[發明專利]IGBT芯片導熱模塊及其制備方法

有效

• 申請號: 201510376026.0
• 申請日: 2015-07-01
• 公開（公告）號: CN105047624B
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 王建全;彭彪;張干;王作義;崔永明
• 申請（專利權）人: 四川廣義微電子股份有限公司
• 主分類號: H01L23/373
• 分類號: H01L23/373
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙)51220
• 代理人: 李朝虎

技術領域

本發明涉及IGBT芯片，具體是具備導熱功能的IGBT芯片導熱模塊及其制備方法。

背景技術

絕緣柵雙極晶體管是兼有高輸入阻抗和低導通壓降的復合全控型電壓驅動式功率半導體，非常適合于高電壓的變流系統，如交流電機、變頻器、牽引傳動等領域。IGBT 封裝材料要求具備優異的力學性能、電氣絕緣特性、阻燃特性、耐老化特性及耐熱特性，對I GBT的封裝材料不要求具備其導熱散熱性，因此I GBT模塊基本依賴于底部的散熱器進行散熱，因此，其散熱效率是非常低下的，現有技術中對I GBT的散熱設計主要研究對象是對I GBT的散熱器進行研究，而本發明的研究對象是針對I GBT的封裝材料進行研究，使得I GBT的封裝材料具備良好的導熱性能和密封性能和絕緣性能，使得I GBT可以依賴于其外部的封裝體進行散熱，從而加大散熱區域，提升I GBT模塊的散熱效率。

發明內容

本發明的目的在于提供一種IGBT芯片導熱模塊及其制備方法，提出了一種可以通過I GBT外部封裝體的散熱模塊，從而使得I GBT可以依賴I GBT外部的封裝體進行散熱，提升其散熱效率。

本發明的目的主要通過以下技術方案實現：

IGBT芯片導熱模塊，包括IGBT模塊，IGBT模塊的底部通過焊接層B連接在導熱硅脂基板上，導熱硅脂基板遠離IGBT模塊的一側安裝在底部散熱器上；還包括導熱封裝體，導熱封裝體包圍在IGBT模塊上，導熱封裝體的左側面連接有左側散熱板，導熱封裝體的右側面連接有右側散熱板；所述導熱封裝體通過材料P熱注塑形成，所述材料P包括以下按重量份計的原料：聚苯硫醚 ：100一 300 份，超高分子量聚乙烯：100 一500 份，氧化鋁陶瓷粉：80 一 150 份，導熱硅膠：60一150 份，玻璃纖維：100 一 200 份，相容劑：10 一 20 份，加工助劑10一 20 份；所述氧化鋁陶瓷粉選用0.1mm至0.02mm的顆粒。

本發明通過將聚苯硫醚與超高分子量聚乙烯復合，改善了聚苯硫醚的耐沖擊性和電氣絕緣性能，同時添加氧化鋁陶瓷粉和導熱硅膠形成導熱特性，并用玻璃纖維增強，得到具備優異力學性能、阻燃性能、耐侯性能、電氣絕緣性能、導熱性能的復合材料，拓展了聚苯硫醚材料的使用范圍，特別拓展了其在大功率IGBT 封裝材料中的應用。本發明利用氧化鋁陶瓷粉的導熱性，利用導熱硅膠的黏性和導熱性，使得本發明的導熱封裝體具備超強的導熱性能，再在導熱封裝體外部設置左側散熱板和右側散熱板，使得導熱封裝體的散熱面積增大，提高優異的散熱效果。同時，本發明特別采用了0.1mm至0.02mm的顆粒形態的氧化鋁陶瓷粉，可以與導熱硅膠形成溫差大的熱交換，從而增加導熱效率。

優選的，所述IGBT模塊包括從上到下依次層疊的IGBT芯片、焊接層A、銅板A、陶瓷基片、銅板C，銅板C通過焊接層B連接在導熱硅脂基板上，還包括設置在陶瓷基片上的銅板B，銅板B通過綁定線與IGBT芯片連接，IGBT模塊的引腳從導熱封裝體的頂部穿出。

優選的，所述左側散熱板和右側散熱板均為鋁基板，左側散熱板的表面和右側散熱板的表面設置有若干凸起。

優選的，所述的聚苯硫醚為注塑級 PPS 樹脂，重均分子量大于 4.5 萬。

優選的，所述的超高分子量聚乙烯為注塑級 UHMWPE 樹脂，分子量為 100 一 300 萬。

優選的，所述的玻璃纖維為無堿、無捻長纖，經過硅烷偶聯劑 KH550 處理后使用。

優選的，所述的相容劑為馬來酸配接枝聚乙烯、馬來酸配接枝乙烯一丙烯共聚物、馬來酸配接枝乙烯一辛烯共聚物的一種或幾種的混合物。

優選的，所述的加工助劑為硅烷穩定劑與有機硅潤滑劑的重量比為 1 : 2的混合物，優選所述硅烷穩定劑為二甲基雙（ 4 一苯基氨基苯氧基）硅烷、二甲基雙｛ 4 一「（蔡基一 2 ）氨基 〕 苯氧基｝硅烷中的一種或兩種的混合物，優選所述有機硅潤滑劑為含有超高摩爾質量有機硅聚合物的第三代有機硅塑料潤滑劑。

優選的，所述的IGBT芯片導熱模塊的制備方法，包括材料P的制備操作，材料P的制備操作為：將所述的聚苯硫醚、超高分子量聚乙烯、氧化鋁陶瓷粉、導熱硅膠、相容劑和加工助劑混合均勻，然后與玻璃纖維一起熔融共混擠出造粒；然后將造粒加熱至熔融狀態，將帶有導熱硅脂基板的IGBT模塊放入模具，將熔融狀態的材料P倒入模具，將IGBT模塊包覆，冷卻后安裝底部散熱器、左側散熱板和右側散熱板。