[實用新型]便于串聯(lián)使用的大功率IGBT模塊

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201620356491.8
• 申請日: 2016-04-25
• 公開（公告）號: CN206148429U
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 唐新靈;莫申楊;崔翔;趙志斌;張朋;李金元;溫家良
• 申請（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué);全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院;國家電網(wǎng)公司
• 主分類號: H01L25/11
• 分類號: H01L25/11;H01L23/528
• 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

本實用新型涉及絕緣柵雙極晶體管的封裝技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種便于串聯(lián)使用的大功率IGBT模塊。

背景技術(shù)

絕緣柵雙極晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor—IGBT)結(jié)合了MOSFET和BJT兩者的優(yōu)點，具有電壓驅(qū)動、通態(tài)壓降低、電流容量大等特點，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、交通、電力、軍事、航空以及電子信息等領(lǐng)域。焊接式IGBT基于鍵合線導(dǎo)電的形式，將多個芯片并聯(lián)實現(xiàn)大功率，目前技術(shù)已經(jīng)非常成熟。壓接式IGBT結(jié)合了GTO和IGBT兩者的優(yōu)點，具有雙面散熱、高可靠性以及短路失效等特點，非常適合于電力系統(tǒng)、船舶等串聯(lián)應(yīng)用領(lǐng)域。

對于焊接型IGBT，通過多個芯片并聯(lián)的形式來實現(xiàn)大電流，但是由于其封裝結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致功率等級太大時，芯片之間電流分布存在很大的不一致性，這是由于封裝幾何結(jié)構(gòu)導(dǎo)致，此外單面散熱的封裝結(jié)構(gòu)，不能夠像壓接型IGBT器件一樣方便地串聯(lián)。壓接式IGBT，可以實現(xiàn)多個芯片的密集并聯(lián)，但是對芯片的壓力一致性要求很高，且器件在運行時需要很大的鉗位壓力，從而對系統(tǒng)提出了很高的機械需求。

IGBT的概念自1982年提出以來，焊接式的IGBT目前已經(jīng)廣泛地實現(xiàn)了商業(yè)化，大功率的焊接式IGBT器件生產(chǎn)商主要有三菱、英飛凌、富士電機、中國中車等。現(xiàn)有的兩種主流壓接形式為ABB公司推出的StakPak壓接型IGBT和Westcode公司的Press Pack IGBT。公開號為CN1596472A的實用新型專利公開了ABB公司的一種大功率半導(dǎo)體模塊，其壓接通過碟簧來實現(xiàn)，有利于實現(xiàn)壓力分布的均勻特性。公開號為US6678163B1的實用新型專利公開了Westcode公司的壓接型IGBT封裝結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)有利于雙面散熱，但是垂直于芯片表面方向上全部為硬壓接的方式，對于芯片、鉬片、銀片的厚度以及凸臺高度的一致性要求極高，因為細微的厚度將會導(dǎo)致壓力的極大差別，從而造成熱阻差別太大或者直接由于過大壓力造成芯片的物理損壞。

實用新型內(nèi)容

為了滿足現(xiàn)有技術(shù)的需要，本實用新型提供了一種便于串聯(lián)使用的大功率IGBT模塊。

本實用新型的技術(shù)方案是：

所述大功率IGBT模塊包括功率子單元(1)、金屬電極板(3)和外部管殼(4)；

所述金屬電極板(3)設(shè)置在所述外部管殼(4)的底部；

所述外部管殼(4)包括兩列方形框架，每列方形框架包括多個順次排列的方形框架；所述兩列方形框架之間留有空間形成一個條狀框架；

所述功率子單元(1)設(shè)置在所述方形框架內(nèi)且與所述金屬電極板(3)緊密接觸，其包括金屬端蓋(11)、柵極PCB板(17)、輔助柵極PCB板(2)和多個功率半導(dǎo)體芯片(13)；

所述輔助柵極PCB板(2)設(shè)置在所述條狀框架內(nèi)，其通過所述方形框架的通孔(5)與柵極PCB板(17)連接；所述金屬端蓋(11)、金屬電極板(3)和柵極PCB板(17)分別與所述功率半導(dǎo)體芯片(13)的集電極、發(fā)射極和柵極電氣連接。

本實用新型進一步提供的優(yōu)選實施例為：所述功率子單元(1)還包括絕緣基板(15)、導(dǎo)電金屬塊(16)、和子單元框架(18)；

所述絕緣基板(15)的上表面敷設(shè)有方形銅層(14)，其表面積小于所述絕緣基板(15)的表面積；所述方形銅層(14)的四個邊緣均等間距布置多個功率半導(dǎo)體芯片(13)，所述方形銅層(14)的中央設(shè)置一個銅柱(141)，該銅柱(141)的另一端與金屬端蓋(11)焊接或者燒接；

所述導(dǎo)電金屬塊(16)為具有一方形凹槽的方形金屬塊，其底部與所述金屬電極板(3)緊密接觸；所述方形凹槽內(nèi)由下至上順次設(shè)置有絕緣基板(15)、方形銅層(14)和功率半導(dǎo)體芯片(13)；

所述子單元框架(18)套設(shè)在所述導(dǎo)電金屬塊(16)的外側(cè)，用于支撐所述金屬端蓋(11)與所述金屬電極板(3)；所述柵極PCB板設(shè)置在所述子單元框架(18)與導(dǎo)電金屬塊(16)之間。

本實用新型進一步提供的優(yōu)選實施例為：所述功率半導(dǎo)體芯片(13)的集電極一側(cè)與所述方形銅層(14)接觸，其發(fā)射極通過發(fā)射極鍵合線(121)與所述導(dǎo)電金屬塊(16)連接，其柵極通過柵極鍵合線(12)與所述柵極PCB板連接；

所述功率半導(dǎo)體芯片(13)的集電極、方形銅層(14)、銅柱(141)和金屬端蓋(11)順次電氣連接；

所述功率半導(dǎo)體芯片(13)的發(fā)射極、發(fā)射極鍵合線(121)、導(dǎo)電金屬塊(16)和金屬電極板(3)順次電氣連接；