[發明專利]一種高密度TO247/TO220分立器件集成功率模塊和封裝方法

在審

• 申請號: 202111187489.4
• 申請日: 2021-10-12
• 公開（公告）號: CN114050133A
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 姚建華;張文學;崔小林;李柏楠;李娟
• 申請（專利權）人: 北京動力源科技股份有限公司
• 主分類號: H01L23/367
• 分類號: H01L23/367;H01L23/373;H01L23/04;H01L23/24;H01L21/50;H01L21/54
• 代理公司: 北京維正專利代理有限公司 11508
• 代理人: 李傳亮

本發明公開了一種高密度TO247/TO220分立器件集成功率模塊和封裝方法，其特點是：該功率模塊位于功率管和散熱基座之間的陶瓷覆銅板，為多個按照一定規則平面排布、且數量與功率管數量相同的小塊陶瓷覆銅板，該多個按照一定規則平面排布的小塊陶瓷覆銅板，各自與其對應的功率管尺寸相配合；該位于功率管下方的散熱基座上，設有與其上層小塊陶瓷覆銅板數量相同且尺寸相配合的凸臺，該每個凸臺的周圍、或每個凸臺的中間和周圍，還設有用來滿足安全規范設計需求的凹槽；還公開了一種分立器件集成功率模塊螺釘封裝方法、以及焊接封裝方法，本發明實現了一種高功率密度功率模塊封裝，實現了高可靠性、高絕緣性、高導熱性、高可拓展性。

技術領域

本發明屬于半導體分立器件集成功率模塊技術領域，尤其涉及一種高密度TO247/TO220分立器件集成功率模塊和封裝方法。

背景技術

分立器件泛指硅基或碳化硅基的二極管、MOSFET、IGBT、晶閘管等單一功能器件，分立器件散熱基板面一般為帶電設計，集成功率模塊泛指功率電力電子器件按一定的功能組合再灌封成一個模塊，集成功率模塊主要解決多個半導體器件集中化布局在一個絕緣的散熱基座上便于絕緣散熱，分立器件集成功率模塊主要應用于大功率DCDC,ACDC,DCAC變換器，涉及的領域為水冷超級充電站DCDC功率模塊、水冷車載氫燃料DCDC變換器、大功率水冷電解制氫ACDC,DCDC變換器，大功率變流器，多電平變換器等，與傳統IGBT集成模塊、二極管集成模塊相比，更具備器件選型、布局加工制造靈活，同樣實現電極與散熱基座滿足絕緣要求的情況下具有良好的散熱性能。

分立器件集成功率模塊由上至下至少包括三個部分：按一定功能組合的大功率管、對大功率管進行散熱的散熱基座、在大功率管和散熱基座之間進行絕緣和導熱的陶瓷片或者導熱絕緣材料。

現有技術的分立器件集成功率模塊存在的問題是：第一，高可靠性差。所述高可靠性差是指陶瓷片的高可靠性差。現有技術的分立器件集成功率模塊的中間層采用整張陶瓷片或其他導熱絕緣墊，如果選擇陶瓷片，功率管作用在整張陶瓷片上。由于作用在整張陶瓷片上的多個功率管厚度偏差和鋁板尺寸加工偏差，會導致陶瓷片隨機增加一定的裝配應力，時間長久，陶瓷片在內應力和時間應力作用下會有斷裂的風險，影響了功率模塊的使用壽命；如果選擇導熱絕緣墊，現行技術下導熱絕緣墊的導熱系數遠遠低于陶瓷片，熱阻較大，且價格較高。第二、高密度性能差：所述高密度就是同等體積下的功率管功率密度大。現有技術為了解決功率管到散熱基座之間的絕緣問題，采取增大功率管之間的水平間距、留出足夠的距離，從而增加爬電距離，解決絕緣問題，這就導致了功率模塊整體體積變大。同樣的功率，由于體積變大，使得功率密度變低。第三、高導熱性能差：功率管與散熱基座之間的總熱阻為功率管陶瓷片之間的接觸熱阻+陶瓷片熱阻+陶瓷片與散熱基座之間的接觸熱阻，現有技術采用陶瓷片上下表面涂覆導熱膏來盡量降低接觸熱阻，由于導熱膏熱阻相對比較大，因此，功率管的高導熱性能差。第四、高拓展性能差。目前市場上的分立器件集成功率模塊，做不同電壓等級產品時，需要定制專門的芯片，且組裝、焊接、鋁線鍵合、清洗等工序復雜繁多。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提出一種高密度TO247/TO220分立器件集成功率模塊和封裝方法，目的在于解決現有技術分立器件集成功率模塊的高可靠性能差、高密度性能差、高導熱性能差、高拓展性能差的問題。

本發明為解決其技術問題，提出以下技術方案：

一種高密度TO247/TO220分立器件集成功率模塊，包括上層的PCB板、PCB板下方與PCB板焊接在一起的、多個按一定規則平面排布的TO247或者TO220分立型功率管、位于上層功率管和下層散熱基座之間的用于絕緣和散熱的陶瓷覆銅板、位于陶瓷覆銅板下方的散熱基座，所述的散熱基座包括鋁板或銅板散熱基座；其特征在于：