[實用新型]一種大功率壓接型IGBT模塊

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420721791.2
• 申請日: 2014-11-26
• 公開（公告）號: CN204230238U
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 韓榮剛;張朋;劉文廣;李現(xiàn)兵
• 申請（專利權(quán)）人: 國家電網(wǎng)公司;國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院;國網(wǎng)北京市電力公司
• 主分類號: H01L25/11
• 分類號: H01L25/11;H01L23/04;H01L23/367
• 代理公司: 北京安博達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種大功率半導(dǎo)體器件，具體涉及一種大功率壓接型IGBT模塊。

背景技術(shù)

絕緣柵雙極晶體管(Insulated?Gate?Bipolar?Transistor，IGBT)作為電力電子系統(tǒng)的一種關(guān)鍵電力半導(dǎo)體器件已經(jīng)持續(xù)增長了若干年，這是因為它使電力電子裝置和設(shè)備實現(xiàn)了更高的效率，也實現(xiàn)了小型化的設(shè)計。

由于硅材料承受電壓的極限的限制，現(xiàn)有的IGBT器件的最高電壓為6500V，而高達幾十甚至上百kV電壓應(yīng)用的裝置中，IGBT的應(yīng)用多以串聯(lián)形式使用，每個閥段需要多達幾十只IGBT器件串聯(lián)，為保證安裝，運輸過程中的安全性，常常需要施加高達100kN的緊固力，普通的模塊及傳統(tǒng)的壓接式器件很難滿足這樣的緊固力要求。

大功率IGBT的封裝通常有兩種形式，一種是底板絕緣模塊式封裝，由底板，覆銅陶瓷基板，絕緣外殼等組成，芯片背面通過焊料與陶瓷覆銅面焊接，正面通過鍵合線連接到陶瓷覆銅面，陶瓷覆銅面通過刻蝕形成連接正負電極的不同區(qū)域。作為非氣密性封裝，模塊內(nèi)部通過灌注硅凝膠或環(huán)氧樹脂等絕緣材料來隔離芯片與外界環(huán)境(水，氣，灰塵)的接觸，但灌注材料通常也隔絕了熱量的傳遞并在長期工作過程中出現(xiàn)隔離效果退化的現(xiàn)象。

另外一種為類晶閘管，平板壓接式封裝，由陶瓷管殼及銅電極組成，芯片與電極通過壓力接觸。全壓接IGBT封裝由上下電極配合多層材料與硅片實現(xiàn)全壓接式接觸，消除了因焊接疲勞導(dǎo)致的器件失效。

在傳統(tǒng)的壓接式功率器件設(shè)計中，因為要滿足芯片的無焊接連接需求，芯片往往直接通過壓力接觸與電極連接，并考慮到熱膨脹系數(shù)(CTE)與硅片的匹配，選擇鉬作為輔助件安裝在芯片與電極之間。器件的緊固力受到芯片承受壓力極限的限制，不可能過大，否則會損壞芯片。

實用新型內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型的目的是提供一種大功率壓接型IGBT模塊，其中的半導(dǎo)體芯片在子單元殼體內(nèi)得到氣密性加惰性氣體的保護，避免了芯片受到水汽、灰塵等外界條件沾污導(dǎo)致的失效，同時增加了芯片上下輔助件間的電弧的影響。

本實用新型的目的是采用下述技術(shù)方案實現(xiàn)的：

本實用新型提供一種大功率壓接型IGBT模塊，所述模塊為垂直疊層式封裝結(jié)構(gòu)，其改進之處在于：所述模塊包括子單元殼體1、子單元殼蓋組件2和模塊外殼3；由子單元殼體1和子單元殼蓋組件2通過冷壓焊封裝形成子單元，不少于1個的子單元平行排布于模塊外殼3內(nèi)，子單元在垂直方向與模塊外殼3活動連接。

進一步地，所述子單元在垂直方向與模塊外殼3發(fā)生相對位移的距離為2-3mm。

進一步地，所述子單元殼體1包括半導(dǎo)體芯片1-1、第二輔助件1-2、第三輔助件1-3、電極凸臺1-4、子單元外殼1-5和第一輔助件1-6；

所述第一輔助件1-6、半導(dǎo)體芯片1-1、第二輔助件1-2和第三輔助件1-3從上到下依次疊放在框架1-8內(nèi)，所述框架1-8通過壓力接觸安裝于電極凸臺1-4上；所述電極凸臺1-4與子單元外殼1-5通過殼體法蘭1-7連接。

進一步地，所述第一輔助件1-6和第三輔助件1-3采用與硅材料熱膨脹系數(shù)相近的金屬材質(zhì)；所述第一輔助件1-6和第三輔助件1-3的形狀均為方形薄片，厚度均為1-2mm；

所述第二輔助件1-2采用具有高延展性及高電導(dǎo)率的金屬片；

所述子單元外殼1-5采用絕緣材料。

進一步地，所述與硅材料熱膨脹系數(shù)相近的金屬材質(zhì)包括鎢、鉬或合金；所述具有高延展性及高電導(dǎo)率的金屬片包括鋁或銀；所述絕緣材料包括陶瓷或環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。

進一步地，所述子單元殼蓋組件2包括子單元蓋凸臺2-1、熱管散熱器2-2、彈簧組件2-3、頂板電極2-4、定位框架2-5和蓋法蘭2-6；

所述子單元凸臺2-1、彈簧組件2-3與頂板電極2-4通過定位框架2-5裝配成一體，在所述子單元凸臺2-1和彈簧組件2-3之間設(shè)置熱管散熱器2-2；

所述蓋法蘭2-6焊接在子單元凸臺2-1上，所述蓋法蘭2-6通過冷壓焊與殼體法蘭1-7形成氣密性子單元。

進一步地，所述彈簧組件2-3一端與頂板電極2-4鉚接，一端與子單元蓋凸臺2-1壓接，并通過定位框架2-5與子單元凸臺2-1定位；

所述熱管散熱器2-2蒸發(fā)端與子單元蓋凸臺2-1通過凸臺上的定位槽焊接定位。

進一步地，所述模塊外殼3由外殼殼體3-1和外殼蓋3-2通過粘接組成；所述外殼殼體3-1和外殼蓋3-2端面均有可使頂板電極2-4和電極凸臺1-4在垂直方向移動的孔。