[发明专利]一种夹具内嵌型的高集成度压接式封装功率模块

说明书

本发明公开了一种夹具内嵌型的高集成度压接式封装功率模块，其包括自上而下依次设置的正极散热片、直流正极铜排、交流输出铜排、直流负极铜排和负极散热片；所述的交流输出铜排的两侧对称安装有半导体芯片单元，半导体芯片单元的外围均匀分布有贯穿压接式模块的螺纹孔，通过绝缘双头螺丝紧固，由绝缘双头螺丝上的外螺纹与螺纹孔的内螺纹咬合产生压接力；本发明采用内嵌夹具实现模块压接，将铜排、散热器作为模块的组成部分，因此实现了高功率密度和高集成度；相比于传统压接式封装功率模块，本发明技术方案由于优化了夹具设计，降低了设计成本，简化了制作流程，该压接式封装功率模块用于实现高功率密度整流器。

技术领域

本发明属于电力电子器件技术领域，具体涉及一种夹具内嵌型的高集成度压接式封装功率模块。

背景技术

压接式封装技术，相比塑封焊接式封装技术，具有免绑定线、无焊料层、双面散热、短路失效等应用特点，以此封装技术制成的大功率半导体模块，如晶闸管(SCR)、集成门极换向晶闸管(IGCT)、压接式绝缘栅双极晶体管(IGBT)等，具有热阻抗低、安全工作区宽、额定功率大等优点，广泛应用于柔性直流输电、高速轨道交通、远距离风力发电等工况复杂、环境恶劣、对可靠性要求高的场合。

由于压接式封装技术的特殊性，为实现模块内部和模块与模块之间可靠的电气连接，需对模块芯片施加10～20兆帕斯卡的压强。如附图1所示的是应用在现有商业化压接式模块中一种典型的压接力实现夹具结构，包括紧固螺栓1、支撑板2、紧固螺柱3、碟形弹簧组4、承重板5、散热器6、压接式模块7等部分。其中碟形弹簧组4由若干个相同的碟形弹簧堆叠而成，以满足压接式模块7所需的压接力。在压接式模块7外部的四个角落垂直放置紧固螺柱1，通过支撑板2和紧固螺柱3将碟形弹簧组4的形变固定，使碟形弹簧组4保持压缩状态并维持压接力。

尽管该夹具能够实现加压并维持压力，然而尚有以下缺点亟待改进：(1)夹具需要与压接式模块尺寸相近的支撑板和承重板，同时需要外加紧固件和碟形弹簧组，增加了整套功率变换装置的体积和使用成本；(2)由于采用集中式的压力维持方式，使得压接式模块内部芯片之间的受压不均衡，模块中心部位的芯片受力较大而模块边缘位置的芯片受力较小；(3)由于夹具设计复杂，对操作精度要求较高，加上芯片受压不均衡，一旦操作有误，则会造成中心芯片破损或边缘芯片连接无效。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种夹具内嵌型的高集成度压接式封装功率模块，将传统外架的压接夹具去除，利用导电铜排、散热铝片直接作为压力接触件，在模块内部嵌入双头圆柱螺丝，均匀分布在芯片周围，施加并维持芯片所需压接力。

为了实现上述目的，本发明提供了一种夹具内嵌型的高集成度压接式封装功率模块，包括自上而下依次连接的正极散热片、压接式模块和负极散热片；所述的压接式模块包括直流正极铜排、交流输出铜排、直流负极铜排和半导体芯片单元。

所述的交流输出铜排的两侧对称安装有半导体芯片单元，半导体芯片单元的外围均匀分布有贯穿直流正极铜排、交流输出铜排和直流负极铜排的螺纹孔，通过绝缘双头螺丝紧固，由绝缘双头螺丝上的外螺纹与螺纹孔的内螺纹咬合产生压接力；所述直流正极铜排和直流负极铜排的上下表面均设有绝缘膜，直流正极铜排和直流负极铜排上设有直流母线电容接口，交流输出铜排上设有负载接口。

作为本发明的优选，所述的交流输出铜排的上下表面对称设有供半导体芯片单元安装的定位凹槽一和定位凹槽二，半导体芯片单元的正极与定位凹槽二紧密贴合，负极与定位凹槽一紧密贴合；直流正极铜排下层绝缘膜和直流负极铜排上层绝缘膜设有供半导体芯片单元穿过的通孔。

作为本发明的优选，所述的绝缘双头螺丝的高度与直流正极铜排的上表面、以及交流输出铜排的下表面平齐。

作为本发明的优选，所述半导体芯片单元是由上钼片、半导体芯片、下钼片和铝片自上而下形成的一体化叠层组件；所述半导体芯片的正极与上钼片压接接触，负极与下钼片压接接触。