專利名稱：大功率整晶圓igbt封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
大功率整晶圓IGBT封裝結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及一種電力半導(dǎo)體器件封裝結(jié)構(gòu)，特別涉及一種大功率整晶圓IGBT 封裝結(jié)構(gòu)，屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
[0002]絕緣柵雙極晶體管一一IGBT，隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，近年來取得了快速發(fā)展， 已成為當(dāng)前電力電子器件的主流產(chǎn)品，千安級以上的大功率IGBT已成為輕型直流輸電、軌道交通、新能源等大功率變流領(lǐng)域的首選。[0003]IGBT常被封裝成兩種結(jié)構(gòu)，一種是采用芯片焊接和引線超聲鍵合的塑料模塊結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是工藝簡單，缺點(diǎn)是只能實(shí)現(xiàn)單面散熱，在高壓大電流條件下可靠性變差。另一種是采用平板壓接式封裝的陶瓷模塊，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是能夠雙面散熱，清除了焊接熱疲勞，提高了可靠性，在大功率領(lǐng)域應(yīng)用上有明顯優(yōu)勢，缺點(diǎn)是每個(gè)部件必須有很好的一致性，因此對工藝的要求極高。[0004]IGBT芯片常被制成獨(dú)立的方片單元，對陶瓷模塊來說，需要在外殼電極上雕刻一些凸出的矩形電極群來封裝每個(gè)芯片單元。要完全消除電極群的機(jī)械應(yīng)力、焊接高溫形變等諸多因素的影響，保證整個(gè)電極群表面具有很高的平整度，從而滿足IGBT芯片壓接式封裝的要求，這將對陶瓷外殼生產(chǎn)的工藝控制、成品率提出考驗(yàn)。[0005]隨著IGBT芯片制造技術(shù)的提高，目前已研制成功一種在一個(gè)整晶圓芯片上刻蝕多個(gè)獨(dú)立的IGBT器件單元，相應(yīng)地需要一種新型封裝外殼來實(shí)現(xiàn)整晶圓IGBT的封裝。發(fā)明內(nèi)容[0006]本實(shí)用新型的目的在于克服上述不足，提供一種適合整晶圓IGBT封裝的封裝結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)IGBT所有芯片單元的門極連接和引出。[0007]本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種大功率整晶圓IGBT封裝結(jié)構(gòu)，它包括陶瓷底座、過渡電極和上蓋，所述陶瓷底座包括自上而下疊合同心焊接的陽極法蘭、瓷環(huán)和陽極密封圈，在所述陽極密封圈內(nèi)同心焊接有陽極電極，在所述瓷環(huán)的殼壁上穿接有門極引線管，在所述門極引線管的內(nèi)、外端分別焊接有門極內(nèi)插片和門極外插片，所述上蓋蓋置于陶瓷底座上，上蓋包含有陰極電極和陰極法蘭，所述陰極法蘭同心焊接在陰極電極的外緣上； 所述過渡電極置于陽極電極上，在所述過渡電極上設(shè)置有門極針定位孔、門極板定位槽和芯片定位孔，在所述過渡電極的上方自上而下依次壓接有上鑰片、整晶圓芯片和下鑰片，在所述上鑰片、整晶圓芯片和下鑰片上均設(shè)置有與過渡電極上相應(yīng)的芯片定位孔，在所述下鑰片上還設(shè)置有門極針預(yù)留孔，在所述各部件的芯片定位孔內(nèi)插置有定位插銷，在過渡電極的門極針定位孔內(nèi)設(shè)置有彈性門極針單元，所述彈性門極針單元包括塑料模架和多個(gè)彈性門極針，在所述塑料模架上開有與彈性門極針數(shù)量相同的彈性門極針定位孔，所述彈性門極針插置于彈性門極針定位孔內(nèi)，所述彈性門極針的上端穿過門極針預(yù)留孔與整晶圓芯片上的門極彈性壓接，在所述過渡電極的門極板定位槽內(nèi)設(shè)置有門極引出板，所述門極引出板的下端面與陽極電極的上表面接觸，上端面與彈性門極針的下端彈性壓接，并與門極內(nèi)插片相焊接。[0008]所述門極引出板是三層結(jié)構(gòu)，上端面為鍍金層、中間為覆銅層、下面為絕緣層，絕緣層與陽極電極的上表面接觸，鍍金層與彈性門極針的下端彈性壓接。[0009]在所述上鑰片、整晶圓芯片、下鑰片、過渡電極、陰極電極和陽極電極的外緣設(shè)置有聚氟乙烯環(huán)。[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果[0011]I、陶瓷外殼和鑰片的制造工藝更簡單，降低了封裝裝配的復(fù)雜程度，增加了電極接觸面積，提高了器件工作時(shí)的散熱效果。[0012]2、彈性門極針單元實(shí)現(xiàn)了芯片門極引出的彈性壓接，彈性門極針兩端與門極引出板接觸面均鍍金，觸點(diǎn)不易氧化，接觸更優(yōu)良，提高了器件門極驅(qū)動(dòng)的可靠性。


[0013]圖I :本實(shí)用新型的封裝結(jié)構(gòu)剖面示意圖。[0014]圖2 :本實(shí)用新型的上鑰片示意圖。[0015]圖3:本實(shí)用新型的芯片示意圖。[0016]圖4 :本實(shí)用新型的下鑰片示意圖。[0017]圖5 :下鑰片B-B向剖面圖。[0018]圖6 :本實(shí)用新型的過渡電極示意圖。[0019]圖7 :本實(shí)用新型的門極引線板示意圖。[0020]圖8 :圖7的C-C向局部剖面圖(放大)。[0021]圖9 :本實(shí)用新型的彈性門極單元示意圖。[0022]圖10 :圖9的D-D向剖面圖(放大)。[0023]圖11 :圖6插入彈性門極單元后的A-A向剖面圖。[0024]其中[0025]陶瓷底座I[0026]過渡電極2[0027]上蓋3[0028]陽極法蘭1-1[0029]瓷環(huán)1-2[0030]陽極密封圈1-3[0031]陽極電極1-4[0032]門極引線管1-5[0033]門極外插片1-6[0034]門極內(nèi)插片1-7[0035]門極針定位孔2-1[0036]門極板定位槽2-2[0037]芯片定位孔2-3[0038]彈性門極針單元2-4[0039]塑料模架2-4-1[0040]彈性門極針2-4-2[0041]彈性門極針定位孔2-4-3[0042]門極引出板2-5[0043]陰極電極3-1[0044]陰極法蘭3-2[0045]上鑰片4[0046]整晶圓芯片5[0047]下鑰片6[0048]門極針預(yù)留孔6-1[0049]聚氟乙烯環(huán)7。
具體實(shí)施方式
[0050]參見圖I，本實(shí)用新型涉及一種大功率整晶圓IGBT封裝結(jié)構(gòu)，主要由陶瓷底座I、 過渡電極2和上蓋3組成，其中陶瓷底座I包含有陽極法蘭1-1、瓷環(huán)1-2、陽極密封圈1-3、 陽極電極1-4、門極引線管1-5、門極外插片1-6和門極內(nèi)插片1-7，陽極密封圈1-3焊接在瓷環(huán)1-2的下端面，陽極法蘭1-1焊接在瓷環(huán)1-2的上端面，所述陽極法蘭1-1、瓷環(huán)1-2和陽極密封圈1-3自上至下疊合同心焊接，所述陽極電極1-4同心焊接在陽極密封圈1-3中， 門極引線管1-5穿接于瓷環(huán)1-2殼壁上，門極內(nèi)插片1-7與處于瓷環(huán)1-2內(nèi)的門極引線管1-5一端垂直焊接，門極外插片1-6水平焊接于瓷環(huán)1-2外的門極引線管1-5 —端；所述上蓋3蓋置于陶瓷底座I上，上蓋3包含有陰極電極3-1和陰極法蘭3-2，所述陰極法蘭3-2 同心焊接在陰極電極3-1的外緣上；所述過渡電極2置于陽極電極1-4上，參見圖6和圖 11，在所述過渡電極2上設(shè)置有門極針定位孔2-1、門極板定位槽2-2和芯片定位孔2-3，其中門極針定位孔2-1和門極板定位槽2-2根據(jù)需要封裝的芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)。[0051]管芯部分[0052]在所述過渡電極2的上方自上而下依次壓接有上鑰片4、整晶圓芯片5和下鑰片 6，參見圖2—圖4，在所述上鑰片4、整晶圓芯片5和下鑰片6上均設(shè)置有與過渡電極2上相應(yīng)的芯片定位孔2-3，參見圖4-圖5在所述下鑰片6上還設(shè)置有門極針預(yù)留孔6-1，在所述各部件的芯片定位孔2-3內(nèi)插置有定位插銷，在過渡電極2的門極針定位孔2-1內(nèi)設(shè)置有彈性門極針單元2-4，參見圖10，所述彈性門極針單元2-4包括塑料模架2-4-1和多個(gè)彈性門極針2-4-2，在所述塑料模架2-4-1上開有與彈性門極針2-4-2數(shù)量相同的彈性門極針定位孔2-4-3，所述彈性門極針2-4-2插置于彈性門極針定位孔2-4-3內(nèi)，所述彈性門極針2-4-2的兩端鍍金，上端穿過門極針預(yù)留孔6-1與整晶圓芯片5上的門極彈性壓接，在所述過渡電極2的門極板定位槽2-2內(nèi)設(shè)置有門極引出板2-5，參見圖7-圖8所述門極引出板2-5是三層結(jié)構(gòu)，上端面為鍍金層、中間為覆銅層、下面為絕緣層，絕緣層與陽極電極1-4的上表面接觸，鍍金層與彈性門極針2-4-2的下端彈性壓接，并與門極內(nèi)插片1-7相焊接。[0053]在所述上鑰片4、整晶圓芯片5、下鑰片6、過渡電極2、陰極電極3_1和陽極電極 1-4的外緣設(shè)置有聚氟乙烯環(huán)7，可以保證各部件的同心壓接。
權(quán)利要求1.一種大功率整晶圓IGBT封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于它包括陶瓷底座(I)、過渡電極(2)和上蓋(3)，所述陶瓷底座(I)包括自上而下疊合同心焊接的陽極法蘭(1-1)、瓷環(huán)(1-2)和陽極密封圈(1-3)，在所述陽極密封圈(1-3)內(nèi)同心焊接有陽極電極(1-4)，在所述瓷環(huán)(1-2) 的殼壁上穿接有門極引線管(1-5)，在所述門極引線管(1-5)的內(nèi)、外端分別焊接有門極內(nèi)插片(1-7)和門極外插片(1-6)，所述上蓋(3)包含有陰極電極(3-1)和陰極法蘭(3-2)，所述陰極法蘭(3-2)同心焊接在陰極電極(3-1)的外緣上；所述過渡電極(2)置于陽極電極 (1-4)上，在所述過渡電極(2)上設(shè)置有門極針定位孔(2-1)、門極板定位槽(2-2)和芯片定位孔(2-3)，在所述過渡電極(2)的上方自上而下依次壓接有上鑰片(4)、整晶圓芯片(5)和下鑰片(6)，在所述上鑰片(4)、整晶圓芯片(5)和下鑰片(6)上均設(shè)置有與過渡電極(2)上相應(yīng)的芯片定位孔(2-3)，在所述下鑰片(6)上還設(shè)置有門極針預(yù)留孔(6-1)，在所述各部件的芯片定位孔(2-3)內(nèi)插置有定位插銷，在過渡電極(2)的門極針定位孔(2-1)內(nèi)設(shè)置有彈性門極針單元(2-4 )，所述彈性門極針單元(2-4 )包括塑料模架(2-4-1)和多個(gè)彈性門極針(2-4-2 )，在所述塑料模架(2-4-1)上開有與彈性門極針(2-4-2 )數(shù)量相同的彈性門極針定位孔(2-4-3)，所述彈性門極針(2-4-2)插置于彈性門極針定位孔(2-4-3)內(nèi)，所述彈性門極針(2-4-2)的上端穿過門極針預(yù)留孔(6-1)與整晶圓芯片(5)上的門極彈性壓接，在所述過渡電極(2)的門極板定位槽(2-2)內(nèi)設(shè)置有門極引出板(2-5)，所述門極引出板(2-5) 的下端面與陽極電極(1-4)的上表面接觸，上端面與彈性門極針(2-4-2)的下端彈性壓接， 并與門極內(nèi)插片(1-7)相焊接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種大功率整晶圓IGBT封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述門極引出板(2-5)是三層結(jié)構(gòu)，上端面為鍍金層、中間為覆銅層、下面為絕緣層，絕緣層與陽極電極 (1-4)的上表面接觸，鍍金層與彈性門極針(2-4-2)的下端彈性壓接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種大功率整晶圓IGBT封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于在所述上鑰片(4)、整晶圓芯片(5)、下鑰片(6)、過渡電極(2)、陰極電極(3-1)和陽極電極(1-4)的外緣設(shè)置有聚氟乙烯環(huán)(7)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種大功率整晶圓IGBT封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于它包括陶瓷底座(1)、過渡電極(2)和上蓋(3)，所述上蓋(3)蓋置于陶瓷底座(1)上，所述過渡電極(2)置于陽極電極(1-4)上，在所述過渡電極(2)上設(shè)置有門極針定位孔(2-1)、門極板定位槽(2-2)和芯片定位孔(2-3)，在所述過渡電極(2)的上方自上而下依次壓接有上鉬片(4)、整晶圓芯片(5)和下鉬片(6)，在過渡電極(2)的門極針定位孔(2-1)內(nèi)設(shè)置有彈性門極針單元(2-4)。本實(shí)用新型降低了封裝裝配的復(fù)雜程度，增加了電極接觸面積，提高了器件工作時(shí)的散熱效果，提高了器件門極驅(qū)動(dòng)的可靠性。
文檔編號H01L29/423GK202749363SQ20122036802
公開日2013年2月20日 申請日期2012年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月28日
發(fā)明者陳國賢, 徐宏偉, 陳蓓璐 申請人:江陰市賽英電子有限公司