[發明專利]雙面散熱IGBT模塊

在審

• 申請號: 201811082495.1
• 申請日: 2018-09-17
• 公開（公告）號: CN110911395A
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發明（設計）人: 徐凝華;馮加云;姚衛剛;曾雄;李亮星;韓星堯;彭勇殿
• 申請（專利權）人: 株洲中車時代電氣股份有限公司
• 主分類號: H01L25/18
• 分類號: H01L25/18;H01L23/49;H01L23/367
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;陳偉

本發明涉及一種雙面散熱IGBT模塊，包括雙面覆銅的上、下襯板、電連接在襯板上的多個半導體功率芯片及端子，所述半導體功率芯片包括第一IGBT芯片及第一FRD芯片，所述第一IGBT芯片和第一FRD芯片分別電連接在端子的上、下兩側構成堆疊式結構。本發明的IGBT模塊結構，將雙面可焊接的IGBT芯片和FRD芯片焊接在端子上下兩側，組成堆疊式結構，模塊頂部和底部均可同時進行冷卻，且芯片之間無鍵合線，采用端子直接連接，從而減小模塊結構尺寸，降低模塊熱阻，提高了模塊可靠性。

技術領域

本發明涉及散熱技術領域，尤其涉及一種雙面散熱的IGBT模塊。

背景技術

由于IGBT模塊輸入阻抗大，驅動功率小，控制電路簡單，開關損耗小，通斷速度快，工作頻率高等特點，廣泛應用于交通、新能源等領域。目前，常用的焊接式IGBT模塊，普遍采用的是如圖1所示結構，即IGBT芯片的集電極和FRD芯片的陰極通過焊料焊接在襯板上，每個IGBT芯片發射極和FRD的陽極通過多根引線鍵合方式進行互連，襯板通過焊料焊接在基板或散熱板上，實現背面冷卻。這種結構模塊采用的是單面冷卻方式，散熱能力低，熱阻大，且隨著芯片的數量增加，模塊的尺寸隨之增大，同時芯片之間采用鍵合線聯接，單個IGBT模塊中存在成百上千個鍵合點，單個鍵合點脫落，直接影響模塊的可靠性。

隨著應用領域對IGBT模塊尺寸、散熱以及可靠性要求不斷提高，該類結構模塊越來越無法滿足要求，因此需要提出一種新的IGBT結構模塊，以滿足更高地應用要求。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種可以減小模塊尺寸、降低模塊熱阻和提高模塊可靠性的雙面散熱IGBT模塊。

本發明的雙面散熱IGBT模塊，包括雙面覆銅的上、下襯板、電連接在襯板上的多個半導體功率芯片及端子，所述半導體功率芯片包括第一IGBT芯片及第一FRD芯片，所述第一IGBT芯片和第一FRD芯片分別封裝在端子的上、下兩側構成堆疊式結構。

在一個實施方式中，在上襯板和下襯板之間設置有第一墊片，所述上襯板和下襯板通過第一墊片互連。

在一個實施方式中，所述端子包括發射極端子，所述第一FRD芯片陽極電連接在發射極端子的頂側，第一FRD芯片陰極電連接在上襯板上，所述第一IGBT芯片的發射極端電連接在發射極端子的底側，第一IGBT芯片的集電極電連接在下襯板上。

在一個實施方式中，所述第一IGBT芯片和第一FRD芯片之間還設置有若干第二FRD芯片和第二IGBT芯片，FRD芯片和IGBT芯片交替設置，第二FRD芯片的陽極電連接在發射極端子的頂側，陰極電連接在第一墊片上，第二IGBT芯片的發射極端電連接在發射極端子的底側，IGBT芯片的集電極電連接在第一墊片上。

優選的，所述發射極端子的熱膨脹系數與所述半導體功率芯片的熱膨脹系數相匹配。優選的，所述發射極端子可以選用純銅或銅鉬合金材料。

在一個實施方式中，所述端子包括引出端子，所述第一FRD芯片陽極電連接在引出端子或下襯板上，第一FRD芯片的陰極電連接在上襯板或引出端子上，所述第一IGBT芯片的集電極電連接在下襯板或引出端子上，第一IGBT芯片的發射極電連接在引出端子或上襯板上。

優選的，位于同一襯板上的相鄰第一FRD芯片與第一IGBT芯片之間的覆銅層相互之間不接觸，所述雙面散熱IGBT模塊為半橋電路或三相全橋電路。

優選的，所述雙面散熱IGBT模塊的芯片數量和芯片列數能夠根據實際模塊功率、散熱能力、體積需要進行調整。

在一個實施方式中，所述上襯板和下襯板之間還設置有第二墊片，上襯板和下襯板分別通過第二墊片與所述引出端子連接。

優選的，所述上襯板和下襯板分別與外部散熱器相連接，在模塊工作時實現雙面散熱。