CN102201396A - 一种大规格igbt模块及其封装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大规格IGBT模块及其封装方法，IGBT模块包括紫铜底板、导热绝缘陶瓷覆铜板、IGBT芯片、连接导线束、电极A、电极B、电极C、控制端子、塑料壳体、硅凝胶层和环氧绝缘层，IGBT芯片由两只二极管和两只三极管组成，IGBT芯片、电极A、电极B和电极C都钎焊在导热绝缘陶瓷覆铜板上，导热绝缘陶瓷覆铜板钎焊在紫铜底板上，并用硅凝胶层和环氧绝缘层进行绝缘填覆。由于对紫铜底板进行预弯处理，在烧结前对IGBT芯片与导热绝缘陶瓷覆铜板都进行了预热处理，优化了键合烧结温度，并控制了烧结时间，防止IGBT芯片与导热绝缘陶瓷覆铜板之间的烧结变形，确保了产品的技术性能。

Description

一种大规格IGBT模块及其封装方法
技术领域
本发明涉及一种IGBT模块，尤其涉及一种大规格IGBT模块。
背景技术
IGBT是Insulated Gate Bipolar Transistor(绝缘栅双极型晶体管)的缩写，简单说就是实现逆变功能，把直流电变成可控的交流电。IGBT的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给NPN晶体管提供基极电流，使IGBT导通。反之，加反向门极电压消除沟道，切断基极电流，使IGBT关断。在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位，主要用于变频调速、UPS电源、逆变焊机电源、高频感应加热电源、通讯电源、激光电源等。为此申请人研制了一种大规格IGBT模块，并研究出一套封装方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大规格IGBT模块及其封装方法。
一种大规格IGBT模块，它包括紫铜底板、导热绝缘陶瓷覆铜板、IGBT芯片、连接导线束、电极A、电极B、电极C、控制端子、塑料壳体、硅凝胶层和环氧绝缘层，IGBT芯片由两只二极管和两只三极管组成，IGBT芯片、电极A、电极B和电极C都钎焊在导热绝缘陶瓷覆铜板上，导热绝缘陶瓷覆铜板钎焊在紫铜底板上，在紫铜底板上罩有塑料壳体，在电极A、电极B、电极C、IGBT芯片和导热绝缘陶瓷覆铜板上依次设有硅凝胶层和环氧绝缘层。
所述一种大规格IGBT模块的封装方法包括如下步骤：
第一步：对紫铜底板进行预弯处理，根据焊接试验先测量出导热绝缘陶瓷覆铜板和紫铜底板钎焊导致紫铜底板的外凸翘曲变形量，沿紫铜底板变形方向进行反向预弯处理，使紫铜底板的底面产生内凹变形；
第二步：IGBT芯片和三个电极在导热绝缘陶瓷覆铜板的定位，用定位板使IGBT芯片和三个电极在导热绝缘陶瓷覆铜板上准确定位；
第三步，烧结，在充满氮气的焊接炉中设有电加热底座，将放有IGBT芯片和三个电极的导热绝缘陶瓷覆铜板放在电加热底座上，然后升温125～128℃烧结，烧结时间120秒～150秒；烧结后在90℃～100℃条件下保温30分钟；
第四步，连接导线束的键合焊接，用键合焊接机将IGBT芯片与固定在导热绝缘陶瓷覆铜板上的电极通过连接导线束键合焊接连接起来，键合焊接后进行空冷至室温；
第五步，紫铜底板与导热绝缘陶瓷覆铜板之间焊接，在充满氮气的保护焊接炉中设有电加热底座，将经预处理后的紫铜底板放置在电加热底座上，内凹底面向下，然后进行钎焊，这样就能减小两者钎焊产生的变形量；
第六步，套壳，用塑料壳体罩住紫铜底板，使紫铜底板与塑料壳体的底部卡口过盈配合；
第七步，封装，先用定量注液器向塑料壳体内注入液态硅凝胶，确保硅凝胶固化厚度为3.0～3.2毫米，然后再用定量注浆器向外壳内注入环氧树脂进行固化；
第八步，电极整形，当环氧树脂固化后，用折弯机对三个电极进行定折弯处理。
由于对紫铜底板进行预弯处理，在紫铜底板与导热绝缘陶瓷覆铜板之间的焊接过程中，采用氮气保护，并进行预热，在焊接炉中设有电加热底座，将经预处理后的紫铜底板放置在电加热底座上，内凹底面向下，然后进行钎焊，这样就能减小两者钎焊产生的变形量，在烧结前对IGBT芯片与DBC板都进行了预热处理，当IGBT芯片与DBC板都到达相同键合烧结温度时开始烧结，并控制了烧结时间，这样就能保证两者之间的键合烧结质量，防止IGBT芯片与DBC板之间的烧结变形，为DBC板与紫铜底板之间的焊接提供了平面条件，整个结构及其封装技术确保了产品的技术性能。
附图说明：
图1、图2为大规格IGBT模块的结构示意图；
图2为图1的俯视图；
图3为大规格IGBT模块的电路图；
图中：1-紫铜底板；2-导热绝缘陶瓷覆铜板；3-IGBT芯片；4-连接导线束；5-电极A；6-电极B；7-电极C；8-控制端子；9-塑料壳体；10-硅凝胶层；11-环氧绝缘层。
具体实施方式：
下面结合附图说明本发明的具体实施方式：
一种大规格IGBT模块，如图1～图3所示，它包括紫铜底板1、导热绝缘陶瓷覆铜板2(俗称DBC板)、IGBT芯片3、连接导线束4、电极A5、电极B6、电极C7、控制端子8、塑料壳体9、硅凝胶层10和环氧绝缘层11，IGBT芯片3由两只二极管和两只三极管组成，IGBT芯片3、电极A5、电极B6和电极C7都钎焊在导热绝缘陶瓷覆铜板2上，导热绝缘陶瓷覆铜板2钎焊在紫铜底板1上，在紫铜底板1上罩有塑料壳体9，在电极A5、电极B6、电极C7、IGBT芯片3和导热绝缘陶瓷覆铜板2上依次用硅凝胶层10和环氧绝缘层11绝缘封填。
在生产过程中，IGBT芯片3与导热绝缘陶瓷覆铜板2之间的焊接、导热绝缘陶瓷覆铜板2与紫铜底板1之间焊接、硅凝胶层10和环氧绝缘层11的封装对产品的性能影响极大，这是IGBT超大功率整流电力电子器件模块生产中的三个重点也是难点。目前，IGBT芯片3与导热绝缘陶瓷覆铜板2之间均通过银锡烧结成一体，导热绝缘陶瓷覆铜板2和紫铜底板1之间通过钎焊整体刚性相连，为了防止导热绝缘陶瓷覆铜板2和紫铜底板1钎焊导致紫铜底板1的翘曲变形，影响模块的整体散热性能，本发明采取的封装方法如下：
第一步：对紫铜底板1进行预弯处理，根据焊接试验先测量出导热绝缘陶瓷覆铜板2和紫铜底板1钎焊导致紫铜底板1的外凸翘曲变形量，沿紫铜底板1变形方向进行反向预弯处理，使紫铜底板1的底面产生内凹变形；
第二步：IGBT芯片3和三个电极在导热绝缘陶瓷覆铜板2的定位，用定位板使IGBT芯片3和三个电极在导热绝缘陶瓷覆铜板2上准确定位；
第三步，烧结，在充满氮气的焊接炉中设有电加热底座，将放有IGBT芯片3和三个电极的导热绝缘陶瓷覆铜板2放在电加热底座上，然后升温125～128℃烧结，烧结时间120秒～150秒；烧结后在90℃～100℃条件下保温30分钟；
第四步，连接导线束4的键合焊接，用键合焊接机将IGBT芯片3与固定在导热绝缘陶瓷覆铜板2上的电极通过连接导线束4键合焊接连接起来，键合焊接后进行空冷至室温；
第五步，紫铜底板1与导热绝缘陶瓷覆铜板2之间焊接，在充满氮气的保护焊接炉中设有电加热底座，将经预处理后的紫铜底板1放置在电加热底座上，内凹底面向下，然后进行钎焊，这样就能减小两者钎焊产生的变形量；
第六步，套壳，用塑料壳体9罩住紫铜底板1，使紫铜底板1与塑料壳体9的底部卡口过盈配合；
第七步，封装，先用定量注液器向塑料壳体9内注入液态硅凝胶，确保硅凝胶固化厚度为3.0～3.2毫米，然后再用定量注浆器向外壳内注入环氧树脂进行固化；
第八步，电极整形，当环氧树脂固化后，用折弯机对三个电极进行定折弯处理。

Claims (2)

1.一种大规格IGBT模块，其特征是：它包括紫铜底板(1)、导热绝缘陶瓷覆铜板(2)、IGBT芯片(3)、连接导线束(4)、电极A(5)、电极B(6)、电极C(7)、控制端子(8)、塑料壳体(9)、硅凝胶层(10)和环氧绝缘层(11)，IGBT芯片(3)由两只二极管和两只三极管组成，IGBT芯片(3)、电极A(5)、电极B(6)和电极C(7)都钎焊在导热绝缘陶瓷覆铜板(2)上，导热绝缘陶瓷覆铜板(2)钎焊在紫铜底板(1)上，在紫铜底板(1)上罩有塑料壳体(9)，在电极A(5)、电极B(6)、电极C(7)、IGBT芯片(3)和导热绝缘陶瓷覆铜板(2)上依次设有硅凝胶层(10)和环氧绝缘层(11)。
2.权利要求1所述大规格IGBT模块的封装方法如下：
第一步：对紫铜底板(1)进行预弯处理，根据焊接试验先测量出导热绝缘陶瓷覆铜板(2)和紫铜底板(1)钎焊导致紫铜底板(1)的外凸翘曲变形量，沿紫铜底板(1)变形方向进行反向预弯处理，使紫铜底板(1)的底面产生内凹变形；
第二步：IGBT芯片(3)和三个电极在导热绝缘陶瓷覆铜板(2)的定位，用定位板使IGBT芯片(3)和三个电极在导热绝缘陶瓷覆铜板(2)上准确定位；
第三步，烧结，在充满氮气的焊接炉中设有电加热底座，将放有IGBT芯片(3)和三个电极的导热绝缘陶瓷覆铜板(2)放在电加热底座上，然后升温125～128℃烧结，烧结时间120秒～150秒；烧结后在90℃～100℃条件下保温30分钟；
第四步，连接导线束(4)的键合焊接，用键合焊接机将IGBT芯片(3)与固定在导热绝缘陶瓷覆铜板(2)上的电极通过连接导线束(4)键合焊接连接起来，键合焊接后进行空冷至室温；
第五步，紫铜底板(1)与导热绝缘陶瓷覆铜板(2)之间焊接，在充满氮气的保护焊接炉中设有电加热底座，将经预处理后的紫铜底板(1)放置在电加热底座上，内凹底面向下，然后进行钎焊，这样就能减小两者钎焊产生的变形量；
第六步，套壳，用塑料壳体(9)罩住紫铜底板(1)，使紫铜底板(1)与塑料壳体(9)的底部卡口过盈配合；
第七步，封装，先用定量注液器向塑料壳(9)内注入液态硅凝胶，确保硅凝胶固化厚度为3.0～3.2毫米，然后再用定量注浆器向外壳内注入环氧树脂进行固化；
第八步，电极整形，当环氧树脂固化后，用折弯机对三个电极进行定折弯处理。
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