[發明專利]一種功率器件封裝結構及方法

有效

• 申請號: 201711307593.6
• 申請日: 2017-12-11
• 公開（公告）號: CN108281405B
• 公開（公告）日: 2019-08-27
• 發明（設計）人: 武偉;李現兵;石浩;張朋;張喆;唐新靈;王亮;林仲康;田麗紛;韓榮剛
• 申請（專利權）人: 全球能源互聯網研究院有限公司;國網山東省電力公司電力科學研究院;國家電網有限公司
• 主分類號: H01L23/488
• 分類號: H01L23/488;H01L29/739;H01L21/60
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 李博洋

本發明提供一種功率器件封裝結構及方法，該功率器件封裝結構包括：第一組件、至少一個發射極上金屬片和至少一個功率器件，至少一個發射極上金屬片與至少一個功率器件一一對應設置；第一組件從上至下依次包括發射極頂板、第一彈簧、擋板及第二彈簧，第一彈簧和第二彈簧均為至少一個，第一彈簧、第二彈簧與發射極上金屬片一一對應設置；第一組件設置在至少一個發射極上金屬片上，至少一個發射極上金屬片設置在至少一個功率器件上，功率器件的發射極在功率器件上側；功率器件的柵極在功率器件上側，通過柵極探針連接至擋板上。相比現有采用引線鍵合的方式將功率器件的柵極引出的方案，本發明避免了寄生電感的增加，增強了功率器件的可靠性。

技術領域

本發明涉及半導體封裝技術領域，具體涉及一種功率器件封裝結構及方法。

背景技術

絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)屬于電壓控制型電力電子器件，具有輸入阻抗大、驅動功率小、控制電路簡單、開關損耗小、開關速度快、工作頻率高、元件容量大、無吸收電路等優點，已廣泛應用于工業變流、電力牽引等領域。壓接封裝是大功率IGBT最新的封裝形式，與傳統的焊接型IGBT(Soldered IGBTModule)相比，壓接型IGBT(Press-pack IGBT)利用壓力實現熱力學和電氣的連接，并保證了雙面散熱。因此，壓接型IGBT被認為是大功率以及輸出功率有大幅波動的應用場合的理想器件，能滿足高壓直流輸電和新能源并網對開關器件的要求，且可靠性很高，能滿足電力系統對供電高可靠性的要求。

目前，壓接型IGBT主要分為剛性電極壓接和碟簧的彈性電極壓接。剛性壓接中，芯片同上下兩側的電極剛性接觸，壓力均布效果較差。彈性電極壓接通過將芯片一側的剛性電極更改為彈性電極，有效提升了壓力分布的均勻性。

在目前的彈性電極壓接中，功率芯片上的柵極通過引線鍵合的方式引出，這種方式一方面會使寄生電感增加，另一方面，引線鍵合可靠性要弱于全壓接接觸方式，因此，長期服役條件下，引線鍵合方式更容易存在失效隱患。

發明內容

鑒于上述的分析，本發明提出了一種功率器件封裝結構及方法，用以解決現有彈性電極壓接技術中，通過引線鍵合的方式將功率器件的柵極引出，寄生電感增加及可靠性低的問題。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

本發明提供一種功率器件封裝結構，包括：第一組件、至少一個發射極上金屬片和至少一個功率器件，所述至少一個發射極上金屬片與所述至少一個功率器件一一對應設置；所述第一組件從上至下依次包括發射極頂板、第一彈簧、擋板及第二彈簧，所述第一彈簧和第二彈簧均為至少一個，且所述第一彈簧、第二彈簧與所述發射極上金屬片一一對應設置；所述第一組件設置在所述至少一個發射極上金屬片上，所述至少一個發射極上金屬片設置在所述至少一個功率器件上，所述功率器件的發射極在所述功率器件的上側；所述功率器件的柵極在所述功率器件的上側，通過柵極探針連接至所述擋板上。

在一實施例中，所述柵極探針為貼片式彈簧探針。

在一實施例中，各所述功率器件的柵極在所述擋板上并聯后，從所述擋板引出至所述功率器件封裝結構的頂部。

在一實施例中，所述第一組件的材料為銅或銅與錫的合金。

在一實施例中，所述功率器件封裝結構還包括：集電極底板和絕緣框架；所述功率器件固定設置于所述集電極底板上，所述功率器件的集電極位于所述功率器件的下側；所述絕緣框架與所述集電極底板之間固定連接。

在一實施例中，所述發射極上金屬片和集電極底板的材質相同，為金屬鉬或金屬基復合材料可伐合金；所述金屬基復合材料可伐合金為金屬鉬與硅的合金或金屬鉬與鋁的合金。