[发明专利]一种功率模块

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，更具体地说，涉及一种功率模块。

背景技术

功率模块在空调、洗衣机等电机驱动、电力电子领域有着广泛的应用。功率模块的工作电流很大，那么工作情况下产生的热量很大，所以要求模块的内部的散热性能要好，而且功率模块在实际应用中，其上表面与散热器紧密抵触，以增强功率模块到环境的散热。在应用中，有安规规定功率模块和散热器之间要有一定的绝缘强度，由于功率模块和散热器紧密抵触，所以功率模块要满足安规绝缘强度的要求，所以要求功率模块的绝缘耐压性能要好。

在现有的电力用功率模块中，功率芯片和IC芯片贴装在引线框架上，芯片和引线框架通过树脂密封。由于功率芯片产生的热量大，为了提高散热特性，需要使密封芯片和引线框架的树脂薄，具体的说，需要使贴装了功率芯片的框架的背面与功率模块的背面之间的树脂薄。但是如果这部分树脂薄，会带来功率模块的绝缘特性下降的缺点。

因此，为了在提高功率模块散热特性的前提下，同时增加功率模块的绝缘特性、电力转换系统可靠性等的背景下，一种直接键合铜(Direct Bonding Copper，DBC)基板或者绝缘金属基板被广泛的应用在功率模块上。DBC铜基板的制造是通过将两层铜在高温压力下键合到陶瓷绝缘板的正反面，其中正面的铜层用于功率模块中器件(功率芯片、被动器件等)的布线和引线框架的贴装。绝缘金属基板的制造是通过将一层铜和一个铝板压合到一层绝缘聚合物的正反面，其中正面的铜层用于功率模块中器件(功率芯片、被动器件等)的布线和引线框架的贴装。

在现有使用DBC基板的电力用功率模块中，一种是没有使用顶针的，如图1所示，其中一个焊料层110配置在DBC基板100上，一个器件层120和一个引线框架130配置在焊料层110上，一种塑封料140将器件层120和部分引线框架130、部分DBC基板100密封。

另一种是采用顶针直接顶在DBC基板上的，如图2所示，其中一个焊料层110配置在DBC基板100上，一个器件层120和一个引线框架130配置在焊料层110上，一种塑封料140将器件层120和部分引线框架130、部分DBC基板100密封，在模封工艺过程中，保证DBC基板100的平整度以及在工艺制程中防止用于模封的塑封料140溢料，采用顶针直接压在DBC基板100上，在塑封料140上形成一个顶针孔150，在模封工艺结束后，移开顶针。

根据以上所述，一个DBC基板100的制造通过在高温压力下将一个正面铜层102和一个背面铜层106键合到一个陶瓷板104上。由于在模封工艺中会出现150℃-200℃的高温，温度变化范围比较大，而DBC的基板100的正面铜层102、反面铜层106、陶瓷板104、和塑封料140等材料之间CTE(热膨胀系数)不匹配(铜材料的CTE约等于17ppm/℃，陶瓷材料的CTE约等于7ppm/℃，塑封料材料的CTE约等于15ppm/℃)。

在以上两种方案中，前者没有使用顶针，在模封工艺中，温度的大范围变化，会导致DBC基板100的平整度差，出现翘曲，功率模块在实际应用中的散热特性会差。同时由于DBC基板100的平整度问题，在模封工艺中塑封料140会出现溢料，增加工艺的控制复杂性。后者的方案中，虽然使用顶针解决了DBC基板100的平整度和塑封料溢料的问题，但是当顶针压在DBC基板100上，会对DBC基板100产生一个压力，这个压力有时会对DBC基板100中的陶瓷板104造成破坏。

图3是图2中A部分的放大示意图，可以看到，当顶针160直接压在DBC基板100上时，会对DBC基板100产生一个压力，由于陶瓷板104是脆性的，缺少韧性，所以会对DBC基板100中的陶瓷板104造成破坏，这个具体表现为陶瓷板104的微裂，从而使DBC基板100的绝缘特性下降，散热特性下降，进而造成功率模块产品的可靠性降低、良品率降低，从而增加功率模块本身的成本。

虽然将DBC基板中的陶瓷板加厚，例如使用0.63mm厚或者更厚的陶瓷板，可以减少其受损坏的可能性，但是会降低其散热特性，这样只能通过将DBC基板的面积增大或者采用更高导热性能的陶瓷材料(例如氮化铝)这种增加功率模块成本的方式来弥补。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种可在模封过程中减少基板绝缘层因顶针而受到损害可能性的功率模块。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：