一种大功率半导体模块混合封装结构及其方法技术

本发明专利技术涉及电力(功率)电子学领域，并且更具体地涉及半导体的封装技术。本发明专利技术提供一种大功率半导体模块混合封装结构是采用气密封装和树酯灌封相结合的方式对半导体元件进行封装，先将半导体芯片用气密封装结构封装成小的气密元件，再由小气密封装元件构成大的半导体模块。优点是通过对半导体芯片进行气密封装，可确保晶元免受外部因素如湿度、污染物等的侵害。而在气密封装外采用成本相对低廉的树脂封装可在保证使用要求的前提下降低成本。本发明专利技术还提供一种大功率半导体模块混合封装方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力(功率)电子学领域，并且更具体地涉及半导体的封装技术。
技术介绍
功率半导体模块或称电力电子模块是为工作在相对较高的电压(例如，大于100伏)或者相对较高的电流(例如，大于10安)的电路设计的。功率半导体模块至少包括功率半导体晶元，用于进行电流的切换、调节或者整流。功率半导体模块的种类至少包括可控硅整流器(SCR)、功率调节器、功率晶体管、绝缘栅型双极晶体管(IGBT)、金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)、功率整流器、快恢复二极管、肖特基二极管、或者任何其它的功率半导体元件。功率半导体模块，特别是具有双管结构的大功率单相半桥快恢复二极管半导体模块，被用在许多功率电子电路，尤其是逆变电焊机、电镀电源以及变频器等电路中。这种类型的功率半导体模块包含例如由塑料制造的壳体。所述塑料由例如环氧树酯等可硬化铸造的复合物组成，这意味着热固性的塑料被选择用于此目的。功率半导体模块一般还包含基板，其中上面提到的大功率半导体晶元被放置在所述基板与所述壳体相配合的表面上。所述大功率半导体晶元以及放置在所述基板与所述壳体相配合一侧表面的连接部件被封装在所述环氧树酯的壳体中。其中所述大功率半导体晶元通过所述连接部件与外露的大功率半导体模块管脚或端子相连，所述管脚或端子可与外部应用电路相连。半导体器件有很多封装型式，从芯片级封装到系统封装再到晶片级封装技术指标越来越先进，封装对于芯片说是必须的，也是至关重要的。封装是安装半导体集成电路芯片的外壳，不仅起着保护芯片和增强导热性能的作用，而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁和规格通用功能的作用，封装的主要作用有:1)物理保护，保护芯片在电气或热物理等方面免受外力损坏及外部环境的影响，同时缓解热变化引起的应力；2)电气连接，封装的尺寸调整功能可由芯片的极细引线间距调整到安装基板的尺寸间距，便于实际操作；3)标准规格化，封装的尺寸、形状、引脚数量、间距、长度等有标准规格，增强设备通用性。封装根据封装材料不同分为金属封装、陶瓷封装、塑料封装等，根据气密性分类分为气密性封装和树脂封装两类，每种封装都有其独特的地方，即它的优点和不足之处。其中气密性封装可靠性较高，但价格也高。单纯的树脂封装环境隔绝性能较气密性封装低。
技术实现思路
鉴于上述现有技术中的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种大功率半导体模块混合封装结构，采用气密封装和树酯灌封相结合的方式对半导体元件进行封装，先将半导体元件用气密封装结构封装成小的气密元件，再由小气密封装元件构成大的半导体模块，从而通过对半导体元件进行气密封装，可确保晶元免受外部因素如湿度、污染物等的侵害，而在气密封装外采用成本相对低廉的树脂封装可在保证使用要求的前提下降低成本。本专利技术的上述目的是通过以下技术方案实现的。—种大功率半导体模块混合封装结构包括导热底板、陶瓷基板、气密封装元件、控制管脚、功率管脚、外壳。其中陶瓷基板与导热底板焊接为一体，控制管脚、功率管脚、气密封装元件焊接在陶瓷基板上组成半导体模块。外壳粘结在导热底板上。半导体模块内部灌封有树脂。优选地，整个半导体模块混合封装结构用焊锡片及控制管脚和功率管脚底部的焊锡焊接在一起。优选地，功率管脚穿过外壳并弯曲与外壳接触，从而与外电路连接固定。优选地，控制管脚通过焊锡焊接的方式与外电路连接。[0011 ] 优选地，所述外壳由电绝缘材料，尤其是塑料制成。优选地，所述塑料外壳通过凝胶粘接在导热底板上。一种大功率半导体混合封装方法，包括步骤:采用气密封装和树酯灌封相结合的方式对半导体元件进行封装，半导体元件首先使用气密封装进行封装形成小的气密封装元件，之后气密封装元件采用树脂封装模式进行整体封装。独有的双重封装结构，保证半导体封装质量的同时降低封装成本。本专利技术的混合封装结构是采用气密封装和树酯灌封相结合的方式对半导体元件进行封装，先将半导体元件用气密封装结构封装成小的气密元件，再由小气密封装元件构成大的半导体模块。优点是通过对半导体元件进行气密封装，可确保晶元免受外部因素如湿度、污染物等的侵害。而在气密封装外采用成本相对低廉的树脂封装可在保证使用要求的前提下降低成本。在保证半导体封装质量可靠性高的同时降低成本，便于推广使用。【附图说明】图1为大功率半导体模块混合封装的外形图。图2为大功率半导体模块混合封装的内部结构图。图3为大功率半导体模块混合封装的陶瓷基板结构图。图4为大功率半导体模块混合封装的气密元件结构图。图5为大功率半导体模块混合封装的塑料外壳结构图。图中所示标记如下:1、导热底板；2、焊锡片a ;3、陶瓷基板；4、焊锡片b ;5、控制管脚；6、塑料外壳；7、螺母；8、半导体元件；9、焊锡片c ;10、功率管脚；3-1、陶瓷基体；3_2、底面金属膜；6-1、塑料外壳基体；6-2、通孔a ;6-3、螺母放置槽；6_4、通孔b ;6_5、通孔C。【具体实施方式】下面结合附图和具体实例对本专利技术进行详细说明。下面参见各附图，附图中类似的数字表示相同或相应的部件，需要说明的是，各附图中的组件数量及其形状只是示例性说明了本专利技术，并非用于限定本专利技术的保护范围。图1是大功率半导体模块封装好以后的外形图，功率管脚10通过外螺钉和功率管脚10下面的螺母与外电路连接。控制管脚5通过焊锡焊接的方式与外电路连接。大功率半导体模块本身用外螺钉通过导热底板I上的孔固定在外部散热器上。图2是构成本专利技术主题大功率半导体模块混合封装内部结构图。大功率半导体模块混合封装结构内部按照导热底板1、焊锡片a2、陶瓷基板3、焊锡片b4、焊锡片C9、气密封装元件8、控制管脚5、功率管脚10、塑料外壳6、螺母7顺次连接。控制管脚5和功率管脚10底部均浸有一定量的焊锡，用于与相关部件的焊接。其中，导热底板I为模块封装的基体，整个混合封装结构用焊锡片a2、焊锡片b4、焊锡片c9及控制管脚5和功率管脚10底部的焊锡焊接在一起。如图3所示，3-1为陶瓷基体；3_2为底面金属膜用于与导热底板I焊接，从而陶瓷基板3与导热底板I通过焊锡焊接为一体。控制管脚5、功率管脚10、气密封装元件8用焊锡焊接在陶瓷基板3上，半导体元件8、控制管脚5和功率管脚10的数量可以根据实际需要变化。将塑料外壳6用凝胶粘结在导热底板I上，用树酯将模块内部灌封。将功率管脚10穿过塑料外壳6向螺母7方向弯曲并与塑料外壳6接触，其中，螺母7为与外电路连接固定用，塑料外壳6用于保护模块内部结构、放置螺母7。图5为塑料外壳结构图，6-1为塑料外壳基体；6_2为通孔a，控制管脚5从中穿过；6-3为螺母放置槽，用于放置螺母7 ;6-4为通孔b，用于灌装树酯；6-5为通孔C，功率管脚10从中穿过，通孔6-2和6-5的数量及形状可以根据管脚情况变化。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大功率半导体模块混合封装结构，其特征在于：包括导热底板、陶瓷基板、气密封装元件、控制管脚、功率管脚、外壳，其中陶瓷基板与导热底板焊接为一体，控制管脚、功率管脚、气密封装元件焊接在陶瓷基板上组成半导体模块；外壳粘结在导热底板上；半导体模块内部灌封树酯。

【技术特征摘要】
1.一种大功率半导体模块混合封装结构，其特征在于:包括导热底板、陶瓷基板、气密封装元件、控制管脚、功率管脚、外壳，其中陶瓷基板与导热底板焊接为一体，控制管脚、功率管脚、气密封装元件焊接在陶瓷基板上组成半导体模块；外壳粘结在导热底板上；半导体模块内部灌封树酯。2.根据权利要求1所述的一种大功率半导体模块混合封装结构，其特征是:整个半导体模块混合封装结构用焊锡片及控制管脚和功率管脚底部的焊锡焊接在一起。3.根据权利要求1所述的一种大功率半导体模块混合封装结构，其特征是:功率管脚穿过外壳并弯曲与外壳接触，从而与外电路连...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘立东，
申请(专利权)人：内蒙航天动力机械测试所，
类型：发明
国别省市：蒙古;MN