CN102194865A - 大功率igbt平板压接式封装结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种大功率IGBT平板压接式封装结构，其特征在于：管芯包含塑料模架盘（2-1）、IGBT芯片单元（2-2）、门极引出板（2-3）和下钼片（2-4），所述IGBT芯片单元包括门极针（2-2-1）、电极组块（2-2-2）、上钼片（2-2-3）和IGBT芯片（2-2-4），在所述塑料模架盘的通孔内电极组块、上钼片和IGBT芯片自上到下依次压接，所述电极组块的上表面与阴极电极接触，所述IGBT芯片的下表面与下钼片相压接。本发明既提高了IGBT工作时的散热效果，同时简化了门极引出结构。

Description

大功率IGBT平板压接式封装结构
技术领域
本发明涉及一种大功率IGBT平板压接式封装结构，属于电力电子技术领域。
背景技术
20世纪60年代后半期，电力电子器件及其在变频器应用中的进步，成就了发达国家在70年代初第一次世界能源危机期间用变频调速实现节能事业的大发展。作为绿色节能技术，在目前全球性能源短缺的大环境下，电力电子技术在节能、机电一体化、减少环境污染、节省原材料、降低生产成本和提高效率和质量方面均起十分重要的作用。最早的电力电子器件是晶闸管。上个世纪50年代，美国通用电气公司发明的硅晶闸管问世，标志着电力电子技术的开始，此后晶闸管的派生越来越多，功率越来越大，性能日益完善。但是由于晶闸管本身工作频率较低（一般低于400Hz），大大限制了它的应用，此外，关断这些器件，需要强迫换相电路，使得整体重量和体积增大，效率和可靠性降低。现代电力电子器件正在向大功率、易驱动和高频化方向发展。IGBT是第三代电力电子器件中最具革命性的产品，其性能经过几年的不断提高和改进，已成功地应用于高频（20kHZ以上）大功率领域。IGBT集功率晶体管GTR和功率场效应管MOSFET的优点于一身，具有电压驱动、功耗小、开关速度高、饱和压降低、可耐高压和大电流等特点。
国际上IGBT作为一种主流器件，已经发展商业化的第五代，它的封装方式也已多样化，目前普遍采用的是高性能塑料外壳的模块结构，在这种封装的结构中，IGBT的芯片采用焊接的方法和导热不导电的BDC板焊接在一起，其他的引出端均采用键合方法和外接口相连，一个IGBT模块可以包含很多IGBT芯片，例如一个比较典型的3300V/1200A IGBT模块中就是有60块IGBT芯片和超过450根连线，这些并联的IGBT芯片固定在同一块陶瓷基板上以保证良好的绝缘和导热。
但是这种结构存在以下缺点：一、由于只有一面是导电电极，因此只能在有导电电极的那一面安装散热器，散热效果不够理想；二、这种封装结构的连线采用键合工艺，这增加了在大电流条件下造成器件损坏的可能；三、门极引出结构复杂，封装结构内的连线过多。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种大功率IGBT平板压接式封装结构，可以采用双面散热，同时降低在大电流条件下对器件造成损坏的可能性，简化门极引出结构。
本发明的目的是这样实现的：一种大功率IGBT平板压接式封装结构，包含有陶瓷底座、管芯和上盖，上盖盖置于陶瓷底座上，上盖包含有阴极电极、阴极法兰，阴极法兰同心焊接在阴极电极的外缘上；陶瓷底座包含有阳极法兰、瓷环、阳极密封圈、阳极电极和门极引线管，阳极密封圈同心焊接在瓷环的下端面，阳极法兰同心焊接在瓷环的上端面，阳极法兰、瓷环和阳极密封圈自上至下叠合同心焊接，门极引线管穿接于瓷环的壳壁上。
管芯包含塑料模架盘、IGBT芯片单元、门极引出板和下钼片，塑料模架盘和门极引出板上均设置有通孔，IGBT芯片单元插入塑料模架盘的通孔中，门极引出板盖置于IGBT芯片单元上，门极引出板与门极引线管相焊接，下钼片设置于塑料模架盘的底部，其下端面与阳极电极相压接。
IGBT芯片单元包括门极针、电极组块、上钼片和IGBT芯片，门极针插置于塑料模架盘中，其下端与IGBT芯片接触，上端与门极引出板接触，在塑料模架盘的通孔内电极组块、上钼片和IGBT芯片自上到下依次压接，电极组块的上表面与阴极电极接触，IGBT芯片的下表面与下钼片相压接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的IGBT芯片通过高导电导热的上、下钼片、电极组块和阴阳极电极紧密压接，通过在阴阳极电极外表面连接散热器实现双面制冷功能，同时这种压接式的封装可以防止在大电流情况下造成器件损坏的可能性，由于采用氧化铝陶瓷作为绝缘介质，比高性能塑料外壳具有更高的绝缘电阻和耐压，门极引出结构简单实用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1的AA剖面图。
图3为图2的BB剖面图。
其中：管壳1、管芯2、阴极电极1-1、阴极法兰1-2、阳极法兰1-3、瓷环1-4、阳极密封圈1-5、阳极电极1-6、门极引线管1-7、塑料模架盘2-1、IGBT芯片单元2-2、门极引出板2-3、下钼片2-4、门极针2-2-1、电极组块2-2-2、上钼片2-2-3、IGBT芯片2-2-4。
具体实施方式
参见图1，本发明涉及的一种大功率IGBT平板压接式封装结构，包含有管壳1和管芯2，管壳1由底座和上盖组成，所述上盖盖置于陶瓷底座上，所述上盖包含有阴极电极1-1和阴极法兰1-2，所述阴极法兰1-2同心焊接在阴极电极1-1的外缘上；所述底座包含有阳极法兰1-3、瓷环1-4、阳极电极1-5、阳极密封圈1-6和门极引线管1-7，所述阳极密封圈1-5的内缘同心焊接在阳极电极1-5的外缘，所述阳极密封圈1-6的外缘同心焊接在瓷环1-4的下端面，所述阳极法兰1-3同心焊接在瓷环1-4的上端面，所述阳极法兰1-3、瓷环1-4和阳极密封圈1-6自上至下叠合同心焊接，所述门极引线管1-7穿接于瓷环的壳壁上。
参见图2—图3，本发明的管芯包含塑料模架盘2-1、IGBT芯片单元2-2、门极引出板2-3和下钼片2-4，所述塑料模架盘2-1和门极引出板2-2上均设置有通孔，所述IGBT芯片单元2-2插入塑料模架盘2-1的通孔中，所述门极引出板2-3盖置于IGBT芯片单元2-2上，所述门极引出板2-3与门极引线管1-7相焊接，所述下钼片2-4设置于塑料模架盘2-1的底部，其下端面与阳极电极1-5相接触；所述IGBT芯片单元2-2包括门极针2-2-1、电极组块2-2-2、上钼片2-2-3和IGBT芯片2-2-4，所述门极针2-2-1插置于塑料模架盘2-1中，其下端与IGBT芯片2-2-4弹性接触，上端与门极引出板2-3弹性接触，在所述塑料模架盘2-1的通孔内电极组块2-2-2、上钼片2-2-3和IGBT芯片2-2-4自上到下依次压接，所述电极组块2-2-2的上表面与阴极电极1-1相压接，所述IGBT芯片2-2-4的下表面与下钼片2-4相压接。

Claims (2)

1.一种大功率IGBT平板压接式封装结构，包含有管壳（1）和管芯（2），所述管壳（1）包含有阴极电极（1-1）、阴极法兰（1-2）、阳极法兰（1-3）、瓷环（1-4）、阳极电极（1-5）、阳极密封圈（1-6）和门极引线管（1-7），其特征在于：所述管芯（2）包含塑料模架盘（2-1）、IGBT芯片单元（2-2）、门极引出板（2-3）和下钼片（2-4），所述塑料模架盘（2-1）和门极引出板（2-2）上均设置有通孔，所述IGBT芯片单元（2-2）插入塑料模架盘（2-1）的通孔中，所述门极引出板（2-3）盖置于IGBT芯片单元（2-2）上，所述门极引出板（2-3）与门极引线管（1-7）相固定，所述下钼片（2-4）设置于塑料模架盘（2-1）的底部，其下表面与阳极电极（1-5）相接触；所述IGBT芯片单元（2-2）包括门极针（2-2-1）、电极组块（2-2-2）、上钼片（2-2-3）和IGBT芯片（2-2-4），所述门极针（2-2-1）插置于塑料模架盘（2-1）中，其下端与IGBT芯片（2-2-4）接触，上端与门极引出板（2-3）接触，在所述塑料模架盘（2-1）的通孔内电极组块（2-2-2）、上钼片（2-2-3）和IGBT芯片（2-2-4）自上到下依次压接，所述电极组块（2-2-2）的上表面与阴极电极（1-1）接触，所述IGBT芯片（2-2-4）的下表面与下钼片（2-4）接触。
2.根据权利要求1所述的大功率IGBT平板压接式封装结构，其特征在于：所述门极针（2-2-1）是一个弹性元件。
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