薄型功率模块制造技术

本发明专利技术涉及一种薄型功率模块，其包括散热底板以及固定支撑在所述散热底板上的外壳体，所述外壳体与散热底板间形成用于收容功率开关电路的收纳空间；在所述收纳空间内设置陶瓷基板以及位于所述陶瓷基板上的功率开关电路，所述陶瓷基板固定支撑在散热底板上，且陶瓷基板与散热底板绝缘隔离；在所述陶瓷基板上还设有用于将功率开关电路引出的功率连接端子以及信号连接端子，所述功率连接端子、信号连接端子均从收纳空间穿出外壳体外；所述信号连接端子呈针式，功率连接端子穿出外壳体的端部折弯后采用螺母与外壳体连接。本发明专利技术结构紧凑，降低功率模块的封装体积以及寄生电感值，提高功率密度，简化制作工艺，确保功率模块的可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种功率模块，尤其是一种薄型功率模块，属于功率电力电子器件的

技术介绍
功率IGBT(绝缘栅双极晶体管）和M0SFET(金属氧化物半导体场效应晶体管）模 块被广泛用于逆变焊机、各种开关电源、电动汽车控制器、UPS、太阳能和风能等领域。功率 模块是大功率电力电子系统的重要组成部分，其性能和可靠性影响到电力电子系统的性能 与安全运行。功率模块内部寄生参数是影响功率模块可靠性的关键因素之一，这是由于功 率模块在关断的瞬间，寄生电感上储存的能量会在开关器件上造成电压过冲，还会与器件 的寄生电容产生振荡，不合适的功率模块布局设计会造成严重的器件关断电压过冲以及电 磁干扰（EMI)问题，并且会影响器件的开关损耗，严重影响器件的性能和安全工作。随着近 年来功率器件技术的不断发展，器件的开关速度不断加快，以上问题将会变得愈发严重。 目前，电力电子行业使用的常见的功率IGBT模块和M0SFET模块，内部电路结构主 要为半桥电路、斩波电路，全桥模块。如图1和图2所示，是一种常见的功率模块，其包括四 个信号端子110,三个功率端子120,模块壳体100,底板130以及基板140等构成。所述常 见的功率模块中有限的信号端子110引出限制了单个功率模块的电路集成度；过于狭长的 底板130造成所述功率模块在横向和竖向方向的散热不均；信号端子110内部采用绕线方 式引出，大大增加了信号通道的长度，增加了应用过程中信号振铃和串扰等不确定因素；同 时由于模块壳体100的厚度hi普遍在25mm-30mm，造成功率端子120的长度较长，而当功率 端子120的长度过长时必然造成功率模块内部功率回路的寄生电感较大，无法适应很多应 用领域对高功率密度和低寄生电感的要求。 如上所述，功率模块电压过冲的原理是，IGBT或M0SFET芯片在关断时在寄生电感 上会产生一个瞬间电压Vovershoot，该瞬间电压叠加在母线电压上，这样加载在功率模块 的之间实际电压为VDD+Vovershoot，因Vovershoot=L*di/dt，（L为模块内部电感和直流 母线接线电感之和），一般站在模块设计和制造的角度，认为在应用过程中di/dt设定为一 固定值，那么改善模块功率端子长度，优化模块整体布局和DBC布局，减少模块内部的电感 值L就显得特别重要了。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种薄型功率模块，其结构紧 凑，降低功率模块的封装体积以及寄生电感值，提高功率密度，简化制作工艺，确保功率模 块的可靠性。 按照本专利技术提供的技术方案，所述薄型功率模块，包括散热底板以及固定支撑在 所述散热底板上的外壳体，所述外壳体与散热底板间形成用于收容功率开关电路的收纳空 间；在所述收纳空间内设置陶瓷基板以及位于所述陶瓷基板上的功率开关电路，所述陶瓷 基板固定支撑在散热底板上，且陶瓷基板与散热底板绝缘隔离；在所述陶瓷基板上还设有 用于将功率开关电路引出的功率连接端子以及信号连接端子，所述功率连接端子、信号连 接端子均从收纳空间穿出外壳体外；所述信号连接端子呈针式，功率连接端子穿出外壳体 的端部折弯后采用螺母与外壳体连接。 所述陶瓷基板上设有至少三个功率连接端子以及至少四个的信号连接端子，功率 连接端子、信号连接端子焊接在陶瓷基板上。 所述功率开关电路包括由M0SFET或IGBT对应连接配合形成的半桥电路、斩波电 路、全桥电路或H桥电路，功率开关电路通过信号连接铝线与信号连接端子匹配电连接，且 功率开关电路通过功率连接铝线与陶瓷基板电连接后与功率连接端子匹配电连接。 所述外壳体的厚度为11mm~15mm，信号连接端子伸出外壳体的顶端与外壳体表 面的距离为1. 5mm~6mm。 所述外壳体上设有与信号连接端子数量相一致的信号端子插孔以及与功率连接 端子数量相一致的螺母插口；信号连接端子的顶端通过信号端子插孔穿出外壳体外。 所述功率连接端子包括位于外壳体内的竖直连接体以及位于外壳体外的水平连 接体，竖直连接体通过外壳体上的功率端子插槽穿出外壳体外，且竖直连接体穿出外壳体 外的端部折弯后形成水平连接体，螺母固定在水平连接体的内侧，外壳体上设置与螺母相 适配的螺母插口，水平连接体通过螺母嵌置在螺母插口内与外壳体的上表面连接。 所述螺母选用M4螺母或M3螺母，与螺母相适配的螺栓长度为6mm~10mm。 在所述外壳体上设置若干固定台阶以及贯通所述固定台阶的台阶通孔，在固定台 阶的外表面上有金属圆环，在散热底板上设有底板固定孔，所述底板固定孔与台阶通孔相 对应，外壳体通过嵌置在台阶通孔、底板固定孔内的连接固定螺栓与散热底板连接固定。 在散热底板与外壳体相接触的外侧壁涂覆密封胶，且在收纳空间内灌有硅凝胶。 本专利技术的优点：通过采用针式的信号连接端子，螺母选用M4螺母或M3螺母，外壳 体的厚度为11mm~15mm，外壳体的厚度降低后，能缩短功率连接端子的长度，降低功率模 块的封装体积以及寄生电感值，提高功率密度，通过外壳体与散热底板形成封装壳体以及 收纳空间，陶瓷基板固定在散热底板上，功率开关电路设置在陶瓷基板上，结构紧凑，简化 制作工艺，确保功率模块的可靠性。【附图说明】 图1为现有功率t旲块的结构不意图。 图2为现有功率模块的剖视图。 图3为本专利技术的结构示意图。 图4为本专利技术功率模块的分解图。 图5为本专利技术功率模块的剖视图。 图6为现有功率端子的不意图。 图7为本专利技术功率连接端子的示意图。 附图标记说明：1_散热底板、2-外壳体、3-功率连接端子、4-信号连接端子、5-陶 瓷基板、6-功率开关电路、7-辅助元件、8-功率连接铝线、9-螺母、10-金属圆环、11-信 号端子插孔、12-功率端子插槽、13-螺母插口、14-竖直连接体、15-固定台阶、16-台阶通 孔、17-底板固定孔、18-水平连接体、100-模块壳体、110-功率端子、120-信号端子以及 130-底板与140-基板。【具体实施方式】 下面结合具体附图和实施例对本专利技术作进一步说明。 如图3、图4和图5所示：为了降低功率模块的封装体积以及寄生电感值，提高功 率密度，简化制作工艺，确保功率模块的可靠性，本专利技术包括散热底板1以及固定支撑在所 述散热底板1上的外壳体2,所述外壳体2与散热底板1间形成用于收容功率开关电路6的 收纳空间；在所述收纳空间内设置陶瓷基板5以及位于所述陶瓷基板5上的功率开关电路 6,所述陶瓷基板5固定支撑在散热底板1上，且陶瓷基板5与散热底板1绝缘隔离；在所述 陶瓷基板5上还设有用于将功率开关电路6引出的功率连接端子3以及信号连接端子4,所 述功率连接端子3、信号连接端子4均从收纳空间穿出外壳体2外；所述信号连接端子4呈 针式，功率连接端子3穿出外壳体2的端部折弯后采用螺母9与外壳体2连接。 -般地，散热底板1米用铜底板，外壳体2与散热底板1相适配，通过外壳体2与 散热底板1间形成整个功率模块的封装壳体。外壳体2固定支撑在散热底板1上后，在散 热底板1与外壳体2相接触的外侧壁涂覆密封胶，且在收纳空间内灌有硅凝胶，通过密封胶 用于对散热底板1与外壳体2相接触的部位进行密封，提高散热底板1与外壳体2之间的 粘结密封效果；在硅凝胶固化后，能对收本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄型功率模块，包括散热底板（1）以及固定支撑在所述散热底板（1）上的外壳体（2），所述外壳体（2）与散热底板（1）间形成用于收容功率开关电路（6）的收纳空间；在所述收纳空间内设置陶瓷基板（5）以及位于所述陶瓷基板（5）上的功率开关电路（6），所述陶瓷基板（5）固定支撑在散热底板（1）上，且陶瓷基板（5）与散热底板（1）绝缘隔离；在所述陶瓷基板（5）上还设有用于将功率开关电路（6）引出的功率连接端子（3）以及信号连接端子（4），所述功率连接端子（3）、信号连接端子（4）均从收纳空间穿出外壳体（2）外；其特征是：所述信号连接端子（4）呈针式，功率连接端子（3）穿出外壳体（2）的端部折弯后采用螺母（9）与外壳体（2）连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱袁正，朱久桃，余传武，
申请(专利权)人：无锡新洁能股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32