[發明專利]一種集成在散熱基板上的雙面焊接單面散熱功率模塊

在審

• 申請號: 201610135199.8
• 申請日: 2016-03-10
• 公開（公告）號: CN105655306A
• 公開（公告）日: 2016-06-08
• 發明（設計）人: 陳燁;姚禮軍
• 申請（專利權）人: 嘉興斯達半導體股份有限公司
• 主分類號: H01L23/367
• 分類號: H01L23/367;H01L23/373;H01L23/492
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 翁霽明

技術領域

本發明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，屬于電力電子學領域的功率模塊設計、封裝和應用。

背景技術

目前絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）功率模塊在新能源汽車領域的應用越來越廣泛，對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構和電路的高可靠性，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一步改善。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的不足，而提供一種結構簡單、可靠，有利于功率模塊熱阻和芯片結溫的降低，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。

本發明的目的是通過如下技術方案來完成的，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、信號端子、塑料外殼、鋁線；絕緣柵雙極型晶體管以及二極管的芯片部分一面通過軟鉛焊焊接在絕緣基板導電銅層上；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的導電層之間分別通過銅片以及軟釬焊焊接工藝實現電氣連接；各絕緣柵雙極型晶體管芯片部分的信號端與注塑在塑料外殼中的信號端子通過鋁線鍵合來實現電氣連接；功率端子通過超聲波焊接在絕緣基板導電銅層上；絕緣基板通過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密封膠粘接，同時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、信號端子、鋁線各自覆蓋有絕緣硅凝膠以提高各元件之間的耐壓。

作為優選：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℃之間；

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。

所述的銅片采用純銅或銅合金材料，它通過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；

所述的功率端子和信號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；所述功率端子通過超聲波焊焊接于絕緣基板導電銅層上。

作為優選：所述的絕緣基板分上、中、下三層結構層，上下結構層采用純銅材料，中層結構層采用陶瓷材料；絕緣基板通過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℃之間。

作為優選：所述的鋁線采用純鋁或鋁合金材料制成，它通過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端區域、絕緣基板導電銅層和信號端子之間；

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。

作為優選：所述的散熱基板采用純鋁或鋁合金材料制成，其上表面中間區域設置有表面鍍鎳的焊接區域凸起，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，并以一定距離交錯排布，有利于在風冷或者水冷環境下增強流體湍流強度，帶走更多熱量。

作為優選：所述的功率端子和信號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，信號端子分布于模塊四條注塑邊上。

本發明的優點是：通過銅片的軟釬焊焊接實現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，相較于傳統工藝鋁線鍵合的方式，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熱沖擊，減小芯片結溫波動；通過將絕緣基板直接焊接于散熱基板上的方法實現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。

附圖說明

圖1為新型絕緣柵雙極型晶體管模塊電路結構示意圖。

圖2為新型絕緣柵雙極型晶體管模塊結構示意圖。

圖3是圖2的A-A剖視結構示意圖。

圖4是圖3中A部放大示意圖。

圖5是本發明所述散熱基板的正面結構示意圖。