zh) | 一体式金属管壳的微波功率放大芯片封装及其制备方法 | |
| WO2021128562A1 (zh) | 一种压接式igbt模块及功率半导体器件 | |
| CN113745168A (zh) | 用于to-252封装的金属陶瓷外壳及制备方法 | |
| US6982482B2 (en) | Packaging of solid state devices | |
| JP2015026667A (ja) | 半導体モジュール | |
| JP3830919B2 (ja) | 大型半導体モジュール | |
| RU221000U1 (ru) | Силовой полупроводниковый модуль |