集成在散熱基板上的雙面焊接單面散熱功率模塊的制作方法
【專(zhuān)利摘要】集成在散熱基板上的雙面焊接單面散熱功率模塊，它主要包括散熱基板、絕緣基板、絕緣柵雙極型晶體管以及二極管的芯片部分、硅凝膠、功率端子、銅片、信號(hào)端子、塑料外殼、鋁線(xiàn)；絕緣柵雙極型晶體管以及二極管的芯片部分一面通過(guò)軟鉛焊焊接在絕緣基板導(dǎo)電銅層上；另一面各絕緣柵雙極型晶體管以及二極管的芯片部分之間、各絕緣柵雙極型晶體管以及二極管的芯片部分與絕緣基板相應(yīng)的導(dǎo)電層之間分別通過(guò)銅片以及軟釬焊焊接工藝實(shí)現(xiàn)電氣連接；各絕緣柵雙極型晶體管芯片部分的信號(hào)端與注塑在塑料外殼中的信號(hào)端子通過(guò)鋁線(xiàn)鍵合來(lái)實(shí)現(xiàn)電氣連接；功率端子通過(guò)超聲波焊接在絕緣基板導(dǎo)電銅層上；絕緣基板通過(guò)軟釬焊直接焊接或集成在散熱基板上。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
集成在散熱基板上的雙面焊接單面散熱功率模塊
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及的是一種集成在散熱基板上的雙面焊接單面散熱功率模塊，屬于電力電子學(xué)領(lǐng)域的功率模塊設(shè)計(jì)、封裝和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]目前絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)功率模塊在新能源汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，對(duì)功率模塊提出了高集成度、大功率密度等要求，這就要求功率模塊在結(jié)構(gòu)和電路的高可靠性，諸如芯片的抗熱沖擊能力以及模塊的整體熱阻均需得到進(jìn)一步改善。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，而提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，有利于功率模塊熱阻和芯片結(jié)溫的降低，有利于提高功率模塊電氣連接可靠性的集成在散熱基板上的雙面焊接單面散熱功率模塊。
[0004]本實(shí)用新型的目的是通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)完成的，一種集成在散熱基板上的雙面焊接單面散熱功率模塊，它主要包括散熱基板、絕緣基板、絕緣柵雙極型晶體管以及二極管的芯片部分、硅凝膠、功率端子、銅片、信號(hào)端子、塑料外殼、鋁線(xiàn);絕緣柵雙極型晶體管以及二極管的芯片部分一面通過(guò)軟鉛焊焊接在絕緣基板導(dǎo)電銅層上;另一面各絕緣柵雙極型晶體管以及二極管的芯片部分之間、各絕緣柵雙極型晶體管以及二極管的芯片部分與絕緣基板相應(yīng)的導(dǎo)電層之間分別通過(guò)銅片以及軟釬焊焊接工藝實(shí)現(xiàn)電氣連接;各絕緣柵雙極型晶體管芯片部分的信號(hào)端與注塑在塑料外殼中的信號(hào)端子通過(guò)鋁線(xiàn)鍵合來(lái)實(shí)現(xiàn)電氣連接;功率端子通過(guò)超聲波焊接在絕緣基板導(dǎo)電銅層上;絕緣基板通過(guò)軟釬焊直接焊接或集成在散熱基板上;塑料外殼和絕緣基板通過(guò)密封膠粘接，同時(shí)塑料外殼配合螺絲連接于散熱基板；絕緣柵雙極型晶體管以及二極管的芯片部分、絕緣基板、功率端子、銅片、信號(hào)端子、鋁線(xiàn)各自覆蓋有絕緣硅凝膠以提高各元件之間的耐壓。
[0005]作為優(yōu)選:所述的絕緣柵雙極型晶體管以及二極管的芯片部分和絕緣基板(DBC)通過(guò)焊接方式連接，此焊接采用Snpb、SnAg、SnAgCu和PbSnAg中含Sn焊接材料之一，焊接最高溫度控制在100—400°C之間；
[0006]所述的絕緣柵雙極型晶體管以及二極管的芯片部分表層電鍍有銅或銀可焊接金屬材料層。
[0007]所述的銅片采用純銅或銅合金材料，它通過(guò)焊接方式連接于絕緣柵雙極型晶體管以及二極管的芯片部分和絕緣基板之間；此焊接采用Snpb、SnAg,、SnAgCu和PbSnAg中含Sn焊接材料之一，焊接最高溫度控制在100°到400°之間；
[0008]所述的功率端子和信號(hào)端子采用純銅或者銅合金材料制成，表層裸銅或者電鍍金、鎳或錫可焊接金屬材料;所述功率端子通過(guò)超聲波焊焊接于絕緣基板導(dǎo)電銅層上。
[0009]作為優(yōu)選:所述的絕緣基板分上、中、下三層結(jié)構(gòu)層，上下結(jié)構(gòu)層采用純銅材料，中層結(jié)構(gòu)層采用陶瓷材料；絕緣基板通過(guò)焊接方式連接于散熱基板上，此焊接采用Snpb、SnAg、SnAgCu和PbSnAg中含Sn焊接材料之一，焊接最高溫度控制在100—400°C之間。
[0010]作為優(yōu)選:所述的鋁線(xiàn)采用純鋁或鋁合金材料制成，它通過(guò)超聲波焊接方式被鍵合連接于絕緣柵雙極型晶體管以及二極管的芯片部分信號(hào)端區(qū)域、絕緣基板導(dǎo)電銅層和信號(hào)端子之間；
[0011 ]所述的塑料外殼采用PBT、PPS和尼龍耐高溫和絕緣性能良好的塑料制成。
[0012]作為優(yōu)選:所述的散熱基板采用純鋁或鋁合金材料制成，其上表面中間區(qū)域設(shè)置有表面鍍鎳的焊接區(qū)域凸起，有利于絕緣基板和散熱基板焊接;所述散熱基板的下表面帶散熱針，并以一定距離交錯(cuò)排布，有利于在風(fēng)冷或者水冷環(huán)境下增強(qiáng)流體湍流強(qiáng)度，帶走更多熱量。
[0013]作為優(yōu)選:所述的功率端子和信號(hào)端子局部被注塑外殼注塑包裹;所述的功率端子分布于模塊的兩邊，信號(hào)端子分布于模塊四條注塑邊上。
[0014]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是:通過(guò)銅片的軟釬焊焊接實(shí)現(xiàn)絕緣柵雙極型晶體管以及二極管的芯片部分、絕緣基板之間電氣連接的方式，相較于傳統(tǒng)工藝鋁線(xiàn)鍵合的方式，增大了電氣連接的接觸面，有利于提高功率模塊電氣連接的可靠性，且銅片大熱容的存在有利于抵抗絕緣柵雙極型晶體管以及二極管的芯片部分的瞬態(tài)熱沖擊，減小芯片結(jié)溫波動(dòng);通過(guò)將絕緣基板直接焊接于散熱基板上的方法實(shí)現(xiàn)了功率模塊與散熱基板的集成，有利于功率模塊熱阻和芯片結(jié)溫的降低，制造高可靠、高集成度、大功率密度絕緣柵雙極型晶體管模塊。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為新型絕緣柵雙極型晶體管模塊電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2為新型絕緣柵雙極型晶體管模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖3是圖2的A-A剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖4是圖3中A部放大示意圖。
[0019]圖5是本實(shí)用新型所述散熱基板的正面結(jié)構(gòu)示意圖。
[°02°]圖6是圖5中B部放大示意圖。
[0021 ]圖7是本實(shí)用新型所述散熱基板的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖8是圖7中C部放大示意圖。
[0023]【具體實(shí)施方式】:
[0024]下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。圖1-8所示，本實(shí)用新型一種集成在散熱基板上的雙面焊接單面散熱功率模塊，它主要包括散熱基板1、絕緣基板(DBC)2、絕緣柵雙極型晶體管以及二極管的芯片部分3、硅凝膠4、功率端子5、銅片6、信號(hào)端子7、塑料外殼8、鋁線(xiàn)9;絕緣柵雙極型晶體管以及二極管的芯片部分3—面通過(guò)軟鉛焊焊接在絕緣基板(DBC)2導(dǎo)電銅層上；另一面各絕緣柵雙極型晶體管以及二極管的芯片部分3之間、各絕緣柵雙極型晶體管以及二極管的芯片部分3與絕緣基板(DBC)2相應(yīng)的導(dǎo)電層之間分別通過(guò)銅片6以及軟釬焊焊接工藝實(shí)現(xiàn)電氣連接;各絕緣柵雙極型晶體管芯片部分3的信號(hào)端與注塑在塑料外殼8中的信號(hào)端子7通過(guò)鋁線(xiàn)9鍵合來(lái)實(shí)現(xiàn)電氣連接;功率端子5通過(guò)超聲波焊接在絕緣基板(DBC)2導(dǎo)電銅層上;絕緣基板(DBC)2通過(guò)軟釬焊直接焊接或集成在散熱基板I上;塑料外殼8和絕緣基板(DBC)2通過(guò)密封膠粘接，同時(shí)塑料外殼8配合螺絲連接于散熱基板I;絕緣柵雙極型晶體管以及二極管的芯片部分3、絕緣基板(DBC)2、功率端子5、銅片6、信號(hào)端子7、鋁線(xiàn)9各自覆蓋有絕緣硅凝膠4以提高各元件之間的耐壓。
[0025]圖中所示，所述的絕緣柵雙極型晶體管以及二極管的芯片部分3和絕緣基板(DBC)2通過(guò)焊接方式連接，此焊接采用Snpb、SnAg、SnAgCu和PbSnAg中含Sn焊接材料之一，焊接最高溫度控制在100—400°C之間；
[0026]所述的絕緣柵雙極型晶體管以及二極管的芯片部分3表層電鍍有銅或銀可焊接金屬材料層。
[0027]所述的銅片6采用純銅或銅合金材料，它通過(guò)焊接方式連接于絕緣柵雙極型晶體管以及二極管的芯片部分3和絕緣基板(DBC)2之間；此焊接采用Snpb、SnAg，、SnAgCu和PbSnAg中含Sn焊接材料之一，焊接最高溫度控制在100°到400°之間；
[0028]所述的功率端子5和信號(hào)端子7采用純銅或者銅合金材料制成，表層裸銅或者電鍍金、鎳或錫可焊接金屬材料;所述功率端子5通過(guò)超聲波焊焊接于絕緣基板(DBC)2導(dǎo)電銅層上。
[0029]本實(shí)用新型所述的絕緣基板(DBC)2分上、中、下三層結(jié)構(gòu)層，上下結(jié)構(gòu)層采用純銅材料，中層結(jié)構(gòu)層采用陶瓷材料;絕緣基板(DBC)2通過(guò)焊接方式連接于散熱基板I上，此焊接采用Snpb、SnAg、SnAgCu和PbSnAg中含Sn焊接材料之一，焊接最高溫度控制在100—400 °C之間。
[0030]本實(shí)用新型所述的鋁線(xiàn)9采用純鋁或鋁合金材料制成，它通過(guò)超聲波焊接方式被鍵合連接于絕緣柵雙極型晶體管以及二極管的芯片部分3信號(hào)端區(qū)域、絕緣基板(DBC)2導(dǎo)電銅層和信號(hào)端子7之間；
[0031 ]所述的塑料外殼8采用PBT、PPS和尼龍耐高溫和絕緣性能良好的塑料制成。
[0032]本實(shí)用新型所述的散熱基板I采用純鋁或鋁合金材料制成，其上表面中間區(qū)域設(shè)置有表面鍍鎳的焊接區(qū)域凸起，有利于絕緣基板(DBC)2和散熱基板I焊接;所述散熱基板I的下表面帶散熱針，并以一定距離交錯(cuò)排布，有利于在風(fēng)冷或者水冷環(huán)境下增強(qiáng)流體湍流強(qiáng)度，帶走更多熱量。
[0033]本實(shí)用新型所述的功率端子5和信號(hào)端子7局部被注塑外殼8注塑包裹;所述的功率端子分布于模塊的兩邊，信號(hào)端子分布于模塊四條注塑邊上。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.集成在散熱基板上的雙面焊接單面散熱功率模塊，它主要包括散熱基板(I)、絕緣基板(2)、絕緣柵雙極型晶體管以及二極管的芯片部分(3)、硅凝膠(4)、功率端子(5)、銅片(6)、信號(hào)端子(7)、塑料外殼(8)、鋁線(xiàn)(9);絕緣柵雙極型晶體管以及二極管的芯片部分(3)一面通過(guò)軟鉛焊焊接在絕緣基板(2)導(dǎo)電銅層上；另一面各絕緣柵雙極型晶體管以及二極管的芯片部分(3)之間、各絕緣柵雙極型晶體管以及二極管的芯片部分(3)與絕緣基板(2)相應(yīng)的導(dǎo)電層之間分別通過(guò)銅片(6)以及軟釬焊焊接工藝實(shí)現(xiàn)電氣連接;各絕緣柵雙極型晶體管芯片部分(3)的信號(hào)端與注塑在塑料外殼(8)中的信號(hào)端子(7)通過(guò)鋁線(xiàn)(9)鍵合來(lái)實(shí)現(xiàn)電氣連接;功率端子(5)通過(guò)超聲波焊接在絕緣基板(2)導(dǎo)電銅層上;絕緣基板(2)通過(guò)軟釬焊直接焊接或集成在散熱基板(I)上;塑料外殼(8)和絕緣基板(2)通過(guò)密封膠粘接，同時(shí)塑料外殼(8)配合螺絲連接于散熱基板(I);絕緣柵雙極型晶體管以及二極管的芯片部分(3)、絕緣基板(2)、功率端子(5)、銅片(6)、信號(hào)端子(7)、鋁線(xiàn)(9)各自覆蓋有絕緣硅凝膠(4)以提高各元件之間的耐壓。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成在散熱基板上的雙面焊接單面散熱功率模塊，其特征在于所述的絕緣柵雙極型晶體管以及二極管的芯片部分(3)和絕緣基板(2)通過(guò)焊接方式連接，此焊接采用Snpb、SnAg、SnAgCu和PbSnAg中含Sn焊接材料之一，焊接最高溫度控制在100—400 °C 之間； 所述的絕緣柵雙極型晶體管以及二極管的芯片部分(3)表層電鍍有銅或銀可焊接金屬材料層； 所述的銅片(6)采用純銅或銅合金材料，它通過(guò)焊接方式連接于絕緣柵雙極型晶體管以及二極管的芯片部分(3)和絕緣基板(2)之間；此焊接采用Snpb、SnAg，、SnAgCu和PbSnAg中含Sn焊接材料之一，焊接最高溫度控制在100°到400°之間； 所述的功率端子(5)和信號(hào)端子(7)采用純銅或者銅合金材料制成，表層裸銅或者電鍍金、鎳或錫可焊接金屬材料;所述功率端子(5)通過(guò)超聲波焊焊接于絕緣基板(2)導(dǎo)電銅層上。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的集成在散熱基板上的雙面焊接單面散熱功率模塊，其特征在于所述的絕緣基板(2)分上、中、下三層結(jié)構(gòu)層，上下結(jié)構(gòu)層采用純銅材料，中層結(jié)構(gòu)層采用陶瓷材料；絕緣基板(2)通過(guò)焊接方式連接于散熱基板(I)上，此焊接采用Snpb、SnAg、SnAgCu和PbSnAg中含Sn焊接材料之一，焊接最高溫度控制在100—400°C之間。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成在散熱基板上的雙面焊接單面散熱功率模塊，其特征在于所述的鋁線(xiàn)(9)采用純鋁或鋁合金材料制成，它通過(guò)超聲波焊接方式被鍵合連接于絕緣柵雙極型晶體管以及二極管的芯片部分(3)信號(hào)端區(qū)域、絕緣基板(2)導(dǎo)電銅層和信號(hào)端子(7)之間; 所述的塑料外殼(8)采用PBT、PPS和尼龍耐高溫和絕緣性能良好的塑料制成。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的集成在散熱基板上的雙面焊接單面散熱功率模塊，其特征在于所述的散熱基板(I)采用純鋁或鋁合金材料制成，其上表面中間區(qū)域設(shè)置有表面鍍鎳的焊接區(qū)域凸起，有利于絕緣基板(2)和散熱基板(I)焊接;所述散熱基板(I)的下表面帶散熱針，并以一定距離交錯(cuò)排布，有利于在風(fēng)冷或者水冷環(huán)境下增強(qiáng)流體湍流強(qiáng)度，帶走更多熱量。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的集成在散熱基板上的雙面焊接單面散熱功率模塊，其特征在于所述的功率端子(5)和信號(hào)端子(7)局部被注塑外殼(8)注塑包裹;所述的功率端子分布于模塊的兩邊，信號(hào)端子分布于模塊四條注塑邊上。
【文檔編號(hào)】H01L23/367GK205508806SQ201620182515
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年3月10日
【發(fā)明人】陳燁, 姚禮軍
【申請(qǐng)人】嘉興斯達(dá)半導(dǎo)體股份有限公司