一種大功率壓接式igbt封裝模塊的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及微電子封裝【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種大功率壓接式IGBT封裝模塊。上端蓋子、子模塊、門(mén)極針、下端底座，上端蓋子蓋于下端底座上，所述子模塊設(shè)置于上端蓋子和下端底座之間，所述門(mén)極針設(shè)置于下端底座中絕緣底板的凹槽內(nèi)。所述子模塊包括頂部鉬片、芯片、底部鉬片、導(dǎo)電銀片和PBI高性能塑料框架，在所述PBI高性能塑料框架的槽面內(nèi)頂部鉬片、芯片、底部鉬片和導(dǎo)電銀片自上到下依次壓接，所述頂部鉬片的上表面與上端蓋子的下表面電極接觸，所述子模塊里導(dǎo)電銀片的下表面與下端底座中凸臺(tái)的上表面壓接。本發(fā)明具有制作和裝配更加簡(jiǎn)便、連接的可靠性更好、散熱性能更好等優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種大功率壓接式IGBT封裝模塊
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微電子封裝【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種大功率壓接式IGBT封裝模塊【背景技術(shù)】
[0002]絕緣柵雙極晶體管(IGBT )集MOSFET的柵極電壓控制特性和BJT的低導(dǎo)通電阻特性于一身，具有輸入阻抗大、驅(qū)動(dòng)功率小、開(kāi)關(guān)損耗低以及工作頻率、高電壓、大電流等特點(diǎn)，是近乎理想的半導(dǎo)體大功率開(kāi)關(guān)器件，有著廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景，廣泛應(yīng)用于電機(jī)變頻器、風(fēng)力發(fā)電變流器、光伏發(fā)電逆變器、高頻電焊機(jī)逆變器，輕型交直流輸電、軌道交通、航空、艦船、海洋工程等領(lǐng)域。
[0003]現(xiàn)今國(guó)際上IGBT作為一種主流器件，已經(jīng)發(fā)展到商業(yè)化第五代，IGBT封裝方式也已經(jīng)多樣化，目前高性能塑料外殼的模塊結(jié)構(gòu)是最普遍的方式，在這種結(jié)構(gòu)中IGBT芯片用焊接的方法和導(dǎo)熱不導(dǎo)電的BDC板焊接在一起，引出端采用鍵合的方式，這樣芯片固定在同一塊陶瓷基板上保證了良好的絕緣性和導(dǎo)熱性。但是這種方式只能在導(dǎo)電電極一面安裝散熱器，散熱效果不夠理想，而且鍵合工藝在大電流工作條件下容易造成器件損壞，而且這種結(jié)構(gòu)連線(xiàn)過(guò)多，過(guò)于復(fù)雜。
[0004]目前有人提出一種全壓接式IGBT模塊，有別于模塊結(jié)構(gòu)的IGBT即在模塊內(nèi)部設(shè)置多個(gè)芯片定位裝置，再將鑰片和芯片依次放進(jìn)定位裝置，然后壓接而成。其中，IGBT芯片的柵極通過(guò)彈簧端子引出到PCB上進(jìn)行互連。全壓接式IGBT由于優(yōu)良的散熱功能所以在中小功率器件中得到廣泛應(yīng)用，但是在未來(lái)對(duì)能源發(fā)展多元化要求的背景下，一個(gè)壓接式IGBT里整合單個(gè)子模塊的總數(shù)量有限就局限了器件的功率范圍，而且結(jié)構(gòu)的有限和新材料的選用沒(méi)有突破性變化，因此制約了器件的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有壓接式IGBT內(nèi)部子模塊塑料框架結(jié)構(gòu)技術(shù)存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種大功率壓接式IGBT封裝模塊，使其整體結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單緊湊、制作和裝配更加簡(jiǎn)便、連接的可靠性更好、散熱性能更好的壓接式IGBT封裝模塊。
[0006]本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]本發(fā)明提供一種大功率壓接式IGBT封裝模塊，其改進(jìn)之處在于，所述IGBT封裝模塊包括上端蓋子、子模塊、門(mén)極針和下端底座；所述上端蓋子蓋于下端底座上，所述子模塊設(shè)置于上端蓋子和下端底座之間，所述門(mén)極針設(shè)置于下端底座中絕緣底板的凹槽內(nèi)。
[0008]優(yōu)選的，所述上端蓋子包括焊接為一體的蓋子銅塊和蓋子大陽(yáng)；所述蓋子銅塊和蓋子大陽(yáng)基本材料為銅材質(zhì)，銅材質(zhì)表面鍍銠。
[0009]優(yōu)選的，所述子模塊包括頂部鑰片、芯片、底部鑰片、導(dǎo)電銀片和塑料框架；在所述塑料框架的槽面內(nèi)自上到下依次壓接頂部鑰片、芯片、底部鑰片和導(dǎo)電銀片，所述頂部鑰片的上表面與上端蓋子的下表面電極壓接，所述導(dǎo)電銀片的下表面與下端底座中月牙凸臺(tái)的上表面壓接。[0010]較優(yōu)選的，所述芯片包括IGBT芯片和二極管芯片；所述IGBT芯片和二極管芯片通用一套模具注塑成統(tǒng)一的塑料框架，且芯片在組裝時(shí)360°旋轉(zhuǎn)調(diào)整進(jìn)行裝配；
[0011]所述塑料框架的材質(zhì)采用PBI工程塑料；所述塑料框架為旋轉(zhuǎn)矩陣形狀。
[0012]較優(yōu)選的，所述頂部鑰片的上表面與蓋子大陽(yáng)的下端面貼合。
[0013]優(yōu)選的,所述門(mén)極針包括門(mén)極針絕緣套筒和導(dǎo)電針,所述導(dǎo)電針從下端套于門(mén)極針絕緣套筒，即門(mén)極針與子模塊獨(dú)立裝配。
[0014]優(yōu)選的，所述下端底座包括絕緣底板、PCB板、底座銅塊、底座密封圈、底座陶瓷管殼、底座大陽(yáng)、門(mén)極導(dǎo)出管和底座電極導(dǎo)出管；
[0015]所述絕緣底板從下端同心套于底座銅塊中，所述PCB板從下端同心套于底座銅塊中，所述PCB板設(shè)置于絕緣底板和底座密封圈之間；在套好絕緣底板和PCB板后，所述底座密封圈與底座銅塊同心焊接；所述底座密封圈和底座陶瓷管殼同心焊接；所述底座陶瓷管殼和底座大陽(yáng)同心焊接。
[0016]較優(yōu)選的，所述門(mén)極導(dǎo)出管為IGBT芯片的觸發(fā)端，所述底座電極導(dǎo)出管為二極管芯片的導(dǎo)出端，兩種導(dǎo)出管均為銅材質(zhì)，銅材質(zhì)表面鍍銀。
[0017]較優(yōu)選的，所述絕緣底板的材質(zhì)為PBI工程塑料；
[0018]所述底座陶瓷管殼為氧化鋁陶瓷；
[0019]所述底座密封圈、底座大陽(yáng)和底座銅塊采用銅材質(zhì)，銅材質(zhì)表面鍍銠。
[0020]較優(yōu)選的，所述底座銅塊包括月牙凸臺(tái)；蓋子大陽(yáng)蓋于底座大陽(yáng)上，蓋子大陽(yáng)與底座大陽(yáng)對(duì)應(yīng)法蘭邊緣焊接到一起。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明達(dá)到的有益效果是:
[0022](I)抗氧化性能極佳，上端蓋子和下端底座由于在表面金屬層電鍍3?5um的銠，所以不僅擁有超高的導(dǎo)電性能，同時(shí)還具有極高的抗氧化性；
[0023](2)底座銅塊二極管和IGBT所有凸臺(tái)形狀一致，所以IGBT和二極管子模塊中的塑料框架可以通用一套模具來(lái)注塑成如圖4的統(tǒng)一一種塑料框架，可以降低注塑成本，子模塊PBI高性能塑料框架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，塑料框架的材質(zhì)選用PBI工程塑料(聚苯并咪唑)具有極高的工作溫度，能在連續(xù)310°C下連續(xù)工作，極高的機(jī)械強(qiáng)度、硬度和抗蠕變性、低熱膨脹率，它的電氣絕緣性佳，在此應(yīng)用中起到絕好的定位絕緣功能；
[0024](3)散熱性能更好，由于把PCB板位置更換到底座銅塊的下邊面，門(mén)極針引出的電流從底座銅塊的下邊面引出，所以，一定程度上分散熱量到底部，所以，導(dǎo)致墻體內(nèi)的一大部分熱量分流，提高了整個(gè)器件的散熱性能；整體結(jié)構(gòu)緊湊，制作和裝配更加簡(jiǎn)便、連接的可靠性更好、散熱性能更好。
[0025](4)可獨(dú)立拆裝門(mén)極針，門(mén)極針和子模塊的在拆分，可以獨(dú)立進(jìn)行裝配，裝拆更加簡(jiǎn)單；門(mén)極針的絕緣套筒采用PI (聚酰亞胺)制作，用來(lái)使導(dǎo)電針和外部底座銅塊絕緣，絕緣性能和材料的蠕變小，在高溫下能保持良好的結(jié)構(gòu)形狀不易變形；導(dǎo)電針采用純銀材料制作，銀材質(zhì)較軟，可以更好的和芯片門(mén)極貼合，導(dǎo)電性能極佳。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1是本發(fā)明提供的大功率壓接式IGBT封裝模塊的結(jié)構(gòu)示意圖(即圖3的A-A剖面圖)；[0027]圖2是本發(fā)明提供的圖1的局部放大圖；
[0028]圖3是本發(fā)明提供的隱藏了上端蓋子和子模塊的簡(jiǎn)圖；其中含陰影的凸臺(tái)安裝IGBT子模塊，無(wú)陰影的凸臺(tái)安裝二極管子模塊；
[0029]圖4是本發(fā)明提供的IGBT子模塊中的PBI高性能塑料框架圖5的B-B剖面圖；
[0030]圖5是本發(fā)明提供的IGBT子模塊中的PBI高性能塑料框架俯視圖；
[0031]圖6是本發(fā)明提供的子模塊裝配好的俯視圖簡(jiǎn)圖；
[0032]圖7是本發(fā)明提供的PBI絕緣底板圖8的C-C剖面圖；
[0033]圖8是本發(fā)明提供的PBI絕緣底板的俯視圖；其中:上端蓋子1、蓋子大陽(yáng)1-1、蓋子銅塊1-2、子模塊2、頂部鑰片2-1、芯片2-2、底部鑰片2-3、導(dǎo)電銀片2_4、PBI高性能塑料框架2-5、門(mén)極針3、門(mén)極針絕緣套筒3-1、導(dǎo)電針3-2、下端底座4、PBI絕緣底板4_1、PCB板4-2、底座銅塊4-3、底座密封圈4-4、底座陶瓷管殼4-5、底座大陽(yáng)4_6、門(mén)極導(dǎo)出管4_7、底座電極導(dǎo)出管4-8。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0035]本發(fā)明提供的大功率壓接式IGBT封裝模塊的結(jié)構(gòu)示意圖和圖1的局部放大圖分別如圖1和2所示，所述框架盤(pán)由上端蓋子1、子模塊2 (其中包括IGBT子模塊和二極管子模塊)、門(mén)極針3、下端底座4組成；所述上端蓋子I蓋于下端底座4上，所述子模塊2設(shè)置于上端蓋子I和下端底座4之間，所述門(mén)極針3設(shè)置于下端底座4中絕緣底板4-1的凹槽內(nèi)；具體的:
[0036]上端蓋子I主要由蓋子大陽(yáng)1-1和蓋子銅塊1-2組成；
[0037]子模塊2由頂部鑰片2-1、芯片2-2、底部鑰片2_3、導(dǎo)電銀片2_4和PBI高性能塑料框架2-5組成；本發(fā)明提供的子模塊裝配好的俯視圖簡(jiǎn)圖如圖6所示。
[0038]門(mén)極針3由門(mén)極針絕緣套筒3-1和導(dǎo)電針3-2組成；下端底座4由PBI絕緣底板4-KPCB板4-2、底座銅塊4-3、底座密封圈4_4、底座陶瓷管殼4_5、底座大陽(yáng)4_6、門(mén)極導(dǎo)出管4-7和底座電極導(dǎo)出管4-8組成。
[0039]上端蓋子I中的蓋子銅塊1-1與蓋子大陽(yáng)1-2焊接為一體；所述上端蓋子I中的蓋子大陽(yáng)1-2蓋于下端底座4中的底座大陽(yáng)4-6上，所述蓋子大陽(yáng)1-2與底座大陽(yáng)4-6對(duì)應(yīng)法蘭邊緣焊接到一起；使蓋子銅塊1-1的下端面恰好與子模塊2中頂部鑰片2-1的上端面緊密貼合；所述下端底座4中的PBI絕緣底板4-1從下端同心套于底座銅塊4-3，PCB板4-2從下端同心套于底座銅塊4-3，所述PCB板4-2位于PBI絕緣底板4_1和底座密封圈4-4之間；在先后套好PBI絕緣底板4-1和PCB板4_2之后，所述底座密封圈4_4與底座銅塊4-3同心焊接上；所述底座密封圈4-4和底座陶瓷管殼4-5同心焊接；底座陶瓷管殼4-5和底座大陽(yáng)4-6同心焊接。
[0040]本發(fā)明提供的隱藏了上端蓋子和子模塊的簡(jiǎn)圖如圖3所示，芯片2-2包括IGBT芯片和二極管芯片。
[0041]門(mén)極導(dǎo)出管4-7為其中一種芯片(IGBT芯片)的觸發(fā)端，底座電極導(dǎo)出管4_8為另一種芯片(二極管芯片)的導(dǎo)出端；兩種導(dǎo)出管材質(zhì)均為高導(dǎo)電的銅材質(zhì)表面鍍銀；
[0042]分別如圖2、圖4、圖5、圖6所示，所述導(dǎo)電針3-2從下部套于門(mén)極針絕緣套筒3-1 ；所述門(mén)極針3從上下放至下端底座中PBI絕緣底板4-1的凹槽內(nèi)；上端蓋子I和下端底座4的所有金屬部分基體材料為銅，銅表面鍍銠，可以更好的預(yù)防銅氧化。
[0043]底座密封圈4-4、底座大陽(yáng)4-6和底座銅塊4_3的基體材質(zhì)為銅；底座陶瓷管殼4-5為氧化鋁陶瓷，具有很高的絕緣性；PBI絕緣底板(聚苯并咪唑)具有極高的工作溫度，能在連續(xù)310°C下連續(xù)工作，極高的機(jī)械強(qiáng)度、硬度和抗蠕變性、低熱膨脹率，它的電氣絕緣性佳，在此應(yīng)用中起到絕好的定位絕緣功能。本發(fā)明提供的PBI絕緣底板的側(cè)視圖和俯視圖分別圖7和圖8所示。
[0044]最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是:以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:依然可以對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種大功率壓接式IGBT封裝模塊，其特征在于，所述IGBT封裝模塊包括上端蓋子、子模塊、門(mén)極針和下端底座；所述上端蓋子蓋于下端底座上，所述子模塊設(shè)置于上端蓋子和下端底座之間，所述門(mén)極針設(shè)置于下端底座中絕緣底板的凹槽內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的封裝模塊，其特征在于，所述上端蓋子包括焊接為一體的蓋子銅塊和蓋子大陽(yáng)；所述蓋子銅塊和蓋子大陽(yáng)基本材料為銅材質(zhì)，銅材質(zhì)表面鍍銠。
3.如權(quán)利要求1所述的封裝模塊，其特征在于，所述子模塊包括頂部鑰片、芯片、底部鑰片、導(dǎo)電銀片和塑料框架；在所述塑料框架的槽面內(nèi)自上到下依次壓接頂部鑰片、芯片、底部鑰片和導(dǎo)電銀片，所述頂部鑰片的上表面與上端蓋子的下表面電極壓接，所述導(dǎo)電銀片的下表面與下端底座中月牙凸臺(tái)的上表面壓接。
4.如權(quán)利要求3所述的封裝模塊，其特征在于，所述芯片包括IGBT芯片和二極管芯片；所述IGBT芯片和二極管芯片通用一套模具注塑成統(tǒng)一的塑料框架，且芯片在組裝時(shí)360°旋轉(zhuǎn)調(diào)整進(jìn)行裝配； 所述塑料框架的材質(zhì)采用PBI工程塑料；所述塑料框架為旋轉(zhuǎn)矩陣形狀。
5.如權(quán)利要求3所述的封裝模塊，其特征在于，所述頂部鑰片的上表面與蓋子大陽(yáng)的下端面貼合。
6.如權(quán)利要求1所述的封裝模塊，其特征在于，所述門(mén)極針包括門(mén)極針絕緣套筒和導(dǎo)電針，所述導(dǎo)電針從下端套于門(mén)極針絕緣套筒，即門(mén)極針與子模塊獨(dú)立裝配。
7.如權(quán)利要求1所述的封裝模塊，其特征在于，所述下端底座包括絕緣底板、PCB板、底座銅塊、底座密封圈、底座陶瓷管殼、底座大陽(yáng)、門(mén)極導(dǎo)出管和底座電極導(dǎo)出管； 所述絕緣底板從下端同心套于底座銅塊中，所述PCB板從下端同心套于底座銅塊中，所述PCB板設(shè)置于絕緣底板和底座密封圈之間；在套好絕緣底板和PCB板后，所述底座密封圈與底座銅塊同心焊接；所述底座密封圈和底座陶瓷管殼同心焊接；所述底座陶瓷管殼和底座大陽(yáng)同心焊接。
8.如權(quán)利要求7所述的封裝模塊，其特征在于，所述門(mén)極導(dǎo)出管為IGBT芯片的觸發(fā)端，所述底座電極導(dǎo)出管為二極管芯片的導(dǎo)出端，兩種導(dǎo)出管均為銅材質(zhì)，銅材質(zhì)表面鍍銀。
9.如權(quán)利要求7所述的封裝模塊，其特征在于，所述絕緣底板的材質(zhì)為PBI工程塑料； 所述底座陶瓷管殼為氧化鋁陶瓷； 所述底座密封圈、底座大陽(yáng)和底座銅塊采用銅材質(zhì)，銅材質(zhì)表面鍍銠。
10.如權(quán)利要求7所述的封裝模塊，其特征在于，所述底座銅塊包括月牙凸臺(tái)；蓋子大陽(yáng)蓋于底座大陽(yáng)上，蓋子大陽(yáng)與底座大陽(yáng)對(duì)應(yīng)法蘭邊緣焊接到一起。
【文檔編號(hào)】H01L23/10GK103545269SQ201310341881
【公開(kāi)日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年8月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月7日
【發(fā)明者】蘇瑩瑩, 張朋, 劉文廣, 韓榮剛, 包海龍, 張宇, 劉雋, 車(chē)家杰 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院, 國(guó)網(wǎng)上海市電力公司