[发明专利]功率半导体模块及其装配方法

说明书

本公开提供一种功率半导体模块及其装配方法。功率半导体模块包括散热接触区、壳体和压紧件。壳体和压紧件的一者包括轨道部，另一者包括轨道配合部。壳体和压紧件分别包括第一限位部和第一限位配合部。轨道配合部能被插入到轨道部中并沿朝向或背离散热接触区所在平面的方向在轨道部滑动，使压紧件能从分离位置移动到与壳体连接的安装位置。轨道部能与轨道配合部配合，以阻止压紧件相对于壳体沿平行散热接触区所在平面的方向移动。当压紧件处于安装位置时，第一限位部能与第一限位配合部配合，以阻止压紧件相对于壳体沿朝散热接触区所在平面的方向移动。压紧件构造用于在处于安装位置且被安装到散热元件上的状态下将散热接触区压紧到散热元件。

技术领域

本公开涉及功率半导体模块，以及功率半导体模块的装配方法。

背景技术

功率半导体芯片在运作中会产生热量，需要散发该热量以便维持功率半导体芯片的正常功能。此外，通常采用带有壳体的功率半导体模块来集成功率半导体芯片。相比于离散的芯片或器件，这种功率半导体模块更容易使用，但对散热也有更高的要求。

功率半导体模块常见的散热方式是使模块底部的涂有导热硅脂的散热接触区与散热元件(包括冷却元件)直接接触，通过导热硅脂和散热元件将功率半导体模块中的半导体芯片等产生的热量散发到环境中。然而，功率半导体模块的尺寸通常较大，而随着热量的产生，功率半导体模块的边缘附近会逐渐发生翘曲。另一方面，由于导热硅脂有流动性，当功率半导体模块与散热元件贴合时，二者之间的导热硅脂会被挤压以填补功率半导体模块底部与散热元件之间的间隙，因此，翘曲越大，意味着散热接触区与散热元件之间的局部间隙越大，进而局部区域导热硅脂越厚。由于导热硅脂的热传导系数比散热元件低，散热能力也比散热元件差，因此过大的翘曲很有可能会阻碍功率半导体模块热量散发的效率。

为了解决功率半导体模块使用过程中的翘曲问题，现有技术有以下两种设计。

在例如USD0922329S中公开了现有技术的其中一种设计，如图1所示，该设计是在功率半导体模块的壳体1a的两侧下部一体地形成带有通孔的凸缘10a，在散热元件上相应地开设螺纹孔，利用穿过通孔的螺丝(或螺栓)将壳体固定到散热元件上。在这种设计中，功率半导体模块与散热元件之间的接触是刚性接触，这样不但不利于减小散热接触区与散热元件之间的间隙，而且受力处易老化，不利于长期使用。此外，在有振动的环境中，图1所示的设计的可靠性较差。

在例如US7477518B2中公开了现有技术的另一种设计，如图2所示，该设计采用模制有压紧件的塑料壳体2a。在制备功率半导体模块时，将压紧件20a的一端21a插入到用于壳体的塑料注射成型模具中，从而在注射成型壳体的同时将压紧件嵌固到壳体的侧壁内。压紧件的另一端22a带有通孔，同样利用穿过通孔的螺丝(或螺栓)将壳体2a固定到散热元件上。图2所示设计虽然能够使压紧件与散热元件之间实现柔性接触，有利于长期使用，然而，却导致了壳体的制备工艺复杂化，增加了制造成本。

此外，图1和图2所示的两种设计均导致功率半导体模块只能应用在灌胶模块，但不能应用在塑封模块。具体来说，灌胶模块的壳体通常是单独制备的，在封装时，塑料壳体和基板(如覆铜陶瓷基板或者铜基板)通过胶水粘接，随后在塑料壳体内部灌入硅凝胶。相比较而言，塑封模块通常将环氧塑封料(EMC)等热固性材料挤压入模腔并将其中的半导体芯片包埋，这种方法不适合制备壳体的与散热元件固定的部分(例如，上述凸缘10a和压紧件20a)。由此可见，图1和图2所示的两种设计并不适合塑封模块。另外，所制备的功率半导体模块尺寸很大，不利于封装工艺和打包运输过程。

因此，需要提供一种可以解决上述技术问题的改进的功率半导体模块。

发明内容

本公开提供了一种功率半导体模块及其装配方法。