[发明专利]一种功率半导体模块内部连接结构

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种功率半导体模块内部连接结构，主要用于变频器、光伏、功率补偿、电动汽车、混合动力汽车等行业中，特别对散热、寄生参数、抗震动等要求都比较高的技术领域。

背景技术

     当今电力工业中，变频器、光伏、功率补偿、电动汽车、混合动力汽车都在广泛使用功率模块，这些模块的内部电路连接结构主要有三种：第一种是铝线连接结构，它采用5mil、12mil、15mil、20mil粗铝线连接相同功能块，根据功率等级的不同选择不同数量、规格的铝线并联；第二种是锡焊连接结构，它采用主要成分是锡的焊料加上金属连接体，把相同功能的块连接起来；第三种是压接结构，采用具有弹簧功能的金属连接体，配合固定结构体，把相同功能的块连接起来。

     以上三种连接结构，在小功率、低可靠性的应用中没有特别明显的劣势，但是在大功率、高可靠性的应用中有些问题，首先，铝线连接结构的导热率、导电率都比铜材料要差，铝线两端的连接块基本都是铜材料的，需要有大量的铝线并联才能匹配铜连接块，体积较大，实际连接时，只能通过减少铝线根数的方法来实现封装，因而铝线连接部分是模块的薄弱环节；其次，锡焊连接结构需要大量的配套材料，且锡这种材料本身的导热率、导电率也比铜要差，在长时间应用时，锡材料最先被损耗掉，导致模块整体失效；还有，压接结构需要相应的固定装置、高质量的弹性结构，这两项设计时的难度非常大，所以压接这项结构无法大规模应用。

综合以上状况，需要一种高导热率、高导电率、内部方便连接的材料来制作增强型功率半导体模块。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种高导热率、高导电率、内部方便连接的功率半导体模块内部连接结构。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，一种功率半导体模块内部连接结构，它包括一预先注塑有铜端子的下壳体，在所述下壳体内还有半导体芯片和绝缘基板，所述的铜端子的底部通过超声键合方式与绝缘基板的正面铜层结合在一起；且不同绝缘基板的正面铜层之间也通过铜键合方式直接连接。

所述的铜端子位于下壳体内部的连接端采用裸铜结构，位于下壳体外部的连接端采用电镀保护并有良好的锡焊能力，且外部连接端与内部连接端之间有三个以上的折弯结构；不同绝缘基板的正面铜层之间的铜键合方式直接连接使用的是粗铜线材料。

所述铜端子的中间部分通过注塑方式与塑料外壳结合成下壳体，下壳体的焊接端设有焊接面可上下微调的弹性折弯结构。

所述的绝缘基板由中间的高强度陶瓷和上下两面铜层烧结而成；所述下壳体内覆盖有绝缘胶，且所述绝缘胶覆盖模块内部所有金属体，绝缘胶的最高面超过金属体最高面1mm以上。

本发明的优点是：导热率高，由于使用铜材料来连接模块内部电路块，铜材料的导热率比现用的锡、铝等材料的导热率高，因而提高了模块的整体导热能力。导电率高，铜材料的导电率高于锡、铝等材料，在相同尺寸的状况下，铜材料的电阻小于另外两种，从而使铜材料的发热量也较另外两种低。内部方便连接，由于模块内部部分连接使用了粗铜线，其可以和铝线一样有较好的延展性、伸缩性、易于弯折，从而使模块内部的连接非常方便；模块在设计时把端子注塑在外壳上，尺寸、位置已经固定，不需要外部夹具即可焊接模块。

附图说明

    图1是本发明的平面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。图1所示，一种功率半导体模块内部连接结构，它包括一预先注塑有铜端子2的下壳体1，在所述下壳体1内还有半导体芯片和绝缘基板4，所述的铜端子2的底部通过超声键合方式与绝缘基板4的正面铜层结合在一起；且不同绝缘基板4的正面铜层之间也通过铜键合方式直接连接。

图中所示，所述的铜端子2位于下壳体1内部的连接端采用裸铜结构，位于下壳体1外部的连接端采用电镀保护并有良好的锡焊能力，且外部连接端与内部连接端之间有三个以上的折弯结构；不同绝缘基板的正面铜层之间的铜键合方式直接连接使用的是粗铜线材料3。

本发明所述铜端子的中间部分通过注塑方式与塑料外壳结合成下壳体1，下壳体1的焊接端设有焊接面可上下微调的弹性折弯结构。

所述的绝缘基板4由中间的高强度陶瓷和上下两面铜层烧结而成；所述下壳体1内覆盖有绝缘胶，且所述绝缘胶覆盖模块内部所有金属体，绝缘胶的最高面超过金属体最高面1mm以上。

实施例：

铜端子2预先注塑在下壳体1中，通过超声键合的方式使铜端子2的底部与绝缘基板4的正面铜层结合在一起，由于没有引入其它材料，此连接为铜与铜的连接，下壳体1上的其它端子与绝缘基板正面铜层的连接与此相同。绝缘基板4与右侧绝缘基板使用粗铜线3来连接，由于没有引入其它材料，此连接也是铜与铜的连接。