一種大功率壓接式igbt封裝模塊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及微電子封裝【技術領域】，具體涉及一種大功率壓接式IGBT封裝模塊。上端蓋子、子模塊、門極針、下端底座，上端蓋子蓋于下端底座上，所述子模塊設置于上端蓋子和下端底座之間，所述門極針設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，所述子模塊里導電銀片的下表面與下端底座中凸臺的上表面壓接。本發(fā)明具有制作和裝配更加簡便、連接的可靠性更好、散熱性能更好等優(yōu)點。
【專利說明】一種大功率壓接式IGBT封裝模塊
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及微電子封裝【技術領域】，具體涉及一種大功率壓接式IGBT封裝模塊【背景技術】
[0002]絕緣柵雙極晶體管(IGBT )集MOSFET的柵極電壓控制特性和BJT的低導通電阻特性于一身，具有輸入阻抗大、驅(qū)動功率小、開關損耗低以及工作頻率、高電壓、大電流等特點，是近乎理想的半導體大功率開關器件，有著廣闊的發(fā)展和應用前景，廣泛應用于電機變頻器、風力發(fā)電變流器、光伏發(fā)電逆變器、高頻電焊機逆變器，輕型交直流輸電、軌道交通、航空、艦船、海洋工程等領域。
[0003]現(xiàn)今國際上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構是最普遍的方式，在這種結構中IGBT芯片用焊接的方法和導熱不導電的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熱性。但是這種方式只能在導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，而且這種結構連線過多，過于復雜。
[0004]目前有人提出一種全壓接式IGBT模塊，有別于模塊結構的IGBT即在模塊內(nèi)部設置多個芯片定位裝置，再將鑰片和芯片依次放進定位裝置，然后壓接而成。其中，IGBT芯片的柵極通過彈簧端子引出到PCB上進行互連。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用，但是在未來對能源發(fā)展多元化要求的背景下，一個壓接式IGBT里整合單個子模塊的總數(shù)量有限就局限了器件的功率范圍，而且結構的有限和新材料的選用沒有突破性變化，因此制約了器件的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有壓接式IGBT內(nèi)部子模塊塑料框架結構技術存在的技術問題，本發(fā)明提供一種大功率壓接式IGBT封裝模塊，使其整體結構更加簡單緊湊、制作和裝配更加簡便、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方案實現(xiàn)的:
[0007]本發(fā)明提供一種大功率壓接式IGBT封裝模塊，其改進之處在于，所述IGBT封裝模塊包括上端蓋子、子模塊、門極針和下端底座；所述上端蓋子蓋于下端底座上，所述子模塊設置于上端蓋子和下端底座之間，所述門極針設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；所述蓋子銅塊和蓋子大陽基本材料為銅材質(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，所述導電銀片的下表面與下端底座中月牙凸臺的上表面壓接。[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360°旋轉(zhuǎn)調(diào)整進行裝配；
[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的下端面貼合。
[0013]優(yōu)選的,所述門極針包括門極針絕緣套筒和導電針,所述導電針從下端套于門極針絕緣套筒，即門極針與子模塊獨立裝配。
[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、門極導出管和底座電極導出管；
[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同心焊接。
[0016]較優(yōu)選的，所述門極導出管為IGBT芯片的觸發(fā)端，所述底座電極導出管為二極管芯片的導出端，兩種導出管均為銅材質(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；蓋子大陽蓋于底座大陽上，蓋子大陽與底座大陽對應法蘭邊緣焊接到一起。
[0021]與現(xiàn)有技術比，本發(fā)明達到的有益效果是:
[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電性能，同時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高性能塑料框架結構簡單緊湊，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，極高的機械強度、硬度和抗蠕變性、低熱膨脹率，它的電氣絕緣性佳，在此應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，導致墻體內(nèi)的一大部分熱量分流，提高了整個器件的散熱性能；整體結構緊湊，制作和裝配更加簡便、連接的可靠性更好、散熱性能更好。
[0025](4)可獨立拆裝門極針，門極針和子模塊的在拆分，可以獨立進行裝配，裝拆更加簡單；門極針的絕緣套筒采用PI (聚酰亞胺)制作，用來使導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構形狀不易變形；導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極貼合，導電性能極佳。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是本發(fā)明提供的大功率壓接式IGBT封裝模塊的結構示意圖(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圖；其中含陰影的凸臺安裝IGBT子模塊，無陰影的凸臺安裝二極管子模塊；
[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、導電銀片2_4、PBI高性能塑料框架2-5、門極針3、門極針絕緣套筒3-1、導電針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4_6、門極導出管4_7、底座電極導出管4-8。
【具體實施方式】
[0034]下面結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步的詳細說明。
[0035]本發(fā)明提供的大功率壓接式IGBT封裝模塊的結構示意圖和圖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設置于上端蓋子I和下端底座4之間，所述門極針3設置于下端底座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圖如圖6所示。
[0038]門極針3由門極針絕緣套筒3-1和導電針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4_6、門極導出管4-7和底座電極導出管4-8組成。
[0039]上端蓋子I中的蓋子銅塊1-1與蓋子大陽1-2焊接為一體；所述上端蓋子I中的蓋子大陽1-2蓋于下端底座4中的底座大陽4-6上，所述蓋子大陽1-2與底座大陽4-6對應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圖如圖3所示，芯片2-2包括IGBT芯片和二極管芯片。
[0041]門極導出管4-7為其中一種芯片(IGBT芯片)的觸發(fā)端，底座電極導出管4_8為另一種芯片(二極管芯片)的導出端；兩種導出管材質(zhì)均為高導電的銅材質(zhì)表面鍍銀；
[0042]分別如圖2、圖4、圖5、圖6所示，所述導電針3-2從下部套于門極針絕緣套筒3-1 ；所述門極針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，可以更好的預防銅氧化。
[0043]底座密封圈4-4、底座大陽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，極高的機械強度、硬度和抗蠕變性、低熱膨脹率，它的電氣絕緣性佳，在此應用中起到絕好的定位絕緣功能。本發(fā)明提供的PBI絕緣底板的側視圖和俯視圖分別圖7和圖8所示。
[0044]最后應當說明的是:以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解:依然可以對本發(fā)明的【具體實施方式】進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，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。
【權利要求】
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，所述子模塊設置于上端蓋子和下端底座之間，所述門極針設置于下端底座中絕緣底板的凹槽內(nèi)。
2.如權利要求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；所述蓋子銅塊和蓋子大陽基本材料為銅材質(zhì)，銅材質(zhì)表面鍍銠。
3.如權利要求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，所述導電銀片的下表面與下端底座中月牙凸臺的上表面壓接。
4.如權利要求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360°旋轉(zhuǎn)調(diào)整進行裝配； 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的下端面貼合。
6.如權利要求1所述的封裝模塊，其特征在于，所述門極針包括門極針絕緣套筒和導電針，所述導電針從下端套于門極針絕緣套筒，即門極針與子模塊獨立裝配。
7.如權利要求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、門極導出管和底座電極導出管； 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同心焊接。
8.如權利要求7所述的封裝模塊，其特征在于，所述門極導出管為IGBT芯片的觸發(fā)端，所述底座電極導出管為二極管芯片的導出端，兩種導出管均為銅材質(zhì)，銅材質(zhì)表面鍍銀。
9.如權利要求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、底座大陽和底座銅塊采用銅材質(zhì)，銅材質(zhì)表面鍍銠。
10.如權利要求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；蓋子大陽蓋于底座大陽上，蓋子大陽與底座大陽對應法蘭邊緣焊接到一起。
【文檔編號】H01L23/10GK103545269SQ201310341881
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年8月7日 優(yōu)先權日: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, 車家杰 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院, 國網(wǎng)上海市電力公司