一種功率模塊芯片電極連接結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明主要涉及到功率模塊的設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特指一種功率模塊芯片電極連接結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著功率模塊技術(shù)的發(fā)展，功率模塊朝著高功率密度、低損耗、高可靠性的方向飛速發(fā)展。芯片作為功率開(kāi)關(guān)器件，是功率模塊的核心部件，通常需要通過(guò)并聯(lián)或者串聯(lián)以實(shí)現(xiàn)功率模塊電壓電流要求。同時(shí)，芯片電極作為開(kāi)關(guān)器件功率端子輸出源，需要實(shí)現(xiàn)功率電流傳輸。
[0003]傳統(tǒng)的功率模塊芯片串、并聯(lián)通常采用綁定線焊接和柔性連接這兩種方式的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0004]綁定線焊接方式是目前IGBT功率模塊芯片電極普遍采用的接觸方式，其可實(shí)現(xiàn)芯片之間串、并聯(lián)電流導(dǎo)通。但由于焊接疲勞存在，其綁定線在長(zhǎng)期運(yùn)行中可能會(huì)導(dǎo)致脫落，對(duì)功率模塊的可靠性存在不利影響。同時(shí)，對(duì)于高開(kāi)關(guān)頻率模塊，綁定線存在較高電感值，從而IGBT芯片與二極管之間存在較高的雜散電感，易導(dǎo)致過(guò)高的開(kāi)關(guān)損耗及電流振蕩。由于綁定線一般采用比較細(xì)的鋁線，其上面存在一定的壓降，因而會(huì)產(chǎn)生較高的功率損耗，對(duì)功率模塊可靠性產(chǎn)生不利影響。芯片電極功率電流傳輸通過(guò)芯片也是通過(guò)綁定線焊接至襯板，通過(guò)母排實(shí)現(xiàn)電流傳輸。
[0005]柔性連接方式主要是采用柔性箔取代綁定性，與采用綁定線系的系統(tǒng)不同的是，該芯片的上部和底部具有相同的金屬化層(如銀層)，這意味著芯片頂部和底部的高可靠燒結(jié)層與電流路徑廣泛連接。但由于采用銀層金屬化層，增加了產(chǎn)品成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題就在于:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種可降低芯片串并聯(lián)過(guò)程中的雜散電感、降低組裝成本、提高功率模塊可靠性的功率模塊芯片電極連接結(jié)構(gòu)。
[0007]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種功率模塊芯片電極連接結(jié)構(gòu)，包括襯底，所述襯底上的芯片電極區(qū)設(shè)有用來(lái)實(shí)現(xiàn)芯片電極連接的端子排組件，所述襯底的芯片電極區(qū)通過(guò)芯片彈性連接組件完成芯片電極與端子排組件之間的彈性連接。
[0008]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述芯片彈性連接組件包括彈性接觸體緊固框和彈性接觸體，所述彈性接觸體緊固框與端子排組件進(jìn)行連接，所述彈性接觸體與芯片電極區(qū)形成彈性連接配合。
[0009]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述彈性接觸體緊固框與端子排組件中的端子排之間通過(guò)過(guò)盈配合連接。
[0010]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述彈性接觸體采用彈性梳狀結(jié)構(gòu)。
[0011]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述彈性接觸體的壓接區(qū)為芯片上表面。
[0012]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述襯底包括上管和下管，所述上管包括上管FRD和上管IGBT，所述下管包括下管FRD和下管IGBT。
[0013]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述襯底的壓接區(qū)包含DC+壓接區(qū)、DC-區(qū)及AC壓接區(qū)。
[0014]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述端子排組件包括端子排+、端子排交流和端子排-O
[0015]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述三個(gè)端子排為一個(gè)模塊化的整體。
[0016]便于組裝，易實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，降低制造成本。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
1、本發(fā)明的功率模塊芯片電極連接結(jié)構(gòu)，采用免焊接工藝，可有效提高功率模塊可靠性，降低芯片串、并聯(lián)過(guò)程中的雜散電感，同時(shí)芯片與彈性接觸裝置采用模塊設(shè)計(jì)思路，可有效降低制造成本。
[0018]2、本發(fā)明的功率模塊芯片電極連接結(jié)構(gòu)，芯片電極連接端子排采用組件結(jié)構(gòu)，降低組裝成本。
[0019]3、本發(fā)明的功率模塊芯片電極連接結(jié)構(gòu)，芯片電極連接采用彈性接觸方式，可保證芯片電極之間的可靠連接，降低雜散電感。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是IGBT半橋逆變電路原理圖。
[0021]圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0022]圖3是本發(fā)明中襯板的布局示意圖。
[0023]圖4是本發(fā)明中襯板壓接區(qū)的布局示意圖。
[0024]圖5是本發(fā)明中芯片彈性連接組件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖6是本發(fā)明中端子排的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0026]圖7是本發(fā)明中彈性接觸體緊固框的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0027]圖8是本發(fā)明中彈性接觸體的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0028]圖例說(shuō)明:
101、上管 FRD ;102、上管 IGBT ;103、下管 FRD ;104、下管 IGBT ;105、DC+壓接區(qū)；106、DC-區(qū);107、AC壓接區(qū);108、上管;109、下管;201、襯底;202、端子排+ ;203、端子排交流;204、端子排-;301、彈性接觸體緊固框；302、彈性接觸體。
【具體實(shí)施方式】
[0029]以下將結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0030]在具體應(yīng)用中，單相全橋逆變電路、三相橋式逆變電路均可看成若干個(gè)半橋逆變電路組合，而整流電路可以看成逆變電路的逆過(guò)程。如圖1所示，對(duì)半橋逆變電路的原理進(jìn)行分析:半橋逆變電路有兩個(gè)橋臂，即上管108 (上橋臂)和下管109 (下橋臂)，每個(gè)橋臂由一個(gè)可控器件和一個(gè)反并聯(lián)二極管組成。當(dāng)V1SV2為通態(tài)時(shí)，負(fù)載電流和電壓同向，直流側(cè)向負(fù)載提供能量；而當(dāng)VD1S VD2為通態(tài)時(shí)，負(fù)載電流和電壓反向，負(fù)載電感中儲(chǔ)存的能量相直流側(cè)反饋，即負(fù)載電感將其吸收的無(wú)功能量反饋回直流側(cè)。
[0031]基于以上原理，如圖2所示，本發(fā)明的功率模塊芯片電極連接結(jié)構(gòu)，包括襯底201，襯底201上的芯片電極區(qū)設(shè)有用來(lái)實(shí)現(xiàn)芯片電極連接的端子排組件，襯底201的芯片電極區(qū)通過(guò)芯片彈性連接組件，采用彈性接觸的方式實(shí)現(xiàn)芯片電極與端子排組件之間的彈性連接。
[0032]如圖3所示，襯底201包括上管108和下管109，其中上管108包括上管FRDlOl和上管IGBT102，下管109包括下管FRD103和下管IGBT104。FRD為快恢復(fù)二極管，IGBT為絕緣柵雙極型晶體管。參見(jiàn)圖4，襯底201的壓接區(qū)包含DC+壓接區(qū)105、DC-區(qū)106及AC壓接區(qū)107。
[0033]如圖2和圖6所示，端子排組件包括端子排+202、端子排交流203和端子排-204，其中三個(gè)端子排可做成一個(gè)模塊化的整體，便于組裝，易實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，降低制造成本。
[0034]如圖5所示，芯片彈性連接組件包括彈性接觸體緊固框301和彈性接觸體302。參見(jiàn)圖8，彈性接觸體302采用彈性梳狀結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)端子排之間適當(dāng)?shù)膹椥裕词剐酒姌O與端子排之間存在一定彈性接觸，提供芯片之間串、并聯(lián)通道，保證可靠的導(dǎo)流能力，還能夠有效降低芯片串并聯(lián)過(guò)程中的雜散電感。參見(jiàn)圖7，彈性接觸體緊固框301與端子排之間通過(guò)過(guò)盈配合保證彈性接觸體302與端子排之間的緊密接觸。彈性接觸體302的壓接區(qū)為芯片上表面，即IGBT-E極與FRD-A極。
[0035]以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種功率模塊芯片電極連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括襯底(201)，所述襯底(201)上的芯片電極區(qū)設(shè)有用來(lái)實(shí)現(xiàn)芯片電極連接的端子排組件，所述襯底(201)的芯片電極區(qū)通過(guò)芯片彈性連接組件完成芯片電極與端子排組件之間的彈性連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率模塊芯片電極連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述芯片彈性連接組件包括彈性接觸體緊固框(301)和彈性接觸體(302)，所述彈性接觸體緊固框(301)與端子排組件進(jìn)行連接，所述彈性接觸體(302)與芯片電極區(qū)形成彈性連接配合。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率模塊芯片電極連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述彈性接觸體緊固框(301)與端子排組件中的端子排之間通過(guò)過(guò)盈配合連接。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率模塊芯片電極連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述彈性接觸體(302)采用彈性梳狀結(jié)構(gòu)。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率模塊芯片電極連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述彈性接觸體(302)的壓接區(qū)為芯片上表面。6.根據(jù)權(quán)利要求1?5中任意一項(xiàng)所述的功率模塊芯片電極連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述襯底(201)包括上管(108)和下管(109)，所述上管(108)包括上管FRD (101)和上管IGBT (102)，所述下管(109)包括下管FRD (103)和下管IGBT (104)。7.根據(jù)權(quán)利要求1?5中任意一項(xiàng)所述的功率模塊芯片電極連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述襯底(201)的壓接區(qū)包含DC+壓接區(qū)(105)、DC-區(qū)(106)及AC壓接區(qū)(107)。8.根據(jù)權(quán)利要求1?5中任意一項(xiàng)所述的功率模塊芯片電極連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述端子排組件包括端子排+ (202)、端子排交流(203)和端子排-(204)。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的功率模塊芯片電極連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述三個(gè)端子排為一個(gè)模塊化的整體。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種功率模塊芯片電極連接結(jié)構(gòu)，包括襯底，所述襯底上的芯片電極區(qū)設(shè)有用來(lái)實(shí)現(xiàn)芯片電極連接的端子排組件，所述襯底的芯片電極區(qū)通過(guò)芯片彈性連接組件完成芯片電極與端子排組件之間的彈性連接。本發(fā)明具有可降低芯片串并聯(lián)過(guò)程中的雜散電感、降低組裝成本、提高功率模塊可靠性等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】H01L23/48, H01L25/07
【公開(kāi)號(hào)】CN105633065
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410694909
【發(fā)明人】蔣云富, 常桂欽, 劉國(guó)友, 竇澤春, 彭勇殿, 陳燕平, 黃南
【申請(qǐng)人】株洲南車(chē)時(shí)代電氣股份有限公司
【公開(kāi)日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2014年11月27日