CN102569276A - 一种igbt模块 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种IGBT模块，包括：衬板，所述衬板为十字形结构，该衬板具有两两相对的四个翼；位于衬板上的一组FRD芯片、两组IGBT芯片以及母排；其中，一组FRD芯片、两组IGBT芯片以及母排分别位于所述衬板的不同翼上，两组IGBT芯片分别位于十字形衬板相对的两翼上，所述FRD芯片和母排分别位于剩余相对的两翼上。本发明实施例将两组IGBT芯片对称的分布在十字形衬板的相对的两翼，并将FRD芯片和母排分别设置于剩余相对的两翼上，以使母排远离各个芯片，即母排转弯处下方的磁通密集区域内，没有设置任何芯片，从而避免了杂散电感对IGBT芯片或FRD芯片的干扰，保证了整个IGBT模块的稳定运行。

Description

一种IGBT模块

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，更具体地说，涉及一种IGBT模块。

背景技术

目前国内外的各种功率型IGBT模块所采用的衬板结构多为长方形，衬板上分布有IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)芯片、FRD(Fast Recovery Diode，快恢复二极管)芯片和母排等，现有技术中衬板上各芯片的排布方式如图1和图2所示，以两组IGBT芯片和一组FRD芯片为例，每组IGBT芯片中具有两个IGBT芯片，同样的，一组FRD芯片中也具有两个FRD芯片，其排布方式为，以长方形衬板长边的平分线为轴，四个IGBT芯片和两个FRD芯片均平均分布在轴线的两侧，且靠近衬板的边缘区域，即长方形衬板11的两侧各有依次排布的两个IGBT芯片12和一个FRD芯片13，其中，母排14从两排芯片的中间区域的某一位置引出。

这种结构的优点是结构简单、紧凑，但是在实际使用中发现，现有技术中的IGBT模块在运行中往往存在稳定性差的缺点。

发明内容

本发明实施例提供了一种IGBT模块，通过改进衬板的结构、母排和各芯片的排布方式，减小了杂散电感对IGBT芯片或FRD芯片的干扰，从而保证了整个IGBT模块的稳定运行。

为实现上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案：

一种IGBT模块，包括：

衬板，所述衬板为十字形结构，所述衬板具有两两相对的四个翼；

位于所述衬板上的一组FRD芯片、两组IGBT芯片以及母排，所述母排包括发射极母排和集电极母排；

其中，所述一组FRD芯片、两组IGBT芯片以及母排分别位于所述衬板的不同翼上，所述两组IGBT芯片分别位于十字形衬板相对的两翼上，所述FRD芯片和母排分别位于剩余相对的两翼上。

优选的，所述两组IGBT芯片以所述一组FRD芯片的中轴线为轴，在所述十字形衬板的两翼上对称排布。

优选的，所述发射极母排和集电极母排的焊接点位于所述十字形衬板的边缘位置，母排转弯处下方的磁通密度集中区域远离所述FRD芯片和IGBT芯片。

优选的，该IGBT模块还包括，位于所述十字形衬板中心区域的贴片电阻和栅射极焊接区。

优选的，该IGBT模块中所述IGBT芯片的发射极通过所述衬板正面的覆铜金属层汇集到发射极引出端，集电极通过所述衬板背面正面的覆铜金属层汇集到集电极引出端，所述发射极引出端与所述发射极母排电性相连，所述集电极引出端所述集电极母排电性相连。

优选的，所述衬板的正面和背面均覆盖有金属层，所述金属层为覆铜层或覆铝层。

优选的，每组IGBT芯片中包括2个IGBT芯片。

优选的，所述一组FRD芯片中包括一个FRD芯片。

优选的，所述一组FRD芯片中包括两个FRD芯片。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

本发明实施例提供的IGBT模块中的衬板设计为十字形结构，将两组IGBT芯片对称的分布在十字形衬板的相对的两翼，并将FRD芯片和母排分别设置于剩余相对的两翼上，以使母排远离各个芯片，即母排转弯处下方的磁通密集区域内，没有设置任何芯片，从而避免了杂散电感对IGBT芯片或FRD芯片的干扰，保证了整个IGBT模块的稳定运行。

附图说明

通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1和图2为现有技术中衬板上各芯片的排布方式示意图；

图3为现有技术中IGBT模块的右视图；

图4为本发明实施例公开的IGBT模块的结构示意图；

图5为本发明实施例公开的IGBT模块右视图；

图6为本发明实施例公开的另一IGBT模块的结构示意图；

图7为本发明实施例公开的一种IGBT模块的详细结构示意图。

具体实施方式

正如背景技术所述，现有技术的IGBT模块的运行稳定性差，发明人研究发现，出现这种问题的原因在于衬板的形状以及母排和芯片的分布不合理，具体原因如下：

参见图3所示，图3为图1或图2中的IGBT模块的右视图，由于母排承载了主电流，该电流会在母排周围产生磁场，磁场大多集中在母排转弯处的下方，如图3中标号A所示区域，即在母排转弯处的下方区域A周围磁通密度很大，当母排中的主电流有微小的变化时，就会在磁通密集区的电路中产生电感，即所谓的杂散电感，这个杂散电感会对位于磁通中心区域附近的IGBT芯片或FRD芯片产生干扰，从而影响整个IGBT模块的稳定运行。

以上是本申请的核心思想，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

本发明实施例提供了一种IGBT模块，其结构图如图4所示，该IGBT模块包括：

衬板21，所述衬板为十字形结构，所述衬板具有两两相对的四个翼21a、21b、21c、21d，本实施例中以第一翼21a与第三翼21c相对，第二翼21b与第四翼21d相对为例；

位于所述衬板上的一组FRD芯片23、两组IGBT芯片22a和22b以及母排24，所述母排24包括发射极母排24a和集电极母排24b；

其中，所述一组FRD芯片23、两组IGBT芯片22a和22b以及母排24分别位于所述衬板21的不同翼上，所述两组IGBT芯片22a和22b分别位于十字形衬板相对的两翼上，所述FRD芯片23和母排24分别位于剩余相对的两翼上，也就是说，FRD芯片23位于十字形衬板21剩余两翼的其中一翼上，所述发射极母排24a和集电极母排24b并排设置在所述十字形衬板21的与所述FRD芯片23相对的最后一翼上。

以图4所示排布情况为例，两组IGBT芯片22a和22b分别位于第一翼21a与第三翼21c上，FRD芯片23可以位于第二翼21b上，发射极母排24a和集电极母排24b并排设置在第四翼21d上。当然，母排与各个芯片所在翼可以随意变化，但其基本排布方式是不变的，这里不再赘述。

为了保证IGBT芯片的对称分布，本实施例中所述两组IGBT芯片22a和22b以所述一组FRD芯片23的中轴线为轴，在所述十字形衬板21的两翼上对称排布，举例来说，若十字形衬板的各翼相对于该衬板的中心对称，即各翼的形状大小等完全相同，则两组IGBT芯片22a和22b的边缘与各自所在的衬板一翼的边缘之间的距离是基本相同的。

同时，为了使衬板上各部件排布完全对称，所述发射极母排24a和集电极母排24b与FRD芯片23的中轴线的距离也相同，所述一组FRD芯片23也是位于其所在翼的中部位置的。

另外，需要说明的是，本实施例中所述发射极母排24a和集电极母排24b的焊接点位于所述十字形衬板21的边缘位置，从而可以进一步的使母排转弯处下方的磁通密度集中区域远离所述FRD芯片和IGBT芯片。

如图5所示，为图4所示的IGBT模块的右视图，从该IGBT模块的侧面也可以看出，磁通密度集中区域，即标号A周围区域，没有设置任何芯片，从而最大限度的减小了杂散电感对芯片的干扰，从而保障了IGBT模块的稳定运行。

本领域技术人员可以理解，按照常规IGBT模块的设置，每组IGBT芯片中包括2个IGBT芯片，当然，还可以为其它偶数，主要根据IGBT模块的需要进行设置。

另外，本实施例中的一组FRD芯片中可以包括一个FRD芯片，也可以包括两个FRD芯片，图4中的IGBT模块是以一组FRD芯片包括两个FRD芯片为例进行的说明，另外，图6中所示的IGBT模块则是以一组FRD芯片包括一个FRD芯片为例，若技术条件允许的话，只使用一个FRD芯片取代传统结构中的两个FRD芯片，可以使衬板上的芯片排布更加紧凑，在这种情况下，只要保证十字形衬板相对的两翼尺寸形状基本相同即可，FRD芯片和母排所在翼的尺寸可以相应的缩小。

另外，本发明实施例还示出了该IGBT模块的一种详细结构，如图7所示，该IGBT模块还包括，位于所述十字形衬板21中心区域的贴片电阻25和栅射极焊接区26。

其中，该IGBT模块中所述IGBT芯片22的发射极通过所述衬板21正面的金属层(图中未示出)汇集到发射极引出端，集电极通过所述衬板21正面的金属层汇集到集电极引出端，所述发射极引出端与所述发射极母排电性24a相连，所述集电极引出端所述集电极母排24b电性相连。

也就是说，IGBT芯片22的发射极汇集到发射极引出端后，通过引线将发射极引出端与发射极母排24a相连，再通过发射极母排24a和外部电路相连，集电极的连接方式类似，上述连接方式主要是通过金属层上的引线27进行电连接，所述发射极引出端和集电极引出端均位于所述栅射极焊接区26。

需要说明的是，所述衬板的正面和背面均覆盖有金属层，衬板正面的金属层参与导电，而衬板背面的金属层则仅用来焊接，并不参与导电，其中，所述金属层可以为覆铜层，也可以为覆铝层，或者其它金属也可以。

本领域技术人员可以理解，图7中的引线连接方式只是用来说明衬板上各个部分的连接关系，并不表示实际的电路设计，而且，所述贴片电阻和栅射极焊接区也可以设置在十字形衬板中心区域的任意位置上，只要相应的变换引线的连接方式即可，本实施例中仅以中心区域为例进行的说明。

以上所述实施例，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种IGBT模块，其特征在于，包括：

衬板，所述衬板为十字形结构，所述衬板具有两两相对的四个翼；

位于所述衬板上的一组FRD芯片、两组IGBT芯片以及母排，所述母排包括发射极母排和集电极母排；

其中，所述一组FRD芯片、两组IGBT芯片以及母排分别位于所述衬板的不同翼上，所述两组IGBT芯片分别位于十字形衬板相对的两翼上，所述FRD芯片和母排分别位于剩余相对的两翼上。

2.根据权利要求1所述的IGBT模块，其特征在于，所述两组IGBT芯片以所述一组FRD芯片的中轴线为轴，在所述十字形衬板的两翼上对称排布。

3.根据权利要求2所述的IGBT模块，其特征在于，所述发射极母排和集电极母排的焊接点位于所述十字形衬板的边缘位置，母排转弯处下方的磁通密度集中区域远离所述FRD芯片和IGBT芯片。

4.根据权利要求3所述的IGBT模块，其特征在于，该IGBT模块还包括，位于所述十字形衬板中心区域的贴片电阻和栅射极焊接区。

5.根据权利要求4所述的IGBT模块，其特征在于，该IGBT模块中所述IGBT芯片的发射极通过所述衬板正面的金属层汇集到发射极引出端，集电极通过所述衬板正面的金属层汇集到集电极引出端，所述发射极引出端与所述发射极母排电性相连，所述集电极引出端所述集电极母排电性相连。

6.根据权利要求5所述的IGBT模块，其特征在于，所述衬板的正面和背面均覆盖有金属层，所述金属层为覆铜层或覆铝层。

7.根据权利要求1-6任一项所述的IGBT模块，其特征在于，每组IGBT芯片中包括2个IGBT芯片。

8.根据权利要求1-6任一项所述的IGBT模块，其特征在于，所述一组FRD芯片中包括一个FRD芯片。

9.根据权利要求1-6任一项所述的IGBT模块，其特征在于，所述一组FRD芯片中包括两个FRD芯片。

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