一种子模块结构和压接式功率模块制造技术

本发明专利技术涉及一种子模块结构和压接式功率模块。其中子模块结构包括下导电基板、至少一个芯片、至少一个金属垫块、侧框绝缘胶层和塑料侧框；所述至少一个芯片通过其上下表面焊接在至少一个金属垫块和下导电基板之间；所述塑料侧框为镂空结构，且置于所述至少一个芯片之上；所述侧框绝缘胶层涂覆于所述至少一个芯片的边缘与所述塑料侧框之间，实现对所述至少一个芯片的绝缘保护。上述方案中多个芯片与下导电基板通过一次焊接完成，优化了封装工艺，简化了封装流程，提升效率，降低制造成本；且多芯片采用一次焊接工艺实现并联，焊接一致性较好，模组化程度高，便于统一测试；由于采用侧框涂胶工艺，简化了侧框结构，提高了绝缘保护可靠性。靠性。靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种子模块结构和压接式功率模块


[0001]本专利技术涉及半导体器件
，特别涉及一种子模块结构和压接式功率模块。

技术介绍

[0002]现有半导体芯片子单元或者子模块的芯片包覆式绝缘胶框设置在芯片和集电极、发射极垫块表面外，由于采用灌封绝缘胶框工艺，胶框与金属垫块热膨胀系数存在差异，因此很容易引起高温下绝缘胶框与金属垫块脱附的问题。
[0003]而在某些改进的方案中由塑料框取代灌封成型的绝缘胶框，芯片通过绝缘胶层固定在塑料框上，这种子单元制造方法需要先对每一个子单元进行封装，且测试时需要逐个子单元测试，效率较低；由于子单元塑料框尺寸较小，结构较复杂，易引起塑料框涂胶时的轨迹偏移等问题，导致绝缘可靠性降低。
[0004]同时，现有的采用银烧结的灌胶子模块或子单元还存在以下缺点：银烧结工艺加工成本较高；结构各个零件之间可能存在间隙，一体成型过程中绝缘胶会渗入间隙中，压接后芯片在漏胶处出现的应力集中导致芯片失效；高温下，钼片金属和绝缘胶之间会出现热膨胀不匹配的现象，有出现绝缘胶直接脱附的风险；采用灌封胶成型侧框往往结构复杂，封装工艺较为复杂。
[0005]针对上述问题，急需提出一种新的芯片的子模块结构以克服上述技术问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种子模块结构和压接式功率模块，用于至少解决一个上述技术问题。
[0007]本专利技术的一方面提供一种子模块结构，所述子模块结构包括下导电基板、至少一个芯片、至少一个金属垫块、侧框绝缘胶层和塑料侧框；其中，/>[0008]所述至少一个芯片通过其上下表面焊接在所述至少一个金属垫块和所述下导电基板之间；
[0009]所述塑料侧框为镂空结构，且置于所述至少一个芯片之上；
[0010]所述侧框绝缘胶层涂覆于所述至少一个芯片的边缘与所述塑料侧框之间，实现对所述至少一个芯片的绝缘保护。
[0011]在一个实施方式中，所述至少一个芯片的下表面通过芯片下侧焊片焊接在所述下导电基板上，所述至少一个芯片的上表面通过芯片上侧焊片焊接在所述金属垫块上。
[0012]在一个实施方式中，所述至少一个金属垫块之间通过旁路母排连接。
[0013]在一个实施方式中，所述旁路母排通过弹簧针引出，且所述弹簧针设置在所述塑料侧框的侧边上。
[0014]在一个实施方式中，所述弹簧针的材料为铜或铍铜，在其与所述旁路母排压接的触点上设置有镀金层。
[0015]在一个实施方式中，所述金属垫块的热膨胀系数与所述至少一个芯片的热膨胀系
数相匹配，其材料为Mo或者Mo
‑
Cu合金；所述芯片上侧焊片和所述芯片下侧焊片的材料为Sn
‑
Pb合金或Sn
‑
Sb合金；和/或，所述侧框绝缘胶层的材料为硅胶或硅橡胶；所述塑料侧框的材料为聚酯，耐温要求为150
°
以上。
[0016]在一个实施方式中，所述至少一个芯片包括IGBT芯片和FRD芯片，所述金属垫块的个数与所述芯片的个数相同；所述IGBT的上表面为发射极，所述FRD芯片的上表面为阳极。
[0017]在一个实施方式中，所述IGBT芯片相互并联，所述FRD芯片与所述IGBT芯片形成反并联，且上述IGBT芯片和所述FRD芯片形成至少一个IGBT模块的电路拓扑结构。
[0018]本专利技术的另一方面提供一种压接式功率模块，其特征在于，所述功率模块包括管座和管盖，所述管座和管盖内压接有至少一个根据上述任一项所述的子模块结构，所述压接的方式包括弹簧压接或者直接压接。
[0019]在一个实施方式中，所述管座内还设置有分压限位框、PCB板和碟簧组件，所述分压限位框可拆卸连接在所述管座内，各所述子模块结构设置在所述分压限位框上，所述碟簧组件压靠在各所述子模块结构上，而所述管盖压接在所述碟簧组件上，并与所述管座锁合。
[0020]在一个实施方式中，所述管座底面为镂空结构且具有台阶，用于定位所述子模块结构，且所述子模块结构中的下导电基板压接封装后高出所述管座下表面。
[0021]在一个实施方式中，所述管座上还嵌套有引出管和金属连接片，所述金属连接片作为所述功率模块的外部接口。
[0022]在一个实施方式中，所述PCB板与所述分压限位框螺纹连接，所述PCB板上还设置有金属PAD，所述金属PAD与所述子模块结构中的弹簧针触点一一对应；所述PCB板的另一端与所述金属连接片螺纹连接。
[0023]在一个实施方式中，所述分压限位框的底面与所述管座螺纹连接，所述分压限位框与所述管盖之间存在间隙。
[0024]在一个实施方式中，所述碟簧组件上形成有电流旁路结构，所述管盖与所述碟簧组件的上导电金属板通过压力接触，且所述管盖与所述管座焊接密封。
[0025]在一个实施方式中，所述管座的材料为陶瓷或者树脂；和/或，所述分压限位框的材料为环氧树脂；和/或，所述管盖的材料为无氧铜。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0027]1.本专利技术的子模块结构中多个芯片与下导电基板通过一次焊接完成，优化了封装工艺，简化了封装流程，提升效率，降低制造成本；
[0028]2.多芯片采用一次焊接工艺实现并联，焊接一致性较好，模组化程度高，便于统一测试；
[0029]3.由于采用侧框涂胶工艺，简化了侧框结构，实现对芯片关键部位绝缘保护；
[0030]4.且上述的绝缘胶接触的是塑料侧框，材料热膨胀系数基本一致，粘附性可以满足要求，塑料侧框很难和芯片脱附，提高了绝缘保护可靠性；
[0031]5.本专利技术提供的功率模块中子模块的并联数量可根据需求调整，兼容弹簧压接和直接压接封装结构，利于压接式IGBT模块平台化推进。
附图说明
[0032]附图仅为参考与说明之用，并非用以限制本专利技术的保护范围。下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0033]图1是本专利技术的一个实施例中子模块结构的分解示意图；
[0034]图2是本专利技术的一个实施例中子模块结构的组装图；
[0035]图3是图2中A
‑
A向的剖面图；
[0036]图4是图3中I部分的放大图；
[0037]图5是本专利技术的一个实施例中IGBT子模块的电路拓扑图；
[0038]图6是本专利技术的一个实施例中压接式功率模块的分解示意图；
[0039]图7是本专利技术的一个实施例中压接式功率模块的组装图；
[0040]图8是图7中A
‑
A向的剖面图；
[0041]图9是图8中B部分的放大图。
[0042]附图标记：
[0043]1‑
下导电基板；2
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种子模块结构，其特征在于，所述子模块结构包括下导电基板、至少一个芯片、至少一个金属垫块、侧框绝缘胶层和塑料侧框；其中，所述至少一个芯片通过其上下表面焊接在所述至少一个金属垫块和所述下导电基板之间；所述塑料侧框为镂空结构，且置于所述至少一个芯片之上；所述侧框绝缘胶层涂覆于所述至少一个芯片的边缘与所述塑料侧框之间，实现对所述至少一个芯片的绝缘保护。2.根据权利要求1所述的子模块结构，其特征在于，所述至少一个芯片的下表面通过芯片下侧焊片焊接在所述下导电基板上，所述至少一个芯片的上表面通过芯片上侧焊片焊接在所述金属垫块上。3.根据权利要求1或2所述的子模块结构，其特征在于，所述至少一个金属垫块之间通过旁路母排连接。4.根据权利要求3所述的子模块结构，其特征在于，所述旁路母排通过弹簧针引出，且所述弹簧针设置在所述塑料侧框的侧边上。5.根据权利要求4所述的子模块结构，其特征在于，所述弹簧针的材料为铜或铍铜，在其与所述旁路母排压接的触点上设置有镀金层。6.根据权利要求2所述的子模块结构，其特征在于，所述金属垫块的热膨胀系数与所述至少一个芯片的热膨胀系数相匹配，其材料为Mo或者Mo
‑
Cu合金；和/或，所述芯片上侧焊片和所述芯片下侧焊片的材料为Sn
‑
Pb合金或Sn
‑
Sb合金；和/或，所述侧框绝缘胶层的材料为硅胶或硅橡胶；所述塑料侧框的材料为聚酯，耐温要求为150
°
以上。7.根据权利要求1或2所述的子模块结构，其特征在于，所述金属垫块的个数与所述至少一个芯片的个数相同，所述至少一个芯片包括IGBT芯片和FRD芯片；所述IGBT的上表面为发射极，所述FRD芯片的上表面为阳极。8.根据权利要求7所述的子模块结构，其特征在于，所述IGBT芯片相互并联，所述FRD芯片与所述IGBT芯片形成反并联，且...

【专利技术属性】
技术研发人员：李星峰，石廷昌，罗海辉，常桂钦，彭勇殿，李寒，张文浩，
申请(专利权)人：株洲中车时代半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：