CN203617266U - 一种功率半导体模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种功率半导体模块，包括底座；DBC基板，所述DBC基板固定设置在所述底座的上方，所述DBC基板包括设置在其上的第一覆铜层、固定设置在所述第一覆铜层上方的陶瓷层以及固定设置在所述陶瓷层上方的多个间隔的第二覆铜层，所述陶瓷层上表面设有凹槽，所述凹槽位于相邻的两个所述第二覆铜层之间；芯片，所述芯片固定设置在所述第二覆铜层的上方；外壳，所述外壳覆盖所述芯片、DBC基板以及底座的上表面；电极，所述电极固定设置在所述外壳上表面；引线，所述引线一端连接所述电极，另一端连接所述芯片。本实用新型提供的功率半导体模块在受到外力作用时能够保护芯片，延长功率半导体模板的寿命。

Description

一种功率半导体模块

技术领域

本实用新型涉及一种功率半导体模块。

背景技术

DBC（Direct Bonding Cooper；覆铜陶瓷基板）基板是采用直接键合技术将铜电路（覆铜层）与陶瓷基板直接键合成一体，在陶瓷基板上键合的若干铜电路上面焊接芯片并键合相应的铝线进行电路连接，从而实现电路导通的功能。DBC基板具有高导热性、高绝缘性、易焊接性等优点，广泛应用于功率半导体模块中。

DBC基板虽然具有上述诸多优良的性能，但由于DBC基板的主体部分是陶瓷，陶瓷的机械强度较差，在受到外力的作用下容易断裂。图1是现有技术中的一个功率半导体模块的剖面图，参考图1，所述功率半导体模块包括位于底部的底座11，焊接在底座11上方的DBC基板12，固定设置在DBC基板12上方的芯片13，覆盖所述底座11、DBC基板12以及芯片13的外壳14，所述底座11底部露出所述外壳14，位于所述外壳14上表面的电极15，连接所述电极15和芯片13的引线16。所述DBC基板12包括位于底部且与底座11相连接的第一覆铜层121、位于第一覆铜层121上方的陶瓷层122以及位于陶瓷层122上方的多个所述第二覆铜层123，所述第一覆铜层121、陶瓷层122以及多个第二覆铜层123连接成一体。当所述功率半导体模块在受到外力作用下时，由于DBC基板12的陶瓷层122比较脆会出现断裂，一般情况下所述DBC基板12的陶瓷层122会在位于多个所述第二覆铜层123之间的位置断裂，在这种情况下会造成第二覆铜层123与第一覆铜层121之间的绝缘距离变短，绝缘性能下降，在使用过程中会出现高压打火、打电弧等现象；在特殊情况下，例如当所述功率半导体模块受到外力作用较大时，所述DBC基板12的陶瓷层122有可能从位于第二覆铜层123上方的芯片13区域断裂，从而损坏芯片13，使得所述功率半导体模块功能失效。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本实用新型的目的在于提出一种功率半导体模块，采用所述功率半导体模块不仅可以保护芯片，而且提高耐压性能。

根据本实用新型的功率半导体模块，包括底座；DBC基板，所述DBC基板固定设置在所述底座的上方，所述DBC基板包括设置在其上的第一覆铜层、固定设置在所述第一覆铜层上方的陶瓷层以及固定设置在所述陶瓷层上方的多个间隔的第二覆铜层，所述陶瓷层上表面设有凹槽，所述凹槽位于相邻的两个所述第二覆铜层之间；芯片，所述芯片固定设置在所述第二覆铜层的上方；外壳，所述外壳覆盖所述芯片、DBC基板以及底座的上表面；电极，所述电极固定设置在所述外壳上表面；引线，所述引线一端连接所述电极，另一端连接所述芯片。

本实用新型的功率半导体模块通过在DBC基板的陶瓷层上表面设置凹槽并将所述凹槽设置在相邻的两个第二覆铜层之间，当所述功率半导体模块受到外力作用时，所述DBC基板的陶瓷层将会从所述凹槽处断裂，从而不会在芯片区域断裂，保护了芯片，延长了功率半导体模块的寿命。

另外，根据本实用新型上述的功率半导体模块，还可以具有如下附加的技术特征：

所述功率半导体模块还包括绝缘层，所述绝缘层填充所述凹槽。

所述凹槽的深度为所述陶瓷层厚度的30%—70%。

所述凹槽的宽度为0.1—2mm。

所述凹槽位于相邻的两个所述第二覆铜层的正中间。

所述凹槽的形状为U字型、V字型或长方体型。

所述芯片包括IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor；绝缘栅双极型晶体管）芯片和FRD（Fast Recovery Diode；快恢复二极管）芯片。

所述芯片包括FRD芯片。

本实用新型的功率半导体模块通过在DBC基板的陶瓷层上表面设置凹槽并将所述凹槽设置在相邻的两个第二覆铜层之间，当所述功率半导体模块受到外力作用时，所述DBC基板的陶瓷层将会从所述凹槽处断裂，从而不会在芯片区域断裂，保护了芯片，延长了功率半导体模块的寿命；同时在所述凹槽中填充绝缘层，从而当所述凹槽断裂时提高所述功率半导体模块的耐压性能。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是现有技术中的一个功率半导体模块的剖面图；

图2是本实用新型的一个实施例的功率半导体模块的剖面图；

图3是图2中A处的放大图；

图4是本实用新型的一个实施例的功率半导体模块包含绝缘层的剖面图；

图5是图4中B处的放大图；以及

图6是本实用新型的一个实施例的功率半导体模块与散热器结合的剖面图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

图2是本实用新型的一个实施例的功率半导体模块的剖面图，图3是图2中A处的放大图，参考图2-图3，本实用新型提供的一种功率半导体模块，包括底座11，所述底座11通常是机械强度较高、散热性能良好的铜底座或者铝底座；DBC基板12，所述DBC基板12通常通过焊接的方式固定在所述底座11的上方，所述DBC基板12包括设置在其上的第一覆铜层121、固定设置在所述第一覆铜层121上方的陶瓷层122以及固定设置在所述陶瓷层122上方的多个间隔的第二覆铜层123，所述DBC基板12通过键合技术将所述第一覆铜层121、多个第二覆铜层123与陶瓷层122键合固定成一体，所述陶瓷层122的上表面设有凹槽124，所述凹槽124位于相邻的两个所述第二覆铜层123之间；芯片13，所述芯片13固定设置在所述第二覆铜层123的上方；外壳14，所述外壳14覆盖所述芯片13、DBC基板12以及底座11的上表面，即在用外壳14封装所述半导体模块时，将所述底座11的底面露出；电极15，所述电极15固定设置在所述外壳14上表面；引线16，所述引线16一端连接所述电极15，另一端连接所述芯片13。本实用新型的功率半导体模块通过在DBC基板12的陶瓷层122上表面设置凹槽124并将所述凹槽124设置在相邻的两个第二覆铜层123之间，当所述功率半导体模块受到外力作用时，所述DBC基板12的陶瓷层122将会从所述凹槽124处断裂，从而不会在芯片13区域断裂，进而保护了芯片13，延长了功率半导体模块的寿命。

在具体实施中，所述功率半导体模块还包括绝缘层17，所述绝缘层17填充所述凹槽124。图4是本实用新型一个实施例的功率半导体模块的包含绝缘层的剖面图，图5是图4中B处的放大图，参考图4-5，在本实施例中，所述绝缘层17为硅胶，使用硅胶填充所述凹槽124，当所述凹槽124断裂时，所述硅胶可以阻隔所述第二覆铜层123与所述第一覆铜层121，从而增大第二覆铜层123与第一覆铜层121之间的绝缘距离，增加功率半导体模块的耐压性能，延长功率半导体模块的寿命。

在具体实施中，所述凹槽124的深度为所述陶瓷层122厚度的30%—70%。在本实施例中，所述凹槽124的深度优选为所述陶瓷层122厚度的50%。通过将所述凹槽124的深度设置为所述陶瓷层122厚度的50%，既可以保证陶瓷层122的机械强度，而且在受到外力作用时所述陶瓷层122会从所述凹槽124处断裂，从而保护了芯片13，延长了功率半导体模块的寿命。

在具体实施中，所述凹槽124的宽度为0.1—2mm。在本实施例中，所述凹槽124的宽度优选为1mm。通过将所述凹槽124的宽度设置为1mm，既可以保证陶瓷层122的机械强度，而且在受到外力作用时所述陶瓷层122会从所述凹槽124处断裂，从而保护了芯片13，延长了功率半导体模块的寿命。

在具体实施中，所述凹槽124位于相邻的两个所述第二覆铜层123的正中间。通过将所述凹槽124设置在相邻的两个所述第二覆铜层123的正中间位置，使得当受到外力作用时所述凹槽124两侧的第二覆铜层123受到的作用力相等，从而使得所述陶瓷层122从所述凹槽124处断裂，进而保护了芯片13，延长了功率半导体模块的寿命。

在具体实施中，所述凹槽124可以呈各种形状，例如U字型、长方体型、V字型等。

在具体实施中，所述芯片13包括IGBT芯片和FRD芯片。当所述芯片13包括IGBT芯片和FRD芯片时，所述功率半导体模块为IGBT模块。

在具体实施中，所述芯片13包括FRD芯片。当所述芯片13只包括FRD芯片时，所述功率半导体模块为FRD模块。

本实用新型的功率半导体模块既可以应用在IGBT模块上，也可以应用在FRD模块上。

本实用新型的功率半导体模块在使用过程中会产生大量的热量，而大量热量的堆积会影响芯片的工作性能，因此在实际应用中，需要将所述功率半导体模块与散热器连接在一起，通过散热器将所述功率半导体模块产生的热量散发出去。图6是本实用新型一个实施例的功率半导体模块与散热器结合的剖面图，参考图6，所述功率半导体模块通过螺钉19固定在散热器18上，所述功率半导体模块的底座11接触所述散热器18，进而将所述功率半导体模块产生的热量通过散热器18散发出去，从而延长了功率半导体模块的寿命。

本实用新型的功率半导体模块通过在DBC基板12的陶瓷层122上表面设置凹槽124并将所述凹槽124设置在相邻的两个第二覆铜层123之间，当所述功率半导体模块受到外力作用时，所述DBC基板12的陶瓷层122将会从所述凹槽124处断裂，从而不会在芯片13区域断裂，保护了芯片13，延长了功率半导体模块的寿命；同时在所述凹槽124中填充绝缘层17，从而当所述凹槽124断裂时提高所述功率半导体模块的耐压性能。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种功率半导体模块，其特征在于，包括：

底座；

DBC基板，所述DBC基板固定设置在所述底座的上方，所述DBC基板包括设置在其上的第一覆铜层、固定设置在所述第一覆铜层上方的陶瓷层以及固定设置在所述陶瓷层上方的多个间隔的第二覆铜层，所述陶瓷层上表面设有凹槽，所述凹槽位于相邻的两个所述第二覆铜层之间；

芯片，所述芯片固定设置在所述第二覆铜层的上方；

外壳，所述外壳覆盖所述芯片、DBC基板以及底座的上表面；

电极，所述电极固定设置在所述外壳上表面；

引线，所述引线一端连接所述电极，另一端连接所述芯片。

2.如权利要求1所述的功率半导体模块，其特征在于，还包括：绝缘层，所述绝缘层填充所述凹槽。

3.如权利要求1或2所述的功率半导体模块，其特征在于，所述凹槽的深度为所述陶瓷层厚度的30%—70%。

4.如权利要求1或2所述的功率半导体模块，其特征在于，所述凹槽的宽度为0.1—2mm。

5.如权利要求3所述的功率半导体模块，其特征在于，所述凹槽位于相邻的两个所述第二覆铜层的正中间。

6.如权利要求4所述的功率半导体模块，其特征在于，所述凹槽位于相邻的两个所述第二覆铜层的正中间。

7.如权利要求5或6所述的功率半导体模块，其特征在于，所述凹槽的形状为U字型、V字型或长方体型。

8.如权利要求1或2所述的功率半导体模块，其特征在于，所述芯片包括IGBT芯片和FRD芯片。

9.如权利要求1或2所述的功率半导体模块，其特征在于，所述芯片包括FRD芯片。

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