智能功率模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種智能功率模塊，屬于功率模塊制造技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]大功率半導體模塊是一種標準外形尺寸和非標準外形尺寸模塊產(chǎn)品。智能功率模塊主要用于直流(DC)變交流(AC)的逆變轉(zhuǎn)換，用于給工業(yè)和民用空調(diào)進行變頻控制，提高用電效率，降低能耗。傳統(tǒng)智能功率半導體模塊主要包括外殼、主電路板和驅(qū)動電路板，半導體芯片、多個電極端子和信號端子焊接在覆金屬陶瓷基板并構(gòu)成主電路板，而焊接有集成電路芯片及各器件的印刷電路板構(gòu)成驅(qū)動電路板，為減小功率模塊的體積，是將驅(qū)動電路板通過螺釘安裝外殼上，各端子需穿出外殼蓋板上的端子孔和驅(qū)動電路板上的端子孔，再通過焊料將端子焊接在驅(qū)動電路板上，通過端子實現(xiàn)與功率半導體模塊外部電路的連接以及驅(qū)動信號的輸入輸出，但上述結(jié)構(gòu)是將半導體芯片焊接在覆金屬陶瓷基板，集成電路芯片以及各器件是焊接在印刷電路板，一方面無法進一步減小智能功率模塊的體積，另一方面也無法對集成電路芯片進行散熱。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種能將半導體芯片、快恢復二極管芯片和集成電路芯片混合封裝在鋁基覆銅板，縮小整體尺寸，提高散熱效果，并能降低制作成本的智能功率模塊。
[0004]本發(fā)明為達到上述目的的技術(shù)方案是:一種智能功率模塊，其特征在于:包括外殼，固定在外殼底部的鋁基覆銅板、復數(shù)個電極端子、復數(shù)個信號端子、集成電路芯片以及器件和三組以上的半導體單元模塊，集成電路芯片和器件分別通過鋁絲與鋁基覆銅板鍵合；所述的半導體單元模塊包括銅基板、半導體芯片和快恢復二極管芯片，銅基板固定在鋁基覆銅板上，半導體芯片的集電極和快恢復二極管芯片的陰極與銅基板連接，半導體芯片的發(fā)射極和柵極以及快恢復二極管芯片的陽極通過鋁絲與鋁基覆銅板連接，各電極端子和各信號端子分別嵌接在外殼的側(cè)壁上，各電極端子和各信號端子的下部通過鋁絲與鋁基覆銅板連接，外殼內(nèi)填充有硅凝膠并將集成電路芯片、器件和半導體單元模塊密封，蓋板連接在外殼上。
[0005]本發(fā)明將半導體芯片及快恢復二極管芯片與銅基板連接，代替?zhèn)鹘y(tǒng)半導體芯片和快恢復二極管芯片先焊在覆金屬陶瓷基板，再將覆金屬陶瓷基板焊在銅基板上，由于省掉覆金屬陶瓷基，半導體芯片的熱量直接通過銅基板而傳至鋁基覆銅板，提高了半導體芯片的散熱能力，同時也提高半導體芯片工作溫度和使用效率。本發(fā)明半導體芯片及快恢復二極管芯片通過銅基板與鋁基覆銅板連接，同時也將集成電路芯片連接在鋁基覆銅板上，實現(xiàn)了裸片即半導體芯片以及快恢復二極管芯片和單管即集成電路芯片的混合封裝，能進一步縮小智能功率模塊的尺寸，同時也能使器件和集成電路芯片通過鋁基覆銅板下部的散熱器進行散熱，使器件和集成電路芯片具有一個較好的工作環(huán)境，本發(fā)明通過對半導體芯片的散熱改進以及對電路進行設計，能提高變頻器的使用壽命。本發(fā)明將各半導體芯片的柵極通過鋁絲與鋁基覆銅板實現(xiàn)超聲鍵合在一起，然后鋁基覆銅板再通過鋁絲與嵌接在外殼上的各電極端子和信號端子進行超聲鍵合，將柵極信號、器件信號通過信號端子引出，而半導體芯片的集電極和發(fā)射極以及恢復二極管芯片的陰極和陽極均通過電極端子引出，由于電極端子和信號端子設置在外殼上，方便與外部電路的連接。本發(fā)明由于外殼中間敞開，方便硅凝膠的灌入以及硅凝膠中氣泡的排除，具有較好的工藝性。
【附圖說明】
[0006]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作進一步的詳細描述。
[0007]圖1是本發(fā)明的智能功率模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0008]圖2是本發(fā)明的智能功率模塊打開蓋板時的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]圖3是本發(fā)明鋁基覆銅板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖4是本發(fā)明電極端子和信號端子固定在殼體上的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖5是本發(fā)明電極端子的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]其中:1 一蓋板，2—/[目號端子，3—外殼,4 一電極端子，5—襯套,6 —負溫度熱敏電阻，7—招絲,8—貼片電阻,9—貼片電容，10—集成電路芯片，11—銅基板，11-1—招層，11-2—絕緣層，11-3—銅層，11-4 一鍍金部分，11-5—絕緣部分，12—半導體芯片，13—快恢復二極管芯片，14 一招基覆銅板。
【具體實施方式】
[0013]見圖1?2所示，本發(fā)明的智能功率模塊，包括外殼3，固定在外殼3底部的鋁基覆銅板14、復數(shù)個電極端子4、復數(shù)個信號端子2、集成電路芯片10以及器件和三組以上的半導體單元模塊，外殼3和銅基板11之間是通過粘合劑和襯套5連接。見圖2、3所示，本發(fā)明的鋁基覆銅板14包括依次相連接的底部的鋁層11-1、中部的絕緣層11-2和上部的銅層11-3，且銅層11-3上部還設有用于焊接的多處鍍金部分11-4和設置在各鍍金部分11-4外周、且用于阻焊的絕緣部分11-5，在銅層需要釬焊和超聲鍵合的地方具有鍍金部分，使鍍金部分能與貼片電阻8、貼片電容9、集成電路芯片10、銅基板11進行釬焊，同時也能進行鋁絲7的超聲鍵合，而絕緣部分可采用涂絕緣漆，在釬焊時起阻焊作用。
[0014]見圖2、3所示，本發(fā)明集成電路芯片10和器件分別通過鋁絲7與鋁基覆銅板14鍵合，該器件見圖2所示，包括至少一個負溫度熱敏電阻6、至少三個貼片電阻8和至少三個貼片電容9，各負溫度熱敏電阻6、貼片電阻8和貼片電容9分別通過鋁絲7與鋁基覆銅板14連接，通過負溫度熱敏電阻6檢測功率模塊的溫度，而貼片電阻8和貼片電容9與半導體芯片12和快恢復二極管芯片13構(gòu)成電路。
[0015]見圖2、3所示，本發(fā)明的半導體單元模塊可采用6組，各半導體單元模塊包括銅基板11、半導體芯片12和快恢復二極管芯片13，半導體芯片12可采用絕緣柵雙極型晶體管、或IGBT或晶閘管等，銅基板11固定在鋁基覆銅板14上，半導體芯片12的集電極和快恢復二極管芯片13的陰極與銅基板11連接，半導體芯片12的集電極和快恢復二極管芯片13的陰極焊接在銅基板11上，半導體芯片12的發(fā)射極和柵極以及快恢復二極管芯片13的陽極通過鋁絲7與鋁基覆銅板14連接，可通過鋁絲7進行超聲鍵合，由于省掉覆銅陶瓷基板，提高芯片的散熱能力，提高芯片工作溫度和使用效率。
[0016]見圖4、5所示，本發(fā)明各電極端子4和各信號端子2分別嵌接在外殼3的側(cè)壁上，本發(fā)明的電極端子4和信號端子2結(jié)構(gòu)相同，電極端子4和信號端子2呈L形，由于電極端子4和信號端子2嵌接在外殼3上，能提高電極端子4和信號端子2使用壽命，可簡化外殼3結(jié)構(gòu)，降低外殼3成本，進而降低智能功率模塊的成本，各電極端子4和各信號端子2的下部通過鋁絲7與鋁基覆銅板14連接，外殼3內(nèi)填充有硅凝膠并將集成電路芯片10、器件和半導體單元模塊密封，蓋板I連接在外殼3上，蓋板I通過粘合劑固定外殼3上，實現(xiàn)智能功率模塊的密封。
[0017]見圖2、4所示，本發(fā)明在外殼3的兩個側(cè)壁上分別設有凸塊，該凸塊呈長方形，通以實現(xiàn)智能功率模塊與外電路連接時的間隔。
【主權(quán)項】
1.一種智能功率模塊，其特征在于:包括外殼(3)，固定在外殼(3)底部的鋁基覆銅板(14)、復數(shù)個電極端子(4)、復數(shù)個信號端子(2)、集成電路芯片(10)以及器件和三組以上的半導體單元模塊，集成電路芯片(10)和器件分別通過鋁絲(7)與鋁基覆銅板(14)鍵合；所述的半導體單元模塊包括銅基板(11 )、半導體芯片(12)和快恢復二極管芯片(13)，銅基板(11)固定在鋁基覆銅板(14)上，半導體芯片(12)的集電極和快恢復二極管芯片芯片(13)的陰極與銅基板(11)連接，半導體芯片(12)的發(fā)射極和柵極以及快恢復二極管芯片(13)的陽極通過鋁絲(7)與鋁基覆銅板(14)連接，各電極端子(4)和各信號端子(2)分別嵌接在外殼(3 )的側(cè)壁上，各電極端子(4 )和各信號端子(2 )的下部通過鋁絲(7 )與鋁基覆銅板(14)連接，外殼(3)內(nèi)填充有硅凝膠并將集成電路芯片(10)、器件和半導體單元模塊密封，蓋板(I)連接在外殼(3)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能功率模塊，其特征在于:所述的鋁基覆銅板(14)包括依次相連接底部的鋁層(11-1)、中部的絕緣層(11-2)和上部的銅層(11-3)，且銅層(11-3)上部還設有用于焊接的多處鍍金部分(11-4)和設置在各鍍金部分(11-4)外周、且用于阻焊的絕緣部分(11-5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能功率模塊，其特征在于:所述的器件包括至少一個負溫度熱敏電阻(6)、至少三個貼片電阻(8)和至少三個貼片電容(9)，各負溫度熱敏電阻(6)、貼片電阻(8)和貼片電容(9)分別通過鋁絲(7)與鋁基覆銅板(14)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能功率模塊，其特征在于:所述的電極端子(4)和信號端子(2)結(jié)構(gòu)相同，電極端子(4)和信號端子(2)呈L形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能功率模塊，其特征在于:所述外殼(3)的兩個側(cè)壁上分別設有凸塊。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種智能功率模塊，集成電路芯片和器件分別通過鋁絲與鋁基覆銅板鍵合；半導體單元模塊包括銅基板、半導體芯片和快恢復二極管芯片，銅基板固定在鋁基覆銅板上，半導體芯片的集電極和快恢復二極管芯片的陰極與銅基板連接，半導體芯片的發(fā)射極和柵極以及快恢復二極管芯片的陽極通過鋁絲與鋁基覆銅板連接，各電極端子和各信號端子分別嵌接在外殼的側(cè)壁上，各電極端子和各信號端子的下部通過鋁絲與鋁基覆銅板連接，外殼內(nèi)填充有硅凝膠并將集成電路芯片、器件和半導體單元模塊密封，蓋板連接在外殼上。本發(fā)明能將半導體芯片、快恢復二極管芯片和集成電路芯片混合封裝在鋁基覆銅板，縮小整體尺寸，提高散熱效果，并能降低制作成本。
【IPC分類】H01L23-488, H01L23-14
【公開號】CN104701268
【申請?zhí)枴緾N201310667409
【發(fā)明人】聶世義, 王曉寶, 趙善麒
【申請人】江蘇宏微科技股份有限公司
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2013年12月10日