[發明專利]一種大功率IGBT模塊封裝結構

無效

• 申請號: 201210530554.3
• 申請日: 2012-12-11
• 公開（公告）號: CN103035587A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發明（設計）人: 張朋;韓榮剛;于坤山;金銳;楊霏
• 申請（專利權）人: 國網智能電網研究院;國家電網公司
• 主分類號: H01L23/29
• 分類號: H01L23/29;H01L23/49
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

技術領域

本發明屬于功率器件技術領域，具體涉及一種大功率IGBT模塊封裝結構。

背景技術

絕緣柵雙極晶體管IGBT（Insulated?Gate?Bipolar?Transistor）兼具單極性器件開關頻率高和雙極性器件導通壓降低的優點，在工業控制、風力發電、軌道交通和電力系統等大功率應用領域發揮著不可替代的作用。

如圖1，傳統的IGBT模塊主要由半導體芯3（包含IGBT芯片和快恢復二極管FRD芯片）、覆銅陶瓷基板2、底板1、功率電極4和控制電極5以及內部引線7和外殼等構成。底板1作為整個IGBT模塊的機械支撐和散熱通道位于IGBT模塊最下部，與側面的殼體和上部的蓋板共同構成IGBT模塊的外圍保護。IGBT和FRD芯片一次焊接于覆銅陶瓷基板2上表面，附有半導體芯片3的覆銅陶瓷基板2下表面與底板1二次焊接，形成三明治型結構。功率電極4下部與覆銅陶瓷基板2上表面上的焊盤焊接，通過覆銅陶瓷基板2表面銅層形成與半導體芯片3的電氣連接，功率電極4上部穿過蓋板引出形成與外部的電氣連接端口，由于在功率電極4與蓋板接口處存在縫隙，IGBT模塊在殼體內部灌注硅凝膠覆蓋半導體芯片以保護其不受空氣中水分和灰塵的影響。與功率電極4相似，控制電極5上部穿過蓋板形成控制連接端口，下部與覆銅陶瓷基板2上的焊盤直接焊接或通過鋁絲連接。由于單片半導體芯片3電流的限制，在大功率應用場合，單片覆銅陶瓷基板2上一般會放置多片并聯的半導體芯片3，而后再通過多塊覆銅陶瓷基板2的并聯來得到更大的電流容量。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供一種大功率IGBT模塊封裝結構，通過增加環氧樹脂層增加了IGBT模塊的氣密性，同時對控制電極可起到緊固支撐的作用，從而簡化了控制電極結構，同時便于覆銅陶瓷基板上半導體芯片的布局設計。

為了實現上述發明目的，本發明采取如下技術方案：

提供一種大功率IGBT模塊封裝結構，所述結構包括底板、覆銅陶瓷基板、半導體芯片、功率電極、控制電極、凝膠層、環氧樹脂層和雙絞軟連線；所述底板、凝膠層和環氧樹脂層從下到上依次分布，所述覆銅陶瓷基板的上下表面分別與半導體芯片和底板焊接，所述覆銅陶瓷基板和半導體芯片均封裝在所述凝膠層內部，所述功率電極穿過環氧樹脂層和凝膠層與覆銅陶瓷基板相連，所述控制電極通過環氧樹脂層緊固，其通過雙絞軟連線與覆銅陶瓷基板的焊盤或直接與半導體芯片連接。

所述半導體芯片包括IGBT芯片和快恢復二極管FRD芯片。

所述功率電極截面為倒L型，其伸出IGBT模塊上部的彎折部分留有安裝孔。

所述功率電極由表面鍍鎳的銅材料制成，其厚度為2.0～4.0mm。

所述基板為銅或碳化硅鋁材料制成，其厚度為4.0～8.0mm。

所述控制電極由表面鍍鎳的銅材料制成，其厚度為1.0～2.0mm。

所述凝膠層由液態的硅質膠體凝固而成，其覆蓋覆銅陶瓷基板和半導體芯片，且該凝膠層中無氣泡和空洞。

所述雙絞軟連線包括金屬導線和包裹在金屬導線外部的絕緣層，其在空間依次穿過環氧樹脂層和凝膠層和與覆銅陶瓷基板或半導體芯片焊接。

所述環氧樹脂層由液態的環氧樹脂凝固而成，充滿IGBT模塊內部凝膠層上方部分，其厚度為5.0～20.0mm。

與現有技術相比，本發明的有益效果在于：

1、在蓋板內部灌注環氧樹脂，待其固化后能徹底密封模塊，阻止外部污染物進入模塊內部，同時增加了IGBT模塊的氣密性，提高了IGBT模塊的機械強度。此外，可形成對功率電極和控制電極空間位置的緊密固定，從而簡化了控制電極結構，同時便于覆銅陶瓷基板上半導體芯片的布局設計；減輕外部振動對功率電極與覆銅陶瓷基板焊盤連接處的影響，提高整個模塊的抗震特性；

2、由于環氧樹脂層的支撐，控制電極不必再占用覆銅陶瓷基板面積，還可大幅縮短長度，減小雜散電感。控制電極采用雙絞軟連線直接與覆銅陶瓷基板（或芯片）焊盤連接，可提高控制布線的靈活性，相比于鋁絲鍵合連線具有更小的雜散電感，改善了功率電流分布特性；

3、對于并聯的覆銅陶瓷基板單元（或芯片），從控制電極下部分別引出雙絞軟連線，利用三維空間走線的靈活性，可改善傳統模塊控制電極在同一平面走線必然存在的雜散電感不一致現象，改善并聯單元的均流特性；

4、該IGBT模塊封裝結構減少模塊封裝過程中的工藝步驟，制造成本低。

附圖說明

圖1是傳統IGBT模塊封裝結構截面圖；

圖2是本發明實施例中IGBT模塊封裝結構截面圖；