一種功率半導體模塊的製作方法
2023-04-27 09:51:46 1
一種功率半導體模塊的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種功率半導體模塊，包括：相對設置的外殼上蓋和外殼底座，所述外殼底座設置有多個定位凸臺；設置在所述外殼上蓋和所述外殼底座之間的整體定位裝置，所述整體定位裝置設置有與所述定位凸臺的數目相同且位置相同的定位方格。本申請所公開的一種功率半導體模塊的整體定位裝置和定位凸臺配合定位，就能保證將每個晶片置於合適的位置，因此可以利用機器，自動化地向定位方格中放置晶片，從而使得生產效率大為提高。
【專利說明】一種功率半導體模塊
【技術領域】
[0001]本發明涉及電力電子【技術領域】，特別是涉及一種功率半導體模塊。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著電力電子技術的迅速發展，對功率半導體器件提出了越來越高的要求，具有關斷能力的功率半導體器件成為市場主流。在電網、軌道牽引、電動汽車、智能電網、工業傳動及控制、家電產品等領域中得到了普遍應用。其中平板全壓接大功率開關模塊具有製造工藝簡單，可靠性高等優點，是未來電力電子技術的一個發展方向，也是智能電網等器件串聯必須解決的關鍵技術。常用的開關控制模塊中包含絕緣柵雙極型電晶體(IGBT)、金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)或快速恢復二極體(FRD)這三種壓接型功率半導體晶片。
[0003]現有壓接型功率半導體晶片的封裝通常採用子模組結構，下面以IGBT晶片的封裝為例進行說明。如圖1所示，圖1為現有技術中IGBT模塊的封裝示意圖。這種IGBT模塊包括多個獨立的子模組103、一個PCB板104以及外殼上蓋101、外殼底座106等。其中，每一個子模組103由獨立的IGBT晶片、鉬片、彈簧針以及絕緣定位件等部分構成，外殼上蓋101連接各獨立的子模組103的集電極，外殼底座連接各子模組103的發射極，各子模組103的柵極與PCB板104連接，再通過PCB板104上的電路匯集到柵極引出線105，圖中銀片102的作用是補償晶片厚度不一致而產生的誤差，使得各晶片承受的壓力均勻分布。為便於安裝子模組103，外殼底座106的電極臺面被加工成和子模組103的位置對應的多個凸起結構107。在進行封裝時，需要將相互獨立的各子模組103緊密的排列於PCB板104之上。由於晶片容易碎裂，而子模組各部件要求緊密配合，因此不適合利用機器進行排列子模組103的工作，目前還是只能靠人工來完成，這樣就導致了生產效率低的問題。
[0004]因此，如何提供一種功率半導體模塊，使模塊具有高生產效率，是目前亟待解決的冋題。
【發明內容】
[0005]為解決上述問題，本發明提供了一種功率半導體模塊，具有高生產效率。
[0006]為實現上述目的，本發明提供了如下技術方案:
[0007]—種功率半導體模塊，包括:
[0008]相對設置的外殼上蓋和外殼底座，所述外殼底座設置有多個定位凸臺；
[0009]設置在所述外殼上蓋和所述外殼底座之間的整體定位裝置，所述整體定位裝置設置有與所述定位凸臺的數目相同且位置相同的定位方格。
[0010]優選的，在上述模塊中，所述定位凸臺和所述定位方格呈方形矩陣式排列。
[0011]優選的，在上述模塊中，所述外殼上蓋、所述外殼底座和所述整體定位裝置的形狀為方形。
[0012]優選的，在上述模塊中，所述整體定位裝置還包括:
[0013]與所述功率半導體晶片的柵極連接的柵極彈簧針，用於引出所述功率半導體晶片的柵極；
[0014]與所述柵極彈簧針連接的柵極總線，用於匯集所述功率半導體晶片的柵極；
[0015]與所述柵極總線連接的柵極總線端子，用於引出所述柵極總線。
[0016]優選的，在上述模塊中，所述模塊還包括:
[0017]與所述柵極總線端子連接的柵極引出端子。
[0018]優選的，在上述模塊中，所述柵極總線端子與所述柵極引出端子焊接。
[0019]優選的，在上述模塊中，所述柵極總線端子與所述柵極引出端子插接。
[0020]優選的，在上述模塊中，所述整體定位裝置為利用高分子材料製作的整體定位裝置。
[0021]優選的，在上述模塊中，所述整體定位裝置的外沿厚度為I毫米至5毫米，包括端點值。
[0022]通過上述描述，本發明提供的一種功率半導體模塊，包括相對設置的外殼上蓋和外殼底座，所述外殼底座設置有多個定位凸臺；設置在所述外殼上蓋和所述外殼底座之間的整體定位裝置，所述整體定位裝置設置有與所述定位凸臺的數目相同且位置相同的定位方格。本發明提供的功率半導體模塊克服了現有技術中生產效率低的問題，具有明顯的有益效果。本發明將各個子模組的絕緣外殼合併成一個整體定位裝置，利用所述整體定位裝置和所述定位凸臺配合定位，就能保證將每個晶片置於合適的位置；所述定位方格能夠隔離不同的晶片，有效避免晶片之間因相互碰撞而碎裂的現象。因此，就可以利用機器，自動化地向定位方格中放置晶片，從而使得生產效率大為提高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。
[0024]圖1為現有技術中IGBT模塊的封裝示意圖；
[0025]圖2為本申請實施例提供的第一種功率半導體模塊的示意圖；
[0026]圖3為本申請實施例提供的第二種功率半導體模塊的示意圖；
[0027]圖4為本申請實施例提供的第二種功率半導體模塊的整體定位裝置的結構示意圖；
[0028]圖5為柵極總線端子與柵極引出端子的第一種連接方式的示意圖；
[0029]圖6為柵極總線端子與柵極引出端子的第二種連接方式的示意圖；
[0030]圖7為現有技術中功率半導體晶片的排布方式示意圖；
[0031]圖8為本申請實施例提供的功率半導體晶片的排布方式示意圖。
【具體實施方式】
[0032]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
[0033]本申請實施例提供的第一種功率半導體模塊如圖2所示，圖2為本申請實施例提供的第一種功率半導體模塊的示意圖。該模塊包括:相對設置的外殼上蓋201和外殼底座206，所述外殼底座206設置有多個定位凸臺207 ;設置在所述外殼上蓋201和所述外殼底座206之間的整體定位裝置205，所述整體定位裝置205設置有與所述定位凸臺207的數目相同且位置相同的定位方格208。
[0034]上述第一種功率半導體模塊可以適用於FRD模塊。由於FRD晶片203隻有陽極和陰極兩個電極，因此所述外殼上蓋201和陽極鉬片202用於連接所述FRD晶片203的陽極，而所述外殼底座206和所述陰極鉬片204用於連接所述FRD晶片203的陰極。所述整體定位裝置205為上下通透型，由於設置有與所述定位凸臺207數目相同且位置相同的定位方格208。在組裝時，能夠將所述整體定位裝置205穩定的放置於所述外殼底座206之上，使得每一個定位方格208中容納一個定位凸臺207。由於採用了所述整體定位裝置205，因此就可以利用機器，自動化地向每個定位方格208中放置陰極鉬片204、FRD晶片203和陽極鉬片202，從而使得FRD模塊的生產效率大為提高。
[0035]本申請實施例提供的第二種功率半導體模塊如圖3所示，圖3為本申請實施例提供的第二種功率半導體模塊的示意圖。該模塊包括:相對設置的外殼上蓋301和外殼底座306，所述外殼底座306設置有多個定位凸臺307 ;設置在所述外殼上蓋301和所述外殼底座306之間的整體定位裝置305，所述整體定位裝置305設置有與所述定位凸臺307的數目相同且位置相同的定位方格308，而且，所述外殼底座306設置有柵極引出端子309，用於引出柵極總線。
[0036]本申請實施例提供的第二種功率半導體模塊可以適用於IGBT模塊，其中安裝的功率半導體晶片具體為IGBT晶片，下面以IGBT模塊為例對第二種功率半導體模塊進行說明。
[0037]在第二種功率半導體模塊中，所述整體定位裝置305的結構如圖4所示，圖4為本申請實施例提供的第二種功率半導體模塊的整體定位裝置的結構示意圖。在該整體定位裝置305中，包括與所述IGBT晶片的柵極連接的柵極彈簧針401，用於引出所述IGBT晶片的柵極；與所述柵極彈簧針401連接的柵極總線402，用於匯集所述IGBT晶片的柵極；與所述柵極總線402連接的柵極總線端子403，用於將所述柵極總線402連接到柵極引出端子309上。上述柵極彈簧針401、柵極總線402和柵極總線端子403優選的通過模具一體成型方法預埋到整體定位裝置的基座404中，從而形成一體化的整體定位裝置305，這樣就簡化了功率半導體模塊的結構，使模塊的封裝過程變得更簡單，從而提高了生產效率。
[0038]在上述第二種功率半導體模塊中，所述整體定位裝置305中的柵極總線端子403連接到所述模塊中的柵極引出端子309，用於引出所述IGBT晶片的柵極。
[0039]其中，所述柵極總線端子403和所述柵極引出端子309之間的第一種連接方式如圖5所示，圖5為柵極總線端子403與柵極引出端子309的第一種連接方式的示意圖。在這種連接方式中，柵極總線端子403與柵極引出端子309通過焊接方式連接。具體來說，所述柵極引出端子309連接有搭片501，將所述柵極總線端子403與所述搭片501搭接後，利用焊料502進行焊接。利用上述連接方式，能夠使所述柵極引出端子309和所述柵極總線端子403的連接足夠牢固，避免工作過程中發生斷開現象。
[0040]所述柵極總線端子403和所述柵極引出端子309之間的連接的第二種優選方式如圖6所示，圖6為柵極總線端子與柵極引出端子的第二種連接方式的示意圖。在這種連接方式中，柵極總線端子403與柵極引出端子309通過插接方式連接。具體來說，所述柵極引出端子309連接有彈性插槽601，將所述柵極總線端子403折彎後插入所述彈性插槽601中，從而所述柵極引出端子309和所述柵極總線端子403形成可靠連接。利用上述連接方式，能夠使所述柵極引出端子309和所述柵極總線端子403的連接更為靈活，方便拆卸。
[0041]在上述第二種功率半導體模塊中，所述定位凸臺307和所述定位方格305優選為呈方形矩陣式排布，所述外殼上蓋、所述外殼底座和所述整體定位裝置的形狀也優選為方形。下面結合圖7和圖8對這種改進型排布方式的優點進行詳細描述。圖7為現有技術中功率半導體晶片的排布方式示意圖，如圖7所示，在這種排布方式中，由於現有的模塊電極701通常呈圓形，而在其上面排布的晶片702為方形，因此晶片702在排布時並不能填滿整個模塊電極701的整個區域，而留下一些不能放置晶片的空白區域，這樣不但造成模塊電極空間上的浪費，而且造成模塊的功率密度偏低。圖8為本申請實施例提供的功率半導體晶片的排布方式示意圖，如圖8所示，由於本申請實施例中的外殼上蓋、外殼底座和整體定位裝置優選為方形，因此在這種情況下，晶片802能夠均勻地布滿整個方形區域801。採用本申請的這種晶片排布方式，能夠使模塊結構緊湊合理，並提升模塊的功率密度。
[0042]在上述第二種功率半導體模塊中，所述整體定位裝置305優選的利用高分子材料製作而成，用於使所述整體定位裝置305具有絕緣性能，不至於對電極產生不利影響。需要說明的是，此處的整體定位裝置305的製作材料不僅限於採用高分子材料，也可以採用其他具有絕緣性能的材料。
[0043]在上述第二種功率半導體模塊中，所述整體定位裝置305的外沿厚度優選為I毫米至5毫米，包括端點值。本申請所提供的整體定位裝置305的外沿厚度能夠設置為比現有技術中的子模組的邊緣厚度更大，而且整體定位裝置305為整體設計，因此兩方面原因疊加，能有效提高整體定位裝置305的強度，從而起到防爆作用，這樣就不再需要設置專門的防爆裝置。
[0044]通過以上描述，本申請所述的第二種功率半導體模塊具有生產效率高的優點，另外，還具有優良的絕緣性能以及防爆性能。
[0045]需要說明的是，以上所述的第一種功率半導體模塊是以其中全部安裝FRD晶片為例進行說明，而所述的第二種功率半導體模塊是以其中全部安裝IGBT晶片為例進行說明。實際的功率半導體模塊中會同時安裝有FRD晶片和IGBT晶片，這就需要安裝IGBT晶片的定位方格中設置有柵極彈簧針，利用柵極彈簧針將IGBT晶片的柵極連接到柵極總線和柵極總線端子，而由於FRD晶片沒有柵極，因此安裝FRD晶片的定位方格中不需要設置有柵極彈簧針。從上述描述可以看出，是否在某個定位方格中設置柵極彈簧針，以及整體定位裝置中的柵極總線如何布局，均取決於功率半導體模塊中IGBT晶片和FRD晶片的具體分布情況，在此不再贅述。另外需要說明的是，以上所述的IGBT晶片也可以替換為MOSFET晶片，且MOSFET晶片和IGBT晶片一樣，具有與其他各個部件相同的連接方式，在此不再贅述。
[0046]對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。
【權利要求】
1.一種功率半導體模塊，其特徵在於，包括: 相對設置的外殼上蓋和外殼底座，所述外殼底座設置有多個定位凸臺； 設置在所述外殼上蓋和所述外殼底座之間的整體定位裝置，所述整體定位裝置設置有與所述定位凸臺的數目相同且位置相同的定位方格。
2.根據權利要求1所述的模塊，其特徵在於，所述定位凸臺和所述定位方格呈方形矩陣式排列。
3.根據權利要求2所述的模塊，其特徵在於，所述外殼上蓋、所述外殼底座和所述整體定位裝置的形狀為方形。
4.根據權利要求1所述的模塊，其特徵在於，所述整體定位裝置還包括: 與所述功率半導體晶片的柵極連接的柵極彈簧針，用於引出所述功率半導體晶片的柵極； 與所述柵極彈簧針連接的柵極總線，用於匯集所述功率半導體晶片的柵極； 與所述柵極總線連接的柵極總線端子，用於引出所述柵極總線。
5.根據權利要求4所述的模塊，其特徵在於，所述模塊還包括: 與所述柵極總線端子連接的柵極引出端子。
6.根據權利要求5所述的模塊，其特徵在於，所述柵極總線端子與所述柵極引出端子焊接。
7.根據權利要求5所述的模塊，其特徵在於，所述柵極總線端子與所述柵極引出端子插接。
8.根據權利要求1-7任一項所述的模塊，其特徵在於，所述整體定位裝置為利用高分子材料製作的整體定位裝置。
9.根據權利要求1-7任一項所述的模塊，其特徵在於，所述整體定位裝置的外沿厚度為I毫米至5毫米，包括端點值。
【文檔編號】H01L23/31GK104465549SQ201410779614
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月15日 優先權日:2014年12月15日
【發明者】劉國友, 李繼魯, 竇澤春, 劉可安, 黃建偉, 彭勇殿, 常桂欽, 方傑, 肖紅秀 申請人:株洲南車時代電氣股份有限公司