免点胶的功率半导体模块的制作方法

1.本实用新型涉及一种功率半导体模块，特别涉及一种免点胶的功率半导体模块，属于功率半导体技术领域。


背景技术：

2.功率半导体模块时使用在功率电子电路中的半导体组件组，通常用于车辆、太阳能以及工业应用中，如逆变器和整流器。功率半导体模块通常包含igbt-半导体芯片或mosfet-半导体芯片、dbc衬底、用于连接的pin针及pin针底座和用于保护的封装外壳，某些还具有用于散热的底部heatsink、用于过压保护的额外半导体二极管和用于过热保护的ntc元件。
3.现有技术中较常用的功率半导体模块封装结构有62mm模块、easy模块、econo模块等，然而，现有easy封装模块中dbc陶瓷层裸露在外，跌落时应力冲击容易导致dbc碎裂，且需要使用点胶结合，点胶厚度把控不当容易导致dbc凸出外壳；点胶需经过一次高温回流，多次回流可能会提高锡膏空洞率，另外，现有模块仅能使用螺栓结构进行安装，限制了使用方法。


技术实现要素：

4.本实用新型的主要目的在于提供一种免点胶的功率半导体模块，以克服现有技术中的不足。
5.为实现前述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案包括：
6.本实用新型实施例提供了一种免点胶的功率半导体模块，包括第一壳体、第二壳体以及功率半导体组件，所述第一壳体通过可拆卸连接的方式与第二壳体连接，且在所述第一壳体和第二壳体之间围合形成一收容空间，所述功率半导体组件设置在所述收容空间内，所述第一壳体或第二壳体上还固定设置有连接固定件，所述连接固定件至少用于与散热器连接；
7.所述功率半导体组件包括覆金属陶瓷基板、设置在所述覆金属陶瓷基板上的芯片、功率端子和插针，所述芯片、功率端子以及覆金属陶瓷基板表层的导电金属层之间电连接，其中，所述插针的部分还自所述第一壳体伸出至所述收容空间外部。
8.与现有技术相比，本实用新型的优点包括：
9.1)本实用新型实施例提供的一种功率半导体模块，通过设置可分离的第一壳体和第二壳体，两者使用可拆卸的结构连接形成稳定结构，并将覆金属陶瓷基板固定在第一壳体和第二壳体之间，可以防止使用过程中的碰撞和震动等应力情况而导致覆金属陶瓷基板碎裂的发生；
10.2)本实用新型实施例提供的一种功率半导体模块，覆金属陶瓷基板下金属层底部与第二壳体的底部平齐，且不会凸出，从而减少了功率半导体模块的厚度误差，同时降低了覆金属陶瓷基板在安装和使用时受到的应力，进而降低了压裂的风险；
11.3)本实用新型实施例提供的一种功率半导体模块，无需点胶，从而减少了制作工艺中高温回流的次数，进而提高了功率半导体模块的使用寿命，同时也节省了制作的时间成本。
附图说明
12.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
13.图1是本实用新型一典型实施案例中提供的一种功率半导体模块的剖面结构示意图；
14.图2是图1结构a处放大结构示意图；
15.图3是本实用新型一典型实施案例中提供的一种功率半导体模块的第一壳体的剖面结构示意图；
16.图4是本实用新型一典型实施案例中提供的一种功率半导体模块的第一壳体的结构示意图；
17.图5是本实用新型一典型实施案例中提供的一种功率半导体模块的第二壳体的结构示意图；
18.图6是图5中a-a处的截面结构示意图；
19.图7是本实用新型一典型实施案例中提供的第一壳体的第一锯齿结构和第二壳体的第二锯齿结构的结构示意图；
20.图8是本实用新型一典型实施案例中提供的一种功率半导体模块的剖面结构示意图；
21.图9是本实用新型一典型实施案例中提供的一种散热器的剖面结构示意图。
具体实施方式
22.鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本实用新型的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
23.本实用新型实施例提供了一种免点胶的功率半导体模块，用于无需点胶的后端制作工艺，该功率半导体模块具有：至少一个衬底，用于固定衬底的由两部分组成使用特殊方式连接的外壳，以及至少一个功率半导体元件，用于制作时将dbc(覆铜陶瓷基板)进行插针、贴die(芯片)和打线操作后仅需将其放入第一壳体，然后将第二壳体扣上完成组装，灌胶后得到成品，可节省加工成本。
24.本实用新型实施例提供了一种免点胶的功率半导体模块，包括第一壳体、第二壳体以及功率半导体组件，所述第一壳体通过可拆卸连接的方式与第二壳体连接，且在所述第一壳体和第二壳体之间围合形成一收容空间，所述功率半导体组件设置在所述收容空间内，所述第一壳体或第二壳体上还固定设置有连接固定件，所述连接固定件至少用于与散热器连接；
25.所述功率半导体组件包括覆金属陶瓷基板、设置在所述覆金属陶瓷基板上的芯
片、功率端子和插针，所述芯片、功率端子以及覆金属陶瓷基板表层的导电金属层之间电连接，其中，所述插针的部分还自所述第一壳体伸出至所述收容空间外部。
26.在一具体实施方案中，所述第一壳体通过卡扣连接的方式与第二壳体可拆卸连接。
27.在一具体实施方案中，所述第一壳体的周缘处设置有凸缘结构，所述第二壳体的周缘处设置有槽状结构，所述凸缘结构能够嵌入所述槽状结构中而形成卡扣连接结构。
28.在一具体实施方案中，所述第一壳体的周缘处设置有第一锯齿结构，所述第二壳体的周缘处设置有第二锯齿结构，所述第一锯齿结构与第二锯齿结构相互嵌合。
29.在一具体实施方案中，所述第一锯齿结构和第二锯齿结构均包括多个依次间隔交替设置的凸齿和凹槽，所述第一锯齿结构和第二锯齿结构中一者的凸齿嵌入另一者的凹槽内，其中，每一所述凸齿均具有呈角度设置的第一导向面和第二导向面，其中，所述第一导向面与第一壳体或第二壳体垂直。
30.在一具体实施方案中，所述第二壳体朝向第一壳体的一侧表面还设置有凸出结构，所述凸出结构与所述覆金属陶瓷基板相抵触，所述覆金属陶瓷基板在厚度方向上被夹紧固定于所述凸出结构与所述第一壳体之间。
31.在一具体实施方案中，所述第一壳体上还设置有用于灌注硅凝胶的灌胶口和多个可供插针伸出的第一通孔。
32.在一具体实施方案中，所述第一壳体上还设置有用于与驱动电路板连接的固定孔。
33.在一具体实施方案中，所述连接固定件包括依次设置的连接部和固定部，所述连接部与所述第一壳体固定连接，所述固定部上设置有贯穿所述固定部的第二通孔，所述连接固定件经连接件和第二通孔与所述散热器固定连接。
34.在一具体实施方案中，所述连接固定件还包括与所述固定部固定连接的加固部，所述加固部与所述固定部呈角度设置，且所述加固部位于两端之间的区域还设置有用于释放应力的缺口。
35.如下将结合附图以及具体实施案例对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明，本实用新型实施例主要用于解释和说明本实用新型实施例中提供的一种功率半导体模块的结构；除非特别说明的之外，本实用新型实施例中所包含的覆金属陶瓷基板、芯片、功率端子、插针、散热器和驱动电路板等均为本领域技术人员已知的元器件，其均可以通过是够获得，应理解的，本实用新型实施例主要是保护该功率半导体模块的结构，而用于将该功率半导体模块的结构中各组成部件进行连接的工艺等均做不具体的限定，在此不做具体的限定和说明。
36.请参阅图1，一种功率半导体模块，包括第一壳体1、第二壳体2以及功率半导体组件，所述第一壳体1通过可拆卸连接的方式与第二壳体2连接，且在所述第一壳体1和第二壳体2之间围合形成一收容空间，所述功率半导体组件设置在所述收容空间内，所述第一壳体1上还固定设置有连接固定件7，所述连接固定件7至少用于与散热器连接；其中，所述功率半导体组件包括覆金属陶瓷基板3、设置在所述覆金属陶瓷基板3上的芯片4、功率端子5和插针6，所述芯片4、功率端子5以及覆金属陶瓷基板表层的导电金属层之间通过金属线8电连接，且所述插针6的部分还自所述第一壳体1伸出至所述收容空间外部。
37.在本实施例中，所述收容空间在厚度方向的尺寸(例如高度)与覆金属陶瓷基板3的厚度基本相同，其他方向上的尺寸(例如长度或直径等)较覆金属陶瓷基板3稍大，以为考虑热胀冷缩预留的余量。
38.在本实施例中，所述覆金属陶瓷基板3包含两层金属层(如cu)和一层陶瓷层(如al2o3、sin等)，其中两层金属层背对设置在陶瓷层的两侧，所述金属层可以是裸铜或表面带有特殊功能的镀覆层(如ni，au等)；例如，所述覆金属陶瓷基板3可以是覆铜陶瓷基板(dbc)等。
39.在本实施例中，所述芯片4可以是通过回流焊或者烧结银方法连接在覆金属陶瓷基板3正面的导电金属层上，所述功率端子5及插针6可以通过回流焊方法或超声波方法焊接覆金属陶瓷基板3正面的导电金属层上。
40.在本实施例中，本实用新型实施例中的一种功率半导体模块中至少包含一个芯片4，所述芯片4可以是igbt、frd、mos管，也可以是其他结构的芯片之一或组合；所述金属线8在模块中连接芯片4、覆金属陶瓷基板3的正面导电金属层、功率端子5及插针6，起到传输控制信号和功率信号的作用，其材质包含但不限于al、cu、ag或者al包cu，所述功率端子5及插针6在模块中连接pcb驱动电路板和覆金属陶瓷基板3的正面导电金属层，起到传输电控制信号和功率信号的作用，其材质通常为cu或者cusn4。
41.在本实施例中，第一壳体1包覆住覆金属陶瓷基板3的正面导电金属层及其表面的芯片4和金属线8，从而起到保护作用，所述第二壳体2与第一壳体1之间形成用于收容、固定覆金属陶瓷基板3的收容空间，从而对覆金属陶瓷基板3起到保护作用，所述第一壳体1和第二壳体2的材质通常为强化玻璃纤维pbt和pps材料等。
42.在本实施例中，请参阅图5和图6，当所述第二壳体2与第一壳体1固定结合时，所述第二壳体2与第一壳体1之间形成的收容空间可以完全包覆覆金属陶瓷基板3，使覆金属陶瓷基板3除底面金属层以外的结构均不与外界接触，从而在模块发生跌落等情况时可以有效地保护覆金属陶瓷基板3，使其不会发生碎裂，同样，由于覆金属陶瓷基板3被夹紧固定在第一壳体1和第二壳体2之间，且没有经过点胶的高温回流，覆金属陶瓷基板3不会由于与第一壳体1完全固定而发生膨胀弯曲等情况，从而减小了覆金属陶瓷基板3所受内应力，大大降低了使用和安装时压裂的风险。
43.在本实施例中，所述第一壳体1通过卡扣连接的方式与第二壳体2可拆卸连接。
44.在本实施例中，请参阅图1、图3和图6，所述第一壳体1为方形结构，所述第一壳体1朝向第二壳体2的底部位置设置有凸缘结构12或第一锯齿结构27，所述第二壳体2的内侧对应设置有槽状结构13或第二锯齿结构28，所述凸缘结构12能够对应嵌入所述槽状结构13中而形成卡扣连接结构，所述第一锯齿结构27能够与第二锯齿结构28相相互嵌合，从而使所述第一壳体1和第二壳体2固定连接。
45.需要说明的是，所述凸缘结构12和槽状结构13对应设置，且所述凸缘结构12和槽状结构13可以是沿所述第一壳体1或第二壳体2周缘轮廓方向连设置的，也可以是间隔设置的多个，所述凸缘结构12和槽状结构13可以是半圆柱或长方体结构等；相应的，所述第一锯齿结构27和第二锯齿结构28可以是连续设置的，也可以是间隔设置的多个，需要说明的是，在以第一锯齿结构27和第二锯齿结构28进行第一壳体1和第二壳体2的连接时，可以根据第一锯齿结构27和第二锯齿结构28相互嵌入的程度(例如深度)的不同，而使第一壳体1和第
二壳体2之间的收容空间均具有不同的厚度，从而可以容纳不同厚度值的覆金属陶瓷基板3。
46.在本实施例中，请参阅图7，所述第一锯齿结构27和第二锯齿结构28均包括多个依次间隔交替设置的凸齿和凹槽，所述第一锯齿结构27和第二锯齿结构28中一者的凸齿嵌入另一者的凹槽内，以第一锯齿结构27上的一个凸齿与第二锯齿结构28上的一个凹槽的配合为例，凸齿和凹槽均为三棱柱结构(当然还可以是其他形状和结构)，所述凸齿具有呈角度设置的第一导向面30和第二导向面29，所述凹槽具有呈角度设置的第三导向面32和第四导向面31，其中，所述第一导向面30与第一壳体或第一锯齿结构的基体部分垂直(例如所述第一锯齿结构包括基体以及形成在基体上的多个凸齿和凹槽，相应的，第二锯齿结构的结构与第一锯齿结构一致)，所述第三导向面32与第一壳体或第一锯齿结构的基体部分垂直(同上)，所述第二导向面29和第四导向面31均倾斜设置，且所述第二导向面29和第四导向面31平行设置并作为凸齿嵌入凹槽的引导面，而所述第一导向面30和第三导向面32能够在不同于第二导向面29或第四导向面31的倾斜方向上相互抵触而相互锁定，从而实现所述第一锯齿结构和第二锯齿结构的相互嵌合，进而实现第一壳体和第二壳体的固定结合。
47.在本实施例中，所述第二导向面29与第一壳体或第一锯齿结构基体之间的夹角至少为80
°
。
48.需要说明的是，位于第二壳体2上的第二锯齿结构28设置在与功率端子对应区域之外的部分，以固定覆金属陶瓷基板3。
49.在本实施例中，请参阅图4，所述第一壳体1上还设置有用于灌注硅凝胶的灌胶口16和多个可供功率端子5及插针6伸出并外露的第一通孔15，以与驱动电路板连接，以及，在所述第一壳体1的四周边角处还设置有用于与驱动电路板连接的固定孔17，可以通过灌胶口16向模块内部灌注硅凝胶18以保护芯片4、覆金属陶瓷基板3上的导电金属层以及金属线8等结构，并起到隔绝水汽和应力缓冲的作用，同时外壳正面具有多个阵列排布的第一通孔15底部焊接在覆金属陶瓷基板3的导电金属层上的插针6可从中穿出并部分外露，所述固定孔17用于在驱动电路板与功率半导体模块结合时插入螺钉以使两者固定连接。
50.在本实施例中，请再次参阅图5，所述第二壳体2朝向第一壳体1的一侧表面还设置有凸出结构14，所述凸出结构14与所述覆金属陶瓷基板3相抵触，所述覆金属陶瓷基板3在厚度方向上被夹紧固定于所述凸出结构14与所述第一壳体1之间，例如，所述凸出结构14可以是一体形成在所述第二壳体2上的凸台结构。
51.在本实施例中，请参阅图1、图2、图4和图8，所述连接固定件7包括依次设置的连接部10和固定部11，所述连接部10与所述第一壳体1固定连接，所述固定部11上设置有贯穿所述固定部的第二通孔20，所述连接固定件7经连接件23和第二通孔20与所述第一散热器19固定连接。
52.需要说明的是，所述连接件23可以是螺钉或螺栓等螺纹连接件，当然也可以是其他结构的连接件等。
53.在本实施例中，所述连接部10和固定部11呈角度设置，例如，所述连接部10垂直设置在固定部11的第一端，当然，所述连接部10可以是在注塑制作第一壳体10时固定在第一壳体1内。
54.在本实施例中，所述连接固定件7还包括与所述固定部11固定连接的加固部21，所
述加固部21与所述固定部11呈角度设置，且所述加固部21位于两端之间的区域还设置有用于释放应力的缺口22，例如，所述加固部21可以是固定设置在所述固定部11的第二端，当然，所述连接部10、固定部11和加固部21可以是一体设置的，所述连接部10和加固部21可以被视为由所述固定部11的两端折弯形成的，且所述连接部10和加固部21的弯折方向相同。
55.需要说明的是，所述连接固定件7可以设置有一个或多个，当设置为一个时，所述连接固定件7可以是沿第一壳体1的外缘轮廓方向延伸，当然设置为多个时，多个所述连接固定件7沿第一壳体1的外缘轮廓方向均匀间隔分布。
56.在本实施例中，由于第二壳体2的存在，在安装时，覆金属陶瓷基板3底部金属层接触到第一散热器19时，外壳(即第一壳体和第二壳体组合形成，也可以是第一壳体和第二壳体中的任一者)也同步接触到了第一散热器19，从而可以分担安装连接件23时产生的应力。
57.在本实施例中，所述功率半导体模块还与驱动电路板和第一散热器19或第二散热器25连接，所述驱动电路板与所述功率端子5和插针6电连接，所述第一散热器19与所述第一壳体1固定连接.
58.在本实施例中，请参阅图8和图9，所述第一壳体1还可以与第二散热器25固定连接，并在所述第一壳体1与第二散热器25之间形成所述的收容空间，相应的，所述覆金属陶瓷基板3直接设置在与第二散热器25上且均匀接触，以及，在所述覆金属陶瓷基板3直接设置在与第二散热器25还填充设置有导热硅脂24，由于预留设计的空隙较小，使用的导热硅脂较薄，从而可以尽可能地降低整体的热阻。
59.需要说明的是，当以第二散热器25与第一壳体1连接时，所述第一壳体1与第二散热器25可以通过前述的卡扣连接和相互嵌合连接的方式连接，在此不再赘述，图9中的连接结构26可以是卡扣结构或锯齿结构等。
60.在本实施例中，所述功率半导体模块的安装方法可以包括如下两种方式：
61.第一种：s1：将第一壳体1上的连接固定件7与第一散热器19固定；s2：将功率端子插针6插入驱动电路板，并通过固定孔17及连接件与驱动电路板固定连接。
62.第二种：s1：将第二壳体2从第一壳体1上取下，产品分成封装好的功能部分及第二壳体2；s2：将功能部分与第二散热器25连接，中间涂抹导热硅脂24以填充空隙；s3：将功率端子插针6插入驱动电路板，并通过固定孔17及连接件与驱动电路板固定连接。
63.本实用新型实施例提供的一种功率半导体模块，通过设置可分离的第一壳体和第二壳体，两者使用可拆卸的结构连接形成稳定结构，并将覆金属陶瓷基板固定在第一壳体和第二壳体之间，可以防止使用过程中的碰撞和震动等应力情况而导致覆金属陶瓷基板碎裂的发生。
64.本实用新型实施例提供的一种功率半导体模块，覆金属陶瓷基板下金属层底部与第二壳体的底部平齐，且不会凸出，从而减少了功率半导体模块的厚度误差，同时降低了覆金属陶瓷基板在安装和使用时受到的应力，进而降低了压裂的风险。
65.本实用新型实施例提供的一种功率半导体模块，无需点胶，从而减少了制作工艺中高温回流的次数，进而提高了功率半导体模块的使用寿命，同时也节省了制作的时间成本。
66.应当理解，上述实施例仅为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的
保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。