电极及功率半导体模块的制作方法

本实用新型属于电力电子技术领域，特别是涉及一种电极及功率半导体模块。

背景技术：

随着功率IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)模块在光伏领域中的应用，各种环境因素对功率IGBT模块的安装可靠性影响越来越大。在光伏领域中，一般将需焊接电极焊接在功率IGBT模块上，在各种恶劣环境中，传统的需焊接电极已无法满足其焊接可靠性的要求，越来越多的功率IGBT模块厂商开始采用压接的方式进行功率IGBT模块的安装。采用带有缓冲结构的电极的功率IGBT模块可以将所有电极一起压入控制电路板，保证在压入电极和拔出电极时，均匀分布电极本身受到的应力，同时使电极的底部(即焊接面)所承受的应力最小；在振动环境中，可充分释放电极受到的应力，确保功率IGBT模块的安装可靠性的同时又提高了安装效率并降低人工成本。

现有的带有缓冲结构的电极一般是将电极的底部冲压成S形来进行应力的缓冲，应力集中分布于电极下方的S形折弯处(电极在140N压力及拉力的作用下，S形折弯处受到的最大压强为2800Mpa，电极发生的形变量超过1mm)，这样的电极结构虽然缓解了电极的底部的应力，但在电极的中段，应力分布非常集中，使电极易发生变形，从而影响电极的使用寿命，所以此种电极对材料的要求很高。

上述形式的电极，易发生变形，在恶劣的振动环境中，易影响电极的寿命，给电极的使用带来不便，限制了电极的应用范围。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是：针对现有的电极易发生变形从而减少电极的使用寿命的技术问题，提供一种电极及功率半导体模块。

为解决上述技术问题，一方面，本实用新型实施例提供一种电极，包括头部、缓冲部及底座，所述缓冲部连接在所述头部与所述底座之间，所述缓冲部包括至少一个缓冲单元，所述缓冲单元设有至少一个贯穿所述缓冲部的通孔，所述通孔具有闭合的壁面。

根据本实用新型实施例的电极，在头部和底座之间设置缓冲部，缓冲部设置至少一个缓冲单元，缓冲单元设置至少一个贯穿所述缓冲部的通孔，这种电极能保证电极在受到外界应力时，通过通孔的微小形变将应力均匀的分布在缓冲部上，大幅度降低电极受到的外界应力。同时，外界应力通过缓冲部的作用已经大幅度减小了，从而使电极的底座受到的外界应力更小，缓解了电极的底座的焊接面受到的外界应力，避免电极的底座的焊接面脱落失效，导致电极的使用寿命减少。此外，该电极与现有的电极相比，该电极受到的外界应力大幅度降低，即使在恶劣的环境中，也能保证电极的强度，使之不易折断及变形，增加了电极的使用寿命。

可选地，至少一个所述缓冲单元设有阵列排布的多个所述通孔。

可选地，所述缓冲单元包括第一侧面、第二侧面、第三侧面及第四侧面，所述第一侧面与第二侧面相对设置，所述第三侧面连接在所述第一侧面的一端与所述第二侧面的一端之间，所述第四侧面连接在所述第一侧面的另一端与所述第二侧面的另一端之间，所述通孔贯穿所述第一侧面及第二侧面。

可选地，所述通孔为菱形通孔。

可选地，所述第三侧面为锯齿面，所述第四侧面为锯齿面，相邻的所述缓冲单元之间形成第一齿槽。

可选地，所述缓冲部还包括第一连接单元，所述第一连接单元连接在所述底座与靠近所述底座的所述缓冲单元之间。

可选地，所述第一连接单元为垂直于所述底座的平板；或者，

所述第一连接单元为具有至少一个折弯的折弯板。

可选地，所述缓冲部还包括第二连接单元，所述第二连接单元连接在所述头部与靠近所述头部的所述缓冲单元之间。

可选地，所述第二连接单元与靠近所述头部的所述缓冲单元之间形成第二齿槽，所述第二连接单元与所述头部之间形成第三齿槽。

可选地，所述第一连接单元与靠近所述底座的所述缓冲单元之间形成第四齿槽。

另一方面，本实用新型实施例提供一种功率半导体模块，包括如上所述的电极。

根据本实用新型实施例的功率半导体模块，电极能减少电极本身受到的外界应力，同时，使电极受到的外界应力均匀分布在电极上，使电极的焊接面固定更牢靠，增加电极的使用寿命，从而使功率半导体模块的安装可靠性提升，产品使用的可靠性水平提升，增加功率半导体模块的使用寿命。

再一方面，本实用新型实施例提供一种功率半导体模块，包括基板、密封胶、封装壳体及如上所述的电极，所述封装壳体罩设在所述基板上以形成空腔，所述密封胶填充在所述空腔内且包覆所述基板，所述密封胶的上表面处于靠近所述底座的所述缓冲单元的下方，所述封装壳体的顶壁设置有穿孔，所述电极的底座固定在所述基板上，所述电极穿过所述穿孔，所述电极的头部插接在外部的PCB板上。

根据本实用新型实施例的功率半导体模块，电极的底座固定在基板上，基板具有绝缘、散热及支撑的作用。封装壳体罩设在基板上以形成空腔，将密封胶填充在空腔内且包覆基板，使电极的底座稳固的连接在基板上，同时，密封胶对空腔内的内部芯片及铝线等起到保护、绝缘及散热的作用。密封胶的上表面处于靠近所述底座的缓冲单元的下方，保证电极在安装或拆卸时，能通过缓冲部使电极受到的外界应力分布均匀，减小电极受到的外界应力，进而减小电极的底座的焊接面受到的外界应力，保证电极的牢靠性。头部位于封装壳体的上方，PCB板固定在头部上，电极与PCB板的这种连接方式，可以使多个电极的头部同时压入PCB板，节省电极的安装时间。

附图说明

图1是本实用新型第一实施例提供的电极的示意图；

图2是本实用新型第一实施例提供的电极的另一示意图；

图3是本实用新型第二实施例提供的电极的示意图；

图4是本实用新型第二实施例提供的电极的另一示意图；

图5是本实用新型第三实施例提供的电极的示意图；

图6是本实用新型第三实施例提供的电极的另一示意图；

图7是本实用新型第四实施例提供的电极的示意图；

图8是本实用新型第四实施例提供的电极的另一示意图；

图9是本实用新型第四实施例提供的功率半导体模块的示意图。

说明书中的附图标记如下：

1、电极；11、头部；12、缓冲部；121、缓冲单元；1211、第一侧面；1212、第二侧面；1213、第三侧面；1214、第四侧面；1215、菱形通孔；1216、第一齿槽；122、第一连接单元；1221、平板；1222、折弯板；123、第二连接单元；124、第二齿槽；125、第三齿槽；126、第四齿槽；127、第五齿槽；13、底座；

2、下层铜皮；3、陶瓷层；4、上层铜皮；5、密封胶；6、封装壳体；7、空腔；8、PCB板。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1至图9所示，本实用新型实施例提供的电极1，包括头部11、缓冲部12及底座13，所述缓冲部12连接在所述头部11与所述底座13之间，所述缓冲部12包括至少一个缓冲单元121，所述缓冲单元121设有至少一个贯穿所述缓冲部12的通孔(图中为标出)，所述通孔具有闭合的壁面。即，该通孔的壁面具有闭合的图形，即，通孔的壁面是连续的(未设有缺口)。

该电极1在头部11和底座13之间设置缓冲部12，缓冲部12设置至少一个缓冲单元121，缓冲单元121设置至少一个贯穿所述缓冲部12的通孔，这种电极1能保证电极1在受到外界应力时，通过通孔的微小形变将应力均匀的分布在缓冲部12上，大幅度降低电极1受到的外界应力。同时，外界应力通过缓冲部12的作用已经大幅度减小了，从而使电极1的底座13受到的外界应力更小，缓解了电极1的底座13的焊接面受到的外界应力，避免电极1的底座13的焊接面脱落失效，导致电极1的使用寿命减少。此外，该电极1与现有的电极相比，该电极1受到的外界应力大幅度降低，即使在恶劣的环境中，也能保证电极1的强度，使之不易折断及变形，增加了电极1的使用寿命。

如图1至图8所示，所述缓冲单元121包括第一侧面1211、第二侧面1212、第三侧面1213及第四侧面1214，所述第一侧面1211与第二侧面1212相对设置，所述第三侧面1213连接在所述第一侧面1211的一端与所述第二侧面1212的一端之间，所述第四侧面1214连接在所述第一侧面1211的另一端与所述第二侧面1212的另一端之间，所述通孔贯穿所述第一侧面1211及第二侧面1212。此处，通孔具有闭合的壁面是指，该通孔未在第三侧面1213及第四侧面1214设有缺口。

如图1至图8所示，所述通孔为菱形通孔1215。菱形通孔1215能使电极1在外界应力的作用下，受力分布更均匀。

第一实施例

如图1及图2所示，在第一实施例中，所述缓冲部12包括三个缓冲单元121，每个缓冲单元121设有一个菱形通孔1215。所述第一侧面1211位于缓冲部12的位置为水平面，所述第二侧面1212位于缓冲部12的位置为水平面。在外界应力的作用下，菱形通孔1215会发生微小形变，通过菱形通孔1215的微小形变使外界应力均匀分布在电极1上，减小电极1受到的外界应力。

如图1及图2所示，所述缓冲部12还包括第一连接单元122，所述第一连接单元122连接在所述底座13与靠近所述底座13的所述缓冲单元121之间。所述第一连接单元122为垂直于所述底座13的平板1221。所述头部11与靠近所述头部11的所述缓冲单元121之间形成第五齿槽127。所述缓冲部12固定在所述底座13的上表面的中间位置，使缓冲部12更稳固的固定在底座13上。

所述缓冲单元121的数量及菱形通孔1215的数量可以根据需要设置，并不限于第一实施例所给的数量。

第二实施例

第二实施例与第一实施例的不同之处如下所述：

如图3及图4所示，在第二实施例中，所述缓冲部12包括两个缓冲单元121，每个所述缓冲单元121设有一个菱形通孔1215。所述第三侧面1213为锯齿面，所述第四侧面1214为锯齿面，相邻的所述缓冲单元121之间形成第一齿槽1216。所述第一连接单元122与靠近所述底座13的所述缓冲单元121之间形成第四齿槽126。电极1在外界应力的作用下，将第三侧面1213及第四侧面1214均设置为锯齿面，在相邻的缓冲单元121之间形成第一齿槽1216，所述头部11与靠近所述头部11的所述缓冲单元121之间形成第五齿槽127，可以进一步减小电极1受到的外界应力，使电极1受到的外界应力分布更均匀。

如图3及图4所示，所述第一连接单元122为具有至少一个折弯的折弯板1222。折弯板1222能进一步缓解电极1受到的外界应力，使底座13的焊接面受到的外界应力进一步减小。同时，由于缓冲部12已承受大部分的外界应力，使折弯板1222受到的外界应力减小了很多，在电极1受到外界应力时，折弯板1222不会发生形变，进一步使电极1的使用寿命增加。

如图3及图4所示，第一连接单元122为具有一个折弯的折弯板1222。折弯板1222的上部与所述缓冲部12之间的夹角为钝角，折弯板1222的下部与底座13之间的夹角为锐角。

如图3及图4所示，所述折弯板1222固定在所述底座13的上表面的边缘，这样能平衡折弯板1222的受力，使折弯板1222与底座13之间固定更牢靠。

第一连接单元122具有的折弯的数量不做限制，可根据实际需求在第二实施例的基础上增加折弯。

所述缓冲单元121的数量及菱形通孔1215的数量可以根据需要设置，并不限于第二实施例所给的数量。

第三实施例

第三实施例与第二实施例的不同之处如下所述：

如图5及图6所示，在第三实施例中，至少一个所述缓冲单元121设有阵列排布的多个所述菱形通孔1215。阵列排布的菱形通孔1215能使外界应力更均匀的分布在电极1上，同时，减小电极1受到的外界应力，增加底座13的焊接面的牢靠性。

如图5及图6所示，所述缓冲部12包括三个缓冲单元121，每个缓冲单元121设有阵列排布的四个所述菱形通孔1215。所述第一连接单元122为垂直于所述底座13的平板1221。所述缓冲部12固定在所述底座13的上表面的中间位置，使缓冲部12更稳固的固定在底座13上。

每个缓冲单元121设有阵列排布的菱形通孔1215的数量不做限制，可以根据实际需求在第三实施例的基础上增加或减少菱形通孔1215的数量。

不限制缓冲部12包括的缓冲单元121的数量，可以根据实际需求在第三实施例的基础上增加或减少缓冲单元121的数量。

每个缓冲单元121设置的菱形通孔1215的数量可以不一样。例如，一个电极1中，其中一部分缓冲单元121设有一个菱形通孔1215，另一部分缓冲单元121设有阵列排布的多个菱形通孔1215。

第一连接单元122不限制为平板1221，也可以为具有至少一个折弯的折弯板1222。

第四实施例

第四实施例与第二实施例的不同之处如下所述：

如图7及图8所示，在第四实施例中，所述缓冲部12还包括第二连接单元123，所述第二连接单元123连接在所述头部11与靠近所述头部11的所述缓冲单元121之间。所述第二连接单元123与靠近所述头部11的所述缓冲单元121之间形成第二齿槽124，所述第二连接单元123与所述头部11之间形成第三齿槽125，所述第一连接单元122与靠近所述底座13的所述缓冲单元121之间形成第四齿槽126。第二齿槽124、第三齿槽125及第四齿槽126均有助于外界应力在电极1上分布更均匀，进一步减小电极1受到的外界应力。

如图7及图8所示，所述第一连接单元122为垂直于所述底座13的平板1221，所述缓冲部12固定在所述底座13的上表面的中间位置，使缓冲部12更稳固的固定在底座13上。

不限制所述缓冲单元121设有的菱形通孔1215的数量，可以根据实际需求在第四实施例的基础上增加菱形通孔1215的数量。

第一连接单元122不限制为平板1221，也可以为具有至少一个折弯的折弯板1222。

第五实施例

如图9所述，在第五实施例中，一种功率半导体模块，包括如上实施例所述的电极1。上述电极1能减少电极1本身受到的外界应力，同时，使电极1受到的外界应力均匀分布在电极1上，使电极1的焊接面固定更牢靠，增加电极1的使用寿命，从而使功率半导体模块的安装可靠性提升，产品使用的可靠性水平提升，增加功率半导体模块的使用寿命。

第六实施例

如图9所述，在第六实施例中，一种功率半导体模块，包括基板(图中未标出)、密封胶5、封装壳体6及如上实施例所述的电极1，所述封装壳体6罩设在所述基板上以形成空腔7，所述密封胶5填充在所述空腔7内且包覆所述基板，所述密封胶5的上表面处于靠近所述底座13的所述缓冲单元121的下方，所述封装壳体6的顶壁设置有穿孔(图中未示出)，所述电极1的底座13固定在所述基板上，所述电极1穿过所述穿孔，所述电极1的头部11插接在外部的PCB板8上。

该功率半导体模块的电极1的底座13固定在基板上，基板具有绝缘、散热及支撑的作用。封装壳体6罩设在基板上以形成空腔7，将密封胶5填充在空腔7内且包覆基板，使电极1的底座13稳固的连接在基板上，同时，密封胶5对空腔7内的内部芯片及铝线等起到保护、绝缘及散热的作用。密封胶5的上表面处于靠近所述底座13的缓冲单元121的下方，保证电极1在安装或拆卸时，能通过缓冲部12使电极1受到的外界应力分布均匀，减小电极1受到的外界应力，进而减小电极1的底座13的焊接面受到的外界应力，保证电极1的牢靠性。头部11位于封装壳体6的上方，PCB板8固定在头部11上，电极1与PCB板8的这种连接方式，可以使多个电极1的头部11同时压入PCB板8，节省电极1的安装时间。

所述基板包括下层铜皮2、陶瓷层3及上层铜皮4，所述下层铜皮2固定连接在所述陶瓷层3的下表面，所述上层铜皮4固定连接在所述陶瓷层3的上表面，所述电极1的底座13固定在所述上层铜皮4上，所述封装壳体6罩设在所述陶瓷层3上以形成空腔7，所述密封胶5填充在所述空腔7内且包覆所述上层铜皮4。

对于电极1的底座13固定在上层铜皮4上的方式不做限制，例如，底座13的下表面可以通过焊料焊接或超声波焊接的方式固定在上层铜皮4上。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。