一种绝缘栅双极型晶体管模块的制作方法

本发明涉及的是一种新型绝缘栅双极型晶体管模块，属于电力电子学的功率模块封装技术领域。

背景技术：

目前绝缘栅双极型晶体管（IGBT）模块在变频器，逆变焊机，感应加热，轨道交通以及风能，太阳能发电等领域的应用越来越广泛，对绝缘栅双极型晶体管模块可靠性要求越来越高，要求器件体积和质量做的越来越小，价格越来越低。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种结构简单，使用方便，制造低成本，高可靠性的绝缘栅双极型晶体管模块。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，一种绝缘栅双极型晶体管模块，包括绝缘栅双极型晶体管芯片、二极管芯片、绝缘基板、功率端子、功率圆柱、铝线、塑料外壳、硅凝胶、热敏电阻，所述的绝缘栅双极型晶体管芯片、二极管芯片和功率圆柱通过回流焊焊接在绝缘基板导电铜层上；绝缘栅双极型晶体管芯片和二极管芯片之间、绝缘栅双极型晶体管芯片、二极管芯片与绝缘基板相应的导电层之间均通过铝线键合来实现电气连接；塑料外壳和绝缘基板通过密封胶粘接；所述的绝缘栅双极型晶体管芯片、二极管芯片、绝缘基板、功率圆柱、铝线以及热敏电阻均覆盖有能提高各原件之间的耐压绝缘硅凝胶；用于把整个模块固定安装在散热器上的固定卡片被注塑于塑料外壳内。

作为优选：所述的绝缘基板由上铜层和下铜层并在中间夹着的一层陶瓷经烧结而成，上铜层和下铜层采用纯铜或者铜合金材料，中间的陶瓷采用氧化铝、氮化铝或氧化铍绝缘性能和散热性能良好的陶瓷材料制成；

所述的功率圆柱采用纯铜或者铜合金材料，表层裸铜或者电镀金、镍或锡可焊接金属材料层。

所述的功率端子也采用纯铜或者铜合金材料，表层裸铜或者电镀金，镍，锡等可焊接金属材料层。

作为优选：所述功率圆柱的内部孔形状是正方形、圆形或菱形；所述功率圆柱的内部孔是通孔或是盲孔；所述的功率端子外形形状是正方形、圆形或菱形；所述的功率端子和功率圆柱通过接插配合连接，或通过焊接配合连接，或通过铆接压紧配合连接，或通过粘导电胶胶连接。

作为优选：所述的塑料外壳采用耐高温且绝缘性能良好的PBT，PPS，尼龙材料制成；所述的硅凝胶是绝缘性涂料，且覆盖在绝缘栅双极型晶体管芯片、二极管芯片、绝缘基板、热敏电阻、功率圆柱、铝线上面；

所述的铝线采用纯铝或铝合金材料，通过超声波方式被键合连接于绝缘栅双极型晶体管芯片、绝缘基板和二极管芯片。

作为优选：所述的缘栅双极型晶体管芯片与绝缘基板之间、绝缘基板与二极管芯片之间、绝缘基板与功率圆柱之间、绝缘基板与热敏电阻之间均通过焊接方式连接，所述的焊接采用含Sn的Snpb、SnAg、SnAgCu或PbSnAg焊接材料，焊接最高温度控制在100—400℃之间；

作为优选：所述绝缘基板为弧形弯曲预变形基板，其中的弯曲度按要求确定，且对于长度为55mm的弧形绝缘基板，其弯曲程度控制在弧顶高出边端负0.10mm和0.15mm之间。

作为优选：所述绝缘基板的上铜层厚度A从0.1毫米到3毫米之间；下铜层厚度C从0.1毫米到3毫米之间；中间层厚度B从0.1毫米到1毫米之间；其中上铜层厚度A和下铜层厚度必须不同，且厚度差在-3到﹢3毫米之间。

本发明通过功率端子和功率圆柱接插配合和绝缘基板（DBC）直接压接散热器的方法，制造低成本，高可靠的新型无底板绝缘栅双极型晶体管模块；本发明通过对注塑外壳采用特殊结构设计，提高外壳绝缘耐压；所述的绝缘基板（DBC）、功率圆柱、铝线、热敏电阻等部件，通过覆盖绝缘硅凝胶，提高各原件之间的耐压；固定卡片被注塑于塑料外壳内，可以非常可靠地用螺丝把整个模块安装在固定在散热器上。

本发明的优点是：采用无底板工艺，生产绝缘栅双极型晶体管模块，降低绝缘栅双极型晶体管模块成本和热阻；同时采用功率端子和功率圆柱接插配合，减少功率圆柱焊接部分受到的应力，提高绝缘栅双极型晶体管模块可靠性。

附图说明

图1为本发明所述绝缘栅双极型晶体管模块示意图。

图2是图1中的A-A剖视图。

图3为本发明所述绝缘栅双极型晶体管模块剖切面示意图。

图4为本发明所述一种绝缘栅双极型晶体管模块芯片布局示意图。

图5为本发明所述另一种绝缘栅双极型晶体管模块芯片布局示意图。

图6为新型绝缘栅双极型晶体管模块电路结构示意图。

图7为新型绝缘栅双极型晶体管模块的外壳示意图。

图8为本发明所述绝缘栅双极型晶体管模块的绝缘基板结构示意图。

图9是图8中的B处局部放大图。

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1-9所示，本发明所述的一种绝缘栅双极型晶体管模块，包括绝缘栅双极型晶体管芯片9、二极管芯片6、绝缘基板1、功率端子3、功率圆柱2、铝线8、塑料外壳4、硅凝胶5、热敏电阻7，所述的绝缘栅双极型晶体管芯片9、二极管芯片6和功率圆柱2通过回流焊焊接在绝缘基板1导电铜层上；绝缘栅双极型晶体管芯片9和二极管芯片6之间、绝缘栅双极型晶体管芯片9、二极管芯片6与绝缘基板1相应的导电层之间均通过铝线8键合来实现电气连接；塑料外壳4和绝缘基板1通过密封胶粘接；所述的绝缘栅双极型晶体管芯片9、二极管芯片6、绝缘基板1、功率圆柱2、铝线8以及热敏电阻7均覆盖有能提高各原件之间的耐压绝缘硅凝胶5；用于把整个模块固定安装在散热器上的固定卡片10被注塑于塑料外壳4内。

本发明所述的绝缘基板1由上铜层120和下铜层130并在中间夹着的一层陶瓷110经烧结而成，上铜层120和下铜层130采用纯铜或者铜合金材料，中间的陶瓷110采用氧化铝（AL2O3）、氮化铝（ALN）或氧化铍（BeO）绝缘性能和散热性能良好的陶瓷材料制成；

所述的功率圆柱2采用纯铜或者铜合金材料，表层裸铜或者电镀金、镍或锡可焊接金属材料层。

所述的功率端子3也采用纯铜或者铜合金材料，表层裸铜或者电镀金，镍，锡等可焊接金属材料层。

本发明所述功率圆柱2的内部孔形状是正方形、圆形或菱形；所述功率圆柱2的内部孔是通孔或是盲孔；所述的功率端子3外形形状是正方形、圆形或菱形；所述的功率端子3和功率圆柱2通过接插配合连接，或通过焊接配合连接，或通过铆接压紧配合连接，或通过粘导电胶胶连接。

本发明所述的塑料外壳4采用耐高温且绝缘性能良好的PBT，PPS，尼龙材料制成；所述的硅凝胶5是绝缘性涂料，且覆盖在绝缘栅双极型晶体管芯片9、二极管芯片6、绝缘基板（DBC）1、热敏电阻7、功率圆柱2、铝线8上面；

所述的铝线8采用纯铝或铝合金材料，通过超声波方式被键合连接于绝缘栅双极型晶体管芯片9、绝缘基板1和二极管芯片6。

本发明所述的缘栅双极型晶体管芯片9与绝缘基板1之间、绝缘基板1与二极管芯片6之间、绝缘基板1与功率圆柱2之间、绝缘基板1与热敏电阻7之间均通过焊接方式连接，所述的焊接采用含Sn的Snpb、SnAg、SnAgCu或PbSnAg焊接材料，焊接最高温度控制在100—400℃之间；

所述绝缘基板1为弧形弯曲预变形基板，其中的弯曲度按要求确定，且对于长度为55mm的弧形绝缘基板1，其弯曲程度控制在弧顶高出边端负0.10mm和0.15mm之间。

所述绝缘基板1的上铜层120厚度A从0.1毫米到3毫米之间；下铜层130厚度C从0.1毫米到3毫米之间；中间层110厚度B从0.1毫米到1毫米之间；其中上铜层120厚度A和下铜层130厚度C必须不同，且厚度差A-C在-3到﹢3毫米之间。本发明要解决的是实现无底板绝缘栅双极型晶体管模块制造，降低绝缘栅双极型晶体管模块模块成本和热阻；同时采用功率端子和功率圆柱接插配合，减少功率圆柱焊接部分受到的应力，提高绝缘栅双极型晶体管模块可靠性。