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CN102097416A - 一种新型封装结构的大功率模块 - Google Patents

一种新型封装结构的大功率模块 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新型封装结构的大功率模块，它包括基板、直接敷铜基板(DBC)、绝缘栅双极性晶体管(IGBT)芯片、二极管芯片、功率端子、信号端子和外壳，功率端子头部有预折弯结构，该预折弯结构的功率端子与直接敷铜基板通过超声焊接结合，信号端子上设有焊脚，信号端子的焊脚与直接敷铜基板通过超声焊接结合，外壳上设有卡扣、螺母基座，卡扣和螺母基座匹配。本发明具有可靠性高，生产工艺简便的特点。

Description

一种新型封装结构的大功率模块
技术领域
本发明属于半导体封装以及功率模块领域，具体地说是一种新型封装结构的大功率模块。
背景技术：
绝缘栅双极性晶体管模块主要包括基板、直接敷铜基板(DBC)、绝缘栅双极性晶体管芯片、二极管芯片、功率端子、信号端子和外壳。在对这种模块中的整体结构进行设计时，要考虑热设计、结构应力设计、EMC设计和电路结构设计，此还同时要考虑设计产品的生产成本。现有的绝缘栅双极性晶体管模块设计中存在的主要问题是产品的可靠性低、生产工艺复杂。
发明内容
本发明的目的是设计出一种新型封装结构的大功率模块。
本发明要解决的现有绝缘栅双极性晶体管(IGBT)模块存在的可靠性低、生产工艺复杂的问题。
本发明的技术方案是：它包括基板、直接敷铜基板、绝缘栅双极性晶体管芯片、二极管芯片、功率端子、信号端子和外壳，基板和直接敷铜基板通过钎焊结合，绝缘栅双极性晶体管芯片、二极管芯片和直接敷铜基板之间通过钎焊结合，功率端子和直接敷铜基板通过超声焊接结合，信号端子和直接敷铜基板同样通过超声焊接结合，外壳和基板固定，功率端子头部有预折弯结构，该预折弯结构的功率端子与直接敷铜基板通过超声焊接结合，信号端子上设有焊脚，信号端子的焊脚与直接敷铜基板通过超声焊接结合，外壳上设有卡扣、螺母基座，卡扣和螺母基座匹配。
基板上分布有六块大的功率部分的直接敷铜基板，三块小的信号部分的直接敷铜基板，功率部分的六块直接敷铜基板结构相同且呈方形排布，信号部分的直接敷铜基板结构相同，设于功率部分一侧且一字型排布。
功率部分和信号部分直接敷铜基板通过键合铝线连接。功率端子头部预折弯结构与竖直部分垂直。外壳下部设有对称的四个螺母孔，基板上设有螺钉安装孔，螺母孔与螺钉安装孔对应，通过螺钉将基板与外壳进行紧固。
本发明的优点是：本发明的可靠性高，生产工艺简便。
附图说明
图1是本发明的内部结构示意图(除外壳)。
图2是本发明的外部结构示意图。
图3是本发明的信号端子和功率端子焊接于基板的示意图。
图4是本发明外壳和螺母基座装配示意图。
图5是本发明外壳和基板基板装配示意图。
图6是本发明的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
如图所示，本发明包括基板1、绝缘栅双极性晶体管(IGBT)芯片2、二极管芯片3、直接敷铜基板(DBC)4、直接敷铜基板(DBC)5、信号端子6、信号端子7、信号端子8、功率端子9、功率端子10、外壳11和螺母基座12。绝缘栅双极性晶体管(IGBT)芯片2、二极管芯片3和直接敷铜基板(DBC)4之间通过钎焊结合。基板1和直接敷铜基板(DBC)4以及直接敷铜基板(DBC)5通过钎焊结合。基板1上钎焊有大的功率部分的六块呈方形排布直接敷铜基板(DBC)4，同侧的三块直接敷铜基板(DBC)4之间用1mm宽的沟道隔开，两组之间用2mm宽的沟道隔开。基板1上同样钎焊有小的信号部分的三块呈一字型排布的直接敷铜基板(DBC)5，与其中一侧的直接敷铜基板(DBC)4之间用2mm宽的沟道隔开。
所述的六块直接敷铜基板(DBC)4和三块直接敷铜基板(DBC)5中，六块直接敷铜基板(DBC)4结构均相同，三块直接敷铜基板(DBC)5的结构也均相同。分布在两侧的两组各三块直接敷铜基板(DBC)4以基板中心对称。
直接敷铜基板(DBC)4的集电极区域与功率端子10焊脚部分通过超声波焊接结合，直接敷铜基板(DBC)4的发射极区域与功率端子9焊脚部分通过超声波焊接结合。三块直接敷铜基板(DBC)5通过键合铝线分别与直接敷铜基板(DBC)4的集电极、发射极和门极进行电路连接，信号端子6上设有焊脚6-1、信号端子7上设有焊脚7-1和信号端子8上设有焊脚8-1，这些增加的焊脚6-1、焊脚7-1和焊脚8-1分别与三块直接敷铜基板(DBC)5通过超声波焊接，其中与信号端子6焊接的直接敷铜基板(DBC)5连接直接敷铜基板(DBC)4的集电极，与信号端子7焊接的直接敷铜基板(DBC)5连接直接敷铜基板(DBC)4的发射极，与信号端子8焊接的直接敷铜基板(DBC)5连接直接敷铜基板(DBC)4的门极。
功率端子与直接敷铜基板(DBC)焊接前，功率端子的头部已按设计的状态折弯为折弯结构，该折弯结构与功率端子的竖直面垂直，避免之前焊接后再折弯的做法对端子和直接敷铜基板(DBC)之间的焊点可靠性产生不良的影响。信号端子则采用了底部增加焊脚直接与直接敷铜基板(DBC)进行焊接的方式，改变了之前在直接敷铜基板(DBC)上先焊接引线再将引线连接信号端子的复杂的做法，增加了该部分电路的焊接可靠性，也增大了该部分电路的电流等级。如图3所示。
外壳11上设有螺母基座12。外壳封前功率端子头部已经折弯成折弯结构，故外壳11对应的功率端子的位置是六个方形通孔，而螺母基座12必须在外壳装配上之前放置在功率端子正下方并紧贴功率端子折弯部分的下表面紧固，紧固后再将外壳11装配上去。外壳11在六个方形孔处设计了卡扣结构，目的在于卡住螺母基座，使其固定在外壳11上，如图4所示。外壳11与基板1之间通过分布对称的四枚螺钉13进行安装紧固，如图5所示。
如图1以及图3所示的模块内部结构和端子焊接示意图，实现了图6所示的电路。在图6电路原理图中G、C、E分别为门极、集电极和发射极。

Claims (5)

1.一种新型封装结构的大功率模块，包括基板、直接敷铜基板、绝缘栅双极性晶体管芯片、二极管芯片、功率端子、信号端子和外壳，基板和直接敷铜基板通过钎焊结合，绝缘栅双极性晶体管芯片、二极管芯片和直接敷铜基板之间通过钎焊结合，功率端子和直接敷铜基板通过超声焊接结合，信号端子和直接敷铜基板同样通过超声焊接结合，外壳和基板固定，其特征在于功率端子头部有预折弯结构，该预折弯结构的功率端子与直接敷铜基板通过超声焊接结合，信号端子上设有焊脚，信号端子的焊脚与直接敷铜基板通过超声焊接结合，外壳上设有卡扣、螺母基座，卡扣和螺母基座匹配。
2.根据权利要求1所述的一种新型封装结构的大功率模块，其特征在于基板上分布有六块大的功率部分的直接敷铜基板，三块小的信号部分的直接敷铜基板，功率部分的六块直接敷铜基板结构相同且呈方形排布，信号部分的直接敷铜基板结构相同，设于功率部分一侧且一字型排布。
3.根据权利要求1所述的一种新型封装结构的大功率模块，其特征在于功率部分和信号部分直接敷铜基板通过键合铝线连接。
4.根据权利要求1所述的一种新型封装结构的大功率模块，其特征在于功率端子头部预折弯结构与竖直部分垂直。
5.根据权利要求1所述的一种新型封装结构的大功率模块，其特征在于外壳下部设有对称的四个螺母孔，基板上设有螺钉安装孔，螺母孔与螺钉安装孔对应。
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