一种功率模块单元及功率模块组合单元的制作方法

1.本实用新型涉及一种功率模块单元及功率模块组合单元。


背景技术：

2.半导体功率模块单元在当今快速发展的工业领域占有非常重要的地位，由功率器件封装而成的功率模块单元，可广泛应用于光伏、电动汽车等应用领域，因此功率模块单元将以高功率密度、高可靠性为发展路线和目标。
3.为了实现高输出功率，通常采用多个子模块并联操作，然而该设计在模块封装工艺过程中，往往在提高系统的高功率密度的设计中，造成模块尺寸过大、寄生电感升高等问题。因此在一些高功率应用场合，随着第三代半导体的快速发展，尤其是碳化硅器件的不断成熟，对高功率密度且低寄生电感的功率模块单元封装结构提出更加迫切的需求。


技术实现要素：

4.鉴于此，有必要提供一种低寄生电感、高功率密度的功率模块单元及功率模块组合单元。
5.本实用新型为达上述目的所提出的技术方案如下：
6.一种功率模块单元，所述功率模块单元包括表面安装有芯片的基板、底部具有开口结构的壳体及主端子，所述壳体内部形成有容纳腔，用于通过所述开口结构收容所述芯片，并与所述基板密封结合，所述壳体相对的两侧还形成有主端子安装孔，所述主端子的一端通过所述安装孔与所述基板电连接，所述主端子的另一端伸出所述壳体外；所述主端子包括一个p端子、两个n端子及两个输出端子，所述p端子及两个n端子安装于所述壳体的同一侧，且所述p端子位于所述两个n端子之间，所述两个n端子为同电位端子，所述两个输出端子安装于与所述p端子及所述两个n端子相对的一侧，所述两个输出端子为同电位端子。
7.进一步地，所述功率模块单元还包括引线框架，所述引线框架一体成型，所述引线框架通过金属烧结的方式与所述芯片及所述基板电连接，以构成所述功率模块单元的电路。
8.进一步地，所述金属烧结为铜烧结或银烧结，烧结厚度为10um～200um。
9.进一步地，所述引线框架的厚度为0.3mm～1.5mm。
10.进一步地，所述基板为覆铜陶瓷板。
11.进一步地，所述芯片包括若干宽禁带半导体器件，以构成四分之一桥模块电路或者半桥模块电路或者全桥模块电路。
12.进一步地，所述功率模块组合单元包括散热板及若干如上述所述功率模块单元，这些功率模块单元通过金属烧结的方式固定于所述散热板上。
13.进一步地，所述散热板包括散热底板及若干散热件，所述散热底板设有预制的翘曲度，每个散热件均为针翅式结构，所述若干散热件设置于所述散热底板的一侧，所述功率模块单元固定设置于所述散热底板上远离所述若干散热件的另一侧。
14.进一步地，所述功率模块单元的数量为一个或三个。
15.上述功率模块单元及功率模块组合单元通过将p端子及两个n端子设置于壳体的同一侧，且所述p端子位于所述两个n端子之间，还通过在所述p端子及所述两个n端子相对的一侧设置两个输出端子；另外，还通过一体成型的引线框架来构成功率模块单元四分之一桥模块电路或者半桥模块电路或者全桥模块电路等不同的模块电路。如此，在增强功率模块单元的可靠性和提高功率密度的同时极大地能够减小模块内部的寄生电感，并可通过烧结工艺和散热板进行连接，以组合成多种不同电路模块，形成功率模块组合单元。如此一来，灵活地满足不同的功能需求，扩大了应用范围。
附图说明
16.图1是本实用新型提供的功率模块单元的一较佳实施方式的结构示意图。
17.图2是本实用新型提供的功率模块单元的一较佳实施方式的结构分解图。
18.图3是本实用新型提供的功率模块组合单元的一较佳实施方式的平面结构示意图。
19.图4是图3提供的功率模块组合单元的一较佳实施方式的截面示意图。
20.图5是本实用新型提供的功率模块组合单元的另一较佳实施方式的平面结构示意图。
21.图6是图5提供的功率模块组合单元的一较佳实施方式的截面示意图。
22.主要元件符号说明
23.功率模块单元
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100
24.芯片
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10
25.基板
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20
26.壳体
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30
27.外壳
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32
28.盖板
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34
29.主端子
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40
30.p端子
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42
31.n端子
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44
32.输出端子
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46
33.引线框架
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50
34.功率模块组合单元
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200
35.散热板
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300
36.散热底板
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310
37.散热件
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320
38.如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本实用新型。
具体实施方式
39.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解
释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
40.请参考图1及图2，图1为本实用新型所提供的功率模块单元的一较佳实施方式的结构示意图，图2为本实用新型所提供的功率模块单元的一较佳实施方式的结构分解图。如图所示，所述功率模块单元100包括表面安装有芯片10的基板20、底部具有开口结构的壳体30及主端子40。所述壳体30内部形成有容纳腔，用于通过所述开口结构收容所述芯片10，并与所述基板20密封结合。在本实施方式中，所述壳体30的容纳腔内采用树脂灌封，以塑封所述芯片10。所述壳体30相对的两侧还形成有主端子安装孔。所述主端子40的一端通过所述安装孔与所述基板20电连接，所述主端子40的另一端伸出所述壳体外。所述主端子40包括一个p端子42、两个n端子44及两个输出端子46。所述p端子42及两个n端子44安装于所述壳体30的同一侧，且所述p端子42位于所述两个n端子44之间。所述两个n端子44为同电位端子。所述两个输出端子46安装于与所述p端子42及所述两个n端子44相对的一侧。所述两个输出端子46为同电位端子。如此一来，本实用新型设计两个同电位的n端子44对称于所述p端子的两侧，并设计两个同电位的输出端子46于所述p端子42及所述n端子44的对侧，该对称结构将极大地减少所述功率模块单元内部的寄生电感。
41.需要说明的是，在本实施方式中，所述壳体30可包括外壳32和盖板34，所述外壳32与所述盖板34通过密封胶连接。在其他实施方式中，所述外壳32和所述盖板34还可为一体结构。
42.进一步地，所述功率模块单元100还包括引线框架50。所述引线框架50一体成型。所述引线框架50通过金属烧结的方式与所述芯片10及所述基板20电连接，以构成所述功率模块单元100的电路。所述引线框架50塑封于所述壳体30内。在本实施方式中，所述引线框架50采用金属材料，如铜。所述引线框架50的厚度为0.3mm～1.5mm。如此，可提高所述芯片10、所述基板20及所述壳体30之间的结合强度，在增强所述功率模块单元100的可靠性的同时，也利于所述功率模块单元100的小型化设计，从而提高功率密度。
43.在本实施方式中，所述金属烧结为铜烧结或银烧结，烧结厚度为10um～200um。由于铜或银的热导率较高，相比传统的引线键合的方式，本实用新型可提高功率模块单元100的使用温度范围，使其能在较高的温度环境下工作，且可降低热电阻，从而提升所述功率模块单元100的可靠性。
44.在本实施方式中，所述基板20为覆铜陶瓷板。
45.在本实施方式中，所述芯片10包括若干宽禁带半导体器件，以构成四分之一桥模块电路或者半桥模块电路或者全桥模块电路。即构成1in1功率模块单元或2in1功率模块单元或6in1功率模块单元。在其他实施方式中，所述芯片10还可包括若干宽禁带半导体器件、热敏电阻及电流传感器，以构成智能功率模块单元电路。
46.请参考图3至图6，本实用新型还提供了一种功率模块组合单元200。所述功率模块组合单元200包括若干个功率模块单元100及散热板300。所述若干个功率模块单元100通过金属烧结的方式紧密排列地固定于所述散热板300上，并使得每个功率模块单元100的输出端子46处于同一侧。
47.在一较佳实施方式中，所述功率模块单元100的数量为一个，所述功率模块单元100形成四分之一桥电路或半桥电路(请参考图3至图4)。在另一较佳实施方式中，所述功率模块单元100的数量为三个，这三个功率模块单元100之间并联连接，形成半桥电路(请参考
图5至图6)。如此，可提升功率模块单元的使用寿命，扩大应用范围。
48.在本实施方式中，所述散热板300包括散热底板310及若干散热件320，所述散热底板310与所述若干散热件320一体成型。所述散热底板310设有预制的翘曲度。在本实施方式中，每个散热件320均为针翅式结构。所述若干散热件320设置于所述散热底板310的一侧，所述功率模块单元100固定设置于所述散热底板310上远离所述若干散热件320的另一侧。如此，可增强所述散热板300对功率模块单元100的散热能力，同时由于所述功率模块单元100的特定结构，使其连接可靠性更高，从而能承受所述功率模块单元100与所述散热板300板结合时的烧结压力，满足所述功率模块单元100与所述散热板300之间烧结连接的工艺要求。
49.本实用新型通过将所述p端子42及两个n端子44设置于所述壳体30的同一侧，且所述p端子42位于所述两个n端子44之间，还通过在所述p端子42及所述两个n端子44相对的一侧设置两个输出端子46；另外，还通过一体成型的引线框架来构成功率模块单元四分之一桥模块电路或者半桥模块电路或者全桥模块电路等不同的模块电路。如此，在增强功率模块单元的可靠性和提高功率密度的同时极大地能够减小模块内部的寄生电感，并通过多个功率模块单元的不同组合，灵活地满足不同的功能需求，扩大了应用范围。
50.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。