智能功率模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種智能功率模塊，屬于功率模塊制造技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]大功率半導(dǎo)體模塊是一種標(biāo)準(zhǔn)外形尺寸和非標(biāo)準(zhǔn)外形尺寸模塊產(chǎn)品。智能功率模塊主要用于直流(DC)變交流(AC)的逆變轉(zhuǎn)換，用于給工業(yè)和民用空調(diào)進(jìn)行變頻控制，提高用電效率，降低能耗。傳統(tǒng)智能功率半導(dǎo)體模塊主要包括外殼、主電路板和驅(qū)動(dòng)電路板，半導(dǎo)體芯片、多個(gè)電極端子和信號(hào)端子焊接在覆金屬陶瓷基板并構(gòu)成主電路板，而焊接有集成電路芯片及各器件的印刷電路板構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電路板，為減小功率模塊的體積，是將驅(qū)動(dòng)電路板通過(guò)螺釘安裝外殼上，各端子需穿出外殼蓋板上的端子孔和驅(qū)動(dòng)電路板上的端子孔，再通過(guò)焊料將端子焊接在驅(qū)動(dòng)電路板上，通過(guò)端子實(shí)現(xiàn)與功率半導(dǎo)體模塊外部電路的連接以及驅(qū)動(dòng)信號(hào)的輸入輸出，但上述結(jié)構(gòu)是將半導(dǎo)體芯片焊接在覆金屬陶瓷基板，集成電路芯片以及各器件是焊接在印刷電路板，一方面無(wú)法進(jìn)一步減小智能功率模塊的體積，另一方面也無(wú)法對(duì)集成電路芯片進(jìn)行散熱。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種能將半導(dǎo)體芯片、快恢復(fù)二極管芯片和集成電路芯片混合封裝在鋁基覆銅板，縮小整體尺寸，提高散熱效果，并能降低制作成本的智能功率模塊。
[0004]本發(fā)明為達(dá)到上述目的的技術(shù)方案是:一種智能功率模塊，其特征在于:包括外殼，固定在外殼底部的鋁基覆銅板、復(fù)數(shù)個(gè)電極端子、復(fù)數(shù)個(gè)信號(hào)端子、集成電路芯片以及器件和三組以上的半導(dǎo)體單元模塊，集成電路芯片和器件分別通過(guò)鋁絲與鋁基覆銅板鍵合；所述的半導(dǎo)體單元模塊包括銅基板、半導(dǎo)體芯片和快恢復(fù)二極管芯片，銅基板固定在鋁基覆銅板上，半導(dǎo)體芯片的集電極和快恢復(fù)二極管芯片的陰極與銅基板連接，半導(dǎo)體芯片的發(fā)射極和柵極以及快恢復(fù)二極管芯片的陽(yáng)極通過(guò)鋁絲與鋁基覆銅板連接，各電極端子和各信號(hào)端子分別嵌接在外殼的側(cè)壁上，各電極端子和各信號(hào)端子的下部通過(guò)鋁絲與鋁基覆銅板連接，外殼內(nèi)填充有硅凝膠并將集成電路芯片、器件和半導(dǎo)體單元模塊密封，蓋板連接在外殼上。
[0005]本發(fā)明將半導(dǎo)體芯片及快恢復(fù)二極管芯片與銅基板連接，代替?zhèn)鹘y(tǒng)半導(dǎo)體芯片和快恢復(fù)二極管芯片先焊在覆金屬陶瓷基板，再將覆金屬陶瓷基板焊在銅基板上，由于省掉覆金屬陶瓷基，半導(dǎo)體芯片的熱量直接通過(guò)銅基板而傳至鋁基覆銅板，提高了半導(dǎo)體芯片的散熱能力，同時(shí)也提高半導(dǎo)體芯片工作溫度和使用效率。本發(fā)明半導(dǎo)體芯片及快恢復(fù)二極管芯片通過(guò)銅基板與鋁基覆銅板連接，同時(shí)也將集成電路芯片連接在鋁基覆銅板上，實(shí)現(xiàn)了裸片即半導(dǎo)體芯片以及快恢復(fù)二極管芯片和單管即集成電路芯片的混合封裝，能進(jìn)一步縮小智能功率模塊的尺寸，同時(shí)也能使器件和集成電路芯片通過(guò)鋁基覆銅板下部的散熱器進(jìn)行散熱，使器件和集成電路芯片具有一個(gè)較好的工作環(huán)境，本發(fā)明通過(guò)對(duì)半導(dǎo)體芯片的散熱改進(jìn)以及對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，能提高變頻器的使用壽命。本發(fā)明將各半導(dǎo)體芯片的柵極通過(guò)鋁絲與鋁基覆銅板實(shí)現(xiàn)超聲鍵合在一起，然后鋁基覆銅板再通過(guò)鋁絲與嵌接在外殼上的各電極端子和信號(hào)端子進(jìn)行超聲鍵合，將柵極信號(hào)、器件信號(hào)通過(guò)信號(hào)端子引出，而半導(dǎo)體芯片的集電極和發(fā)射極以及恢復(fù)二極管芯片的陰極和陽(yáng)極均通過(guò)電極端子引出，由于電極端子和信號(hào)端子設(shè)置在外殼上，方便與外部電路的連接。本發(fā)明由于外殼中間敞開(kāi)，方便硅凝膠的灌入以及硅凝膠中氣泡的排除，具有較好的工藝性。
【附圖說(shuō)明】
[0006]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0007]圖1是本發(fā)明的智能功率模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0008]圖2是本發(fā)明的智能功率模塊打開(kāi)蓋板時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]圖3是本發(fā)明鋁基覆銅板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖4是本發(fā)明電極端子和信號(hào)端子固定在殼體上的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖5是本發(fā)明電極端子的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]其中:1 一蓋板，2—/[目號(hào)端子，3—外殼,4 一電極端子，5—襯套,6 —負(fù)溫度熱敏電阻，7—招絲,8—貼片電阻,9—貼片電容，10—集成電路芯片，11—銅基板，11-1—招層，11-2—絕緣層，11-3—銅層，11-4 一鍍金部分，11-5—絕緣部分，12—半導(dǎo)體芯片，13—快恢復(fù)二極管芯片，14 一招基覆銅板。
【具體實(shí)施方式】
[0013]見(jiàn)圖1?2所示，本發(fā)明的智能功率模塊，包括外殼3，固定在外殼3底部的鋁基覆銅板14、復(fù)數(shù)個(gè)電極端子4、復(fù)數(shù)個(gè)信號(hào)端子2、集成電路芯片10以及器件和三組以上的半導(dǎo)體單元模塊，外殼3和銅基板11之間是通過(guò)粘合劑和襯套5連接。見(jiàn)圖2、3所示，本發(fā)明的鋁基覆銅板14包括依次相連接的底部的鋁層11-1、中部的絕緣層11-2和上部的銅層11-3，且銅層11-3上部還設(shè)有用于焊接的多處鍍金部分11-4和設(shè)置在各鍍金部分11-4外周、且用于阻焊的絕緣部分11-5，在銅層需要釬焊和超聲鍵合的地方具有鍍金部分，使鍍金部分能與貼片電阻8、貼片電容9、集成電路芯片10、銅基板11進(jìn)行釬焊，同時(shí)也能進(jìn)行鋁絲7的超聲鍵合，而絕緣部分可采用涂絕緣漆，在釬焊時(shí)起阻焊作用。
[0014]見(jiàn)圖2、3所示，本發(fā)明集成電路芯片10和器件分別通過(guò)鋁絲7與鋁基覆銅板14鍵合，該器件見(jiàn)圖2所示，包括至少一個(gè)負(fù)溫度熱敏電阻6、至少三個(gè)貼片電阻8和至少三個(gè)貼片電容9，各負(fù)溫度熱敏電阻6、貼片電阻8和貼片電容9分別通過(guò)鋁絲7與鋁基覆銅板14連接，通過(guò)負(fù)溫度熱敏電阻6檢測(cè)功率模塊的溫度，而貼片電阻8和貼片電容9與半導(dǎo)體芯片12和快恢復(fù)二極管芯片13構(gòu)成電路。
[0015]見(jiàn)圖2、3所示，本發(fā)明的半導(dǎo)體單元模塊可采用6組，各半導(dǎo)體單元模塊包括銅基板11、半導(dǎo)體芯片12和快恢復(fù)二極管芯片13，半導(dǎo)體芯片12可采用絕緣柵雙極型晶體管、或IGBT或晶閘管等，銅基板11固定在鋁基覆銅板14上，半導(dǎo)體芯片12的集電極和快恢復(fù)二極管芯片13的陰極與銅基板11連接，半導(dǎo)體芯片12的集電極和快恢復(fù)二極管芯片13的陰極焊接在銅基板11上，半導(dǎo)體芯片12的發(fā)射極和柵極以及快恢復(fù)二極管芯片13的陽(yáng)極通過(guò)鋁絲7與鋁基覆銅板14連接，可通過(guò)鋁絲7進(jìn)行超聲鍵合，由于省掉覆銅陶瓷基板，提高芯片的散熱能力，提高芯片工作溫度和使用效率。
[0016]見(jiàn)圖4、5所示，本發(fā)明各電極端子4和各信號(hào)端子2分別嵌接在外殼3的側(cè)壁上，本發(fā)明的電極端子4和信號(hào)端子2結(jié)構(gòu)相同，電極端子4和信號(hào)端子2呈L形，由于電極端子4和信號(hào)端子2嵌接在外殼3上，能提高電極端子4和信號(hào)端子2使用壽命，可簡(jiǎn)化外殼3結(jié)構(gòu)，降低外殼3成本，進(jìn)而降低智能功率模塊的成本，各電極端子4和各信號(hào)端子2的下部通過(guò)鋁絲7與鋁基覆銅板14連接，外殼3內(nèi)填充有硅凝膠并將集成電路芯片10、器件和半導(dǎo)體單元模塊密封，蓋板I連接在外殼3上，蓋板I通過(guò)粘合劑固定外殼3上，實(shí)現(xiàn)智能功率模塊的密封。
[0017]見(jiàn)圖2、4所示，本發(fā)明在外殼3的兩個(gè)側(cè)壁上分別設(shè)有凸塊，該凸塊呈長(zhǎng)方形，通以實(shí)現(xiàn)智能功率模塊與外電路連接時(shí)的間隔。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種智能功率模塊，其特征在于:包括外殼(3)，固定在外殼(3)底部的鋁基覆銅板(14)、復(fù)數(shù)個(gè)電極端子(4)、復(fù)數(shù)個(gè)信號(hào)端子(2)、集成電路芯片(10)以及器件和三組以上的半導(dǎo)體單元模塊，集成電路芯片(10)和器件分別通過(guò)鋁絲(7)與鋁基覆銅板(14)鍵合；所述的半導(dǎo)體單元模塊包括銅基板(11 )、半導(dǎo)體芯片(12)和快恢復(fù)二極管芯片(13)，銅基板(11)固定在鋁基覆銅板(14)上，半導(dǎo)體芯片(12)的集電極和快恢復(fù)二極管芯片芯片(13)的陰極與銅基板(11)連接，半導(dǎo)體芯片(12)的發(fā)射極和柵極以及快恢復(fù)二極管芯片(13)的陽(yáng)極通過(guò)鋁絲(7)與鋁基覆銅板(14)連接，各電極端子(4)和各信號(hào)端子(2)分別嵌接在外殼(3 )的側(cè)壁上，各電極端子(4 )和各信號(hào)端子(2 )的下部通過(guò)鋁絲(7 )與鋁基覆銅板(14)連接，外殼(3)內(nèi)填充有硅凝膠并將集成電路芯片(10)、器件和半導(dǎo)體單元模塊密封，蓋板(I)連接在外殼(3)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能功率模塊，其特征在于:所述的鋁基覆銅板(14)包括依次相連接底部的鋁層(11-1)、中部的絕緣層(11-2)和上部的銅層(11-3)，且銅層(11-3)上部還設(shè)有用于焊接的多處鍍金部分(11-4)和設(shè)置在各鍍金部分(11-4)外周、且用于阻焊的絕緣部分(11-5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能功率模塊，其特征在于:所述的器件包括至少一個(gè)負(fù)溫度熱敏電阻(6)、至少三個(gè)貼片電阻(8)和至少三個(gè)貼片電容(9)，各負(fù)溫度熱敏電阻(6)、貼片電阻(8)和貼片電容(9)分別通過(guò)鋁絲(7)與鋁基覆銅板(14)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能功率模塊，其特征在于:所述的電極端子(4)和信號(hào)端子(2)結(jié)構(gòu)相同，電極端子(4)和信號(hào)端子(2)呈L形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能功率模塊，其特征在于:所述外殼(3)的兩個(gè)側(cè)壁上分別設(shè)有凸塊。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種智能功率模塊，集成電路芯片和器件分別通過(guò)鋁絲與鋁基覆銅板鍵合；半導(dǎo)體單元模塊包括銅基板、半導(dǎo)體芯片和快恢復(fù)二極管芯片，銅基板固定在鋁基覆銅板上，半導(dǎo)體芯片的集電極和快恢復(fù)二極管芯片的陰極與銅基板連接，半導(dǎo)體芯片的發(fā)射極和柵極以及快恢復(fù)二極管芯片的陽(yáng)極通過(guò)鋁絲與鋁基覆銅板連接，各電極端子和各信號(hào)端子分別嵌接在外殼的側(cè)壁上，各電極端子和各信號(hào)端子的下部通過(guò)鋁絲與鋁基覆銅板連接，外殼內(nèi)填充有硅凝膠并將集成電路芯片、器件和半導(dǎo)體單元模塊密封，蓋板連接在外殼上。本發(fā)明能將半導(dǎo)體芯片、快恢復(fù)二極管芯片和集成電路芯片混合封裝在鋁基覆銅板，縮小整體尺寸，提高散熱效果，并能降低制作成本。
【IPC分類】H01L23-488, H01L23-14
【公開(kāi)號(hào)】CN104701268
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310667409
【發(fā)明人】聶世義, 王曉寶, 趙善麒
【申請(qǐng)人】江蘇宏微科技股份有限公司
【公開(kāi)日】2015年6月10日
【申請(qǐng)日】2013年12月10日