一种高绝缘耐压功率半导体模块制造技术

本实用新型专利技术的名称为一种高绝缘耐压功率半导体模块。属于功率半导体器件技术领域。它主要是解决现有的功率半导体模块绝缘耐压达不到4500V及以上问题。它的主要特征是：在散热底板上与芯片对应的部位设有圆形凸台，在凸台周围设有底板绝缘膜，凸台直径小于绝缘导热片的直径，凸台高度大于底板绝缘膜的厚度；在芯片与压板之间设有绝缘板、压板绝缘膜；在外壳内设有固定门极片的门极块；底板绝缘膜、绝缘导热片、电极下端、芯片、压块位于硅凝胶层或硅橡胶层之中。本实用新型专利技术具有绝缘耐压达到4500V以上，能够满足软启动、变频和无功补偿等设备中对模块有高绝缘耐压需求的特点，主要用于高绝缘耐压功率半导体模块。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于功率半导体模块制造
特别是涉及ー种应用于电カ电子装置，对模块绝缘要求高的功率半导体模块。
技术介绍
目前，功率半导体模块大都由外壳、散热底板、电极、芯片、绝缘导热片、压块、压板、紧固螺钉、门极片和外壳内填充的硅凝(橡)胶层构成，绝缘耐压一般在2500V (交流有效值)。随着环保节能设备的大量应用，进线电压不断提高，有380V、660V、1100V系统，在电机软启动、变频、无功补偿设备制造领域对半导体器件的耐压要求越来越高，功率半导体模块作为设备中的关键部件，2200V重复峰值电压已不能满足需求，如果采用模块串联技木，需要考虑均压等问题，成本増加，设备体积增大，所以目前通常采用重复峰值电压2500V以上高压模块就能很好地解决上述问题，但这种模块制造技术芯片与散热底板之间绝缘強度 往往达不到要求，压板、紧固螺钉、电极、压块部位的绝缘强度也不够，目前采取的措施是增加绝缘导热层厚度或在关键部位涂抹硅橡胶材料来解決，但这种方法热阻会増加，通流能力就降低，另外不能保证稳定的成品率。
技术实现思路
本技术的目的就是针对上述不足之处而提供一种使得功率半导体模块绝缘耐压达到4500V以上，能够满足软启动、变频和无功补偿等设备中对模块有高绝缘耐压需求的功率半导体模块。本技术的技术解决方案是一种高绝缘耐压功率半导体模块，包括外壳、散热底板、电极、芯片、绝缘导热片、压块、压板、紧固螺钉、门极片、辅助阴极、门极引线、螺母、环氧层和外壳内填充的硅凝胶层或硅橡胶层，其特征是在所述的散热底板上与芯片对应的部位设有圆形凸台，在凸台周围的散热底板表面上设有底板绝缘膜，该凸台直径小于绝缘导热片的直径，凸台高度大于底板绝缘膜的厚度；在芯片与压板之间设有绝缘板、压板绝缘膜；在外壳内设有固定门极片的门极块；底板绝缘膜、绝缘导热片、电极下端、芯片、压块位于硅凝胶层或硅橡胶层之中。本技术的技术解决方案中所述的压板绝缘膜的外形大于压板的外形，压板绝缘膜上的定位孔与压板上的定位孔相同并重合。本技术的技术解决方案中所述的底板绝缘膜、压板绝缘膜为耐温200°C以上的绝缘材质的底板绝缘膜、压板绝缘膜。本技术的技术解决方案中所述的底板绝缘膜、压板绝缘膜为聚四氟こ烯、硅橡胶、聚脂亚胺或聚酰亚胺材质的底板绝缘膜、压板绝缘膜。本技术的技术解决方案中所述的绝缘导热片的直径大于电极与芯片接触部位的直径。本技术技术解决方案中所述的绝缘导热片为Be203/Al203/A1N/DBC材质的绝缘导热片。本技术技术解决方案中所述的芯片为用于电カ电子功率装置的可控硅或整流管芯片。本技术由于在现有功率半导体模块的基础上，在所述的散热底板上与芯片对应的部位设有圆形凸台，在上凸台周围的散热底板表面上设有底板绝缘膜，该凸台直径小于绝缘导热片的直径，凸台高度大于底板绝缘膜的厚度，在芯片与压板之间设有绝缘板、压板绝缘膜，在外壳内设有固定门极片的门极块，底板绝缘膜、绝缘导热片、电极下端、芯片、压块位于硅凝胶层或硅橡胶层之中，因而在无需增加绝缘导热层厚度或在关键部位涂抹硅橡胶材料，即可使电极与散热底板之间的绝缘耐压> 4500V，可制造成满足不同电压等级的单管、串联、共阳极或共阴极模块。本技术可以采用任何电压等级的可控硅或整流管芯片，主要目的在于提高模块的绝缘耐压，采取本技术后，在保证不被压破的情况下，可以适当减薄绝缘导热层厚度以减小热阻并提高通流能力。本技术具有使功率半导体模块绝缘耐压达到4500V以上，能够满足软启动、变频和无功补偿等设备中对模块有高绝缘耐压 需求的特点。本技术主要用于有高绝缘要求的电カ电子装置中的功率半导体模块。附图说明图I是本技术结构的纵剖面构造图。图2是本技术散热底板的结构示意图。图3是图2的俯视图。图4是本技术底板绝缘膜示意图。图5是图4的俯视图。图6是本技术压板的结构示意图。图7是本技术压板绝缘膜示意图。图8是图7的俯视图。图9是本技术可以制造的内部电连接图。图10是本技术结构的DBC应用纵剖面构造图。图11是本技术DBC。具体实施方式本技术结构如图I至图11所示。所用配套件外壳2、绝缘导热片4、电极5、芯片6、压块7、辅助阴极8、绝缘板9、压板11、紧固螺钉12、门极引线13、门极片14、门极块15、内填充的硅凝(橡)胶层16、环氧层17和螺母18与现有功率半导体模块中的基本相同。不同的是在散热底板I上与芯片6对应的部位设有圆形凸台，在上凸台周围的散热底板I表面上设有底板绝缘膜3，该凸台直径Φ I小于绝缘导热片4的直径Φ2，凸台高度Hl大于底板绝缘膜3的厚度H2 ;绝缘导热片4的直径大于电极5与芯片6接触部位的直径；在芯片6与压板11之间设有绝缘板9、压板绝缘膜10 ;在外売2内设有固定2个门极片14的门极块15 ;底板绝缘膜3、绝缘导热片4、电极5下端、芯片6、压块7位于硅凝胶层或硅橡胶层16之中。芯片6为用于电カ电子功率装置的可控硅或整流管芯片。绝缘导热片4放置在散热底板I的凸台上，然后依次是电极5、芯片6、压块7、辅助阴极8、绝缘板9、压板绝缘膜10、压板11，用紧固螺钉12压紧，将门极引线13和辅助阴极8连接至门极片14，并将门极片14固定于门极块15上。芯片6如果是ニ极管，则取消辅助阴极、门极引线和门极片；如果是单ニ极管或两个芯片都是ニ极管，则还应该取消门极块。压板绝缘膜10放置在压板11下面，压板绝缘膜10上有定位孔，压板绝缘膜10形状与压板11相似但尺寸略大，定位孔与压板11相同并重合，紧固螺钉12从定位孔中穿过。这层压板绝缘膜10主要是防止压板11和绝缘板9下面的电极5或压块7打火。模块可以是晶闸管的单管、串联、共阳极或共阴极模块，也可以是ニ极管的单管、串联、共阳极或共阴极模块，也可以是晶闸管和ニ极管混合的串联、共阳极或共阴极模块。底板绝缘膜3和压板绝缘膜10采用耐温200°C以上的绝缘材料，如聚四氟こ烯、硅橡胶、聚脂亚胺或聚酰亚胺等材料，采用喷涂、粘贴或安装的方法实现。绝缘导热片4为Be203/Al203/A1N/DBC材质的绝缘导热片。DBC结构为陶瓷基板20及其上、下表面的铜层19、21。·制造エ艺I、芯片:可选用任何电压等级的晶闸管和ニ极管芯片；2、模块组装将散热底板、底板绝缘膜、绝缘导热片、电极、芯片、压块、辅助阴极、绝缘板等依次组装在一起，用压板和紧固螺钉压紧；3、紧固用压カ机加压，将各种部件压紧；4、封装在外壳和散热底板之间用密封胶，安装门极片和塑料外売，焊接门极片，室温或加温50 80°C固化，固化时间4 10小时；在模块内灌注硅凝(橡)胶，真空排泡处理，加温50 80°C固化，固化时间4 10小时；在模块内灌注环氧，真空排泡处理，加温80 100°C固化，固化时间4 10小时；5、高温存储在70 100°C烘箱中存储72小时以上；6、测试用各种设备测试产品的重复峰值电压、门极、压降、绝缘电压、通态电流等參数。绝缘电压Viso :4500V本技术所举实例仅仅是众多型号中的ー种，其它型号结构与其类似。权利要求1.一种高绝缘耐压功率半导体模块，包括外壳(2)、散热底板(I)、电极(5)、芯片(6)、绝缘导热片(4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高绝缘耐压功率半导体模块，包括外壳（2）、散热底板（1）、电极（5）、芯片（6）、绝缘导热片（4）、压块（7）、压板（11）、紧固螺钉（12）、门极片（14）、辅助阴极、门极引线、螺母、环氧层和外壳内填充的硅凝胶层或硅橡胶层（16），其特征是：在所述的散热底板（1）上与芯片（6）对应的部位设有圆形凸台，在凸台周围的散热底板（1）表面上设有底板绝缘膜（3），该凸台直径小于绝缘导热片（4）的直径，凸台高度大于底板绝缘膜（3）的厚度；在芯片（6）与压板（11）之间设有绝缘板（9）、压板绝缘膜（10）；在外壳（2）内设有固定门极片（14）的门极块（15）；底板绝缘膜（3）、绝缘导热片（4）、电极（5）下端、芯片（6）、压块（7）位于硅凝胶层或硅橡胶层（16）之中。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李新安，陈崇林，
申请(专利权)人：湖北台基半导体股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：