[實(shí)用新型]一種使用熱管的壓接式IGBT封裝結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201420602519.2
• 申請(qǐng)日: 2014-10-17
• 公開（公告）號(hào): CN204118057U
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉文廣;韓榮剛;張朋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)家電網(wǎng)公司;國(guó)網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院
• 主分類號(hào): H01L23/31
• 分類號(hào): H01L23/31;H01L23/427
• 代理公司: 北京安博達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國(guó)文

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種封裝結(jié)構(gòu)，具體涉及一種使用熱管的壓接式IGBT封裝結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

絕緣柵雙極晶體管(IGBT)具有通態(tài)壓降低、電流容量大、輸入阻抗高、響應(yīng)速度快和控制簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，被廣泛用于工業(yè)、信息、新能源、醫(yī)學(xué)、交通、軍事和航空領(lǐng)域。壓接式IGBT具有較高的可靠性，便于串聯(lián)，并且在器件損壞時(shí)表現(xiàn)出短路失效模式，因此其被廣泛應(yīng)用在智能電網(wǎng)等領(lǐng)域。

溫度對(duì)器件性能的影響至關(guān)重要，高溫不僅會(huì)影響器件的電學(xué)特性，更會(huì)嚴(yán)重影響其疲勞壽命。在器件運(yùn)行過程中溫度會(huì)影響芯片內(nèi)部的熱應(yīng)力，這可能會(huì)導(dǎo)致芯片的損壞，已有多項(xiàng)研究證明電子器件的疲勞壽命隨溫度的升高呈指數(shù)下降，在器件設(shè)計(jì)過程中就必須同時(shí)考慮熱設(shè)計(jì)。

現(xiàn)有的兩種主流壓接式IGBT分別是ABB公司和WESTCODE公司的產(chǎn)品，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)分別參見專利CN1596472A和US6678163B1。

公開號(hào)為CN1596472A的發(fā)明專利公開了一種大功率半導(dǎo)體模塊，其結(jié)構(gòu)中芯片下側(cè)面與基板燒結(jié)在一起，另一側(cè)為壓接結(jié)構(gòu)，并最終通過碟簧結(jié)構(gòu)與上端蓋接觸，碟簧結(jié)構(gòu)的使用使得器件擁有保護(hù)芯片的優(yōu)點(diǎn)，即在壓裝力過大時(shí)多余的壓力會(huì)由器件的外殼承擔(dān)，芯片所受力只與碟簧可被壓縮長(zhǎng)度有關(guān)，但也正因?yàn)榈傻拇嬖冢沟眯酒蟼?cè)面的導(dǎo)熱能力很差，熱量基本上只能通過下側(cè)面導(dǎo)出，整體熱阻較大。

公開號(hào)為US6678163B1的專利的結(jié)構(gòu)中，芯片上下側(cè)兩面均為壓接結(jié)構(gòu)，直至上下端蓋，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是器件可以實(shí)現(xiàn)雙面散熱，芯片上下兩面有近乎相等的熱量導(dǎo)出，器件的整體熱阻較小，但是也正因?yàn)樨Q直方向上全部為硬壓接結(jié)構(gòu)，器件進(jìn)行壓裝時(shí)芯片承受所有壓裝力，在壓裝力過大時(shí)芯片所受力亦同等增大，因此芯片就可能因?yàn)檫^大的壓力而被機(jī)械破壞。

通過以上分析，可知兩家公司的產(chǎn)品各有優(yōu)點(diǎn)，但也各有缺點(diǎn)，芯片保護(hù)與導(dǎo)熱無法兼顧。

實(shí)用新型內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供了一種使用熱管的壓接式IGBT封裝結(jié)構(gòu)，該封裝結(jié)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，且能夠兼顧芯片保護(hù)，具有較好散熱路徑，實(shí)現(xiàn)壓接式IGBT短路失效、高可靠性等。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取如下方案：

本實(shí)用新型提供一種使用熱管的壓接式IGBT封裝結(jié)構(gòu)，所述封裝結(jié)構(gòu)由外殼和位于外殼內(nèi)部的多個(gè)子單元結(jié)構(gòu)組成，多個(gè)子單元并行設(shè)置；所述子單元結(jié)構(gòu)包括上端蓋、導(dǎo)電銅片、碟簧組、熱管、底座、銀片、鉬片、芯片和下端蓋；所述下端蓋、芯片、鉬片、銀片和底座從下往上依次設(shè)置，所述熱管上端插入上端蓋、穿過碟簧組，其下端插入底座；所述導(dǎo)電銅片上端位于上端蓋和碟簧組之間，其下端位于碟簧組和底座之間。

所述上端蓋采用銅質(zhì)材料制成，厚度為3.0～6.0mm。

所述上端蓋對(duì)應(yīng)插熱管的位置設(shè)有孔，熱管與孔之間的間隙中填充導(dǎo)熱脂。

所述導(dǎo)電銅片的截面為矩形，其厚度為0.5～1.0mm，該截面的面積由所導(dǎo)過的電流決定；導(dǎo)電銅片的側(cè)面為多邊形或弧形，在壓力作用下自由地被壓縮。

所述碟簧組由至少一對(duì)反向堆疊的碟簧組合而成，其壓縮行程范圍宜在其最大壓縮行程的30％～75％之間。

所述底座采用銅質(zhì)材料制成，其厚度為2.0～4.0mm。

所述銀片和鉬片的形狀與芯片形狀相對(duì)應(yīng)。

所述銀片的厚度為0.1～0.5mm，鉬片的厚度為1.5～3.0mm。

所述下端蓋采用鉬片，厚度為1.5～5.0mm。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果在于：

1.整體結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)壓接式IGBT短路失效、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)；

芯片可被有效保護(hù)，同時(shí)由于使用了熱管，使得雖然單面硬接觸，但散熱路徑依然很好，功能上實(shí)現(xiàn)了雙面散熱，整體熱阻較小，從而實(shí)現(xiàn)了兼顧芯片保護(hù)和較小的熱阻。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例1中使用熱管的壓接式IGBT封裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例1中圖1中結(jié)構(gòu)的A-A剖視圖(未含碟簧)；

圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例1中使用熱管的壓接式IGBT封裝結(jié)構(gòu)爆炸圖；

圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例1中導(dǎo)電銅片結(jié)構(gòu)1示意圖；

圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例1中導(dǎo)電銅片結(jié)構(gòu)2示意圖；

圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例2中使用熱管的壓接式IGBT封裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例2中圖6中結(jié)構(gòu)的B-B剖視圖；