[發明專利]一種IGBT模塊的封裝結構及加工工藝

有效

• 申請號: 201810320648.5
• 申請日: 2018-04-09
• 公開（公告）號: CN108461484B
• 公開（公告）日: 2023-09-15
• 發明（設計）人: 鮑婕;王哲;劉琦;占林松;寧仁霞;何聚;許媛
• 申請（專利權）人: 黃山學院
• 主分類號: H01L25/07
• 分類號: H01L25/07;H01L23/373;H01L23/29;H01L21/50;H01L21/56
• 代理公司: 蘇州國誠專利代理有限公司 32293
• 代理人: 韓鳳

本發明涉及一種高可靠性IGBT模塊的封裝結構及加工工藝，其結構包括上表面圖形化生長二維層狀六方氮化硼的直接敷銅基板、IGBT芯片、快速恢復二極管芯片、底板、焊料層、鍵合引線、母線、塑料外殼以及二維層狀六方氮化硼填充增強灌封硅膠。其中采用化學氣相沉積法在直接敷銅基板上表面圖形化生長二維層狀六方氮化硼薄膜，通過發揮其優異的面內熱傳導性能，將大功率IGBT模塊的局部熱點熱量迅速橫向傳開，進而通過直接敷銅基板向外傳導，降低模塊最高溫度，同時采用二維層狀六方氮化硼增強硅膠進行灌封，改善傳統硅膠的熱傳導性能，有效提高模塊的可靠性。

技術領域

本發明屬于半導體技術領域，具體涉及一種高可靠性IGBT模塊的封裝結構及加工工藝。

背景技術

絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）是金屬氧化物半導體場效應管（MOSFET）和雙極型晶體管（BJT）組成的復合全控性電壓驅動式功率半導體器件，同時具備MOSFET易于驅動、開關速度快的優點以及BJT通態壓降小、載流能力大的優點，現已成為功率半導體器件的主流。

IGBT的應用離不開封裝，封裝直接影響了器件的電學性能、熱學性能及機械性能，同時影響了器件的可靠性及成本。此外，封裝對于器件乃至整個系統的小型化、高集成度以及多功能化起著決定性的作用。隨著IGBT功率半導體器件工作電壓和電流的增加，同時芯片尺寸不斷的減小，造成芯片的功率密度急劇增加，對其封裝可靠性提出了很大的挑戰。

發明內容

為了解決現有技術問題，本發明的目的在于克服已有技術存在的不足，提供一種高可靠性IGBT模塊的封裝結構及加工工藝，將二維層狀六方氮化硼（2D-hBN）材料分別以散熱薄膜形式應用于直接敷銅（DBC）陶瓷基板上表面，與快速恢復二極管（FRD）芯片的陰極和IGBT芯片的集電極位置對應，加速局部熱點熱量的橫向傳導，同時將2D-hBN粉末以導熱填料形式應用于灌封硅膠，提高封裝材料的整體熱傳導能力，解決大功率IGBT模塊的封裝可靠性問題。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案。所述的高可靠性IGBT模塊的封裝結構包括：直接敷銅基板，其上表面包括IGBT芯片集電極和快速恢復二極管芯片陰極的共同連接區、IGBT芯片的柵極連接區以及IGBT芯片的發射極引出端，其下表面具有底板連接區；在直接敷銅基板上表面對應快速恢復二極管芯片陰極的位置制作有第一二維層狀六方氮化硼薄膜，在直接敷銅基板上表面對應IGBT芯片的集電極的位置制作有第二二維層狀六方氮化硼薄膜；所述快速恢復二極管芯片的陰極和IGBT芯片的集電極通過第一焊料層與所述直接敷銅基板上表面的共同連接區互連；所述直接敷銅基板下表面的底板連接區由第三焊料層與底板焊接；外殼將所述直接敷銅基板、快速恢復二極管芯片、IGBT芯片及所有鍵合引線封裝在底板上。

進一步的，所述外殼和底板之間由二維層狀六方氮化硼填充增強硅膠進行灌封。

進一步的，所述第一焊料層將第一二維層狀六方氮化硼薄膜、第二二維層狀六方氮化硼薄膜包裹在內。

進一步的，所述快速恢復二極管芯片上表面陽極與IGBT芯片的發射極用第一鋁線組鍵合。

進一步的，所述IGBT芯片上表面發射極與直接敷銅基板上表面的發射極引出端用第二鋁線組鍵合，IGBT芯片柵極與直接敷銅基板上表面的柵極連接區用第三鋁線組鍵合。

進一步的，本封裝結構還包括：

第一母線，由第二焊料層與直接敷銅基板上表面的共同連接區互連；

第二母線，由第二焊料層與直接敷銅基板上表面的柵極連接區互連；

第三母線，由第二焊料層與直接敷銅基板上表面的發射極引出端互連。

本發明還提出了一種高可靠性IGBT模塊封裝結構的加工工藝，包括以下步驟：

步驟1、在直接敷銅基板上表面銅層圖形化生長互不重疊的第一二維層狀六方氮化硼薄膜和第二二維層狀六方氮化硼薄膜；