高絕緣耐壓功率半導(dǎo)體模塊的制作方法
【專利摘要】本實用新型的名稱為高絕緣耐壓功率半導(dǎo)體模塊。屬于功率半導(dǎo)體模塊制造【技術(shù)領(lǐng)域】。它主要是解決現(xiàn)有高絕緣耐壓模塊的制造存在成品率低、生產(chǎn)效率很低的問題。它的主要特征是：在散熱底板上與芯片對應(yīng)的部位設(shè)有圓形凸臺；外殼底部設(shè)有與側(cè)壁連為一體的外殼底面，外殼底面上設(shè)有圓形通孔；圓形凸臺的高度大于外殼底面的厚度，且圓形凸臺直徑小于絕緣導(dǎo)熱片的直徑；在芯片與壓板之間設(shè)有絕緣板；絕緣導(dǎo)熱片、電極下端、芯片和壓塊均位于硅凝膠或硅橡膠層中。本實用新型具有絕緣耐壓達到4500V或以上，能夠滿足軟啟動、變頻和無功補償?shù)仍O(shè)備中對模塊有高絕緣耐壓需求的特點，并且滿足高效生產(chǎn)，主要用于高絕緣耐壓功率半導(dǎo)體模塊的批量化生產(chǎn)。
【專利說明】高絕緣耐壓功率半導(dǎo)體模塊

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于功率半導(dǎo)體模塊制造【技術(shù)領(lǐng)域】。特別是涉及一種應(yīng)用于電力電子裝置，不僅對模塊絕緣要求高，而且可滿足高效生產(chǎn)的功率半導(dǎo)體模塊。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，功率半導(dǎo)體模塊大都由外殼、散熱底板、電極、芯片、絕緣導(dǎo)熱片、壓塊、壓板、緊固螺釘、門極片和外殼內(nèi)填充的硅凝(橡)膠層構(gòu)成，絕緣耐壓一般在2500V (交流有效值)。隨著環(huán)保節(jié)能設(shè)備的大量應(yīng)用，進線電壓不斷提高，有380V、660V、1100V系統(tǒng)，在電機軟啟動、變頻、無功補償設(shè)備制造領(lǐng)域?qū)Π雽?dǎo)體器件的耐壓要求越來越高，功率半導(dǎo)體模塊作為設(shè)備中的關(guān)鍵部件，2200V重復(fù)峰值電壓已不能滿足需求，如果采用模塊串聯(lián)技術(shù)，需要考慮均壓等問題，成本增加，設(shè)備體積增大，所以目前通常采用重復(fù)峰值電壓2500V以上高壓模塊就能很好地解決上述問題，但這種模塊制造技術(shù)芯片與散熱底板之間絕緣強度往往達不到要求，目前采取的措施:一種方法是增加絕緣導(dǎo)熱層厚度和在關(guān)鍵部位涂抹硅橡膠等絕緣材料來解決，但這種方法熱阻會增加，通流能力就降低，另外不能保證穩(wěn)定的成品率；另外一種方法是增加底板絕緣薄膜(專利201220273618.1 )，這種方法雖然能夠增加絕緣電壓，但薄膜定位和安裝非常麻煩，生產(chǎn)效率很低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型的目的就是針對上述不足之處而提供一種滿足高效生產(chǎn)的高絕緣耐壓功率半導(dǎo)體模塊，既能夠滿足軟啟動、變頻和無功補償?shù)仍O(shè)備中對功率半導(dǎo)體模塊有高絕緣耐壓的需求，又能提高生產(chǎn)效率。
[0004]本實用新型的技術(shù)解決方案是:一種高絕緣耐壓功率半導(dǎo)體模塊，包括外殼、蓋板、散熱底板、電極、芯片、鋁墊片、絕緣導(dǎo)熱片、壓塊、門極組件、輔助陰極、絕緣板、墊塊、壓板、緊固螺釘、門極片、門極塊和外殼內(nèi)填充的硅凝膠或硅橡膠層，其特征在于:在所述的散熱底板上與芯片對應(yīng)的部位設(shè)有圓形凸臺；所述的外殼底部設(shè)有與側(cè)壁連為一體的外殼底面，該外殼底面上設(shè)有與圓形凸臺對應(yīng)的圓形通孔，正好套裝在圓形凸臺上；所述圓形凸臺的高度大于外殼底面的厚度，且圓形凸臺直徑小于絕緣導(dǎo)熱片的直徑；在所述的芯片與壓板之間設(shè)有絕緣板；所述的絕緣導(dǎo)熱片、電極下端、芯片和壓塊均位于硅凝膠或硅橡膠層中。
[0005]本實用新型的技術(shù)解決方案中所述的圓形凸臺可以是與散熱底板是連為一體的。
[0006]本實用新型的技術(shù)解決方案中所述的圓形凸臺還可以是加裝在散熱底板上的鋁墊片。
[0007]本實用新型的技術(shù)解決方案中所述的外殼、絕緣板為PBT材質(zhì)或PPS材質(zhì)的外殼、絕緣板。
[0008]本實用新型的技術(shù)解決方案中所述的絕緣導(dǎo)熱片的直徑等于電極下端與芯片接觸部位的直徑。
[0009]本實用新型的技術(shù)解決方案中所述的絕緣導(dǎo)熱片為Be203/Al203/A1N/DBC材質(zhì)的絕緣導(dǎo)熱片。
[0010]本實用新型技術(shù)解決方案中所述的芯片為用于電力電子功率裝置的晶閘管或整流管芯片。
[0011]本實用新型由于在現(xiàn)有功率半導(dǎo)體模塊的基礎(chǔ)上，在散熱底板上與芯片對應(yīng)的部位設(shè)有圓形凸臺，外殼底部開有圓孔，正好套在凸臺上，在圓形凸臺周圍的散熱底板表面上設(shè)有外殼底面，該圓形凸臺的高度大于外殼底面厚度，圓形凸臺直徑小于絕緣導(dǎo)熱片的直徑，在芯片與壓板之間設(shè)有絕緣板，絕緣導(dǎo)熱片、電極下端、芯片和壓塊均位于硅凝膠或硅橡膠層中，因而在無需增加絕緣導(dǎo)熱層厚度或在關(guān)鍵部位涂抹硅橡膠材料，也不需要貼絕緣膜，即可使電極與散熱底板之間的絕緣耐壓多4500V，可制造滿足不同電壓等級的單管、串聯(lián)、共陽極或共陰極模塊。本實用新型可以采用任何電壓等級的晶閘管或整流管芯片，主要目的在于提高模塊的絕緣耐壓的同時，提高生產(chǎn)效率，采取本技術(shù)后，在保證絕緣導(dǎo)熱片不被壓破的情況下，可以適當(dāng)減薄絕緣導(dǎo)熱層厚度以減小熱阻并提高通流能力，也不需要底板絕緣膜，安裝方便高效。本實用新型具有使功率半導(dǎo)體模塊絕緣耐壓達到4500V以上，能夠滿足軟啟動、變頻和無功補償?shù)仍O(shè)備中對模塊有高絕緣耐壓需求，并且滿足高效生產(chǎn)的特點。本實用新型主要用于有高絕緣要求的電力電子裝置中的功率半導(dǎo)體模塊的批量高效生產(chǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]為了更清楚說明本實用新型技術(shù)方案，下面對實施例描述中所需要使用的附圖作簡要介紹。顯然，下面描述的附圖僅僅是本發(fā)明一些實施例，對本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它附圖。
[0013]圖1是本實用新型結(jié)構(gòu)的縱剖面構(gòu)造圖。
[0014]圖2是本實用新型散熱底板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖3是圖2的俯視圖。
[0016]圖4是本實用新型外殼示意圖。
[0017]圖5是本實用新型Be203/Al203/A1N材質(zhì)的絕緣導(dǎo)熱片示意圖。
[0018]圖6是本實用新型可以制造的內(nèi)部電連接圖。
[0019]圖7是本實用新型的DBC材質(zhì)的絕緣導(dǎo)熱片剖面構(gòu)造圖。
[0020]圖中:1、散熱底板，2、外殼，3、鋁墊片，4、絕緣導(dǎo)熱片，5、電極，6、芯片，7、壓塊，8、門極組件，10、輔助陰極，11、絕緣板，12、墊塊，13、壓板，14、蓋板，15、門極塊，16、門極片，17、盤頭螺釘，18、緊固螺釘，19、硅凝膠或硅橡膠層，20、DBC上覆銅層，21、DBC絕緣陶瓷層，22、DBC下覆銅層。

【具體實施方式】
[0021]下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例進行完整地描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例。任何基于本實用新型的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0022]本實用新型結(jié)構(gòu)如圖1至圖7所示。本實用新型高絕緣耐壓功率半導(dǎo)體模塊包括外殼2、蓋板14、散熱底板1、電極5、芯片6、鋁墊片3、絕緣導(dǎo)熱片4、壓塊7、門極組件8、輔助陰極10、絕緣板11、墊塊12、壓板13、緊固螺釘18、門極片16、門極塊15和外殼內(nèi)填充的硅凝膠或硅橡膠層19，其中，所用的外殼2、蓋板14、散熱底板1、電極5、芯片6、鋁墊片3、絕緣導(dǎo)熱片4、壓塊7、門極組件8、輔助陰極10、絕緣板11、墊塊12、壓板13、盤頭螺釘17、緊固螺釘18、門極片16、門極塊15和外殼內(nèi)填充的硅凝膠或硅橡膠層19與現(xiàn)有功率半導(dǎo)體模塊中的基本相同。不同的是:在散熱底板I上與芯片6對應(yīng)的部位設(shè)有圓形凸臺，在凸臺周圍的散熱底板I表面上設(shè)有外殼2，外殼2底部與側(cè)壁連為一體，外殼2底部開有與圓形凸臺對應(yīng)的圓形通孔，正好套在圓形凸臺上；圓形凸臺可以是與散熱底板是連為一體的，還可以是加裝在散熱底板I上的鋁墊片；圓形凸臺的高度Hl大于外殼底面的厚度H2，且圓形凸臺直徑Φ I小于絕緣導(dǎo)熱片4的直徑Φ2 ;在芯片6與壓板13之間設(shè)有絕緣板11 ;絕緣導(dǎo)熱片4、電極5下端、芯片6和壓塊7均位于硅凝膠或硅橡膠層19中；芯片6為用于電力電子功率裝置的晶閘管或整流管芯片；外殼2、絕緣板11為PBT材質(zhì)或PPS材質(zhì)的外殼、絕緣板；絕緣導(dǎo)熱片4的直徑等于電極5下端與芯片6接觸部位的直徑。
[0023]先用密封膠將外殼2粘在散熱底板I上，待密封膠固化后，在散熱底板I上依次放置鋁墊片3、絕緣導(dǎo)熱片4，然后依次是電極5、芯片6、壓塊7、門極組件8、輔助陰極10、絕緣板11、墊塊12、壓板13，用緊固螺釘18壓緊，將門極組件8和輔助陰極10連接至門極片16，然后將門極片16插進門極塊15，再將門極塊15固定于外殼2上，灌注硅凝膠或硅橡膠層19后，再將蓋板14裝在外殼2上。芯片6如果是二極管，則取消輔助陰極、門極引線和門極片。
[0024]模塊可以是晶閘管的單管、串聯(lián)、共陽極或共陰極模塊，也可以是二極管的單管、串聯(lián)、共陽極或共陰極模塊，也可以是晶閘管和二極管混合的串聯(lián)、共陽極或共陰極模塊。
[0025]絕緣導(dǎo)熱片4為Be203/Al203/A1N/DBC材質(zhì)的絕緣導(dǎo)熱片。DBC結(jié)構(gòu)為DBC絕緣陶瓷層21及其上、下表面的DBC上覆銅層20、DBC下覆銅層22。
[0026]制造工藝:
[0027]1、芯片:可選用任何電壓等級的晶閘管和二極管芯片；
[0028]2、模塊組裝:將散熱底板、鋁墊片、絕緣導(dǎo)熱片、電極、芯片、壓塊、門極組件、輔助陰極、絕緣板、墊塊等依次組裝在一起，用壓板和緊固螺釘壓緊；
[0029]3、緊固:用壓力機加壓，將各種部件壓緊；
[0030]4、封裝:在外殼2和散熱底板3之間用密封膠進行密封，焊接門極片14，室溫或加溫50?80°C固化，固化時間4?10小時；在外殼2內(nèi)灌注硅凝膠，加溫50?80°C固化，固化時間4?10小時；
[0031]5、高溫存儲:在70?100°C烘箱中存儲72小時以上；
[0032]6、測試:用各種設(shè)備測試產(chǎn)品的重復(fù)峰值電壓、門極、壓降、絕緣電壓、通態(tài)電流等參數(shù)。
[0033]絕緣電壓Viso:4500V
[0034]本實用新型所舉實例僅僅是眾多型號中的一種，其它型號結(jié)構(gòu)與其類似。
[0035]以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，并非對本實用新型作任何形式上的限制。因此凡是未脫離本實用新型的內(nèi)容，依據(jù)本實用新型的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何修改、等同替換、等效變化及修飾，均仍屬于本實用新型技術(shù)方案保護的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種高絕緣耐壓功率半導(dǎo)體模塊，包括外殼(2)、蓋板(14)、散熱底板(1)、電極(5)、芯片(6)、鋁墊片(3)、絕緣導(dǎo)熱片(4)、壓塊(7)、門極組件(8)、輔助陰極(10)、絕緣板(11)、墊塊(12)、壓板(13)、緊固螺釘(18)、門極片(16)、門極塊(15)和外殼內(nèi)填充的硅凝膠或硅橡膠層(19)，其特征在于:在所述的散熱底板(I)上與芯片對應(yīng)的部位設(shè)有圓形凸臺；所述的外殼(2)底部設(shè)有與側(cè)壁連為一體的外殼底面，該外殼底面上設(shè)有與圓形凸臺對應(yīng)的圓形通孔，正好套裝在圓形凸臺上；所述圓形凸臺的高度大于外殼底面的厚度，且圓形凸臺直徑小于絕緣導(dǎo)熱片(4)的直徑；在所述的芯片(6)與壓板(13)之間設(shè)有絕緣板(11);所述的絕緣導(dǎo)熱片(4)、電極(5)下端、芯片(6)和壓塊(7)均位于硅凝膠或硅橡膠層(19)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高絕緣耐壓功率半導(dǎo)體模塊，其特征在于:所述的圓形凸臺可以是與散熱底板是連為一體的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高絕緣耐壓功率半導(dǎo)體模塊，其特征在于:所述的圓形凸臺還可以是加裝在散熱底板(I)上的鋁墊片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的高絕緣耐壓功率半導(dǎo)體模塊，其特征在于:所述的外殼(2 )、絕緣板(11)為PBT材質(zhì)或PPS材質(zhì)的外殼、絕緣板。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的高絕緣耐壓功率半導(dǎo)體模塊，其特征在于:所述的絕緣導(dǎo)熱片(4)的直徑等于電極(5)下端與芯片(6)接觸部位的直徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的高絕緣耐壓功率半導(dǎo)體模塊，其特征在于:所述的絕緣導(dǎo)熱片(4)為Be203/Al203/A1N/DBC材質(zhì)的絕緣導(dǎo)熱片。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的高絕緣耐壓功率半導(dǎo)體模塊，其特征在于:所述的芯片(6)為用于電力電子功率裝置的晶閘管或整流管芯片。
【文檔編號】H01L23/10GK204216019SQ201420643402
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月31日
【發(fā)明者】李新安, 劉婧, 邢雁, 王維, 孫婭男, 楊成標(biāo), 周霖, 孫偉 申請人:湖北臺基半導(dǎo)體股份有限公司