一种基于DBC陶瓷覆铜板的分立器件集成功率模块制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于DBC陶瓷覆铜板的分立器件集成功率模块，其特点是：包括上层的PCB板、PCB板下方与PCB板焊接在一起的、多个按一定规则平面排布的分立型功率管、位于功率管和散热基座之间的用于绝缘和散热的陶瓷覆铜板、位于陶瓷覆铜板下方的散热基座，该陶瓷覆铜板，为多个按照一定规则平面排布、且数量与功率管数量相同的小块陶瓷覆铜板，该小块陶瓷覆铜板，各自与其对应的功率管尺寸相配合；该散热基座上，设有与其上层小块陶瓷覆铜板数量相同且尺寸相配合的凸台，凸台周围、或凸台的中间和周围，还设有用来满足安全规范设计需求的凹槽；本实用新型专利技术实现了一种高功率密度功率模块封装，实现了高可靠性、高绝缘性、高导热性、高可拓展性。高可拓展性。高可拓展性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于DBC陶瓷覆铜板的分立器件集成功率模块


[0001]本技术属于半导体分立器件集成功率模块
，尤其涉及一种基于DBC陶瓷覆铜板的分立器件集成功率模块。

技术介绍

[0002]分立器件泛指硅基或碳化硅基的二极管、MOSFET、IGBT、晶闸管等单一功能器件，分立器件散热基板面一般为带电设计，集成功率模块泛指功率电力电子器件按一定的功能组合再灌封成一个模块，集成功率模块主要解决多个半导体器件集中化布局在一个绝缘的散热基座上便于绝缘散热，分立器件集成功率模块主要应用于大功率DCDC,ACDC,DCAC变换器，涉及的领域为水冷超级充电站DCDC功率模块、水冷车载氢燃料DCDC变换器、大功率水冷电解制氢ACDC,DCDC变换器，大功率变流器，多电平变换器等，与传统IGBT集成模块、二极管集成模块相比，更具备器件选型、布局加工制造灵活，同样实现电极与散热基座满足绝缘要求的情况下具有良好的散热性能。
[0003]分立器件集成功率模块由上至下至少包括三个部分：按一定功能组合的大功率管、对大功率管进行散热的散热基座、在大功率管和散热基座之间进行绝缘和导热的陶瓷片或者导热绝缘材料。
[0004]现有技术的分立器件集成功率模块存在的问题是：第一，高可靠性差。所述高可靠性差是指陶瓷片的高可靠性差。现有技术的分立器件集成功率模块的中间层采用整张陶瓷片或其他导热绝缘垫，如果选择陶瓷片，功率管作用在整张陶瓷片上。由于作用在整张陶瓷片上的多个功率管厚度偏差和铝板尺寸加工偏差，会导致陶瓷片随机增加一定的装配应力，时间长久，陶瓷片在内应力和时间应力作用下会有断裂的风险，影响了功率模块的使用寿命；如果选择导热绝缘垫，现行技术下导热绝缘垫的导热系数远远低于陶瓷片，热阻较大，且价格较高。第二、高密度性能差：所述高密度就是同等体积下的功率管功率密度大。现有技术为了解决功率管到散热基座之间的绝缘问题，采取增大功率管之间的水平间距、留出足够的距离，从而增加爬电距离，解决绝缘问题，这就导致了功率模块整体体积变大。同样的功率，由于体积变大，使得功率密度变低。第三、高导热性能差：功率管与散热基座之间的总热阻为功率管陶瓷片之间的接触热阻+陶瓷片热阻+陶瓷片与散热基座之间的接触热阻，现有技术采用陶瓷片上下表面涂覆导热膏来尽量降低接触热阻，由于导热膏热阻相对比较大，因此，功率管的高导热性能差。第四、高拓展性能差。目前市场上的分立器件集成功率模块，做不同电压等级产品时，需要定制专门的芯片，且组装、焊接、铝线键合、清洗等工序复杂繁多。

技术实现思路

[0005]本技术针对现有技术的不足，提出一种基于DBC陶瓷覆铜板的分立器件集成功率模块，目的在于解决现有技术分立器件集成功率模块的高可靠性能差、高密度性能差、高导热性能差、高拓展性能差的问题。
[0006]本技术为解决其技术问题，提出以下技术方案：
[0007]一种基于DBC陶瓷覆铜板的分立器件集成功率模块，包括上层的PCB板、PCB板下方与PCB板焊接在一起的、多个按一定规则平面排布的TO247或者TO220分立型功率管、位于上层功率管和下层散热基座之间的用于绝缘和散热的陶瓷覆铜板、位于陶瓷覆铜板下方的散热基座，所述的散热基座包括铝板或铜板散热基座；其特征在于：
[0008]该位于功率管和散热基座之间的陶瓷覆铜板，为多个按照一定规则平面排布、且数量与功率管数量相同的小块陶瓷覆铜板4，该多个按照一定规则平面排布的小块陶瓷覆铜板4，各自与其对应的功率管尺寸相配合；该位于功率管下方的散热基座上，设有与其上层小块陶瓷覆铜板数量相同且尺寸相配合的凸台，该每个凸台的周围、或每个凸台的中间和周围，还设有用来满足安全规范设计需求的凹槽。
[0009]所述小块陶瓷覆铜板4的上表面和下表面分别设有铜皮4
‑
1，该铜皮4
‑
1和陶瓷边缘4
‑
2之间设有一定的距离，该距离用于满足安全规范设计要求。
[0010]所述的分立器件集成功率模块，包括螺钉封装方式、以及焊接封装方式；当采用螺钉连接方式时，螺钉封装PCB板2
‑
1、功率管3、小块陶瓷覆铜板4、以及螺钉封装散热基座5
‑
1上均设有螺钉安装孔或螺纹孔，并且，所述螺钉封装散热基座5
‑
1的凹槽包括每个凸台中心处的螺钉封装圆形凹槽5
‑1‑
3、以及每个凸台周围的螺钉封装口子型凹槽5
‑1‑
2；当采用焊接连接方式时，焊接封装PCB板2
‑
2、小块陶瓷覆铜板4以及焊接封装散热基座5
‑
2上均不设有螺钉安装孔或螺纹孔，并且，所述焊接封装散热基座5
‑
2的凹槽仅限于每个凸台周围的焊接封装口字形凹槽5
‑2‑
2。
[0011]当采用所述焊接封装方式时：各个小块陶瓷覆铜板4分别通过上表面的铜皮4
‑
1和下表面的铜皮4
‑
1和上表面的功率管3、下表面的焊接封装散热基座凸台5
‑2‑
1焊接在一起，并且，每个小块陶瓷覆铜板4和功率管3的焊接采用高温焊料、每个小块陶瓷覆铜板4和焊接封装散热基座凸台5
‑2‑
1的焊接采用低温焊料；当采用所述螺钉封装方式时：各个小块陶瓷覆铜板4向上通过螺钉连接、向下通过焊接连接；所述向上通过螺纹连接既是：螺钉套装绝缘粒子6后依次穿过功率管3、小块陶瓷覆铜板4安装到螺钉封装散热基座5
‑
1上；所述向下通过焊接连接既是：各个小块陶瓷覆铜板4通过下表面的铜皮4
‑
1和螺钉封装散热基座凸台5
‑1‑
1焊接在一起。
[0012]当采用螺钉封装方式时，该小块陶瓷覆铜板4上表面的铜皮4
‑
1距陶瓷边缘4
‑
2的间距、以及每个螺钉封装散热基座凸台5
‑1‑
1中心处的螺钉封装圆形凹槽5
‑1‑
3距陶瓷边缘4
‑
2的间距、周边的螺钉封装口子形凹槽5
‑1‑
2边沿距陶瓷边缘4
‑
2的间距之和为爬电距离，这三者相配合，共同满足TO247/TO220功率模块的安全规范要求；当采用焊接封装方式时，该小块陶瓷覆铜板上表面的铜皮4
‑
1距陶瓷边缘4
‑
2的间距、以及每个焊接封装散热基座凸台5
‑2‑
1边沿距陶瓷边缘4
‑
2之间的总距离为爬电距离，这二者相配合，共同满足TO247/TO220功率模块的安全规范要求；所述安全规范要求既是：陶瓷覆铜板4上表面铜皮与下表面铜皮之间的间距需满足产品爬电距离设计的要求，在产品中体现为每个陶瓷覆铜板上表面的铜皮4
‑
1距陶瓷边缘4
‑
2的间距、以及每个螺钉封装散热基座凸台5
‑1‑
1中心处的螺钉封装圆形凹槽5
‑1‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于DBC陶瓷覆铜板的分立器件集成功率模块，包括上层的PCB板、PCB板下方与PCB板焊接在一起的、多个按一定规则平面排布的TO247或者TO220分立型功率管、位于上层功率管和下层散热基座之间的用于绝缘和散热的陶瓷覆铜板、位于陶瓷覆铜板下方的散热基座，所述的散热基座包括铝板或铜板散热基座；其特征在于：该位于功率管和散热基座之间的陶瓷覆铜板，为多个按照一定规则平面排布、且数量与功率管数量相同的小块陶瓷覆铜板（4），该多个按照一定规则平面排布的小块陶瓷覆铜板（4），各自与其对应的功率管尺寸相配合；该位于功率管下方的散热基座上，设有与其上层小块陶瓷覆铜板数量相同且尺寸相配合的凸台，该每个凸台的周围、或每个凸台的中间和周围，还设有用来满足安全规范设计需求的凹槽。2.根据权利要求1所述的一种基于DBC陶瓷覆铜板的分立器件集成功率模块，其特征在于：所述小块陶瓷覆铜板（4）的上表面和下表面分别设有铜皮（4
‑
1），该铜皮（4
‑
1）和陶瓷边缘（4
‑
2）之间设有一定的距离，该距离用于满足安全规范设计要求。3.根据权利要求1所述的一种基于DBC陶瓷覆铜板的分立器件集成功率模块，其特征在于：所述的分立器件集成功率模块，包括螺钉封装方式、以及焊接封装方式；当采用螺钉连接方式时，螺钉封装PCB板（2
‑
1）、功率管（3）、小块陶瓷覆铜板（4）、以及螺钉封装散热基座（5
‑
1）上均设有螺钉安装孔或螺纹孔，并且，所述螺钉封装散热基座（5
‑
1）的凹槽包括每个凸台中心处的螺钉封装圆形凹槽（5
‑1‑
3）、以及每个凸台周围的螺钉封装口子型凹槽（5
‑1‑
2）；当采用焊接连接方式时，焊接封装PCB板（2
‑
2）、小块陶瓷覆铜板（4）以及焊接封装散热基座（5
‑
2）上均不设有螺钉安装孔或螺纹孔，并且，所述焊接封装散热基座（5
‑
2）的凹槽仅限于每个凸台周围的焊接封装口字形凹槽（5
‑2‑
2）。4.根据权利要求3所述的一种基于DBC陶瓷覆铜板的分立器件集成功率模块，其特征在于：当采用所述焊接封装方式时：各个小块陶瓷覆铜板（4）分别通过上表面的铜皮（4
‑
1）和下表面的铜皮（4
‑
1）和上表面的功率管（3）、下表面的焊接封装散热基座凸台（5
‑2‑
1）焊接在一起，并且，每个小块陶瓷覆铜板（4）和功率管（3）的焊接采用高温焊料、每个小块陶瓷覆铜板（4）和焊接封装散热基座凸台（5
‑2‑
1）的焊接采用低温焊料；当采用所述螺钉封装方式时：各个小块陶瓷覆铜板（4）向上通过螺钉连接、向下通过焊接连接；所述向上通过螺纹连接既是：螺钉套装绝缘粒子（6）后依次穿过功率管（3）、小块陶瓷覆铜板（4）安装到螺钉封装散热基座（5
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：姚建华，李柏楠，马云巧，姚宏宇，叶红盼，贾凯，
申请(专利权)人：北京动力源科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：