低电感轻薄型功率模块的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种低电感轻薄型功率模块，属于功率模块制造技术领域。
【背景技术】
[0002]功率半导模块用于逆变焊机、各种开关电源的控制器以及电动汽车控制器等，其主要作用是将输入的直流电转变为三相交流电输出。而功率半导体模块，是一个或多个驱动单元与一个或多个功率模块组成三相电路工作。
[0003]目前的功率模块主要有两种结构，一种结构的功率模块的高度在34mm左右，另一种结构的功率模块的高度在17mm左右。高度在34_的模块包括铜板、覆金属陶瓷基板、半导体芯片、器件以及功率端子、控制端子和外壳，半导体芯片、器件功率端子和控制端子焊接在覆金属陶瓷基板上并形成主电路，功率端子穿出外壳上的盖板上的功率端子孔，将功率端子打弯后卡在外壳的螺母座上，这种功率端子一端焊接固定在覆金属陶瓷基板上，另一端则呈悬空状态，在震动环境中，容易导致功率端子的固定端脱落。为此一些功率端子会采用多个弯折结构，来吸收和缓解震动所造成的冲击力，以缓解功率端子脱落的风险，但同时这种结构又增加了功率摸块的寄生电感。而对于高度在17_的功率模块包括铜板、覆金属陶瓷基板、半导体芯片、器件和外壳，半导体芯片焊接在覆金属陶瓷基板上，通过铝丝与注塑在外壳中的功率端子连接形成主电路。这种结构的功率模块，因注塑在外壳中的功率端子电流容量小，因此外壳中需要很多功率端子达到一定的大电流，导致外壳成本较高，加之功率端子至少有一个L型弯折，故而使连接功率端子与覆金属陶瓷基板的铝丝也有较大弧度，因此该功率端子弯折结构及铝丝弧度都增加了功率模块的寄生电感。上述两种结构功率模块都将覆金属陶瓷基板焊接在铜板上，而铜板和覆金属陶瓷基板通过焊锡层连接，铜板和焊锡层一起具有一定的热阻。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种具有较低引线寄生电感和热阻，能杜绝端子与覆金属陶瓷基板连接处脱落发生的低电感轻薄型功率模块。
[0005]本发明为达到上述目的的技术方案是:一种低电感轻薄型功率模块，包括外壳及焊接在覆金属陶瓷基板上的半导体芯片、多个功率端子和多个控制端子构成的电路，其特征在于:所述的功率端子为内孔设有螺纹的圆柱体，圆柱体的底部固定在覆金属陶瓷基板上;所述外壳的壳壁内设有横向和纵向相交的挡条，挡条下部设有至少一个限位柱，覆金属陶瓷基板连接在外壳底部，且挡条上的限位柱顶在覆金属陶瓷基板上，外壳内注有软的硅凝胶层，外壳在壳壁四周设有与大气及相通的通孔，所述通孔用于硅凝胶层膨胀及收缩时所产生应力释放，各功率端子和各控制端子穿过硅凝胶层，环氧树脂层与外壳、外壳内的挡条以及各功率端子和各控制端子固化成整体结构。
[0006]其中:所述外壳沿长度方向在两端设有与端面相通的沉台，沉台底部设有固定板，固定板位于各沉台内侧设有贯通的长槽孔，固定板位于各沉台的两侧设有侧槽孔，所述的长槽孔和侧槽孔用于固定板弹性变形。
[0007]所述各功率端子的外周上设有与环氧树脂层牢固结合的凹凸面。
[0008]所述外壳壳壁四周上的通孔呈L形，通孔一端与外壳上端面相通、另一端与外壳下部的壳壁内侧相通。
[0009 ] 所述功率模块的总体高度在9?12.5_。
[0010]本发明覆金属陶瓷基板连接在外壳底部并由外壳内的限位柱限位，通过限位柱顶住覆金属陶瓷基板，以消除功率模块在工作时，因覆金属陶瓷基板热胀冷缩而与散热器产生的间隙，保证芯片工作时的正常散热。本发明的功率模块的各功率端子采用内设有螺纹的圆柱体，其底部焊接在覆金属陶瓷基板，由于功率端子没有弯折结构，因此使功率模块具有较低的寄生电感，由于能降低功率模块的电感，而能进一步提高功率模块的功率密度及工作可靠性。再则，本发明圆柱体的功率模块可以将高度控制的很低，加之功率模块不设有铜底板，使功率模块总体高度在9?12.5mm，，能有效的降低功率模块的总高度及封装体积，实现功率模块的小型化，本发明外壳内部充有软的硅凝胶层用来保护半导体芯片，而环氧树脂层与外壳、外壳内的挡条以及各功率端子和各控制端子固化成整体结构，增加了各功率端子和各控制端子的固定强度，可以杜绝各端子与覆金属陶瓷基板连接处脱落问题的发生。本发明外壳在壳壁四周设有与大气相通的通孔，通过通孔对硅凝胶体积膨胀和收缩所产生应力进行释放，减少功率模块在工作时硅凝胶体积膨胀和收缩产生的应力，以此消除该应力对环氧树脂层的损伤。本发明功率模块没有铜底板及与铜板连接的焊锡层，功率模块的热阻较底，减少功率损耗，而能提高功率模块稳定性和可靠性。本发明在功率端子的外表面采用凸凹面，能增加与环氧树脂层的结合面积，增加各功率端子的结合力。本发明外壳沿长度方向在两端设有与端面相通的沉台，沉台底部在固定板位于各沉台内侧设有贯通的长槽孔，固定板位于各沉台的两侧设有侧槽孔，因此可使长槽孔和侧槽孔用于固定板弹性变形，通过使固定板有一定的弹性，消除功率模块在安装和工作时，对覆金属陶瓷基板产生的应力损伤。
【附图说明】
[0011]下面结合附图对本发明的实施例作进一步的详细描述。
[0012]图1是本发明低电感轻薄型功率模块的结构示意图。
[0013]图2是本发明低电感轻薄型功率模块的爆炸结构示意图。
[0014]图3是本发明低电感轻薄型功率模块的剖视结构示意图。
[0015]图4是本发明外壳的结构示意图。
[0016]图5是图4的A向结构示意图。
[0017]其中:丨一外壳，1-1 一通孔，丨-2—长槽孔，1-3—固定板，1-4一挡条，1_5—侧槽孔，1-6—限位柱，2—控制端子，3—功率端子，4 一环氧树脂层，5—轴套，6—硅凝胶层，7—覆金属陶瓷基板，8—半导体芯片，9 一招丝。
【具体实施方式】
[0018]见图1?5所示的低电感轻薄型功率模块，包括外壳I及焊接在覆金属陶瓷基板7上的半导体芯片8、多个功率端子3和多个控制端子2构成的电路，可将半导体芯片8以及功率端子3和控制端子2—次性焊接在覆金属陶瓷基板7上，该电路是本领域常规的半导体芯片8及功率器件连接在覆金属陶瓷基板9上构成半桥电路、斩波电路、Η桥电路或全桥电路，满足功率模块的不同功能要求。本发明可将覆金属陶瓷基板7可直接固定散热器上，由于覆金属陶瓷基板7下部不设有铜底板，因此功率模块具有较低的热阻，其热阻约为17mm高的功率模块及34mm高的功率模块的4/5，由于减少了功率模块的功率损耗，能提高功率模块的稳定性和可靠性。
[0019]见图1?3所示，本发明的功率端子3为内孔设有