一種防拉弧燃燒的功率模塊的製作方法

2023-06-06 07:41:21 3

本實用新型涉及功率半導體模塊，尤其涉及一種防拉弧燃燒的功率模塊。

背景技術：

全球能源危機與氣候變暖的威脅讓人們在追求經濟發展的同時越來越重視節能減排、低碳發展。隨著綠色環保在國際上的確立與推進，功率半導體的發展、應用前景更加廣闊。

功率模塊在使用過程中，由於控制策略或幹擾等原因，存在電源短路、晶片爆炸的風險。晶片爆炸時，會將覆蓋在晶片上的矽凝膠掀開，並且會產生大量導電性氣體。現有功率模塊正、負功率端子之間距離較近，且兩者之間並無絕緣防護措施。一旦發生晶片爆炸便會在正、負功率端子之間出現拉弧燃燒現象，從而使整機系統造成損失，甚至威脅人身安全。

技術實現要素：

實用新型目的：針對上述現有技術存在的缺陷，本實用新型旨在提供一種防止因晶片爆炸而使正、負功率端子拉弧燃燒的功率模塊，降低了對整機系統的危害，保證了極端情況下功率模塊的安全性。

技術方案：一種防拉弧燃燒的功率模塊，包括殼體和安裝在殼體內的多組功率端子、與功率端子電連接的功率晶片，每組所述功率端子分別包括一個正極功率端子和一個負極功率端子，功率晶片設置在絕緣基板上，在每組功率端子的正極功率端子與功率晶片之間或者負極功率端子與功率晶片之間設有絕緣防護罩。

進一步的，所述絕緣基板上設有接線區銅層，所述功率端子具有焊腳，焊腳與接線區銅層通過超聲波金屬焊接實現連接，接線區銅層與功率晶片相連；所述絕緣防護罩覆蓋在焊腳的上方，將焊腳與功率晶片隔開。

進一步的，所述絕緣基板上設有接線區銅層，所述功率端子具有功率端子連接部，功率端子連接部通過功率端邦定線與接線區銅層相連，接線區銅層與功率晶片相連；所述絕緣防護罩覆蓋在功率端子和功率端邦定線的上方，將功率端子連接部以及功率端邦定線均與功率晶片隔開。

進一步的，所述絕緣防護罩在靠近正極功率端子與負極功率端子交界處的一側設有用於將正極功率端子與負極功率端子隔開的側擋板。

進一步的，所述防護罩自功率端子連接部的上方呈弧形延伸至絕緣基板處。

進一步的，所述防護罩的外側和/或內側設有加強筋。

進一步的，所述絕緣防護罩設有限位結構，功率端子連接部上方的殼體開設有與限位結構相適配的槽，絕緣防護罩與殼體通過限位結構與槽進行裝配。

有益效果：本實用新型在功率模塊內部使用絕緣防護罩將正極功率端子或負極功率端子與晶片隔開，並將正極功率端子與負極功率端子隔開，避免了因晶片爆炸而使正、負功率端子導通而產生拉弧燃燒的現象，降低了對整機系統的危害，保證了極端情況下整機系統的安全性，絕緣防護罩單獨覆蓋正極功率端子或負極功率端子比整體覆蓋所有功率端子的結構更加簡潔，節省了材料。

附圖說明

圖1是實施例1的結構示意圖；

圖2a是本實用新型防護罩的外部示意圖；

圖2b是本實用新型防護罩的內部示意圖；

圖3是實施例2的結構示意圖；

圖4是實施例3的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本技術方案進行詳細說明。

實施例1：如圖1所示，一種防拉弧燃燒的功率模塊，包括殼體1和安裝在殼體1內的多組功率端子、與功率端子電連接的功率晶片2，本實施例中功率端子有三組，每組所述功率端子分別包括一個正極功率端子3和一個負極功率端子 4，此處所述的功率端子不包括輸出電極功率端子，功率晶片2設置在絕緣基板 5上，在每組功率端子的正極功率端子3與功率晶片2之間或者負極功率端子4 與功率晶片2之間設有絕緣防護罩6，本實施例是在正極功率端子3與功率晶片 2之間設有絕緣防護罩6。

絕緣基板5包括陶瓷絕緣層以及陶瓷絕緣層兩側的金屬層，陶瓷絕緣層的材料一般為Al2O3，或者AlN，厚度一般在0.25mm-1mm之間；所述金屬層的材料一般為Cu，或者Al，厚度通常為0.1mm-0.5mm之間。絕緣基板5上的功率晶片2材料為Si、SiC和GaN中的一種或兩種。功率晶片2的晶片類型為IGBT、 MOSFET和FRD中的一種或兩種。

功率晶片2安裝在絕緣基板5其中一側的金屬層上，該金屬層上設有接線區銅層51，功率端子具有焊腳7，焊腳7與接線區銅層51通過超聲波金屬焊接實現連接，焊腳7即功率端子用於與接線區銅層51進行焊接的部位，圖中即自功率端子豎直的部分延伸出的彎折條狀結構，接線區銅層51與功率晶片2相連，其連接是本領域技術人員按照公知常識為了實現電路功能按照電路邏輯關係進行的電連接而非隨意的連接；也有的功率晶片2直接焊接在接線區銅層51上，從而實現功率晶片2與正、負功率端子的連接；由於功率晶片2與正極功率端子 3和負極功率端子4的距離較近，當功率晶片2爆炸時，會將填充在功率模塊內部的矽凝膠掀開，同時也會產生大量導電性氣體，此時正、負功率端子會被導電性氣體導通而出現拉弧燃燒的現象，為避免此類情況的發生，本實用新型在不改變功率模塊外觀結構的前提下，利用絕緣防護罩6覆蓋在功率端子和焊腳7的上方，將焊腳7與功率晶片2隔開，本實用新型中所述覆蓋僅表明兩者的上下位置關係，但兩者之間留有空隙，不直接接觸。並且絕緣防護罩6在靠近正極功率端子3與負極功率端子4交界處的一側設有用於將正極功率端子3與負極功率端子 4隔開的側擋板61，防止正極功率端子3與負極功率端子4被導電性氣體導通。

如圖2a和2b所示，本實施例中絕緣防護罩6自功率端子連接部的上方呈弧形延伸至絕緣基板5處，實際使用時也可根據需要變換絕緣防護罩6的形狀比如將弧形改為直角結構等，只要能達到隔斷的效果即可，絕緣防護罩6根據功率模塊或使用的位置不同，其大小和形狀可以適當進行調整，為便於安裝及增加安裝牢固程度，本實施例中絕緣防護罩6的外側和/或內側設有加強筋62，絕緣防護罩6的結構還需要考慮邦定線的位置及形狀，絕緣防護罩6不允許碰到邦定線，以免塌線或影響焊點的壽命。

功率模塊封裝過程中，在填充矽凝膠之前，將絕緣防護罩6逐一安裝在功率模塊內部，絕緣防護罩6設有限位結構，功率端子連接部上方的殼體1開設有與限位結構相適配的槽，絕緣防護罩6與殼體1通過限位結構與槽進行裝配，槽的形狀可根據需要自行選擇，也可以不使用槽而採用其他方式連接固定如粘接、焊接、設置螺釘等，本實施例中採用燕尾槽進行榫接，安裝時將限位結構插入殼體 1預留的燕尾槽內部，實現絕緣防護罩6與外殼的可靠連接，絕緣防護罩6的材料為工程塑料，本實施例中選用PBT或PPS。

實施例2：如圖3所示，本實施例與實施例1的結構基本相同，不同之處在於，本實施例中功率端子具有功率端子連接部替代焊腳7，功率端子連接部通過功率端邦定線與接線區銅層51相連，絕緣防護罩6覆蓋在功率端子和功率端邦定線的上方，將功率端子連接部以及功率端邦定線均與功率晶片2隔開。

實施例3：如圖4示，本實施例與實施例2的結構基本相同，不同之處在於，本實施例是在負極功率端子4與功率晶片2之間設有絕緣防護罩6。

實施例4：本實施例與實施例2的結構基本相同，不同之處在於本實施例中，各組功率端子的絕緣防護罩6不全安裝在正極功率端子3與功率晶片2之間，也不全安裝在負極功率端子4與功率晶片2之間，而是一些組安裝在正極功率端子 3與功率晶片2之間，一些組安裝在負極功率端子4與功率晶片2之間。

在本實用新型的描述中，需要理解的是，術語「向外」、「垂直」、「上」、「下」、「頂部」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的設備或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。以上僅是本實用新型的優選實施方式，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護範圍。