本发明涉及功率半导体模块制造技术领域，特别涉及一种功率半导体模块及其安装方法。
背景技术：
目前无金属底板的半导体功率半导体模块主要应用在太阳能电池串逆变器、工业驱动器、ups和ev充电得到大量使用。尤其是对减小模块的质量和体积提出了更高的要求，所以无金属底板的半导体模块是目前通用的封装形式。
目前连接固定部通常与模块壳体呈一体式结构，由于没有金属底板的保护，将模块通过螺丝锁附安装固定在散热器上时，不当的安装手法往往会将应力传递到覆金属陶瓷衬底上，存在压裂陶瓷的风险。
以往的安装方式有两种，方式一是定制多头螺丝刀，对模块的双侧螺钉同步拧紧。方式二是先对一侧的螺钉进行预拧紧，且模块另一侧不升起来，再对另一侧的螺钉拧紧，最后再拧紧第一颗螺钉。方式一的问题在于普通单头螺丝刀无法完成模块安装，需要定制专门的多头螺丝刀，增加客户端生产成本。方式二的问题在于第一个步骤针对预拧紧的程度难设置，安装十分不友好，不宜实现自动化。
技术实现要素：
为了解决现有技术存在的一体式半导体功率半导体模块容易在安装时损坏的问题，本发明提供一种不易安装时损坏的功率半导体模块及其安装方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种功率半导体模块，包括壳体和覆金属陶瓷基板，壳体和覆金属陶瓷基板固定连接，功率半导体模块还包括壳体连接固定部，所述的壳体连接固定部包括用于与壳体固定连接的连接部和用于连接散热器的固定部。
进一步的，所述的连接部与壳体卡扣连接或齿连接。
进一步的，所述的壳体设有供连接部插入的细缝，所述的连接部两侧具有斜齿，所述的细缝两侧具有与斜齿啮合的反齿。
进一步的，所述的斜齿的每个齿包括用于插入导向的斜边和防止斜齿脱出的锁边，连接部沿插入方向的头部为插入端，每个齿的斜边位于靠近插入端一侧，每个齿的锁边位于远离插入端的一侧，所述的锁边与插入方向之间的夹角大于等于90度。保证连接部只能单向进入，不能滑出。
进一步的，所述的壳体上设有凸起的限位部，连接部的插入端具有与限位部形状匹配的第一缺口，所述的连接部靠近插入端设有与限位部形状匹配的贯穿孔。
进一步的，所述的覆金属陶瓷基板上具有芯片和功率端子，芯片、覆金属陶瓷基板的导电铜箔、功率端子相互之间通过金属线电连接，所述的壳体正面上设有用于注入硅凝胶的灌胶孔、用于供功率端子穿出的通孔和用于连接驱动电路板的孔部，壳体和覆金属陶瓷基板通过硅橡胶粘接，覆金属陶瓷基板上设有硅凝胶。
进一步的，所述的壳体连接固定部的连接部设有用于连接散热器的贯通孔，连接部远离壳体的一端设有折弯的加固部，所述的加固部中间设有第二缺口。
一种如上述的功率半导体模块的安装方法，包括以下步骤：
s1：将壳体连接固定部插入壳体的细缝中，此时壳体连接固定部的第一缺口受到壳体上的半球形的限位部的阻碍，无法继续向上进行位移,此时可以观察壳体连接固定部的第一缺口和壳体上的半球形的限位部的相对位置来检查安装在散热器前的状态；
s2：将壳体连接固定部与散热器固定；
s3:对壳体的两侧同时施加外力,当壳体受到外力作用下，与壳体连接固定部发生相对位移，直至覆金属陶瓷基板的底面接触到散热器表面，此时壳体连接固定部上的贯穿孔会正好嵌套住壳体上的限位部。
进一步的，s3中，施加的外力为5～10n。
进一步的，壳体连接固定部插入壳体之前，在散热器的表面提前涂上高散热效率的导热硅脂。
有益效果：
(1)本发明提供的一种无金属底板的半导体功率半导体模块，将本来注塑在壳体里的连接固定部和壳体分离做成分体结构，同时可以通过壳体上相应对置的侧面上的细缝插入，并通过反齿结构相互啮合，只能单向进入，不会滑出，形成稳定结构；
(2)将模块固定在散热器上时，此时覆金属陶瓷基板的底面为悬空状态，不会受到任何应力，杜绝了不当的安装手法将应力传递到覆金属陶瓷衬底上，存在的压裂陶瓷风险。然后再向模块施加压力，连接固定部上端的贯穿孔和壳体的半球形的限位部形成卡扣，此时覆金属陶瓷基板的底面紧紧贴合到散热器表面，接触面大，压强大大减小，可以很好控制覆金属陶瓷基板上受到的最大应力，从而大大降低了覆金属陶瓷基板的压裂风险；
(3)通过观察壳体连接固定部上的贯穿孔和壳体上的半球形的限位部的位置可以检查模块是否安装到位。同时也可以通过两者的嵌套关系对半导体功率半导体模块与散热器的紧密贴合提供了进一步的保障。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明的半导体功率半导体模块结构示意图；
图2a为壳体俯视图；
图2b为图2a中沿a-a的剖视图；
图3a为壳体连接固定部的正视图；
图3b为壳体连接固定部的俯视图；
图4表示壳体上未施加外力、两侧螺钉锁紧的状态下，半导体功率半导体模块与散热器位置关系侧面图；
图5是示在图4状态时，壳体与壳体连接固定部位置关系示意图；
图6表示壳体上施加外力时半导体功率半导体模块与散热器位置关系侧面图。
图7表示在图6状态时，壳体与壳体连接固定部位置关系示意图。
其中，1、覆金属陶瓷基板、2、芯片，3、金属线，4、功率端子，5、硅凝胶，6、壳体，60、壳体正面，61、孔部，62、限位部，63、细缝，64、灌胶孔，65、通孔，66、反齿，67、开口，7、壳体连接固定部，70、斜齿，701、斜边，702、锁边，71、加固部，72、贯通孔，73、第二缺口，74、第一缺口，75、贯穿孔，76、固定部，77、连接部，8、螺钉，9.散热器，10、硅橡胶。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
一种功率半导体模块，包括壳体6和覆金属陶瓷基板1，壳体6和覆金属陶瓷基板1固定连接，功率半导体模块还包括壳体连接固定部7，壳体连接固定部7包括用于与壳体6固定连接的连接部77和用于连接散热器9的固定部76。
连接部77与壳体6卡扣连接或齿连接。
壳体6设有供连接部77插入的细缝63，连接部77两侧具有斜齿70，细缝63两侧具有与斜齿70啮合的反齿66。
斜齿70的每个齿包括用于插入导向的斜边701和防止斜齿70脱出的锁边702，连接部77沿插入方向的头部为插入端，每个齿的斜边701位于靠近插入端一侧，每个齿的锁边702位于远离插入端的一侧，锁边702与插入方向之间的夹角a大于等于90度。
壳体6上设有凸起的限位部62，连接部77的插入端具有与限位部62形状匹配的第一缺口74，连接部77靠近插入端设有与限位部62形状匹配的贯穿孔75。限位部62的形状可以根据需求设置，优选的，限位部62的形状为半球形，第一缺口74的形状为半圆形，贯穿孔75的形状为圆形，这样，限位部62设置成半球形便于导入至贯穿孔75中。
覆金属陶瓷基板1上具有芯片2和功率端子4，芯片2、覆金属陶瓷基板1的导电铜箔、功率端子4相互之间通过金属线3电连接，壳体正面60上设有用于注入硅凝胶5的灌胶孔64、用于供功率端子4穿出的通孔65和用于连接驱动电路板的孔部61，壳体6和覆金属陶瓷基板1通过硅橡胶10粘接，覆金属陶瓷基板1上设有硅凝胶5。
壳体连接固定部7的连接部77设有用于连接散热器9的贯通孔72，连接部77远离壳体6的一端设有折弯的加固部71，加固部71中间设有第二缺口73。
一种上述的功率半导体模块的安装方法，包括以下步骤：
s1：将壳体连接固定部7插入壳体6的细缝63中，此时壳体连接固定部7的第一缺口74受到壳体6上的半球形的限位部62的阻碍，无法继续向上进行位移,此时可以观察壳体连接固定部7的第一缺口74和壳体6上的半球形的限位部62的相对位置来检查安装在散热器9前的状态；两侧连接部77插入的位置应该是对称的；
s2：将壳体连接固定部7与散热器9固定；
s3:对壳体6的两侧同时施加外力,当壳体6受到外力作用下，与壳体连接固定部7发生相对位移，直至覆金属陶瓷基板1的底面接触到散热器9表面，此时壳体连接固定部7上的贯穿孔75会正好嵌套住壳体6上的半球形的限位部62。
s3中，施加的外力为5～10n。
壳体连接固定部7插入壳体6之前，在散热器9的表面提前涂上高散热效率的导热硅脂。
芯片2通过回流焊或银烧结的方式焊接在覆金属陶瓷基板1的导电图形面；功率端子通过回流焊的方式焊接或超声压接在覆金属陶瓷基板1的导电图形面；芯片、覆金属陶瓷基板的导电铜箔、功率端子相互之间通过金属线3完成电气连接；壳体和覆金属陶瓷基板1通过密封硅橡胶10粘接；壳体连接固定部7和壳体6通过其连接部上的斜齿70结构和壳体6上的反齿66形成啮合连接。
功率半导体模块中至少包含一个半导体芯片，焊接在覆金属陶瓷基板1的导电铜箔上，半导体芯片可以是igbt、fred、mos的其中之一，或者两个及以上的组合的形式被放置在覆金属陶瓷基板1的导电铜箔上。
覆金属陶瓷基板1包含两层金属层(例如：cu、cu合金)和一层陶瓷层(例如：al2o3、sin、si3n4)，其中两层金属层位于陶瓷层的两侧；金属层可以是裸铜或者表面可以选择带有抗氧化的镀层(例如：镍、钯、金)。覆金属陶瓷基板1可以是覆铜陶瓷基板dbc。
金属线3在模块中连接芯片2、覆金属陶瓷基板1的导电铜箔，功率端,4起到传输电信号和能量的作用，涉及到的材料通常可以选择al、cu、或者al包cu。
功率端子4在模块中连接pcb驱动板和覆金属陶瓷基板1的导电铜箔，起到传输电信号和能量的作用，整体为金属结构，通常材料为铜。
壳体6包覆住覆金属陶瓷基板1电路层及附在其表面的半导体芯片2和金属线3，起到保护作用，通常材料为强化玻璃纤维。
如图2所示，壳体6大致呈现立方体形状，在相应对置的侧面有从上到下贯穿的细缝63，细缝63厚度约0.4mm，在细缝63两侧的连接处分别存在至少两个及以上的反齿66结构，壳体连接固定部7可以通过该细缝63插入壳体6内，该结构和壳体连接固定部7上的斜齿70结构正好啮合，形成稳定连接。细缝63的最外侧为开口67结构，且壳体6一般为塑料，使得细缝63两侧的反齿66可以变形以使得连接部77插入，并且在壳体6对准开口67的中央位置设置半球形的限位部62。优选的，半球形的限位部62的直径为1mm。
壳体连接固定部7连接壳体6柄将半导体模块固定在散热器9上，通常材料为不锈钢。连接壳体6将半导体模块固定在散热器9上，壳体连接固定部7需要有一定刚性。优选的，材料为不锈钢。连接部77两侧分别存在至少两个及以上的斜齿70结构，在插入的壳体6的一端存在半圆形的第一缺口74，其直径略大于壳体6上的半球形的限位部62，在第一缺口74正下方约1.5mm处存在同直径贯穿孔75，固定部76与连接部77呈90°折弯，固定部76的一端连接壳体6，另一端向远离壳体6方向延伸。在固定部76远离壳体6的一端存在贯通孔75，优选的为腰型孔或圆形孔，然后贯通孔75通过螺钉8与散热器9连接。延伸处端点向平行于连接部77方向折弯形成加固部71以加强固定部结构强度。加固部71中间存在方形的第二缺口73。
如图2a和图2b所示，壳体6大致呈现立方体形状，在壳体正面60设置一个灌胶孔64，可以通过灌胶孔64向功率半导体模块内部注入硅凝胶5以保护覆金属陶瓷基板1图形面上的半导体芯片2、金属线3等配置，起到隔绝水汽的作用。同时在壳体正面60设置多个规律排列的从里面到外面贯穿的通孔65，功率端子4底部焊在覆金属陶瓷基板1图形面上并从壳体6的通孔65穿出，并外漏部分。
壳体6的四周分别设置4个孔部61。在驱动电路板与半导体模块结合时，可以通过孔部61中插入螺钉，使两者紧固结合。
如图4所示，壳体6上未施加外力、两侧螺钉8锁紧的状态下，半导体功率半导体模块与散热器9位置关系侧面图。螺钉8通过壳体连接固定部7上的贯通孔72将壳体连接固定部7和散热器9紧紧贴合在一起。此时在未对壳体6上施加外力时，覆金属陶瓷基板1的底面和散热器9的表面并不接触，留有空隙。所以在锁附螺钉8时，应力直接传递到散热器9上，而覆金属陶瓷基板1因为处于悬空状态，所以几乎不会受到任何应力的影响，因此在锁附螺钉8时，覆金属陶瓷基板1不会存在被压裂的风险。
如图5所示，壳体连接固定部7插入壳体6中，此时壳体连接固定部7的半圆形缺口74受到壳体6上的半球形的限位部62的阻碍，无法继续向上进行位移。此时可以观察壳体连接固定部7的半圆形缺口74和壳体6上的半球形的限位部62的相对位置来检查安装在散热器9前的状态。并且由于壳体连接固定部7两侧存在的斜齿70结构和壳体6中的反齿结构66形成啮合状态，壳体6也无法向下进行移动。
如图6所示，壳体6上施加外力时半导体功率半导体模块与散热器9位置关系侧面图。若半导体模块已经被螺钉8锁附在散热器9上时，再对外壳6的两侧同时施加外力，优选的外力为5～10n。当壳体6受到外力作用下，与壳体连接固定部7发生相对位移，此时覆金属陶瓷基板1的底面接触到散热器9表面，优选的，可以提前在散热器9的表面提前涂上高散热效率的导热硅脂，当覆金属陶瓷基板1向下移动的时候，也会将导热硅脂的厚度压薄，压匀，从而增加散热器的散热效率，从而尽可能的降低热阻。
当覆金属陶瓷基板1的底面开始接触到散热器9表面时，当壳体6上受到的外力传递到覆金属陶瓷基板1的地面时，由于覆金属陶瓷基板1的底面整体与散热器9接触面大，压强大大减小，可以很好控制覆金属陶瓷基板1上受到的最大应力，从而大大降低了覆金属陶瓷基板1的压裂风险。
如图7所示，壳体6受到外力的作用下，相对于壳体连接固定部7向下进行移动，此时壳体连接固定部7会与壳体6上的半球形的限位部62形成力的相互作用，当壳体6上受到的外力大于两者的相互作用力时，则壳体6则会继续沿着壳体连接固定部7的方向继续移动，直到覆金属陶瓷基板1接触到散热器9时，移动停止，此时再对壳体6继续施加应力也无法使壳体6再发生移动，此时，壳体连接固定部7上的贯穿孔75会正好嵌套住壳体6上的半球形的限位部62。
通过观察壳体连接固定部7上的贯穿孔75和壳体6上的半球形的限位部62的位置可以检查模块是否安装到位。同时也可以通过两者的嵌套关系对半导体功率半导体模块与散热器9的紧密贴合提供了进一步的保障。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
1.一种功率半导体模块，其特征在于:包括壳体(6)和覆金属陶瓷基板(1)，壳体(6)和覆金属陶瓷基板(1)固定连接，功率半导体模块还包括壳体连接固定部(7)，所述的壳体连接固定部(7)包括用于与壳体(6)固定连接的连接部(77)和用于连接散热器(9)的固定部(76)。
2.根据权利要求1所述的一种功率半导体模块，其特征在于：所述的连接部(77)与壳体(6)卡扣连接或齿连接。
3.根据权利要求2所述的一种功率半导体模块，其特征在于：所述的壳体(6)设有供连接部(77)插入的细缝(63)，所述的连接部(77)两侧具有斜齿(70)，所述的细缝(63)两侧具有与斜齿(70)啮合的反齿(66)。
4.根据权利要求3所述的一种功率半导体模块，其特征在于：所述的斜齿(70)的每个齿包括用于插入导向的斜边(701)和防止斜齿(70)脱出的锁边(702)，连接部(77)沿插入方向的头部为插入端，每个齿的斜边(701)位于靠近插入端一侧，每个齿的锁边(702)位于远离插入端的一侧，所述的锁边(702)与插入方向之间的夹角大于等于90度。
5.根据权利要求4所述的一种功率半导体模块，其特征在于：所述的壳体(6)上设有凸起的限位部(62)，连接部(77)的插入端具有与限位部(62)形状匹配的第一缺口(74)，所述的连接部(77)靠近插入端设有与限位部(62)形状匹配的贯穿孔(75)。
6.根据权利要求1所述的一种功率半导体模块，其特征在于：所述的覆金属陶瓷基板(1)上具有芯片(2)和功率端子(4)，芯片(2)、覆金属陶瓷基板(1)的导电铜箔、功率端子(4)相互之间通过金属线(3)电连接，所述的壳体正面(60)上设有用于注入硅凝胶(5)的灌胶孔(64)、用于供功率端子(4)穿出的通孔(65)和用于连接驱动电路板的孔部(61)，壳体(6)和覆金属陶瓷基板(1)通过硅橡胶(10)粘接，覆金属陶瓷基板(1)上设有硅凝胶(5)。
7.根据权利要求4所述的一种功率半导体模块，其特征在于：所述的壳体连接固定部(7)的连接部(77)设有用于连接散热器(9)的贯通孔(72)，连接部(77)远离壳体(6)的一端设有折弯的加固部(71)，所述的加固部(71)中间设有第二缺口(73)。
8.一种如权利要求1～7任一项所述的功率半导体模块的安装方法，其特征在于：包括以下步骤：
s1：将壳体连接固定部(7)插入壳体(6)的细缝(63)中，此时壳体连接固定部(7)的第一缺口(74)受到壳体(6)上的半球形的限位部(62)的阻碍，无法继续向上进行位移；
s2：将壳体连接固定部(7)与散热器(9)固定；
s3:对壳体(6)的两侧同时施加外力,当壳体(6)受到外力作用下，与壳体连接固定部(7)发生相对位移，直至覆金属陶瓷基板(1)的底面接触到散热器(9)表面，此时壳体连接固定部(7)上的贯穿孔(75)会正好嵌套住壳体(6)上的限位部(62)。
9.根据权利要求7所述的功率半导体模块的安装方法,其特征在于：
s3中，施加的外力为5～10n。
10.根据权利要求7所述的功率半导体模块的安装方法,其特征在于：壳体连接固定部(7)插入壳体(6)之前，在散热器(9)的表面提前涂上导热硅脂。
技术总结